跟著女兒學(xué)物理

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女兒8年級(jí),暑假后升入9年級(jí),就讀淮安外國(guó)語學(xué)校,是新課程培養(yǎng)的首屆學(xué)員。每次同女兒交談,提的問題總給人一些稀奇古怪的感覺,叫我這個(gè)當(dāng)物理教研員的爸爸常下不了臺(tái)。暑假難得清閑,休息過后,到“蘇科物理”網(wǎng)隨處看看,發(fā)現(xiàn)南京05年中考題頗具特色,試題:“日常生活中,我們看到小朋友用吸管水平吹出的肥皂泡,常常開始時(shí)上升,隨后便下降,這是為什么?”讀后特別親切。略作沉思,感到試題既貼近學(xué)生生活,符合新課程的理念,又很有份量。下載、存盤。研究一番后,決定與女兒交流討論。
    早飯后,把試題呈現(xiàn)給女兒,女兒看了好長(zhǎng)時(shí)間說:“爸,吸管水平吹出的肥皂泡,開始時(shí)是不會(huì)上升的,一開始就向下落?!?BR>    “這是物理中考試題,怎么能錯(cuò)呢?”
    “我昨天幫媽媽洗衣服,玩了好長(zhǎng)時(shí)間肥皂泡。不信?你可以試做一下”
    做一下也無仿,我抱著必贏的心態(tài)答應(yīng)了女兒的要求。碗、肥皂粉、吸管準(zhǔn)備齊全。女兒往碗里倒入粉皂粉?!岸嗟挂稽c(diǎn)” 我擔(dān)心肥皂粉少,發(fā)泡效果不好。
    “先少倒一點(diǎn),然后慢慢加。”
    肥皂水調(diào)制成功,用吸管一試,所吹出的泡泡大多數(shù)都搖搖晃晃落向地面,偶爾出現(xiàn)一個(gè)泡泡在水平位置飄呀飄,一會(huì)兒仍落向地面。
    “什么原因?按照想象,肥皂泡應(yīng)該出現(xiàn)試題中所描述的情況?!蔽倚睦镆贿呧止荆贿吺爻蛑湎虻孛娴姆试砼?。觀察發(fā)現(xiàn):肥皂泡的下面都粘黏著小液滴。這時(shí)女兒也發(fā)現(xiàn)了這一問題“爸,直接落向地面的肥皂泡下面都附著小液滴,在空氣中飄的肥皂泡下面都沒有小液滴。”
    我想出現(xiàn)這種情況可能是吸管管徑或肥皂水的濃度不對(duì)。將想法告訴女兒后,兩人到超市購(gòu)買了多種內(nèi)徑的吸管和一瓶洗潔精。
    回來后,父女倆調(diào)制了多種濃度的肥皂水,換用了所有的吸管,情況依然如故。更可氣的是,女兒在陽臺(tái)上吹出了一個(gè)大泡泡,泡泡扶搖直上,升到很高的空中,爆裂了。
    實(shí)驗(yàn)到此,女兒很是高興。我問“你說泡泡不上升,直接落向地面是什么原因?”
    “空氣中的泡泡受到重力和浮力,重力大于浮力,所以泡泡落向地面。”
    “如果試題中描述的情景是正確的,泡泡為什么會(huì)上升?”
    “浮力大于重力”
    “泡泡為什么會(huì)先上升,而后下降”
    女兒一時(shí)語塞。
    “空氣中的泡泡從上升到下降,受到的重力有無變化?”
    “受到的重力沒有變化,是浮力發(fā)生了變化。上升時(shí),浮力大于重力,下降時(shí)重力大于浮力”
    “浮力變化的原因是什么?空氣的密度還是肥皂泡的體積?”
    “空氣的密度不能說變,應(yīng)該是肥皂泡的體積發(fā)生了變化,肥皂泡體積變化,應(yīng)該是溫度變化引起的,剛吹出來的泡泡,里面的氣體溫度高,一段時(shí)間后,溫度降低,體積縮小”
    女兒一口氣將我的好多想法都說了。后說:“這些都是建立在你假設(shè)的基礎(chǔ)上”
    “根據(jù)以上的分析,我們實(shí)驗(yàn)不成功的原因是什么?”
    女兒搖頭,我說:“現(xiàn)在是夏天…… ”
    “我知道啦,這個(gè)實(shí)驗(yàn)如果放在冬天做,或許能成功,因?yàn)槟菚r(shí)口腔的溫度與外界的溫差大”
    等到冬天來臨時(shí),我們?cè)僮鲞@個(gè)實(shí)驗(yàn)吧。
    事后我記錄下了與女兒做實(shí)驗(yàn)的大概情況。并且將對(duì)此題的思考整理如下,以示同行。
    思維過程:
    (1)肥皂泡由上升到下降,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了變化,運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是因力作用的緣故。
    (2)空氣中的肥皂泡受到的力有重力、浮力。肥皂泡一旦形成,其所受到的重力在肥皂泡破滅前是相對(duì)穩(wěn)定的。肥皂泡上升說明浮力大于重力,肥皂泡下降說明重力大于浮力。肥皂泡在空氣中運(yùn)動(dòng)過程中受到的浮力發(fā)生了由大到小的變化過程。
    (3)根據(jù)學(xué)過的浮力知識(shí)可知,引起肥皂泡浮力變化的因素有空氣的密度和肥皂泡的體積??諝獾拿芏仍诖捣试砼萜陂g可以認(rèn)為是不變的,則有肥皂泡體積的變化。
    (4)肥皂泡體積變化嗎?引起體積變化的因素有壓強(qiáng)和溫度,壓強(qiáng)因素的影響理由不充分,溫度有可能。
    (5)浮力變小說明體積變小,體積變小則因溫度降低。結(jié)合題意:水平吹出的肥皂泡,常常開始上升,口腔的溫度較高,肥皂泡的體積較大,肥皂泡在空氣中運(yùn)動(dòng)一段時(shí)間后,與空氣發(fā)生熱交換,溫度降低,體積變小,受到的浮力減小,肥皂泡由上升變?yōu)橄陆怠?BR>    反思:試題描述的現(xiàn)象在冬季和春、秋季實(shí)驗(yàn)較易成功,夏季因口腔溫度與環(huán)境溫度的溫度差較小,可能不很明顯。
    考點(diǎn):(1)一定質(zhì)量的氣體,體積與溫度的變化關(guān)系;(2)受二力作用物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化;(3)影響浮力大小的因素。
    答案:小朋友口腔溫度高于環(huán)境溫度,用吸管水平吹出的肥皂泡體積較大,受到的空氣浮力大于重力,做上升運(yùn)動(dòng),一段時(shí)間后,肥皂泡與空氣發(fā)生熱交換,溫度降低,體積變小,受到的浮力減小,重力大于浮力時(shí),肥皂泡下降。