师:各位同学,你们好!很高兴今天能和大家一起学习本节课的内容。请同学们准备好学习任务单,和张老师一起进入神奇的物理世界,开启科学之旅。
大家知道什么是物理吗?“物理”一词最早出现在古希腊文,原意指自然。从更广泛的意义来说,物理研究的是自然现象及其规律。在我国战国时期,就已见“物理”一词概念的形成,比如《庄子·知北游》里有“圣人者,原天地之美而达万物之理”;《庄子·秋水》也有“与大一之方论万物之理”之说。“万物之理”正是“物理”一词的基本含义。
物理对同学们来说并不陌生,它和大家在小学时所学的科学有若干联系。比如小学四年级科学中学过“声音是怎样产生的”,我们知道说话时声带在振动,那其他物体又是怎样发声的呢?让我们看一段视频:拨动不同的琴弦为何发出的声音不同,吉他手是怎样奏出美丽的乐章?再看一个片段,独立的纸人仅在音乐的作用下翩翩起舞,这是为什么呢?其实这些都与声现象有关。“醉后不知天在水,满船清梦压星河”,这一诗句描述了怎样一幅美丽的画面,让我们一睹为快。
位于玻利维亚的乌尤尼盐沼是地球上最大的盐湖。下雨后,硬壳般的盐湖上有薄薄的水,倒映着令人窒息的天空景色,形成的天空景色的像与真实景色完全对称,让人感到世外桃源般的纯净与美丽,被称为“天空之境”。“醉后不知天在水,满船清梦压星河”,这首由元末诗人唐珙所写的《过洞庭》后两句历来为人所称道。诗人在饮酒过后,看着倒映银河的湖面,早已不知道自己究竟身在湖面还是星空。
诗人为何分不清自己究竟身在湖面还是星空中?在一些巧合的环境下,天空中会短暂出现一些梦幻的场景,比如天空中的城堡,这一奇景是怎样产生的呢?眼镜使我们看清楚物体,望远镜使我们能够观察到远处的景物。这些都与光现象有关。寒冷的冬天,气温很低时,流淌的瀑布也会被凝固,形成壮观的冰瀑布。待春回大地,气温回升时,冰瀑布又会融化成流水,以排山倒海的气势飞流直下。深秋的早晨,为何经常有白雾产生,而太阳出来后却又渐渐散去?夏天海滩上的沙子被晒得很烫,而同样被晒的海水却很凉。这些都与热现象有关。足球比赛中,运动员想把球传到想要的位置,就要控制好踢球的角度和踢球的力度。冲出去的滑板离开手后为什么继续向前滑行,但滑行的速度却越来越慢?这些都与力现象有关。电风扇通电后能够转动,而电灯通电后却发光发热。人们一开始用有线耳机听音乐,现在流行用无线耳机听音乐,有线耳机和无线耳机有什么区别呢?这些都与电现象有关。以上这些现象都是物理将要研究的内容,所以物理学研究的是关于声、光、热、力、电等现象的自然科学。
同学们在学习物理时会发现很多物理现象非常有趣,甚至有些现象和我们的生活常识相冲突。正是这些有趣的现象不断激励着我们去探索、认识这些现象的本质,从而更好地运用到生产生活中,造福人类。比如,生活常识告诉我们要使水沸腾,就要对水不停地加热。那么浇冷水能使水沸腾吗?请同学们看一个实验。
烧瓶中有一定量的水,放在铁架台上加热至沸腾。用橡胶塞紧瓶口,移走酒精灯,烧瓶中的水逐渐停止沸腾。将烧瓶倒置,往烧瓶底部浇冷水,可以观察到烧瓶中的水重新开始沸腾了。这是因为往烧瓶底部浇冷水后,烧瓶中的气体温度降低,气压减小,从而导致水的沸点降低。而此时水的温度仍然很高,因此能够重新沸腾起来。
通过浇冷水使水再次沸腾的实验,经过人们进一步分析,找到了液体沸点与气压的关系。在这一规律的指导下,人们发明了高压锅。生活中,将放大镜靠近物体时呈放大的像,便于观察细小的物体。那么将放大镜远离物体时又会有怎样的现象呢?你尝试过吗?请同学们认真观察。
透过放大镜看物体,像总是放大的吗?将一个放大镜固定好,把物体放在距透镜较近的位置,透过放大镜可以看到正立放大的像。使物体逐渐远离放大镜,可以看到正立的像逐渐变大。当物体移动到某一位置时,看不见物体的像。使物体继续远离放大镜,可以观察到物体的像变成了倒立放大的,而且随着物体与放大镜的距离越来越远,像变得越来越小,最后变成了倒立缩小的像。
经过人们不断探究,发现了凸透镜成像规律。人们根据这一规律制造了照相机的镜头、投影仪等。下面请同学们再看一个有趣的实验。
这是一个漏斗,将它大口朝下,把一个乒乓球放入漏斗大口内,松开手,乒乓球会下落。用手轻轻托住乒乓球,使它贴着漏斗,对着漏斗小口端用力地持续吹气,移开手,发现乒乓球没有下落。停止吹气,乒乓球又掉了下来。这是因为在气体中流速越大的位置压强越小。在对着漏斗小口用力持续地向下吹气时,乒乓球的上方气流速度大,压强小,下方则相反,气流速度小,压强大,于是产生了向上的合力,把乒乓球拖住,因而不会掉下来。
通过漏斗吹乒乓球这一实验,人们发现了流体压强与流速的关系,这一规律为飞机的研制提供了理论基础。牛顿在实验室发现太阳光可以分解成不同颜色的光,从而揭开了颜色之谜,让我们明白了彩虹是怎么形成的,天空和海洋为什么是蓝色的,而落日却是红色的,为彩色电视机的研发提供了理论基础。法拉第发现了电磁感应现象,工程师根据这一现象发明了发电机,使人类进入了电气化时代,推进人类文明的发展。
坐在苹果树下的牛顿发现掉落的苹果会落向地面,于是他猜想地球吸引苹果落向地面的力和地球吸引月球使其不能逃离的力是同一种力。经过他不断地研究,最终发现万有引力定律,这一定律为卫星的发射提供了理论基础。从以上的例子可以看出,物理在生活中的应用非常广泛,和我们的生活息息相关。1999 年,国际纯粹物理和应用物理联合会第 23 届代表大会决议指出,物理学是研究物质结构及其运动规律以及物质、能量和它们相互作用规律的科学。它曾为人类文明做出过巨大的贡献,对当代生活产生了不可估量的影响,对人类未来的进步必将起关键作用。
物理如此重要,我们应该怎样学习物理呢?
第一,善于观察,乐于动手。物理是一门以观察和实验为基础的科学,许多物理知识都是通过观察和实验,经过认真的思索而总结出来的。观察必须是有目的的,而不是简单地看,不然很多常见的现象你将视而不见。比如冰棒周围的“白气”是向上飘还是向下落?课后我们就应该带着这个任务,多动手、多实验,有目的地观察并记录实验现象和规律。
