科技館因物理而精彩

張彩平

吉林省科技館

科技館因物理而精彩

張彩平

吉林省科技館

物理學伴隨著生產實踐的發展而逐步壯大成熟起來，作為自然科學的領軍學科。物理學在人們認識世界改造世界的過程中發揮了重要的作用，隨著時代的進步人們越來越迫切的渴望了解身邊的世界，科技館應運而生。科技館與物理的結合勢在必行。

科技館；物理；精彩

一、什么是物理學

物理學是伴隨著生產實踐、生活實踐和科學實驗的發展而產生發展起來的。古希臘人對此做出了很多貢獻，他們把對所有自然現象的觀察和見解，籠統的匯聚成一門學問，那就是自然哲學。古代人們對自然的認識主要是依靠直覺和簡單的分析，因此獲得的很多知識往往是片面的、膚淺的，有些甚至是錯誤的。科學分為物理、數學、化學、地理、生物學等學科，只是最近幾百年的事。17世紀牛頓在伽利略、開普勒的研究基礎上，經過長期的實驗研究、數學推理和深入思考，提出了牛頓三大定律和萬有引力定律，建立了比較完整的力學體系，這才是近代物理學的開端。

18世紀到19世紀，卡諾、焦耳、開爾文、克勞修斯等建立了宏觀的熱力學理論，庫倫、奧斯特、安培、法拉第、麥克斯韋等建立了電磁學理論。以經典力學、熱力學和統計物理學、經典電磁場理論為支柱，經典物理學的發展到了它的頂峰。正當人們認為物理世界的大廈即將建成之際，一系列與經典理論不相容的實驗事實相繼出現，例如以太漂移實驗的否定結果、黑體輻射的紫外災難、氣體比熱中能量均分定律的失敗、光電效應實驗、原子線光譜等。正是由于這些事實引來了物理領域的狂風暴雨，在這暴風雨中人們建立了現代物理學。什么是物理學？物理學是研究物質運動最一般規律和物質基本結構的學科。作為自然科學的領頭羊，物理學研究領域大至宇宙天體，小至微粒粒子等一切物質最基本的運動形式和規律。

二、科技館的前世今生

19世紀前半葉，工業革命正如火如荼地進行，科學技術的飛速發展。英國在當時世界工業發展中一馬當先。資本的快速集中和運作，使英國成為當時金融的中心。這些因素觸發了人類歷史上第一次真正意義上的博覽會—1851年的世界博覽會，人們第一次通過展會這種形式了解當時的世界。從此科技展覽的發展駛入了快車道。

科技場館的發展大體經歷了從自然博物館到科技博物館，再到現代科技館發展歷程，開始的自然博物館主要向人們展示一些動物的標本、骨骼等；到科技博物館時代主要向人們展示一些工業制成品；現在的科技館是以展覽科普為主要功能，通過公眾親身參與、體驗展品為手段，以激發科學興趣、提升公眾的科技水平為目的科普教育機構。

三、科技館與物理的完美結合

現代科技館的這些屬性使得物理學在科技館中所占的比重越來越大。國內的很多科技館中都有大量的與物理相關的展品，下面僅對一些典型實例進行說明。

（一）自己拉自己

從物理學角度分析我們不可能不借助外力把自己拉起來，通過這件展品我們可以很容易的把自己拉起來了。這里主要通過一個特殊的裝置---滑輪組，滑輪組是由上方的定滑輪和下方的動滑輪共同組成。所謂定滑輪，顧名思義，就是指固定不動的滑輪，它的作用是能夠改變力的方向，卻不能省力，像在升國旗時使用的就是定滑輪，我們只需要向下輕輕的拉繩子，國旗就會向上運動。動滑輪和定滑輪相反，他的作用是能夠省力，卻不能改變力的方向，動滑輪是由兩根繩子來承擔物體的重量，所以一根繩子只需承載物體一半的重量。

（二）氣浮小球

該展品通過金屬管中吹出來的氣流使小球懸浮在半空中。金屬管移到哪，小球就會跟到哪，來演示伯努利原理。瑞士科學家伯努力發現在一定面積的水流或氣流中，流體的流速越小，壓強越大；流速越大，壓強反而越小。這就是伯努力原理。我們大家都有乘坐火車的經歷，大家是否注意到，在火車的軌道旁總有一條和軌道平行的白線，它是一條警戒線，提醒人們不要跨越白線。列車在高速進站的過程中，會帶動車身兩側的氣流隨車高速運動，這個時候如果我們站在白線之內，人和車的距離太過于接近，人車之間的氣流速度變快，壓強變小。而人身后，遠離軌道一側的氣流速度比較慢，壓強就比較大，這樣一來，身后壓力就會將人推向火車。

（三）椎體上滾

地球上的物體由于受到重力的作用，都會不斷降低自己的重心，逐漸趨于穩定。錐體上滾生動形象的向人們展示了物體的滾動與重心高度改變之間的關系，軌道的形狀非常特殊，是一端高一端低的兩根軌道，并不是一個斜面，其次，滾動的物體是雙圓椎體，而不是圓柱體。軌道是呈八字形排列。當椎體處于軌道低端時，整個椎體被雙桿支撐在軌道的上方，重心處在這一高度。而椎體處于軌道高端時，幾乎有一半的椎體體積陷在了兩軌道之間，重心處于這一高度，我們可以明顯看出此時的重心位置更低一些。

（四）手搖雅各布天梯

希臘神話中有這樣一個故事：雅各布做夢沿著登天的梯子取得了“圣火”。后人便把這夢想中的梯子，稱之為雅各布天梯。雅各布天梯則展示了電弧產生和消失的過程。二根呈羊角形的電極，一極接高壓電，另一個接地。搖動手柄，帶動發電機發電。當電壓達到一定值時，電極底部產生電弧，電弧逐級激蕩而起，如一簇簇圣火似地向上爬升，猶如傳說中的雅各布天梯。電壓升高時，在兩電極距離最近的底部空氣被擊穿產生電離，同時空氣被加熱，溫度急劇上升產生電弧。熱空氣迅速向上移動，于是電弧也隨著向上運動，隨著電極間的放電距離的增大，電弧也隨之拉長，當電弧爬升到頂部時，由于電極距離過大，不足以擊穿空氣，電弧自動熄滅。

物理學對科學技術和生產力的發展起著直接地推動作用，物理學深刻地揭示了自然規律，構成了認識自然、改造自然的巨大力量，為科技發展提供了方法和技能。物理學極大地促進了人類社會的進步和發展，而現代科技場館的建立也為公眾認識物理了解物理學習物理提供了寶貴的場所，二者相輔相成互相促進，迎接未來社會科技發展的機遇和挑戰，物理大有可為無可替代。