植物在物理学上的效用1

前言大自然是个神秘的世界，我们能从千姿百态的植物中观察到很多物理现象，一草一木，一花一草给我们生活增添不少情趣。

为了帮助大家通过植物中的物理现象更深入的了解其现象的本质，本次课题研究从“奇异的小故事”开始，来引发读者的兴趣；之后通过对花草树木中物理现象的提问及解释来加深读者对植物中物理现象的认识；由表及里，更深层次的分析植物内部的物理现象，探究植物在物理学中的作用；结合现代科学技术，以物理学在现代农业技术上的应用为例，联系生活，拓宽读者视野，充分体现物理来源于生活并应用于实践的理念；最后，通过水果电池及小孔成像两个具有代表性的实验，利用生活中的材料为实验器材，体现物理是一门以实验为基础的学科的基础上，培养学生理论联系实贱的能力。

因此，应用物理知识不仅可以让我们了解自然,知道它们对人类的影响.而且通过对这些现象的研究,利用低层次分化,高层次组合,提炼出适合中学学习的物理模型,提升学生探索大自然的乐趣，加深物理知识的理解,培养学生动手实践，进行科学探究能力,形成科学态度与科学精神.内容摘要在本课题中，我们将介绍生活中常见的一些物理现象，通过对这些现象的分析，体现从生活走向物理的理念，同时，通过探索物理现象，揭示隐藏其中的物理规律，并将其运用于生活实际，这样就可以培养学生对生活的仔细观察和思考，并会用物理知识来解决自然及生活中的问题。

关键词：物理现象物体现象分析研究时间：2012年3月4日—3月20日班级：物理学09-2A班指导老师：冯利组长：侯李梅组员：伊娜、赵明、丁其利植物在物理学上的效用生活中的一草一木，都有许许多多的奥秘，但是我们往往会忽略它们。

用心观察，用心思考，就会发现很多很多奇趣的事，也会懂得很多知识。

一、奇异的小故事1、什么叶子能载人?王莲又叫维多利亚莲，属睡莲科，它为多年生草本植物，叶圆形，且浮于水面，直径１～２米，叶的边缘向上折起，形成高６～２０厘米的围墙，整片叶仿佛是浮在水面的大木盆，它的叶背深红色，有毛。

王莲的叶相当厚，且组织疏松，里面充满气体。

最惊人的是它的叶子。

一张叶子的直径在２米以上，有时足有３米多，浮在水面（叶片内有很多气室，增大了叶片排开水的体积，从而增大了浮力，使叶子能平衡的浮在水面上），仿佛一个翠绿色的大玉盘，又仿佛一张圆圆的桌子。

一株王莲大约有二三十片叶子，因此可以占很大一片水面。

这种叶子的载重力相当大，有人曾经做了一个试验：在一张叶子上铺沙子，并一碗一碗地往上倒，一直倒了75千克沙子，那张叶子仍然没有下沉（叶片的最大载重量恒定时，增大了沙子与叶片的接触面积，据P=F/S知，减小了沙子对叶面的压强）。

所以一个３０来千克重的孩子坐在叶子上，就安稳得仿佛坐在一张桌子上，一点也不会摇晃。

大王莲的叶子为什么会有这股力量呢？关键在它的叶背面。

假如把它的叶子翻过来观察，就能见到一种特别的构造：叶脉又粗又壮，而且排列成肋条状，很像大铁桥的梁架，因此承重力相当强（王莲叶片的骨架间有镰刀形的横隔相连，叶片平均受力时不会轻易折断，由于这种结构非常符合力学原理，叶片承受很大重力时，这种结构的存在会将较大的重力分散到大的面积上），是一般植物所无法比拟的。

2、树干为什么都是圆的？生物学上讲，在树皮和木质之间有一层细胞，这层细胞整整齐齐围成一个圈，又不断分裂出新细胞来，年复一年，树木便会越长越粗壮，这层细胞叫形成层。

树木的茎主要由维管束构成。

茎的支持作用主要由木质纤维承担，虽然木本植物的茎会逐渐加粗，但是在一定时间范围内，茎的纤维数量是一定的，也就是树木茎的横截面积一定，假设树干横截面长成不同形状。

横截面呈三角形的柱状物体，具有最大纵向支持，其形状可用于建筑方面，例如角钢等；横截面是圆形的圆柱状物体，具有最大的横向承受力，类似形态的建筑无处不在，如电线杆。

研究发现：（1）横截面积和长度一定时，三棱柱状纵向支持力最大，横向承受力最小;圆柱状纵向支持力不如三棱柱状物体，但横向承受力最大。

（2）等质量不同形状的树干，圆柱体形树干承受风力最大。

（3）风是一种自然现象，影响着树木横截面的形状和树木生长的高矮。

近似圆柱状的树干，重心低，加上庞大根系和大地连在一起，重心降得更低，稳定性更大。

（4）树干横截面呈圆柱形，可以减少损伤，具有更强的机械强度，能经受住风的袭击。

同时，受风力的影响，树干各处的弯曲程度相似，不管风力来自哪个方向，树干承受的阻力大小相似，树干不易受到破坏。

自来水管、煤气管等，就是对这一自然现象的仿造。

所以，不管任何方向吹来的大风，很容易沿着圆面的切线方向掠过，受影响的就仅一小部分了。

3、飞来横祸老王头院子中有一棵老石榴树，红红的大石榴挂满枝头，咧开嘴露出晶莹红润饱满的籽，似是邀人采摘品尝，惹人喜爱。

有一天，老王头的隔墙邻居小刘正清扫院落，走到院墙边时，老王头家的石榴树满载果实的枝蔓突然断裂，砸在了小刘的头上，霎时间流血不止，被家人送进了医院。

以树枝为研究对象，果实给树枝一个竖直向下的力，大小等于果实的重力，树枝在果实重力和自身重力的作用下，树枝与树干连接的上部受拉伸的力F和F’,下部受F1和F1’收缩。

当拉力大于树枝自身的最大承受力时，树枝就断裂了。

二、花草树木中的物理现象1、夏天的花草为什么会带露珠？原理：液化。

分析：白天气温较高，夜晚的温度会有所下降，在清晨，空气渐渐变暖，但植物表面的温度相对于周围空气的温度较低，而空气温度低于或等于空气中水蒸气的分压力所对应的饱和温度时，空气中有足够的水蒸气析出凝结，使空气降为饱和状态，在亲水性较佳的表面容易凝结聚集，水汽在植物叶面上凝聚到一定程度,就集中流淌到叶尖突出部位，形成露珠。

2、为什么清晨叶子上的露珠大的呈扁平，小的呈圆形?原理：表面张力。

现象：露珠大的呈扁平，小的呈圆形。

分析：因为叶子上有层蜡质，表面张力（液体表面层由于分子引力不均衡而产生的沿液体表面作用与任意界面的张力。

在表面的水分子由于受到上层空气分子对它的引力小于内部液体分子对它的吸引力，因为在气液分界面处，液体分子受到指向液体内部的拉力，分子倾向于钻入液体内部，液体的表面积有收缩的倾向，致使该分子所受合力不为零，合力方向指向液体内部，导致液体表面具有自动收缩的趋势，这种收缩力被称为表面张力。

如图所示）促使露珠以最小的表面积的状态存在。

而体积相等的物体中，只有球体的表面积最小，所以露珠总是呈球状的。

但是，由于地球引力的存在，露珠不可能是纯圆的！所以质量小的露珠接近球形，而质量大的因为重力大于表面张力的原因所以呈扁平型。

叶子边缘凸凹不平，张力大,既与空气接触面积大，又有利于水汽的凝结,所以，露珠就凝结在了叶子边缘,且围绕叶子边缘排列,看起象排队一样附着在叶子边缘.3、为什么荷叶遇雨结水珠？原理：浸润与不浸润。

现象：叶表面结水珠。

分析：荷叶叶面都具有极强的疏水性，洒在叶面上的水会自动聚集成水珠，水珠的滚动把落在叶面上的尘土污泥粘吸滚出叶面，使叶面始终保持干净，这就是著名的"荷叶自洁效应"。

液体的水有一种被称为表面张力的特性，也就是聚拢自身体积的特性，我们在荷叶上看到的水是呈颗粒状的水珠而不是平铺开的水渍，这是因为荷叶表面有一层附有蜡质的茸毛组织，水滴由于表面张力的作用无法在这层蜡质茸毛上扩散和渗透。

如果你把一滴洗涤剂或洗衣粉溶入水珠，由于洗涤剂能够大大降低液体的表面张力，水珠就会立即解体散开平铺在荷叶上。

因为荷叶的叶面上有许多的密密麻麻的纤细茸毛，它们每根都很细而又含有蜡质，蜡的分子是中性的，它既不带正电，也不带负电，水滴落到蜡面的荷叶上时，水分子之间的凝聚力要比在不带电荷的蜡面上的附着力强。

所以，水落到蜡面上不是滚掉，就是聚集成水珠，而不会湿润整个蜡面。

荷叶的表面密密麻麻的布满了许多的小毛刺，这些毛刺间的距离非常小。

这可以使得荷叶不容易沾染上灰尘。

而水是一种液体，它具有表面张力，在表面张力的作用下，液体表面有收缩到最小的趋势。

在体积相等的各种形状的物体中，球形物体的表面积最小，所以荷叶上的雨滴在表面张力的作用下呈球形。

4、叶子的颜色为什么会变化？原理：光的反射。

现象：叶子颜色发生变化。

分析：叶子中除了含有叶绿素外，还有少量的叶黄素、叶红素。

夏天温度高，叶子可以正常工作，叶子中含有较多的叶绿素，此时叶子吸收了除绿色色光外的其他色光，反射出了绿色光，因此我们看到的叶子是绿色的；秋天，天气转凉，树木不再向叶子输送养料，破坏了叶子中的叶绿素，此时叶子中只有叶黄素、叶绿素，叶子吸收了出红色、黄色色光外的其他色光，反射出了红色、黄色色光，因此我们看到的叶子为黄色、红色。

5、为什么冬天要给蔬菜盖大棚？原理：吸热保温原理、能量守恒定律。

现象：棚内温度适宜植物生长。

分析：温室大棚采用的是吸热保温原理，一方面大棚的材料可以采光吸热，因为阳光以可见光的形式将能量送入地球内部，加热物体，转化成热量，而此种热量只能以红外辐射的方式传播，由于红外波长特殊，无法穿透大气层的二氧化碳层，也就使热量无法外放，温度逐渐升高。

二是有保持温度的作用，防止热量散失。

通过棚膜和墙体的红外辐射、逆辐射，减少温室大棚内部与外界的热量交换，同时密闭的环境还可以方式空气对流热交换产生的热量损失。

阳光通过塑料薄膜摄入大棚时，小部分的光会被薄膜反射，这样进的多出的少，温度就高了。

植物叶片大多数是深色（例如绿色、黄色等），深色的叶片吸收光和热的本领较强．植物通过光合作用可产生淀粉、脂肪、蛋白质等有机物，实现光能转化为化学能,这正好符合能量守恒定律6、为什么细细的麦秆可以撑住比重多的麦穗？原理：空心杆的承重能力强与实心杆。

现象：麦秆被压弯。

分析：麦杆是空心的，任何方向的抗弯曲能力都相同，可以承受更大的力量。

从力学角度来说明，麦秆的上部受到沿麦茎方向的拉伸力，同样，在其下部也受到麦秆内部收缩力的作用，但同样会产生向外的反作用力，使得麦杆不至于折断。

当麦穗的重力大于麦秆所能承受的最大支撑力时，只会将麦秆压弯，而不会折断。

研究表明：同样分量的材料，造成中空而较粗的支柱，比之中央实而较细的支柱，其支持力要强些。

竹子茎的结构正是这样。

茎加强了细胞壁上厚的机械组织和维管束(输送水分和养料的组织)。

7、为什么扬场可以将糠皮，谷粒、石子分开？原理：惯性定理。

现象：将谷粒、糠皮、石子分开。

分析：惯性使物体固有的性质，只与质量有关，质量越大，惯性越大。

当谷粒、糠皮、石子被扬起时，风吹过，石子的质量最大，运动状态最不容易被改变落得最近；糠皮的质量最小，运动状态最容易被改变落得最远；谷粒则落在中间。

8、为什么踩到香蕉皮易滑倒？原理：摩擦力、重心、力矩。

现象：摔倒或有摔倒的趋势。

分析：香蕉皮减小了鞋与地面的摩擦,踩到香蕉皮的，一定是正在向前迈的那只“虚脚”，那只脚的受力是向后的。

前脚踩到香蕉皮的时候，正好后脚准备抬起或已经抬起（人走路是跳的），也就是说，这个时候后脚的摩擦力正在消退，而前脚的摩擦力在增大（增不到所需程度），整体净力向后。