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滴水穿石的啟示 背后的科學

2009-07-06 21:03:21     下載試卷     標簽:壓強 物質 成語 化學

  這篇文章很值得一讀,盡管部分說法可能有一些爭議:比如說滴水穿石有其不科學之處,則不敢茍同,雖說小水滴如文中所說的那樣,但亦可以作為持之以恒的典范,等等。

  [從這個成語中看科學] 學完這個成語后,學生都能知道這個成語的價值,即只要堅持不懈,事情就能成功。但大多數人認為,高處落下的水撞擊石塊,每次相互碰撞造成一點損壞,時間長了石塊形成凹坑,再加深以至被擊穿(這篇課文的作者也是這樣認識的)。可科學家們卻要驗證一下這種說法是否正確。 科學家們用乒乓球反復和石塊相撞,并未見石塊有明顯的損傷,乒乓球對石塊的撞擊力比水滴對石塊的撞擊力要大得多,卻不能穿石。可見水滴撞擊石塊不是穿石的主要原因。 科學家們用每秒可拍攝1500張照片的高速攝影機拍下了水滴落到石上的全過程,然后一張張仔細觀察,發現水滴原來是流線型,落到石上后先是形狀變扁,而后分散成許多小水滴向四周飛散,飛散過程中產生了許多微小的由水膜包裹著空氣的氣泡,這些氣泡表面的水膜由于表面的張力而很快收縮,氣泡內的空氣由于體積縮小而壓強迅速增大。當壓強足夠大時就沖破水膜體積迅速膨脹,就像一次小小的爆炸,氣體形成的沖擊使石塊受到了小小的損傷,日積月累,終至穿石,這種微型氣泡“爆炸”損壞固體的現象被稱為“氣蝕”。 “氣蝕”現象一度是遠洋航行的大敵。最初使用螺旋槳推進的遠洋巨輪在航行12小時后就發現螺旋槳表面百孔千瘡,無法使用,經過很長時間的觀察和研究發現:螺旋槳高速旋轉和水相互作用,在螺旋槳表面附近形成大量的微小的氣泡,氣泡雖小,但氣泡內的壓強卻很大,可達到幾千個大氣壓,無數小氣泡破裂時對螺旋槳表面的沖擊,使金屬制的螺旋槳也顯得很脆弱。找到原因后,人們利用改進螺旋槳面形狀使之少產生氣泡,選用抗氣蝕金屬材料,在表面加化學涂層等方法大大減輕了氣蝕對螺旋槳的破壞。 科學家們用“滴水穿石”的毅力揭開了這其中的秘密,同時克服了氣蝕的破壞,并在進一步尋找氣蝕現象的利用途徑。 雖然小學生對這段文字不可能完全理解,但他們可以知道研究這個成語卻解決了生活中的許多問題。所以通過這樣的綜合實踐活動,學生悟出傳統式教學無法獲取的東西(實質,看完這些材料,可以清楚地看出課文中所說的“滴水穿石”原因是人的直觀思考,不是科學實驗的結論,所以這篇文章有違反科學之處。因此這樣延伸可以把學生帶入科學殿堂)。實質許多科學家的發明,往往重視的就是最普通的自然現象。為了使學生更多的獲得這個信息,這也是教學的延伸,為了這種延伸的意義擴大,我還為學生準備了“普里高津的事跡”,即耗散結構理論發明過程。 普里高津是比利時具有哲學思想的著名科學家,他堅信世界總是不斷向上變化、發展的,自然界應該存在著從無序向有序轉化的規律。他是從一種叫“貝納德花樣”的現象中得到的啟示:開水將沸騰前,會出現許多水泡,若仔細觀察,會發現這些水泡呈六角形蜂窩狀的有序狀態,其中心液體向上流動,邊緣液體向下流動,形成熱量的對流,這就是“貝納德花樣”。普里高津發現,這種有序結構必須靠外界不斷供給熱量才能維持,一旦加熱停止,結構就遭破壞。因此,它不同于像晶體那樣“死”的有序結構,而是一種“活”的有序結構,要求不斷地同外界發生物質與能量的交換,即“吐故納新”。普里高津把這種要不斷從環境中吸收物質與能量,并且在物質和能量的消散中才能維持的有序結構,稱為耗散結構。耗散結構理論的創立,為解釋生命現象提供了一把很好的“鑰匙”。生命就是通過新陳代謝、吐故納新,不斷保持有序狀態的。因此,生命體就是一種耗散結構。這為用物理、化學的方法研究生命現象和生物進化開辟了道路。耗散結構理論被認為是20世紀70年代最輝煌的科學成就之一,普里高津被人們稱為“生命熱力學的詩人”,并在1977年獲得諾貝爾化學獎。

  [滴水穿石的教學延續] 這篇文章真正延續,反映在全體學生能運用這個啟示上,達到這一點,每個學生就能自己“滴水穿石”起來。因此在本次實踐活動課后,我還讓學生認識“座右銘”一詞,引導學生把這個詞變成自己的座右銘,讓其“監督”自己的發展。另外在整個過程中還要告訴學生消除一些認為自己很笨的心理,讓學生輕裝上陣可持續地學習下去,去“蝕”每個難點。
 

來源:網絡

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