趣味物理游戏

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剑桥博士趣讲首蠢枝物者敏档枣理：

　　一、液体与力

　　1、水上浮字

　　这是一项小的表演项目，在一个白色水盆里能浮起各种毛笔字。

　　本实验需要材料和工具：白色脸盆、清水、毛笔、墨汁、竹板、大葱。

　　制作方法如下：准备一块竹板，把竹皮表面打磨光洁，把大葱撕开，用
　　葱白有葱汁的部分在竹板的光洁面来贺亏回擦几次，将葱汁涂在竹板表面，稍干
　　后用毛笔蘸浓墨汁在涂有葱汁的竹板处写字，写什么字体都可以，稍干一会
　　儿以后，把竹板平按入水中，按竹板时慢些，不要带起水波纹，然后慢慢地
　　把竹板从水中斜向抽出来，黑字便一一漂浮在水面上，不散不乱。

　　之所以如此，是因为葱汁有粘性，在竹板上形成一层薄膜，能托住毛笔
　　字浮在水面上。

　　2、水面绘画

　　利用水面的浮力可以画出“抽象派”画面。下面我们来做这个实验。

　　材料和工具有：水盆、清水、浓墨汁、毛笔、小木棍、白纸。制作方法
　　如下：将水盆盛满清水，平放在桌上，用毛笔蘸浓墨汁滴在水面上，用小木
　　棍将墨滴推开，让墨滴散乱成不规则的乱云形花纹，取一张白纸平放在水面
　　上，再轻轻提出纸张，水面上的花纹画面就会翻印到纸上，凉干印好的纸张，
　　再精心剪裁一下四边，就能出现类似山脉、云层等“抽象”画面。

　　之所以如此，是因为水面平时总会有一层肉眼看不到的表面油脂，它可
　　以把墨迹托起来，形成水平面印刷版，如果用油漆倒在水面上搅拌还可以在
　　木板上印出假大理石花纹来。

　　3、水上旋转盘

　　本实验将介绍一种制作会自动在水中旋转的双鱼形纸盘。

　　所需材料和工具包括：硬纸板、剪刀、肥皂、水盆、清水。

　　制作方法如下：在硬纸板上画一个双尖鱼形，用剪刀把它剪下来，在双
　　尖内弯曲处用小刀豁开两个小开口，用小刀切两块小肥皂片，将肥皂片插在
　　两个小开口内。准备好一盆清水，把双尖鱼形轻轻地平放在水面上，等一会
　　儿两块小肥皂块在水中稍一溶解，双尖鱼片就会慢慢动起来，它会越转越快，
　　好像有动力的水轮一样。

　　肥皂在水中溶解时，产生一种向四面扩散的推力，由于纸鱼挡住了它向
　　前的推力，两块肥皂所产生的同向反作用力便推动纸鱼旋转起来。

　　4、水下“盒”爆炸

　　在水杯里放入一个小纸盒（包），会噼噼啪啪炸出很多水花来。

　　下面我们来做一下这个实。所需材料和工具：跳跳糖、薄纸、玻璃杯、
　　清水。

　　制作方法如下：准备一包“跳跳糖”，用薄纸一小块，在铅笔上卷散拍一个
　　小纸筒，不用浆糊粘，将底边多出的部分向内折叠压紧，把纸筒从铅笔杆上

　　拔下来，作成一个圆筒形无盖有底的小纸盒，把跳跳糖的颗粒倒入纸盒里，
　　将上口收拢捏一下，不必捏得太紧。倒一杯清水，最好用无条纹的平面玻璃
　　杯。将装有跳跳糖的小盆投入水中，用铅笔压一下让它下沉，当水渗透到薄
　　纸包里接触了跳跳糖就会发生“爆炸”，水花四溅还发出噼噼啪啪的小声响，
　　看上去非常有趣。

　　跳跳糖着水后会有强大的吸水性，在吸水过程中自身迅速分裂，好像跳
　　起来一样，用纸包住它，再让它渗透水分，就控制了吸水过程，加大它的爆
　　发力量，以它的跳动力量再去冲击水，便会产生水花溅起的现象。

　　5、潜水人

　　潜水人是穿了水下防护用具在水下作业的人员，这里制作的小玩具能在
　　我们手的控制下在深水中自由沉浮。

　　所需材料和工具包括：旧的玻璃眼药瓶、及时贴彩纸或不干胶透明胶条、深的直口标本瓶、水。

　　制作方法如下：

　　向直口标本瓶中倒入清水，使水面距瓶口约6 厘米。取小眼药瓶，用手
　　指堵住下出水口，向瓶内倒满清水，把挤眼药的胶皮帽扣紧，这时药瓶内的
　　水不会从下口流出来。把这个眼药瓶放在标本瓶内，它自然会下沉到底，用
　　手按眼药瓶上的胶皮帽使瓶内的水从下口滴出，水滴出去以后瓶的上部就会
　　出现小的气室，气室越大浮力越大，不断挤出水，不断放在标本瓶里试浮沉，
　　当小瓶内的气室大小，刚刚能使小瓶垂直浮在水平面上，就是调试完成了。
　　这时如果用手掌按住标本瓶口，用力向下一压，小眼药瓶便会缓缓下沉，再
　　加压力它会直沉到底，如果把手掌稍微松一点力，小眼药瓶又会从水底上升，
　　小瓶在水中上下浮沉很像潜水人在水下工作。试验成功以后，用彩色及时贴
　　纸（即不干胶彩纸）为小眼药瓶美化装饰，使它变成个潜水人形，如果没有
　　及时贴纸，可用白纸包粘画成人形，再用透明胶纸包粘，起到防水作用也可
　　以。做成人形的眼药瓶在水中沉浮，会更好玩更好看些禅掘神。

　　在正常环境中，大气的压力是一致的，眼药瓶内的小气室内的空气是在
　　正常情况下留出的，它的气压和正常环境中气压一样。

　　把它放在水里它能沉下去，说明瓶中水的重量与气室气体的浮力均等。
　　当用手掌按压大标本瓶口时，大瓶内，水平面上的气室气压产生了变化，将
　　比正常大气压力增高许多，可这时眼药瓶里面小气室还是正常大气压，它便
　　托不住瓶水的重量，就自动沉下去，当减弱大瓶气室的压力时它还会从水底
　　向上升。

　　6、硬币怕肥皂

　　打一盆清水来，准备几个硬币，把硬币竖直地向水里扔，硬币必定沉没
　　在水中。用食指托住硬币，慢慢地使指头没入水中，使硬币平落水面。奇迹
　　发生了，硬币居然漂浮在水上！

　　硬币浮在水上是有道理的，那是表面张力把它托住了。水面的分子受到
　　水里分子的吸引，使水面趋向收缩。荷叶上的一滴水，会收缩成水珠，细管
　　子里的水，水面会向管口凸起。从这种收缩的倾向中，我们看到相邻的两部
　　分水面之间存在着相互牵引力，这就是表面张力，它使硬币漂在水上。水面

　　的表面张力很小，水盆稍有摇晃，硬币就会落到水中。

　　盆里漂浮着一个硬币，在水面稳定不动的时候，拿一小块肥皂，轻轻地
　　从硬币旁边插入水中，你会看到硬币迅速移动，远离肥皂而去。看上去，真
　　有点硬币怕肥皂的样子。

　　这是什么道理呢？

　　你在思考问题的时候，一定想到了表面张力。提醒你吧，肥皂在水里会
　　慢慢溶解，一部分水面成了肥皂水。肥皂水的表面张力比水要小，水将硬币
　　推离肥皂了。请你动手试一试。实验原理如下：

　　硬币靠近肥皂的这一侧，肥皂的表面张力小，而在相反的方向，纯净的
　　水表面张力大，于是部分水面被拉了过去，漂在水面上的硬币也跟着被拉过
　　去了。

　　如果试验的次数太多，水面上的肥皂太多，这个试验的效果就会削弱，
　　硬币也许不移动了。这时，要另换一盆清水，才能继续实验。

　　另外还有
　　【简单操作类的】

　　①“正字反写”游戏规则：如图1a所示，要求参与者正对着前面的镜子，在一分钟内上写出一个成语来，该成语从镜子上看，必须是正立的，方为成功。这个游戏涉及的物理原理很简单，却能使学生在玩的过程中，更好地理解和认识镜面成像原理，也在无形中锻炼和培养了学生的想象力。

　　②“弹指神功”如图1b所示，参与者每人8枚硬币，将其中七枚叠在一起，剩下的1枚做子弹，看谁能在最短的时间内把这7枚硬币从下到上逐一射出来，最快的那一位获胜。这也是个原理很简单的游戏，却能让学生在宽松的气氛中认识惯性的简单应用，这比老师的课堂说教收到的效果要好得多。

　　③空杯运球

　　桌子上放着一些乒乓球，不能用手拿，只提供一只一次性塑料杯，要求将乒乓球移到另一个桌面上而不能落地，在规定的时间内搬球多者获胜。当然，这个游戏就需要一定的技巧，但学生还是能想到用塑料杯倒扣住乒乓球，然后旋转杯子，让乒乓球在杯内作圆周运动，达到一定速度后，球便不会从瓶内掉下来，便可把球迅速地搬到另一个桌面上。学生在参与这个游戏的过程中，可能没有去考虑球为什么不会掉下来，但这个过程性体验对我们的课堂教学很有帮助，往往可以收到事半功倍的效果。

　　通过上面的例子，我们可以看到虽然这类游戏没有给学生太多的物理知识却在游戏过程中给学生更多直觉感知和体验，对激发学生学习兴趣、想象空间，以及可能产生的顿悟闪现等等都起着很大的作用，有利于右脑功能的开发，这些都是课堂教学所不能及的。

　　【头脑奥林匹克类的】

　　①巧叠木块

　　游戏规则：参与者在30秒内将5块木块叠在一起，谁能使最上面的木块比最底下的木块伸出的长度长，谁就获胜。实际上这是一道来自计算力矩求重心的竞赛题。很多学生都是习惯性地从下往上叠，由于方法不对结果当然不佳。正确的方法是先调节最上面的木块伸出第二块木块达到临界平衡，然后，不动第一块，调节第二块相对下面一块的位置，使上面两块达到临界平衡，依次往下调节，便可叠得如图2所示。通过游戏比赛的形式，引发学生思考如何灵活地用所学知识解决实际间题，这样印象会更深刻，同时该游戏也培养了学生的逆向思维能力。

　　②“未敲先知”（辨别生蛋、熟蛋）

　　游戏规则：不能砸破蛋壳，看谁能尽可能多地设计出方案，来辨别出哪个是生蛋，哪个是熟蛋，由于“尽可能多”的激励作用，加之置身于游戏比赛这轻松的氛围中，学生们表现出极为热烈的参与激情，设计灵感相互迸发，思维之花朵朵绽放。例如，有的同学想到用橡皮圈将蛋箍紧，各挂在一条同样的线上，再分别把这两个鸡蛋扭转相同的圈数以后一同放开。结果熟蛋在转回到它的原来位置后，又往反方向扭转回去，然后又退转回来，这样来回扭转多次，才逐渐停下来。但是生蛋却只来回扭转三四次，在熟蛋还没停止时早就停下来了。也有同学想到更简单的办法，即把要判别的蛋放到一只平底盘上，用两只手指使它旋转。如果是熟蛋，则它旋转起来就会比生蛋快得多，而且转的时间更久。而生蛋呢，只能转几下就停下来。也有其他奇奇怪怪的想法，这里就不罗列了。

　　这个游戏鼓励了学生多角度分析间题，多想几种方法解决间题；引导学生以开放性的视角，开放性的思维去解决日常生活中所遇到的间题，从而培养学生的发散性、创新性思维能力。

　　③以一顶十

　　游戏规则：不能借助其它任何东西，看看谁能用1枚铁钉顶起10枚铁钉。这是一个很有挑战性的游戏，学生们都跃跃欲试，却难倒很多学生，甚至被认为是不可能的。此时如果主持人能把这被认为不可能的“以一顶十”摆出来（如图3），这个游戏带给学生的不止是如何活用共点力平衡与转动平衡的知识解决实际间题，更重要的是它能给学生以震撼，冲击学生的定势思维。

　　【奇思妙想类的】

　　①高空坠蛋

　　要求参赛选手自行设计一套鸡蛋保护系统，使得一枚生鸡蛋在此系统的保护下从20m～30m的高空自由落下而不致摔破。保护系统所用的材料及实现方法不限。参赛选手可发挥想象，自主完成设计制作。但整个系统（包括鸡蛋在内）不得超过1．5kg。参赛选手首先要保证鸡蛋落地不摔碎才有资格评奖，在此基础上我们再根据所设计的保护系统的质量、创意、取材、造型、原理等分出名次。

　　②巧垒纸牌

　　要求参赛选手（个人或组队，各团队至多3人）用相同材料、相同数量的纸牌（由老师提供），在15min内将纸牌垒得尽量高，并且造型美观。参赛者可用一定的辅助材料（由参赛方自己准备）。在参赛选手保证所垒的纸牌不倒塌的基础上，再根据各小组所垒“纸牌塔”的高度、稳定性、造型、纸牌使用张数、辅助材料使用情况、承受压力大小等情况进行评定。

　　③横空架桥

　　本活动分组，现场进行比赛（每组至多5人），提供材料有A4纸（最多10张）、胶水以及尺子和剪刀若干。要求在相距为50cm，长、宽、高分别为30cm、20cm、10cm的木制桥墩上设计一座小桥，并能使质量为500g的小车安全通过。小桥的具体设计和制作由参赛选手发挥想象，自主完成。同样，参赛选手必须保证小车可完全通过小桥才有资格评奖，在此基础上，将按照各小组架桥所用时间、材料节约性、小桥设计的创新性以及小车通过桥所用时间等综合考虑评定。

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