科技馆因物理而精彩

张彩平

吉林省科技馆

科技馆因物理而精彩

张彩平

吉林省科技馆

物理学伴随着生产实践的发展而逐步壮大成熟起来，作为自然科学的领军学科。物理学在人们认识世界改造世界的过程中发挥了重要的作用，随着时代的进步人们越来越迫切的渴望了解身边的世界，科技馆应运而生。科技馆与物理的结合势在必行。

科技馆；物理；精彩

一、什么是物理学

物理学是伴随着生产实践、生活实践和科学实验的发展而产生发展起来的。古希腊人对此做出了很多贡献，他们把对所有自然现象的观察和见解，笼统的汇聚成一门学问，那就是自然哲学。古代人们对自然的认识主要是依靠直觉和简单的分析，因此获得的很多知识往往是片面的、肤浅的，有些甚至是错误的。科学分为物理、数学、化学、地理、生物学等学科，只是最近几百年的事。17世纪牛顿在伽利略、开普勒的研究基础上，经过长期的实验研究、数学推理和深入思考，提出了牛顿三大定律和万有引力定律，建立了比较完整的力学体系，这才是近代物理学的开端。

18世纪到19世纪，卡诺、焦耳、开尔文、克劳修斯等建立了宏观的热力学理论，库伦、奥斯特、安培、法拉第、麦克斯韦等建立了电磁学理论。以经典力学、热力学和统计物理学、经典电磁场理论为支柱，经典物理学的发展到了它的顶峰。正当人们认为物理世界的大厦即将建成之际，一系列与经典理论不相容的实验事实相继出现，例如以太漂移实验的否定结果、黑体辐射的紫外灾难、气体比热中能量均分定律的失败、光电效应实验、原子线光谱等。正是由于这些事实引来了物理领域的狂风暴雨，在这暴风雨中人们建立了现代物理学。什么是物理学？物理学是研究物质运动最一般规律和物质基本结构的学科。作为自然科学的领头羊，物理学研究领域大至宇宙天体，小至微粒粒子等一切物质最基本的运动形式和规律。

二、科技馆的前世今生

19世纪前半叶，工业革命正如火如荼地进行，科学技术的飞速发展。英国在当时世界工业发展中一马当先。资本的快速集中和运作，使英国成为当时金融的中心。这些因素触发了人类历史上第一次真正意义上的博览会—1851年的世界博览会，人们第一次通过展会这种形式了解当时的世界。从此科技展览的发展驶入了快车道。

科技场馆的发展大体经历了从自然博物馆到科技博物馆，再到现代科技馆发展历程，开始的自然博物馆主要向人们展示一些动物的标本、骨骼等；到科技博物馆时代主要向人们展示一些工业制成品；现在的科技馆是以展览科普为主要功能，通过公众亲身参与、体验展品为手段，以激发科学兴趣、提升公众的科技水平为目的科普教育机构。

三、科技馆与物理的完美结合

现代科技馆的这些属性使得物理学在科技馆中所占的比重越来越大。国内的很多科技馆中都有大量的与物理相关的展品，下面仅对一些典型实例进行说明。

（一）自己拉自己

从物理学角度分析我们不可能不借助外力把自己拉起来，通过这件展品我们可以很容易的把自己拉起来了。这里主要通过一个特殊的装置---滑轮组，滑轮组是由上方的定滑轮和下方的动滑轮共同组成。所谓定滑轮，顾名思义，就是指固定不动的滑轮，它的作用是能够改变力的方向，却不能省力，像在升国旗时使用的就是定滑轮，我们只需要向下轻轻的拉绳子，国旗就会向上运动。动滑轮和定滑轮相反，他的作用是能够省力，却不能改变力的方向，动滑轮是由两根绳子来承担物体的重量，所以一根绳子只需承载物体一半的重量。

（二）气浮小球

该展品通过金属管中吹出来的气流使小球悬浮在半空中。金属管移到哪，小球就会跟到哪，来演示伯努利原理。瑞士科学家伯努力发现在一定面积的水流或气流中，流体的流速越小，压强越大；流速越大，压强反而越小。这就是伯努力原理。我们大家都有乘坐火车的经历，大家是否注意到，在火车的轨道旁总有一条和轨道平行的白线，它是一条警戒线，提醒人们不要跨越白线。列车在高速进站的过程中，会带动车身两侧的气流随车高速运动，这个时候如果我们站在白线之内，人和车的距离太过于接近，人车之间的气流速度变快，压强变小。而人身后，远离轨道一侧的气流速度比较慢，压强就比较大，这样一来，身后压力就会将人推向火车。

（三）椎体上滚

地球上的物体由于受到重力的作用，都会不断降低自己的重心，逐渐趋于稳定。锥体上滚生动形象的向人们展示了物体的滚动与重心高度改变之间的关系，轨道的形状非常特殊，是一端高一端低的两根轨道，并不是一个斜面，其次，滚动的物体是双圆椎体，而不是圆柱体。轨道是呈八字形排列。当椎体处于轨道低端时，整个椎体被双杆支撑在轨道的上方，重心处在这一高度。而椎体处于轨道高端时，几乎有一半的椎体体积陷在了两轨道之间，重心处于这一高度，我们可以明显看出此时的重心位置更低一些。

（四）手摇雅各布天梯

希腊神话中有这样一个故事：雅各布做梦沿着登天的梯子取得了“圣火”。后人便把这梦想中的梯子，称之为雅各布天梯。雅各布天梯则展示了电弧产生和消失的过程。二根呈羊角形的电极，一极接高压电，另一个接地。摇动手柄，带动发电机发电。当电压达到一定值时，电极底部产生电弧，电弧逐级激荡而起，如一簇簇圣火似地向上爬升，犹如传说中的雅各布天梯。电压升高时，在两电极距离最近的底部空气被击穿产生电离，同时空气被加热，温度急剧上升产生电弧。热空气迅速向上移动，于是电弧也随着向上运动，随着电极间的放电距离的增大，电弧也随之拉长，当电弧爬升到顶部时，由于电极距离过大，不足以击穿空气，电弧自动熄灭。

物理学对科学技术和生产力的发展起着直接地推动作用，物理学深刻地揭示了自然规律，构成了认识自然、改造自然的巨大力量，为科技发展提供了方法和技能。物理学极大地促进了人类社会的进步和发展，而现代科技场馆的建立也为公众认识物理了解物理学习物理提供了宝贵的场所，二者相辅相成互相促进，迎接未来社会科技发展的机遇和挑战，物理大有可为无可替代。