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小祖冲之实验室:牛顿摆

 

2021年3月28日下午2点,小祖冲之实验室活动在昆山市图书馆拉开了帷幕,这次带来的是“科普实验”主题活动之“牛顿摆”。

动量守恒定律是最早发现的一条守恒定律,和能量守恒定律以及角动量守恒定律一起成为现代物理学中的三大基本守恒定律。一个系统不受外力或所受外力之和为零,这个系统的总动量保持不变,这个结论就叫做动量守恒定律。那么,这与牛顿摆又有何关联呢?活动开始时老师也提出了另一个问题:“牛顿摆是什么?”小读者们听到这个问题表示十分茫然,嘟囔道:“我只听说过苹果砸牛顿。”咦,难道真是大名鼎鼎的牛顿做出的发明吗?带着疑问,小读者们沉浸在了活动之中,希望能找出答案。

第一部分是知识科普,首先讲到“动量”,它表示物体质量和速度的乘积,老师以前排的一个年纪较小的女孩和一个年纪大一点的男孩为例进行解释,如果男孩全力奔跑,他的动量一定是大于女孩的,但如果男孩只是走路,而女孩全力奔跑,这时小读者们迅速回应:“女孩的动量大!”看来,小读者们都理解了什么是“动量”。接着,老师同样通过举例子的方式使小读者们明白了什么叫动量守恒定律,另外说到:在碰撞的情形下,系统的动量可视为近似守恒,代表性的例子就是牛顿摆了。

活动由此进入第二部分,小读者们终于看到了牛顿摆的真面目,它的主体是五个被悬挂着的质量相同的球体,当摆动最右侧的球,其回摆时碰撞紧密排列的其他球,最左边的球将被弹出,并仅有最左边的球被弹出。与此同时,小读者们也得知其真正的发明者是伊丹·马略特,只是因为其摆动时产生的现象根源于牛顿力学原理(动量守恒原理等)才被命名为牛顿摆。一直困扰着小读者们的问题得到了解答。不过,牛顿摆能够永远摆动下去吗?

这个问题的答案需要小读者们亲自去发掘,活动的第三部分便是由小读者们亲自搭建牛顿摆模型。领到材料包,小读者们便迫不及待地动起手来,安插木条、拧紧羊角钉、用棉线串珠、保持珠子平衡,操作过程对小读者们的手脑协调能力有着不小的考验,在互帮互助、教学相长的融洽环境下模型被渐渐完成,活动现场时不时响起牛顿摆特有的清脆而悦耳的碰撞声,并与小读者们的欢声笑语交杂在一起

小祖冲之实验室通过科学实验将科学与生活紧密联系在一起,使小读者对科学原理有了更深的认识,丰富了小读者课外生活的同时亦让他们在轻松愉快的氛围中增强了动手能力,对小读者科学素养的培养和科学精神的形成具有一定意义。


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