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    MEI LI XIAO YUAN
判天地之美,析万物之理
发布时间:2020-07-01      点击次数:491

——记“认识大型机械”物理项目式学习

复学以来,大家在物理课上见证了杠杆撼动地球的魄力、滑轮扶摇直上的风采;功能之间的相辅相成、机械效率的均衡之道。从曾经的肩挑手扛,到如今的自动化作业,物理学的进步都在推动着社会的发展。在本次“认识大型机械”项目式学习中,大家以曾经学习过的帕斯卡原理和杠杆的平衡条件为基础,自主探究了大型机械——挖掘机中所蕴含的物理学奥妙,并动手自制液压臂模型,体验帕斯卡定律所蕴含的力量。

六月二十四日上午,下课铃的余音仍在教学楼廊柱间回响,而大家的臂弯中早已多出了厚重的物理课本和纸笔,以及几包大小不一的注射器。一切准备妥当后,大家几人便一路狂奔,赶往北楼四层的实验室,一探此次项目式学习之究竟。

实验室中,弥散着一片焦糊之味,更为这一次的项目式活动蒙上了一层神秘的面纱。

手表上的时间渐渐指向十时,伴着屋外断断续续的上课铃声,本次实验课正式拉开了序幕。挖掘机,现代工地上必不可少的大型机械,泥里来沙中去,一条长长的机械臂为基建事业立下了汗马功劳。而在这节课中,大家就将从已知常识“杠杆的平衡条件”入手,将这条力能举鼎的机械臂剖析得“明明白白”。

黑板上是一幅手绘的挖掘机简图,红、蓝、黄三种颜色间,暗含着三条精巧的杠杆,这三条杠杆便是机械臂的结构基础。在老师的引导中,大家顺利地在黑板和学习单中勾画出了三条杠杆的五要素——支点、动力与阻力、动力臂与阻力臂。在画完杠杆五要素后,所得出的很多结论都颠覆了大家此前对于挖掘机的认识——比如大家中的不少人都错误地认为挖掘机的机械臂应该是一组“省力杠杆”,但当大家实际操作之后却发现其中几对阻力臂都明显长于动力臂——都是典型的费力杠杆。在得出结论后,大家都不禁感叹实践和证明在判断事物上的重要性与必要性,而不能盲目揣测、妄下结论。

当挖掘机利用杠杆组合做功时,由液压机所产生的强大动力不断支撑着它运转,成为它坚实的动力依靠。液压机能够“力举千钧”,其工作原理是本学期第八章中所学习的帕斯卡定律——“加在密闭液体上的压强,能够大小不变地被液体向各个方向传递”。所以,当帕斯卡定律与做功相碰撞,又能擦出怎样的火花?在解决完挖掘机机械臂的问题后,老师又向大家抛出这样一个问题:“尝试利用本章所学的做功的相关常识推导出帕斯卡定律。”

液体压强和做功,帕斯卡和焦耳,两个单元的内容相互交织着涌入大家的脑海。在一阵演算后,几个略有思路的同学举起了手,向老师陈述了自己的推论与过程。在听过了同学们的发言后,老师在幻灯中出示了关于这个问题严谨有力的推导过程——

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看到此处,在座众学生都拍手叫好。当我看到由W1=W2推导出p1=p2之时,一阵对于自然科学的敬畏油然而生。我心中所迸发出的的惊异之感亦不亚于看到一场精妙绝伦的魔术表演。

理论证明是一方面,动手实践又是另一方面。当大家放下手中的铅笔后,又拿起了工作台上的钳子,开始了大家的第二项活动——制作液压臂模型。

走出实验室中的“教室”,转入实验室的后厅。如果说分析挖掘机构造时更需要的是曾经的常识积累,那么在制作液压臂的时候则更需要动手能力与团队协作能力。大家利用木板、螺丝、电动螺丝刀、橡胶软管、注射器、捆扎带等器材进行组装。虽然“万事俱备”,但在组装过程中大家一行人依然遇到了不少困难和问题。在组装简单液压机(即一套注射器)时,大家需要拉开注射器的芯杆进行连接和安装。 而注射器的前端又细又短,对于大家的连接造成了一定难度。在大家固定注射器时,对捆扎带的绕线方式也进行了研究,力求其固定得结实稳定不滑落,保证其能够正常运作。为了令机械臂的前臂运动幅度更大、更明显,大家放弃了传统液压机“小活塞推大活塞”的构造,转而利用“大活塞推动小活塞”的设计。

除了制作液压臂模型,实验室的老师还带领大家十个同学参观了位于后厅中的工具室。老师依次向大家展示了木工工具箱、电子游标卡尺、激光切割机等工艺用具。伴着激光切割机的轰鸣声,一道红色的激光刺过近半寸厚的木板,切割出项目式学习所需要的器材。前文所提到的焦糊味,其实便是激光切割机运作时所散发出的气味。

美好的时光总是短暂的,未等大家完成手中的制作,时间早已一分一秒地溜向下一节课的上课时间,而下一班的同学也已经来到了实验室。

在本次项目式学习中,大家加深了对于杠杆和帕斯卡定律的印象与理解,并将从课本上学到的理论常识成功付诸实践。使大家认识到,物理二字并不仅仅是课本上的几段公式和定义,更是同每个人的生活息息相关,是天地万物间的奥妙与真理。

动手实践,理论学习,格物知理,是为物理。 

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【撰稿:2018级12班  徐崇博  审核:张丽】


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