让孩子们爱上物理

同济大学的“吴姥姥”

在视频平台上用趣味实验科普物理

爆火出圈

“吴姥姥”原名吴於人

曾是同济大学的一名物理教授

她热爱物理科普

早年就以写书、讲座的方式科普物理知识

由她编写的《NEW物理启蒙 看听触感》这本书

通过设置有趣的提问、好玩的实验

让孩子通过自己的感官

实践、探索、认识科学

引发孩子对世界的好奇心和探索欲

哇！原来物理学也可以这样的神奇、炫酷又有趣

01

和影子捉迷藏

踩影子是小朋友们经常玩的游戏。

你有没有思考过，影子是怎么产生的？

小故事

“世界八大奇迹”之一的金字塔是古埃及文明的象征。在1880年法国埃菲尔铁塔建成之前，金字塔中的翘楚“胡夫金字塔”一直是世界上最高的建筑。金字塔实在太高大了，在它们建成后的2000多年里，人们一直都无法测量出它们的高度。

公元前约600年，古希腊哲学家泰勒斯从希腊来到埃及。他看到当阳光照在金字塔上时，金字塔就会出现影子。经过仔细观察，他发现金字塔的底部是正方形的，4个侧面都是相同的等腰三角形。于是，泰勒斯想出了一个测量金字塔高度的巧妙办法。

实验：用影子测高度

实验目的

利用阳光照射出的影子测量楼房(或树)的高度。

实验器材

米尺，2根不同长度的木棒(可考虑用40厘米和80厘米两根)。

实验条件

户外、阳光下。请注意安全。

实验步骤

（1） 第1次测量：将40厘米木棒竖直立于地面上，用米尺测量木棒投在地面上的影子的长度，将测量结果填写在表中。

（2） 第2次测量：将80厘米木棒竖直立于地面上，用米尺测量木棒投在地面上的影子的长度，将测量结果填写在表中。

（3） 研究表中的数据，找出其中的规律，填写表中“发现物体高度和影子长度的关系”。

（4） 第3次测量：用米尺测量楼房投在地面上的影子的长度，将测量结果填写在表中。

（5） 根据发现的物体高度和影子长度的关系，计算出楼房的高度。

现在我们能利用影子测量楼房的高度，你能说清楚这个实验背后的原理吗？你现在知道影子是怎么产生的吗？

光能通过玻璃之类的透明材料，一旦遇到木材之类的不透明材料就会被遮挡。这种在生活中再普通不过的现象背后，其实存在一个非常基本又非常重要的光学原理：光是沿直线传播的。也是因为如此，光在生活中也被叫做光线。如果光是可以弯曲的，它在遇到不透明的物体时可以绕路而行，那么，我们还能看见影子吗？

影子的产生就是因为光在沿着直线传播的过程中，遇到了不透明的物体，就会在这个物体后面出现一个遮光区，当周围的光和遮光区都投射到一个足够大的面上时，影子就出现了。

02

声音从哪里来

人类生活在一个充满各种声音的世界里

声音对于我们是如此重要

物理学不研究声音传达的内容

而是研究声音的产生、传播、接收的条件和特征

研究声音传到一些物体上，会产生哪些影响

研究声音到底有哪些种类、有何特点

小故事

帕斯卡与声音的故事

说起声音，我们不得不提及法国著名的数学家、物理学家、哲学家、散文家帕斯卡。帕斯卡从小就是一个充满好奇心的孩子。有一次，他在厨房玩耍，听到厨师将盘子弄得叮当作响。

年少的帕斯卡对此感到十分好奇，他惊奇地发现，当盘子被勺子敲击之后立刻发出声音，当勺子离开盘子声音仍然连绵不断，但是只要用手一按盘子，声音马上就停止！这是怎么回事？小小的帕斯卡陷入思考。你知道这是为什么吗？

像帕斯卡一样做研究

研究目的：研究声音到底是怎么发出的。

研究器材：音叉，水，容器，不锈钢调羹，细线，铃铛。

研究步骤

设计实验，进行研究，观察(包括看、听、触)、思考。

（1） 敲击音叉，使音叉发出声音，然后用手轻轻触摸音叉，听着声音感受音叉的变化。

（2） 再次敲击音叉，并迅速将叉股插入装有水的容器，观察水的变化。

（3） 摇铃铛，听声音，用手抓住铃铛，观察结果。

（4） 用细线拴住调羹，敲击调羹，然后……(自己设计实验内容)。

通过上面的实验不难发现，每一种声音都是由于物体振动产生的。振动的物体一旦停止振动，声音也就停止发出。

振动：物体在平衡位置附近的往复运动称为振动。

声源：声音是由物体的振动产生的。一切发声的物体都在振动。物理学中把正在发声的物体叫声源。

在寂静的夏日里，我们常会听到各种昆虫在树枝上、在草丛中自由“高歌”。很多昆虫没有专门的发声器官，它们是怎么发声的呢？有人说，它们主要是依靠扇动或摩擦翅膀来发出声音的。你相信吗？你有办法证明吗？夏天到了，你可以试着抓只蝉来观察它是怎么“叫”的。

人类的发声器官在哪里？请你在自己的身上找一找。声音是由振动产生的,说话的时候喉咙的部位在振动，这是因为人类的发声器官——声带就藏在喉咙里。其实，声带发声的关键是两条声韧带，声韧带中间有一条裂缝，叫做声门或声门裂。喉肌控制声韧带的紧张和松弛，声韧带的变化决定声门裂张开的大小。当我们说话时，喉肌以不同的程度拉紧声韧带，使声门裂不同程度地变得细长，这时，较大的气流经过声门裂，冲击声韧带，引起不同程度的振动，从而发出相应的声音。当我们呼吸时，声门裂处于相对松弛的状态，气流相对缓和，所以人呼吸的时候声音非常小。

03

坚固的鸡蛋

中国有句俗语，“鸡蛋碰石头”

说的是鸡蛋很容易破碎

想必你也会有类似的体验和认知

和爸爸妈妈一起去菜市场买菜

鸡蛋总是被小心翼翼地单独放置

提着它们回家的路上也不敢有什么磕磕碰碰

在家里，妈妈做荷包蛋时

只要把蛋在碗沿上一敲

“啪”的一声蛋壳便裂开了

大家一定会认为

鸡蛋非常脆弱，经不起一点磕碰

如此脆弱的鸡蛋是不是一捏就碎呢？

它能承受的最大压力是多少呢？

实验：握鸡蛋比赛

实验目的

研究鸡蛋壳的受力情况。

实验器材

鸡蛋，水盆。

实验方法

将一个生鸡蛋放在手掌心，五指一起用力握，看看能不能将鸡蛋握碎。

换一个力气大的同学上来握握看，看他能不能将鸡蛋握碎。

有没有同学握碎鸡蛋呢？有的同学可能会说，“老师，你这个鸡蛋一定经过特殊加工处理，里面是硬硬的，不然怎么会握不碎？”那就请这位同学带着尺子到讲台上，用尺子竖着轻轻敲一下这个鸡蛋的外壳，看看会有什么情况发生。请你将看到的现象如实记录下来，并思考其中的奥秘。

事实上，当你用整只手来握鸡蛋时，它能承受很大的压力而不破损，其中的秘密就藏在蛋壳的形状中。

鸡蛋壳是椭圆形的，它是一种拱形结构。当我们用手握住鸡蛋时，手与鸡蛋表面充分接触，鸡蛋受到的压力就会沿拱形结构被均匀地分散到蛋壳的各个部分，并且压力的方向会转化成沿蛋壳内部传播。蛋壳虽然很薄、很脆，但却难以被压缩，即使你用很大的力也不容易被握碎。

相反，如果是用尺子敲击蛋壳，尺子施加给蛋壳的力就会集中在一点，并且指向鸡蛋内部，因为蛋壳很薄，很难抵挡这个方向的力。因此，鸡蛋很容易被敲碎。

小故事

拱形结构的秘密很早就被发现了。不知道你是否听过一首河北民歌《小放牛》？“赵州桥来什么人修，玉石栏杆什么人留……”，优美的歌声称颂的是赵州桥。赵州桥又称安济桥，位于河北赵县洨河上，建于隋代，距今已有1400多年的历史。虽经风霜雨雪，甚至多次洪水地震，但赵州桥依然完好无损，它是世界上现存最早、也是保存最为完整的单孔敞肩石拱桥。

无独有偶，国外也有利用拱形的伟大壮举。比如，位于罗马市区的万神殿，建于公元前25年的古罗马时期，它的顶部就是圆拱形设计，跨度达43.3米，这一记录一直保持到19世纪才被超越。

今日荐读

《NEW 物理启蒙 我们的看听触感》

关大勇 吴於人 主编

本书分为看、听、触、感共四篇，引领孩子们在耳闻目睹中有所发现，在亲历亲为中探究未知。书中讲述有趣的现象、神奇的科学，吸引孩子们在玩耍过程中初识物理、研究科学；在潜移默化中接受科学研究的基本训练；在不断克服困难、战胜挫折中体验研究的乐趣。

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购书指南：扫描以上任一二维码即可购买《NEW 物理启蒙 我们的看听触感》，亦可点击文末“阅读原文”前往微店购买。

《NEW 物理探索 走近力声光电磁》

关大勇 吴於人 主编

本书分为"力所能及"、"闻声起舞"、"光影绚妙“和"电磁之交“共四篇。书中基于神奇的物理现象及其应用，吸引学生步步深入，情不自禁地在潜移默化中接受科学研究的基本训练；在探索有趣的未知中学习物理知识；在不断克服困难、战胜挫折中体验研究的乐趣，在认真体会科学家的研究精神中感悟做人的道理。书中的研究内容要求学生亲历亲为，实验室开放，充满挑战。

目

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购书指南：扫描以上任一二维码即可购买《NEW 物理启蒙 走近力声光电磁》，亦可点击文末“阅读原文”前往微店购买。

序言

褚君浩 中科院院士

物理学是最重要的基础科学，它不仅让人们认识“万物之理”，而且让人们学会认识事物的思维方法，这是一切物质科学的基元科学。离开了物理学，就没有电子信息技术、没有光学工程技术、没有材料工程技术、没有机器制造技术等。用一句话来说，没有物理学就没有现代工业技术，也没有现代社会。物理学要从小就学起来。

我手中看到的是一套物理教育书稿：有4册《NEW物理启蒙 我们的看听触感》为小学生而写，旨在让孩子们通过自己的感官，实践科学探索；另有4册《NEW物理探索 走近力声光电磁》为中学生而写，希望中学生在正式学习物理课程之前感受物理的魅力、养成研究的习惯。

这是一套有特色的书。不少物理知识的学习是从玩具和新奇现象切入，引发孩子们的兴趣，然后引导孩子通过科学探索，寻找规律，玩出花样，玩出感悟。书中的很多有趣现象对于小学生、中学生和大学生，都可以发掘到适合自己的研究课题。根据学生的年龄特点，这套书中设计了不少有效激励的游戏和竞赛；鼓励挑战权威，敢于质疑；内容传承经典，又与前沿交融；研究中和研究后均注意鼓励文字记录和表述，以及语言的相互交流。

看到书中有趣的物理玩具，不禁使我想起自己的少年时代。我曾是一个喜欢物理的学生，喜欢做实验，喜欢捣鼓自己的创意小制作。兴趣真是好老师！

当今科学技术日新月异，教育技术也随之改变。在上海这样的大城市，传感器数据采集实验系统、电子书包、微课程平台，以及VR和AR等现代技术的影子相继在学校出现。科学技术的提升，家庭生活的改善，使孩子们玩电子产品驾轻就熟。显然，一方面是“天高任鸟飞，海阔凭鱼跃”，国家教育的投入越来越多， 孩子们的学习环境越来越好；另一方面是“机器人抢饭碗”“未来的竞争更为残酷”，这样的说法让家长们人心惶惶。所以，未来社会非常需要的研究型人才、创新型人才、工匠型人才，如何才能有效地进行培育？教师和家长又该如何进行引导、言传身教？课堂教育和课外活动如何给予学生高尚理念、家国情怀？学校和社会如何给予青少年更多发展空间，更好地培养他们未来展翅飞翔的潜能？这才是最重要的。

不久前，FAST这个我国自行研制的世界最大单口径（500米）射电望远镜，在调试阶段已探测到数十个脉冲星候选体；“墨子号”在国际上率先实现千公里级量子纠缠分发；中国的北斗导航系统已是我国国防不可或缺的坚固保障，同时也撑起了一片创新生态。据报道，谷歌的AI子公司DeepMind研发的AlphaGo Zero可以自学，经过3天的自我对局，Zero变得足够强大，可以一举击败原来版本的AlphaGo。一项项改变未来、改变我们生活的现代技术让我们享用，让我们大开眼界。应该明白，这些技术的发展依赖科学理论的支撑和科学的研究方法，依托有不断学习精神和学习能力的人的发明创造。

这套书的作者希冀借助物理研究方法的启蒙，培育青少年的物理思维能力和发明创新潜能。物理可以视为自然科学的核心，视为新技术源源不断的源泉。物理图景探索、物理技术运用和物理研究方法已经渗透各行各业。所以，青少年学生和家长不要害怕物理，而是要尝试喜欢物理，并积极主动学习物理。培养物理思维能力，会让你受益终身。

物理其实不难，非常生动有趣；物理世界的图景令人豁然开朗，可以在实际中运用。喜欢物理的同学，或是被物理的神趣和挑战所吸引，或是在物理学习中体验到成功和登高远眺的境界。这套书努力让读者感受物理，让读者亲近物理。希望孩子们有越来越多的机会沉浸在能够激发学习兴趣、激发探索潜能的学习环境中。这套书对教师们来说更是任重而道远，要努力探索，让学生掌握课程的知识点并熟练运用，培养学生热爱物理，激发学生终身学习的动力和培养学生终身学习的能力。

专家推荐

这套丛书告诉我们，物理不是高冷的，是可以亲近触摸的，孩子们跟着书中的实验探索去游戏物理，会着迷的。

——上海市黄浦区教育学院学业质量监测中心主任 物理特级教师 严明

该套丛书可以成为现行基础性教材的有益补充，利于学生开展探究式学习，激发学习兴趣，培养实践能力。

——上海市杨浦区物理教研员 李沐东

这套丛书居然带着学生玩科学，在玩中引导学生发现、实验、总结、创新，这样的玩学结合，学生哪怕是在不断的挫折中艰难前行，也是快乐的。

——控江中学校长 姜明彦

我一直强调要给学生一个可以筑梦的教育，我相信这套丛书可以进一步帮助学生在科学研究的道路上有梦想，而且有勇气有能力逐梦。

——同济大学第一附属中学校长 阮为

引导学生做科学研究，帮助学生提升科学素养，是一件十分有益的工作，也是一项需要有能力探索并有勇气奉献、值得支持的事业。

——同济大学创新创业学院执行副院长 周斌

学生的未来充满未知，充满挑战。学生时代是潜能发掘、科学素养奠基、拓展眼界、开阔胸怀的重要时期。向同学们推荐此书，它将帮助你们有信心、有能力挑战未来。

——中国物理学会教育委员会前副主任 杨再石

本期编辑 | 李映潼

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