物理学与人类文明教案2

格物致理，一节课中的物理学

古人云：“格物致知”。意思是观察身边的事物，通过探索得到知识。而我们学习物理，也是需要经过这样一个先“格”后“知”的过程，即先观察事物是怎样的，再思索事物为什么会这样，最后知道事物发展的必然性。现在我们通过对一节物理课的观察，看看有多少值得我们去思考的问题。

一节课的时间长度是45分钟，等于2700秒，这里说的时间长度，在物理中被定义为某种度量系统。你觉得物理课的45分钟比体育课的45分钟过得要长一些，这是你在心理学方面的感受，对时间长度的感觉随环境而变。不过在你走神的这1秒内，物理老师的声音已在教室走过了约340米的距离，你的脑部神经传输的距离约为120米，空中飞舞的苍蝇的翅膀大约完成了300次全振动，而光已跑完了30万公里。当你安静地坐在凳子上听课时，你是否感觉到你正以约300m/s的速度随地球一起自转，以约30km/s的速度随地球一起绕太阳公转；当然你也同时随整个太阳系以300km／s的速度绕银河系中心运动，这个速度是地球公转速度的10倍。假想地球突然停止自转或公转，因为惯性，你会和周围的物体一起像一颗出膛的子弹飞出。如果有人问你究竟是运动的还是静止的？正确的回答是：相对于地球是静止的，相对于太阳和银河系中心是运动的。

你和物理老师之间的万有引力只相当于几百料尘埃的重量，而脚与地板之间的最大静摩擦力大约为体重的30%，所以你和你的物理老师不会被万有引力吸引在一起，如果没有摩擦，你和物理老师大概要花几个小时才能被万有引力靠拢在一起。当物理老师点你起来回答问题时，你起立的时候对地面的压力先增大后减小，坐下时你对地面的压力先减小后增大，而你的体重并没有变化。你是否注意到教室里的吊扇在转动时，悬杆的张力要比吊扇静止时要小一些，因为扇叶转动时将空气向下推动，扇叶则受到空气向上的反作用力，减小了悬杆的张力。注意挂在教室壁墙上的石英钟（当然不是盼着早点下课），当电池的电能耗尽而停止走动时，秒针往往停在刻度盘上“9”的位置。这是由于秒针在“9”位置处受到重力矩的阻碍作用最大。

物理老师向某个同学提问时你仍能听到周围同学的窃窃私语是因为声波传播的独立性，而女同学的声调稍大是因为她们发出的声波的频率高。下课铃声响起来时，你能听到铃声但看不到电铃，是因为声波波长远比光波波长要长，更容易绕过障碍物形成衍射。因此你的精神为之一振，这是“条件反射”的形成。

看着物理老师能用粉笔在黑板上板书，粉笔在黑板上留下了字迹，这是因为分子之间引力作用的结果；而你能用墨水在纸上写字，是因为所用的纸被墨水浸润；粉笔可以将纸上的墨水渍吸干是因为毛细现象。教室的门窗最好不要紧闭，否则感冒病毒会随着一位同学的喷嚏，自由扩散到教室里的每一个角落，讲台上的物理老师也不能幸免。要注意，你能看到的粉笔灰尘的无规则运动不是布朗运动，而你看不到的感冒病毒分子却在做着危险的布朗运动。

如果这节课窗外恰好在下雨，物理老师一定很无奈，因为静电演示实验不太好做了。但不知大家感觉到没有，这样的天气并不令人讨厌，窗外飘进来的是令人清新愉快的气息，这是由于下雨天空气中充满了大量的负离子，负离子是空气中一种带负电荷的气体离子，看不见，摸不着，但对人体大有好处，负离子可使脑组织的氧化过程力度加强，增强大脑皮层功能及脑力活动，使你精神振奋，学习效率提高，

当你打开教室里的电灯开关时，电线中便以3×108m/s的速率在各处迅速地建立起电

场，在这个电场的作用下，电线各处的自由电子开始以7.4×10-5m/s的速率开始做定向移动，瞬时形成电流，电灯开始工作，而金属中自由电子无规则热运动的平均速率约为105m/s。一节课的时间内，教室里的电灯（以6盏40W的日光灯计算）的耗电量约为0.18度电，你知道吗，每节约0.18度电，等于节约了0.08kg标准煤，0.8L净水；同时减少0.06kg碳粉尘，0.2kg二氧化碳，对节约资源、保护环境也有不小的作用。

教室的各种电器，如电视机，投影仪，电脑以及你个人所拥有的MP3，让你充分感受到电磁波为我们的学习和生活所带来的方便和享受。但也请你注意到以下这些令人不安的事实，电磁波污染已经无处不在，只要是电器，都会产生电磁波，包括埋在墙壁中看不到的电线，因为墙壁是无法挡住电磁波的。所以教室中的任何一种电器在不使用时，要将其插头拔掉，这样即可以避免电磁波的侵害，又符合节约的原则；还要经常开窗通风，让室内的电磁波及时排出，当然与辐射源（如电脑显示屏）保持适当的距离也是一种防护手段。

你能看到黑板上的板书，是因为光线的漫反射；你发现老师的眼镜镜片边缘呈现淡淡的紫色，是因为镜片上涂有增透膜所发生的薄膜干涉的结果；你无法看到两盏日光灯所形成的干涉现象，尽管这两盏日光灯完全一样，因为它们是两个独立光源，它们各自发出的光，不可能具有相同的频率，更不可能存在固定的相差，因此，不能产生干涉现象，只有将一盏灯发出的光设法分成两部分并使它们发生叠加，才可获得干涉图样。

在你安静地听老师讲解时，你一定不知道在一秒钟内，几万亿个来自太阳的中微子已悄悄地穿过你的身体。中微子是在太阳和其他恒星内部发生核聚变时产生的，它是一种非常小的基本粒子，几乎不与任何物质发生作用，具有很强的穿透力，它的身上隐藏着整个宇宙的秘密。如果你想捕获到一个中微子，成功的机会

“相当于在撒哈拉沙漠中寻找一粒沙子”。