研究性学习报告-鸡蛋中的物理学.doc

高空坠人仍生还的奇迹(2007-12-09 06:48:25) 转载标签： 知识/探索分类： 科普之窗 07年12月8日的华商报上刊登了一篇题为“女工16楼坠下奇迹生还”的报道，说的是12月6日，与丈夫一块到西安打工的一位女工，从建筑工地的16层楼不慎摔了下来，但她得到了幸运之神的眷顾，竟经过抢救后奇迹般地生还。现在拟从物理学角度来定量探究一下这个奇迹的产生：这位女工坠下的高度h：十六层楼每层楼按2.8米计，h152.842米；若不考虑空气阻力及其它影响，这位女工落地时的速度V：换算后为103.3公里/小时，这个速度是相当高的，若直接硬绷绷地落地，那必死无疑。那么这位女工无何能保住性命呢？在这位女工整个下落过程中缓冲”肯定起了关键的作用。据目击者的叙述，应该有三次“缓冲”：一是这位个女工下落到12层时，被挡板上的一块铁板架挂了一下裤子；二是落至3层楼时，又被防护网挡了一下；三是这位女工不自觉地以一种较好的姿势“缓冲”落地。（与女性较柔软的身体、落地的部位和较软的地面有关）设这位女工的质量m为50千克，下面以两种方式下落计算人体所受冲力作一个对比：第一种方式：自由下落，落地速度为28.7米/秒,且落在硬地面上，接触时间较短，设为0.05秒，落地后速度即减为零：根据动量定理：第二种方式：下落过程中由于受到阻挡而缓冲，落地速度设为20米/秒,且落在较软的地面上，接触时间较长，设为0.2秒，落地后速度即减为零：这两种方式最终对人体的冲力相差26倍，这位女工能保住性命完全靠的是有效的“缓冲”。我曾在11月17日题为“以讹传讹的报道”的博客文章中，对高空坠物作了探究，纠正了都市快报和华商报刊登的资料中出现的知识性的错误。看了以上介绍，是否对这位女工从高空坠下但仍能生还的原因有所了解了吧。鸡蛋中的物理学物理是一门以观察和实验为基础的科学。爱因斯坦说：“喜爱比责任是更好的教师。”在教学中，有意识地引导学生联系生活实际，分析物理现象；利用身边物品，进行物理实验，都能激发学生的学习兴趣，加深学生体会。在这里说说鸡蛋中的物理知识：1、液体蒸发吸热 实验：把刚煮熟的鸡蛋从锅内捞出，直接用手拿时，虽然较烫，但还可以忍受。过一会儿，当蛋壳上的水干了后，感到比刚捞上时更烫了。分析：因为刚刚捞上来的蛋壳上附着一层水膜，开始时，水膜蒸发吸热，使蛋壳的温度下降，所以并不觉得很烫。经过一段时间，水膜蒸发完毕。由鸡蛋内部传递出的热量使蛋壳的温度重新升高，所以感到更烫手。2、热胀冷缩的性质实验：把煮熟捞起的蛋立刻浸入冷水中，待完全冷却后，再捞起剥落。分析：首先，鸡蛋刚浸入冷水中，蛋壳直接遇冷收缩，而蛋白温度下降不大，收缩也较小，这时主要表现为蛋壳在收缩。其次，由于不同物质热胀冷缩性质的差异性，当整个蛋都完全冷却时，组织疏松的蛋白收缩率比蛋壳大，收缩程度更明显，造成蛋白蛋壳相互脱离，剥蛋壳就更方便了。3、验证大气压存在实验：选一只口径略小于鸡蛋的瓶子，在瓶底热上一层沙子。先点燃一团酒精棉投入瓶内，接着把一只去壳鸡蛋的小头端朝下堵住瓶口。火焰熄灭后，蛋被瓶子缓缓“吞”入瓶肚中。分析：酒精棉燃烧使瓶内气体受热膨胀，部分气体被排出。当蛋堵住瓶口，火焰熄灭后，瓶内气体由于温度下降，压强变小，低于瓶外的大气压。在大气压作用下，有一定弹性的鸡蛋被压入瓶内。4、浮沉现象实验：把一只去壳鸡蛋，浸没在一只装有清水的大口径玻璃杯中。松开手后，发现鸡蛋缓缓沉入杯底。捞出鸡蛋往清水中加入食盐，调制成浓度较高的盐溶液。再把鸡蛋浸没在盐溶液中，松开手后，鸡蛋却缓缓上浮。分析：物体浮沉情况取决于所受的重力和浮力的大小关系。浸没在液体中的物体体积就是它所排开液体的体积，根据阿基米德原理可知物体密度与液体密度的大小关系可以对应表示重力与浮力的大小关系。因为蛋的密度略微比清水的密度大，当蛋浸入清水中时，所受重力大于浮力，所以蛋将下沉。当浸没在盐水中时，由于盐水密度比蛋的密度大，所受的重力小于浮力，所以蛋将上浮。5、惯性、摩擦阻力现象实验：选用外形相似的生鸡蛋、熟鸡蛋各一只，放在水平桌面上。用相同的力使它们在原处旋转。能迅速旋转的是熟鸡蛋，缓慢旋转几圈就停止的是生鸡蛋。分析：生鸡蛋的壳内是液状的蛋清，外力作用在蛋壳上旋转时，蛋清由于惯性，继续保持静止状态，则它与蛋壳间存在摩擦阻力作用，使整个蛋只能缓慢转动。而熟鸡蛋内蛋清已凝固成蛋白，外力作用时旋转时，整个蛋就能迅速转动。 6、物体的稳定平衡 实验：选用一只生鸡蛋，在小头一端开个孔并清除干净壳内的蛋清蛋黄。沿小孔滑入一块重物。以蛋壳的大头端为底部，扶好蛋壳。点燃一只蜡烛，滴入烛油，把重物封存在蛋壳底部。烛油大约封存至整个蛋壳高度的四分之一即可。把制好的蛋壳推倒后，蛋壳能自动立起。制成一个“不倒翁”。 分析：在空蛋壳的底端封存的重物和烛油，使整个蛋体的重心移近蛋壳的底部，重心起低，稳定性越好。当蛋壳倾斜，偏离平衡位置时，使蛋体的重心升高。因为蛋壳底端是球形的，在蛋体的自身重力作用下，蛋体又恢复到原来的平衡位置上。7