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V01．34No．5 物 理 教 师 第34卷第5期 PHYSICS (2013) TEACHER 2013年 简单也能蕴育精彩 ——用气球探究力的奥秘 杨以明 (浙江宁波高新区外国语学校，浙江宁波315040) 气球是普通的儿童玩具，以气球作为实验载体承载着 《墨经》中记载：“力物之所以奋也．”所以，把对力的感知 “力”的教学怎样的重任，蕴育怎样力的精彩呢? 和力的作用效果紧密联系教学更合乎人们的认知．把力 首先，有必要理清“力”要学什么? 的内涵中的难点受力物体施力物体的关系，力的作用是 2011年版《初中科学课程标准》中对力没有明确的要 相互的剥离出来独立成体，这样本节课着力从“力之 求，力作为物理科学中最基本的概念之一，我们应该从力 效”，“力之本”和“力之迷”3个面层层推进，步步深入效 的感知、力的本质、力的作用效果、力的单位、力的测量等 果更佳． 五个层面理解．考虑一堂课的容量，可以把力的感知、力 选择怎样的实验手段辅助力的学习? 的概念包括力的作用是相互的、力的作用效果放在一节 气球是很好的实验材料，细细思量，气球耳熟能详、容 课中学习．在实践中，多数教师把力的作用效果放在力的 易取材，操控性好，几乎可以演示本节所有力学现象． 概念之中或之后教学．从力的认识发展观来看，对力的概 1用气球实验展示力之效 念的科学认识是人们经过长期实践形成的．我国古代的 具体实验和实验引发的思考如下： 实验室中的辐射计直径约有o．07m．所以在压强较大 热辐射计内转子的叶片 时分子平均自由程小于容器的尺度，在压强较小时分子平 很薄．在阳光照射下两表面 均自由程远大于于容器的尺度． 的温度不同，在其叶片边缘 (1)压强较大时：分子间的碰撞频繁．叶片周围分子做 会存在很大的温度差．会导 无规则运动时与温度较高的涂黑面碰撞反射回来的速度， 致气体沿平行于表面的方向 大于从温度较低的光亮面的反射速度．这会使叶片的两面 上具有温度梯度，产生了平 间产生压力差，涂黑面受到的推力大于光亮面受到的推 行于表面方向的分子运动速 力．由于在阳光照射下的两个面始终存在温度差，因此这 度分量，分子的速度矢量形 种力始终存在并推动叶片持续转动．在冷水浇淋时，涂黑 成了循环流．图3所示为克 面的温度低于光亮面的温度，产生的压力差使其反向旋 鲁克斯辐射计内稀薄气体流 图3 转．(注：这种解释即为说明书内容) 动的蒙特卡罗模拟仿真流速矢量图(H表示涂黑面)．可以 (2)压强较小时：分子平均自由程远大于于容器的尺 看出，气体从光亮面流向涂黑面一侧，产生的压力将叶片 度，分子在辐射计内部不发生碰撞，气体分子间的摩擦消 推动并远离温暖气体向着温度较低的那一侧运动． 失．此时会产生热流逸现象(类似液态氦的超流现象．即温 2．4结论 度降到2．17K时，存放在容器中的液态氦分子会将“毛细 (1)对于辐射计转动的原因最初被错误的归因为光压 作用”发挥到极大，克服液态氦自身重力翻越容器，攀升至 效应．其实在辐射计内部光压与辐射计效应同时存在．辐 温度更高的地方)．在阳光照射下涂黑面一侧的温度高于 射计效应在10“Pa时消失，而光压的大小仅有10_7Pa左 光亮面一侧，所以光亮面一侧的气体分子会顺着叶片流至 右．所以辐射计效应不可能是光压造成的． 涂黑面一侧，涂黑面受到的