高中物理课外兴趣实验

高中物理课外兴趣实验

杨晨

我们生活在一个充满五光十色现象的自然世界之中，几乎是每时每刻、每处每地，都可能见到奇异的物理现象。它为我们学习提供了一个广阔的天地，投身这个天地会使你的观察力更敏锐、头脑更聪颖、双手更灵巧，还能养成很多良好的习惯。

物理学是一门实验科学，学物理离不开观察、实验和思考，而且这方面的例子也是很多的。例如，你打开自来水龙头，就应当仔细观察水流的形状是什么样的，想一想为什么会出现这种形状天上的雨滴落在你的头上，你是否会想到雨滴为什么会往下“落”呢你站着、走路、骑车是感觉到的雨点方向又会是怎样的呢雨滴为什么不会把你的头打破呢你是否可以做一点模拟研究的实验考虑如何设计一个测雨量的仪器，如何应用雨水下落的能量学过“动量”以后，你可以从三楼阳台上摔下一个鸡蛋，让它落在软沙发的塑料垫上，看看他能弹多高，想一想它为什么不会打破往热水瓶中冲开水时，听一听冲开水的声音有什么变化学习“向心力”后，自己亲手我住系石块的线的一端，转转试试，感受一下转动的石块对你的手的拉力与什么因素有关。当你走进游艺馆时，你会看到各种各样的物理玩具，转动的陀螺，浮沉的“小鱼”，会爬绳的“小猴”，“永动的秋千”······多么有趣，又多么令人思索！在这个天地里，你会感受到物理学就在你的身边，孩提时的好奇心，将会变得更加旺盛。在这里，你的知识不是靠死记硬背来掌握的，而主要是靠运用，靠通过自己亲身的经验受到启发而掌握的，这样获得的知识是忘不掉的。

第一章力学实验

第一节谁能取胜

一、力气大的一定取胜吗

你一定见过或者亲自参加过拔河比赛，也许还没有忘掉那激动人心的场面，但是你有没有想过取胜的原因究竟是什么也许你会毫不犹豫的回答：力气大嘛！是否力气大的一定取胜还是通过实验再来回答。

找一根质量较小但比较牢靠的麻绳，先请两位个子和力气都差不多的同学进行比赛，仔细观察比赛是两人的情况，找一找取胜的主要原因。

再请一位个子矮小，力气也比较小的同学和身材魁梧的大个子进行比赛，不过要让大个子穿上旱冰鞋，看看究竟谁能取胜分析取胜的原因。

我们可以把拔河的过程分成两个阶段来分析：

1．相持阶段：比赛开始，双方通过肌肉的紧张作用对地面施向前和向下的蹬力，地面则对它们施以反作用力F A和F B，如图1所示。F A和F B可以分解为支持力N A、N B和静摩擦力f A、f B。在这个阶段它们处于静止状态，因此有：

f A =T A，f B =T B，T A=T B，所以，f A = f B。随着双方对地施力作用的加强，f A和f B等量增长，同时绳子张紧，T A和T B也等量增长。

2．决胜阶段：当某一方（如A方）的静摩擦力达到最大值时，如B方所受的摩擦力继续加大，则f B> f A，就A、B组成的整体而言，其合力的方向与F b相同，因此它们产生了指向B方的加速度。由此可见，取胜的奥妙在于设法增大摩擦。

二、谁能将木板拉向自己的一边

我们将举行一场特殊的比赛。比赛的规则是：有两人各用一只手托住一均匀长木板的一端（不允许用手抓住木板），看谁能把木板拉到自己的一边来（如图2）。这可是一场斗智的竞赛，你的肌肉再发达也不一定能取胜。想一想，再试一试。

图2

这场比赛能够取胜的关键是只要使自己托木板的这端低于对方，对方托住的那一端就会打滑。为什么高端会打滑呢我们可以从木板受力分析中找到答案。如图3所示，木板受重力G，两端的支持力N1和N2，摩擦力f1和f2。设木板和水平面间的夹角为θ，在未产生滑动以前，木板处于静止状态，沿着木板方向，有如下的关系：f1+Gsinθ= f2

可以看出f2>f1。它表明，随着每个人使木板增强向自己方向的运动趋势时，他们的手指与木板的静摩擦力都在增大，但高端的静摩擦力大于低端的静摩擦力。又由于木板的重心在板的中点，两端的支持力N1=N2，因此，在摩擦系数μ大致相同的情况下，两端的最大静摩擦力得值相等，所以高端的静摩擦力在增长的过程中率先到达最大值而出现打滑。

图3

第二节坐、立、走中的平衡问题

一、坐着的人怎样站起来

坐着的人是怎样站起来的这倒是一个有趣的问题，也许你还不曾想过，那就请你实践一下，再来回答这个问题。

（1）请你挺胸直背双腿自垂地坐在椅子上，不要改变姿势，站起来。能站起来吗为什么怎样也站不起来

（2）请你改变胸背与腿的姿势，站起来。多做几次，悟出站起来的道理。

人坐着站起来时，必须把胸部向前倾或者把双腿向后移，让作用于重心的重力作用线通过两脚所围的小面积里，然后才能站立，否则，你是无能为力的。这个小面积称支面面积，两脚并拢为小，张开为大。为什么双脚分开站起来较稳你能用稳度的概念来解释吗

二、你能单脚靠墙站吗

金鸡独立在鸡群中常能见到，小孩也常用一只脚独立做游戏，但是你能从双脚站立不变姿势地改为一只脚独立吗请实践一下，因为这也不是一件轻而易举的事。

请侧身将一只臂与腿紧紧地靠墙站着。所谓靠墙是指你的身体不能向墙的一面移动，保持原来直立的姿势不变。将离墙远的一只脚提起，让靠墙的一只脚独立，试试看，你能站立吗为什么不能站立呢

人能够站立，主要是因为竖直向下通过重心的重力作用线通过了两脚围成的支面，即图4中虚线所围的面积。在单脚站立时，支面缩小到只有一只脚掌面的大小，通过重心的重力作用线只能落在支面之外，所以不能站立。只有在改变原来的姿势后，让它落在支面内才行，而改变姿势是这里所不允许的，因此便不能站立了。

孩童学步踉踉跄跄经常跌倒，你该会解释了吧。但是，你可留意学步的小孩行走时亮脚总是分开的吗在行车时汽车上的售票员或航船上的水手，他们站立时（不扶靠物体），双脚也总是叉开的，走步都是八字形，这都是为什么呢而舞台上的演员，走步时又多是一字形的，如图5所示，可显得体态优美，婀娜多姿，你能说说这又是什么原因呢请你画出用八字形和一字形走步时两脚着地构成的支面大小，再从支面的大小与稳度的关系上去回答它。

图4 图5

第三节弹跳

跳远、跳高、跳绳都属于弹跳运动，仔细观察并参加这些运动，你会提出不少值得深思的问题。

一、为什么跳高不需要较长的助跑距离，而跳远则需要较长的助跑距离，并且起跳前要向前快冲跳的最远的起跳角度是否就是45°左右

假定我们不考虑身体各部分（手、脚）在空中相对运动的影响，就可以把跳高和跳远看成一种质点的抛体运动。显然抛体运动的射高、射程和初速度的大小和方向有关。跳高者希望使射高尽可能大些，因此他尽力依靠蹬地的反作用力使自己获得较大的向上的起跳速度；