北大云开讲·回顾 | 看物理实验如何带你“突破边界，探索未知”

全文共1412字，阅读约需4分钟

关键词：北大云开讲 精彩回顾

编者按

4月1日，“北大教授给中学生云开讲”系列学科讲座第六讲开讲，北京大学物理学院副教授穆良柱老师做客直播间。大家是否在穆老师妙趣横生的物理课堂上学到了不少知识呢？让我们一起来回顾一下吧～

一、有趣的物理实验

1. 饮水鸟的实验

问1：没有外界的能量鸟是怎么动起来的？是否违反了能量守恒？

探索结构：鸟的头和肚子都是玻璃泡，两者用玻璃管连接，身体两侧有铁片把鸟架在架子上，鸟加上架子形成了杠杆。

找不同：虽然里面都是蓝色液体，但是一只呆着不动，另一只却一直在运动。

观察发现：与玻璃管内液体的上升下降有关。

问2：液体为什么会运动？

水流下来：水往低处流。

问3：但水为什么会往上走？

结构与鸟相似的小玩具辅助实验：抓住下面的玻璃泡液体会上去。

原理：小玩具里面有液体和气体，抓住玻璃泡，加热气体，气体压强变大，水会迅速上升，概括为热胀冷缩。

揭秘：鸟被称为饮水鸟，头上没有水时不会动，若头上有水，水汽蒸发时吸热使头部的温度降低，气体压强变小，下面的液体上升。

附加实验：让不动的鸟喝水液体也会上升，使其达到运动的目的。

2. 空罐子实验

问1：上述的认知是否真的正确呢？

用实验去对上述认知证伪。

实验步骤：加热空罐子，倒扣放到水里。

假设：如果水进去了，认知是对的。

问2：会不会是同样的结果呢？

物理规律有着可重复性，换言之，重复实验结果应该相同。

结果：两次实验结果不同——第一次罐子没有瘪，第二次罐子瘪了。

问3：为什么会出现这种情况？

不能用我们所掌握的知识解答问题，说明到达了认知的边界，需要获取新知识。

解答：第二次加热时，由于空罐子是第一次实验中所用，里面会残留一些水，因此加热就等于把水烧开，由此出现相变现象：水变成水蒸气，高温水蒸气遇到低温会再变成水，再次发生相变现象，罐子里几乎没有气体相当于真空，内外压强差接近一个大气压，罐子被压瘪了。

总结：液体加热可能发生相变。

3. 空瓶子实验

如上所述，高温使液体变气体。

问1：这次认知可以经得住相似实验的考验吗？

实验步骤：捏住空瓶子，然后松手。

根据现有的认知合理推测：捏住瓶子使压强变大，因为温度与室温相差不大，松手时温度变低气体应变成小液滴，即应要看到雾。

实验结果：没有看到雾。

问2：为何会出现这种情况？

又一次到达了认知的边界，通过一些辅助再次实验。

实验步骤：瓶子里加烟，捏住，松手。

实验结果：有雾。

解答：空瓶子里残留的小水珠在松手时没能变成水蒸气而是变成了不稳定的过冷气体，加入一些扰动，比如烟，使得水蒸气变成小液滴。

问3：现实中的应用有哪些呢？

人工降雨。

1912年，英国物理学家威尔逊发明观察带电粒子运动径迹的云室，于1927年获得诺贝尔奖。

二、什么是物理？

物理就是突破边界，探索未知，不断超越自我，提高认知能力的学科，这也是物理的方法和精神。

物理就是在充满未知的世界里，构建出自己的理解，训练认知未知的能力的学科。

错过了直播？没关系，我们会陆续在快手、B站和央视频平台放出讲座视频，大家可以扫描二维码获取信息：

北京大学官方快手账号

北京大学官方B站账号

北京大学官方央视频账号

接下来的“北大老师给中学生云开讲”会邀请到哪一位老师呢？敬请关注北京大学招生办公众号的后续预告，让我们拭目以待！

编辑 | 李馥先

美编| 赖雯燕

直播开讲

北大老师给中学生云开讲啦！

博雅讲坛

博雅云讲坛 | 大写意：全球史的读法与写法

学子经验

北大学子谈经验 | 高考在即，如何在家高效学习？听听北大的学长学姐怎么说！