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怎样培养孩子的物理直觉——尝试一下这个问题

 外面都有啥 2021-09-25
话说昨天晚上都23点多了,我实在已经困得不行了,楠楠的爸爸神经粗大,认为他精力无限,我也是可以晚上不睡觉的。于是给我发来这么一个图:

我一看,迷迷糊糊的,心想,这半夜的还在看美女吗?
然后,又听见微信在响,看见他又给发来一个条件,才知道人家是在研究物理问题,真是以己之心度人之腹呀,真不应该,嗯,真不应该,咳咳咳:
同样的杯子和自来水(液面高度一样),乒乓球和铁球体积一样。不计算乒乓球自身重量和线的重量和体积。
这个天平会偏向哪一侧?
我的这个心呀,真是服了,他这么热爱学习吗,学习物理学学到深夜了?
我看了一眼,直觉告诉我:铁球这边沉。
楠爸:为啥呀,我觉得一样呢。
我:因为受力分析你糊涂。
楠爸:铁球被外面已经吊起的呢。
我:这个问题,莫着急马上得到答案,睡不着想一想蛮不错。我要去睡觉了。
楠爸:越想越睡不着。
我:友情提示一下:可以动态的考虑一下这个问题。蛮有意思的。
楠爸:浮力也一样。
……
经过了一天了,不知道楠爸有没有想明白这个问题,我也问了其他的人,得到的回答却又有了不同,楠爸认为这两边是一样的,其他人呢,当然就是还有两种选择了,第一:铁球那边沉;第二乒乓球那边沉。
楠爸的理由是:两边的物体受到的浮力一样,所以,两边的天平还是保持平衡。
其他的两种理由:1:乒乓球受到了一个向上的浮力,带动了杯子向上,所以,变轻了,所以,铁球那边沉下去了;2:乒乓球那边沉下去了,因为铁球被上面吊着呢,根本没有压到天平。而乒乓球至少还在水里浸着呢。
不知道看这篇文章的你,会得出什么样的结论呢。
无论得到什么样子的结论,这里有一个非常关键的问题,那就是关于物理直觉的问题。
总是听说什么数学直觉,因为不少人认为数学是一个抽像的学问,不容易建立起直觉来。不过物理直觉根本不需要建立它就有了,比如,火烧到痛、针扎着疼、夏天热、冬天冷……,这些都是不需要多加考虑,这不就是直觉吗,是的,这些是很简单的物理直觉。
不过,为什么像这样的题,像楠爸这样的高级白领,受过高等教育,而且还是学的是理工科,却还是不能够得到正确的答案呢?
就是得到了正确的答案,却无法说出正确的理由来呢。这就是因为,简单的物理直觉可以通过体验建立起来,不过,要是稍微复杂一点的问题,需要综合考虑的时候,就分析不清晰了。特别像这个问题一样,要是去做实验,其实也是容易得到答案的,不过,人家却只是给你这么一个图。就要让你给出答案,这就有一些为难人了。要是在大街上被人拿着个话筒,再对着一个摄像机,嗯嗯,可能就更不容易一下子回答出来了。
这样,我就用这个例子来举一下例子,看怎么样的思考法,才算是物理直觉用在这个问题上面了。
先看,乒乓球这边,人家都已经告诉了,不计乒乓球的质量和线的质量了,那么好吧,咱们这样的思考:单独来量乒乓球这边,假设我们用的是一个电子称,先把这些水装杯子里,再把乒乓球和线丢进去,因为这两者没有质量,电子称应该显示的是,杯子加水的质量(称出来是重量)。
然后,我们把水倒出来,把线用没有质量的胶水粘在杯底,再把乒乓球粘在线的另一端,线要短一些,保证水倒进去的时候,球不能够露出来。那么在没有倒水之前,由于球、线、胶水没有质量,所以,电子称称出来的就只有杯子的质量了。这时,我们向杯子里倒入那些水,一开始,乒乓球是浮在水面的,那么,电子称,称出来的就是杯子的质量加上水的质量。
接着,问题就来了,当水面高于线的高度的时候,乒乓球就有一部分在水里了,这个时候,它就会受到水向上的一个浮力,而这个浮力会拉着杯子向上。嘿嘿,是不是感觉有一些妙呀。我其实和得出这个结论的人讲呀,这就好比,自己要拉着自己的头发把自己提起来一样,看着好像也不是不可以,现实却是不可以。也许你会讲,明明别人提着你的头发,能够把你提起来呀,为啥自己提自己就不成了呢?
原因就是因为,乒乓球是把杯子向上提,但是,杯子呢,它同样在把乒乓球向下拉,这是一对平衡力。这一对力不表现在对电子称的称量上面。
这就好比一个胖子,他在称体重的时候吧,用手向上可劲儿提自己的头发,嘿嘿,无论你是不是胖子,你也可以用自己家的电子称试一下,要是电子称不太灵,就劲儿加大一些。嘿嘿,要是头发不长,就提自己的耳朵也是可以的。
同时,要是让旁边的人帮助一下,来提自己的头发,或者耳朵一定会取得你想要的结果的。
不知道,我讲明白没有呢。也就是,当把水倒进去的时候,虽然水中间空了一块,却不会影响电子称称出来的质量。
也许有抬杠的(其实也不算抬杠了,氢气球就是这个原理)说,不对呀,它的整体体积变大了,考虑空气浮力的话……,是的它变轻了。但是,我还真没有的见到过这么灵敏的称,我相信,你也同样不容易见到的,所以,就不用考虑这个因素吧。
再来考虑一个好玩的想法,这个时候,你把装有乒乓球和水的杯子放进冰箱里,把它们都冻成冰,拿出来的时候,你就可以把冰和球整个儿取出来,然后,把杯子和它一起称,是不是就能够理解,杯子质量没有变,而冰中间有一个没有质量的乒乓球,也不会改变它的质量吧。
嗯嗯,这下子,有没有想明白,其实把乒乓球无论用线系在水中间,还是漂在水面,只要它没有质量,其实它都不影响水加杯子的质量的呢。
在想明白这边之后,我们来考虑另一边好吧。
铁球这边呢,我们用另一种方式来思考它。那就是,我可以把铁球做成空心的,让它的密度刚好与水的密度一样。这要是真正的做起来,还真不容易,不过好在,我们是用思想来做这个实验的,所以,就很简单咯。
好吧,我们先不要放入铁球。而是先称水和杯子的质量,当然它一开始是和另一边的一样的。这个时候呢,我们把铁球放入水里,认真想哦,由于它的密度是和水一样的,那么它进入水里之后,它所受到的浮力就与它所受到的重力是一样的,这个时候,索在它上面的绳子,当然就没有拉力了。要是这一点想不明白,就当看了个笑话吧,的确有看不明白这段文字的人。
看到这里,你就会突然发现,其实铁球这边相当于加了一个铁球体积大小的水的质量。有明白这样理解的方式吗?
这个时候,你再用你的大脑增加铁球的密度,无非就只是增加了它的重力,这多出来的重力,就变成了绳子的拉力。楠爸就在这里出现了问题,他认为铁球被吊住的,对水没有什么作用呀。
嗯写得有一些长了,不过呢,对于把一个事情讲明白来讲,这可能还是不够的,因为,从来不这样考虑问题的人来讲,也许越讲越糊涂。不对,你要是能够静下心来,认真的去看我讲的思考物理学的方法,也许你就能够慢慢的去这样观察身边的世界。
现在的家长对于辅导作业,总是吼得很大声,不过大多数这样的大声来源于他们的自信,这样的自信,随着孩子的成长,可能到在小学的高年级就不再吼了,到了初中吼的就太少了。
要是你学会了这样的观察与思考世界,也许可以吼到高中也说不定呢。哈哈。

啊,不要呀!!!!
打麻将、刷剧、喝酒、看肥皂剧它不香吗,看着两鬓斑白的我,这孩子真是操碎了心。
要不要,听孩子的话呢?
我要认真考虑一下了。


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