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自由落体运动之虚拟实验

2008-12-19 14:12 by 生化老师
浏览:767

URL:  http://www.seed.slb.com/en/scictr/lab/galileo/index.htm

自由落体运动

物体只在重力的作用下,从静止开始下落的运动叫自由落体运动。

 

虚拟实验

 

在应用虚拟实验配合物理教学,在互联网均有不少网站提供相关虚拟实验致教师使用;其中包括PhET物理教育模拟实验网站台大物理教学示范实验教

 

就以自由落体运动为例,有没有想过以伽利略的角色于比萨斜塔做了著名的自由落体试验?我们只需进入Galileo Drops the Ball的网址;便能有效的展示及令学生体会到这试验原理,不单增加学习趣味,更使学生是认识到科学探究背后的理论及历史。

透过虚拟实验,能有效整合资讯科技及科学实验教育,教师能展示及分析实验之详细理论,又能让学生尝试操作,协助提高学生探究及理解能力。

当然,在虚拟实验示范后,亦需由学生亲手操作实物,才能提升他们对科学实验兴趣。

e.g. The LearningTower

URL: http://www.nd.edu/~ysun/Yang/PhysicsAnimation/collection/freefallP.swf

自由落体运动 (知识增润)  <引用自http://baike.baidu.com/view/600.htm>

 

伟大的物理学家伽利略用简单明了的科学推理,巧妙地揭示了亚里士多德的理论内部包含的矛盾。他在1638年写的两种新科学的对话一书中指出:根据亚里士多德的论断,一块大石头的下落速度要比一块小石头的下落速度大。

假定大石头的下落速度为8 ,小石头的下落速度为4 ,当我们把两块石头拴在一起时,下落快的会被下落慢的拖著而减慢,下落慢的会被下落快的拖著而加快,结果整个系统的下落速度应该小于8

 

但是两块石头拴在一起,加起来比大石头还要重,因此重物体比轻物体的下落速度要小。这样,就从重物体比轻物体下落得快的假设,推出了重物体比轻物体下落得慢的结论。

亚里士多德的理论陷入了自相矛盾的境地。伽利略由此推断重物体不会比轻物体下落得快。伽利略曾在著名的比萨斜塔做了著名的自由落体试验,让两个体积相同,质量不同的球从塔顶同时下落,结果两球同时落地,以实践驳倒了亚里士多德的结论。

伽利略认为,自由落体是一种最简单的变速运动。他设想,最简单的变速运动的速度应该是均匀变化的。但是,速度的变化怎样才算均匀呢?他考虑了两种可能:一种是速度的变化对时间来说是均匀的,即经过相等的时间,速度的变化相等;另一种是速度的变化对位移来说是均匀的,即经过相等的位移,速度的变化相等。伽利略假设第一种方式最简单,并把这种运动叫做匀变速运动。

 

 

相关互动教材

 

自由落体 - 专题 - 物理廊

START Investigate Free Fall Motion Definition

http://www.seed.slb.com/en/scictr/lab/index_virtual.htm (Science Lab | Virtual Lab) 

 

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神七出舱问天。漫步太空实现

2008-09-30 01:48 by 生化老师
浏览:583

 

在九月二十七日下午16:43分,神七太空人翟志刚在与刘伯明及景海鹏协作下,在茫茫太空中走出中国人的第一步,并展示中国国旗,象征中国航天科技迈向新领域发展和突破。

p1.jpg  p2.jpg

 

图片引用自http://hd.cctv.com/special/C22070/17/index.shtml 

除实现太空行走外,翟志刚出舱后, 通过解锁提拉,把在飞船外的实验样品拿到手里,带回返回舱内。

当中的步骤看似简单,但实在却十分困难,以下为太空行走的网上片段:

引用自http://hk.youtube.com/watch?v=7W8U1KMm7Gc

固体润滑剂实验小百科:

 exp.jpg

实验的目的是为了把这些经过太空暴露的材料 (固体润滑剂),带回地面的实验室进行化学研究,观察空间环境对材料的作用,同时还将把它们与地面进行模拟实验的材料进行对比。研究有关物料对抗紫外光的关系。

原来神舟飞船和航天员并不象是在电视画面中的静止状态,其实是在高速转动,一秒钟相对地球来说走八公里。但为什么在飞行时,看不到太空人翟志刚在加速飞行呢?

这都是由于惯性的关系。

但惯性是什么?

据牛顿第一运动定律,惯性是一切物体在不受任何外力的作用下,总保持匀速直线运动状态或静止状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。

物体之所以保持静止或匀速直线运动,是在不受力的条件下,由物体本身的特性来决定的。物体所固有的,保持原来运动状态不变的特性叫惯性。物体不受力时所作的匀速直线运动也叫惯性运动。

在互联网上,亦有不少介绍惯性的物理现象短片,以下便是其中一些例子:

七个惯性实验:

引用自http://video.google.com/videoplay?docid=3493831395462934634&hl=zh-TW 

有趣的FLASH动画::

故此在神舟太空船高速运行时太空人在舱外的速度也是达至相同速度的故在神舟飞船的拍摄时 太空人与飞船均是在静止状态。

其实,早在三百年前,伽利略也曾经专研过这个问题,故牛顿曾经说过:我是站在巨人的肩膀上才成功的。这句话就是针对伽利略的。所以牛顿概括了前人的研究结果,总结出了著名的牛顿第一定律。
引用自http://baike.baidu.com/


以下为惯性与物理的一些发展历史:

力与运动

·         两千多年以前,人们开始注意运动与力的相互关系

·         亚里斯多德认为没有力的作用物体就要停下来

·         伽利略认为物体一旦有了速度,除非有外力作用不然速度不会改变。

·         牛顿把伽利略的结论加以延伸

牛顿第一运动定律:若物体不受外力作用或所受外力和为零,则静者恒静,动者恒作等速度直线运动。

延展阅读:

在太空里,航天员在飞船上时,能坐享其成拥有这个高速,而在太空微重力条件,无动力的飞行状态下,即便宇航员脱离飞船被抛入太空时,他依旧能够靠惯性运动,继续享有这样的高速绕地球运动,因此相对于地球,宇航员太空行走的速度和他在舱内行走的速度是一致的。

(据金陵晚报报导) 引用自http://www.hljnews.cn/

 相关网址:

1.        惯性

2.        惯性惯性现象案例- 惯性惯性现象课件

3.         Samn的物理课本

4.        在初中课堂上教授惯性和反作用力的一些实验设计

卷标: -- 检举

神七发射成功。中国创新里程

2008-09-26 02:35 by 生化老师
浏览:698

在九月二十五日九时十分长征二号F型运载火箭点火,神舟七号飞船在酒泉卫星发射中心升空。透过不断的分段攀升中国航天将达至前所未有的新一页。

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图片引用自中国网 china.com.cn 

火箭升空的一刹透过逃逸塔等的分离,应用高速喷出热流的反作用力带动火箭的推进力。这都是应用牛津第二及第三定律的成果。

rocket.jpg

图片引用自Tsiolkovsky rocket equation - Wikipedia, the free encyclopedia

但除此以外火箭升空的背后不能不提及有关主宰火箭运动最重要的方程序Tsoilkovsky火箭方程。是于1903年由前苏联科学家Konstantin Tsoilkovsky所提出方程指出火箭可获得的速度,纯綷由火箭本身的质量、携带燃料的质量及燃料的喷射速度决定。透过应用公式便能准确计算火箭升空所需的速度及燃料质量等。

以下为Tsoilkovsky火箭方程的一些基本内容:

英文版:

Tsiolkovsky’s rocket equation, or ideal rocket equation is named after Konstantin Tsiolkovsky, who independently derived it and published in his 1903 work[1], considers the principle of a rocket: a device that can apply an acceleration to itself (a thrust) by expelling part of its mass with high speed in the opposite direction, due to the conservation of momentum.

The equation relates the delta-v with the effective exhaust velocity and the initial mass and the end mass of a rocket.

For any such maneuver (or journey involving a number of such maneuvers):

formula.jpg

where:

m0 is the initial total mass, including propellant, in kg (or lb)

m1 is the final total mass in kg (or lb)

ve is the effective exhaust velocity in m/s or (ft/s) or

is the delta-v in m/s (or ft/s)

引用自Tsiolkovsky rocket equation - Wikipedia, the free encyclopedia

 

在解释有关火箭方程互联网上有对此方程作深入浅出的讲解短片:

 

 引用自(物理_火箭方程序 - AOL Video)

 

在相关火箭及其方程教学资源上教育局和中大理学院提供了以下优质的教

:

航天器动力系统 - 火箭引擎

地球与太空

 

各教师亦可制作简单的火柴火箭使学生更易理解有关方程及原理。

可参考专题活动:火柴火箭

 

随中国航天技术发展有关技术亦将不断提升有科学家亦提出应用天梯进行太空探索令人们能更快奔向天际。

rocket2.jpg 

图片引用自<Space elevator>

 

相关资料及延展读:

Space elevator

Ideal Rocket Equation

 

物理教案-火

 

下载文件档 icon_resdl_chi.gif

 

卷标: 天梯, 火柴火箭, 火箭, 神舟七号 检举

神七升空在即。校本科探活动

2008-09-19 19:22 by 生化老师
浏览:756

在距离神舟七号升空,还有约一个星期,各界亦开始马不停蹄地报导有关神舟的资讯及最新消息,这亦是让学界认识航天科学的好机会。

16471254.jpg

在常识科及初中科学科亦中亦有涉及航天的课题,但由于是次神舟七号升空规模及影响重大,故于不同级别举行有关神舟主题教学活动,如航天科技日等。建议可在不同的级别设立不同的专题活动,以下是一些建议活动:

初小:

可进行航天科技画比赛,透过应用神舟七号资讯,启发学生对航天科技之联想。优秀作品更选取作参加科技画比赛, 香港青少年科技创新大赛08-09 (11)

高小:

可进行火箭实验创作设计比赛等活动,提升学生进行科学探究的能力。

初中:

可设计太空航天科学作品设计比赛;应用已有航天知识,设计未来的神舟飞船,并加入动力及环保等原素。。

高中:

透过神舟七号所应用的不同科学理论,制作、设计或模疑当中实验,如太空空间及物理创作实验等,更可拍成短片,利用EdBlog制作网上实验探究平台。(可参见物理实验视讯,科创探究教学)

 神七网页推介

在互联网中,亦有不少与神七相关的主题专辑网页,以下便是其中一个优秀网页: 神舟七号载人航天。它提供了有关新闻、游戏、壁纸、升空及太空漫步模疑动画等资料。

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图片引用自http://news.sohu.com/s2008/shenzhouqihao

shenzou7b.jpg

图片引用自http://news.sohu.com/s2008/0846/s259593681/  

 

于教育局科学组及教城亦将分别提供了「航天科学与科技网上学习资源」和「神七启航、勇闯高峰」专题网页。期待各教师于这次神七升空,有效运用网上学习资源,使学生能更投入是次活动。

卷标: -- 检举

中秋节学物理:月到中秋份外明?

2008-09-14 09:10 by 生化老师
浏览:767


常言道:「月到中秋份外明?,但看来,月明已较去年昏!

在一般学习中秋节的课题上,大都是充满著神话般的色彩,当中包括不少有趣的课题如嫦娥奔月,吴刚白免等,你又有否想到背后一些有趣的科学及物理问题呢。

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图片引用自http://hiphotos.baidu.com/changel/pic/item/7c00a08be499e7749e2fb439.jpg

嫦娥是如何应用仙丹,使自己能够反地心吸力冲出大气层的可能性,是否可以应用牛顿力学第三定律作解释呢?但这样可能使神话变得不再有趣, 故暂且不谈,有机会可以跟大家再探讨一下。

原来在另一方面,月亮除于这些有趣神话外,在它的光源及距离,已是我们当中可探究许多物理及科学的事情。

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月亮小百科

本年914日晚上,月亮距离地球距离为38.1万公里,差不多在近地点和远地点中间。

在两年多前的研究,发现月亮渐渐距离我们愈来愈远,  与四亿多年的距离更有43% 之差了。由此可见,地球与月球这个卫星的引力渐渐缩减了。在距离测量上,可应用物理的方式作计算及测量。

原来在1969,太阳神17号太空于月球放了一面镜子; 而相关试验称为月球激光测距实验可看相关于Google Moon 的图片:

1111.jpg

相关网页:

http://www.google.com/moon

as11-40-5952hr.jpg 

http://www.hq.nasa.gov/alsj/a11/images11.html#5952 Source: ALSJ (AS11-40-5952)

 (:太空人于月球还放了什么呢?可于回应栏中试行解答,