发现第七大行星——天王星。有科学家发现问题:观测到的天王星轨道和用万有引力定律计算的轨道不一致,是不是万有引力错了?当时就形成了两派科学家:相信牛顿的、怀疑牛顿的。
有位坚信万有引力定律正确的科学家想到,是不是天王星外还有星球对天王星有吸引,导致它的轨道和计算结果有偏差。后有两位科学家用万有引力定律计算后,认为天王星外应该还有一颗新行星。后来真的观测到这颗新行星,就是海王星。因为先在纸上计算出海王星,后才观测到,所以海王星被称为“笔尖下发现的行星”。
到今天,数千颗人造卫星按照万有引力定律为它们“设定”的轨道绕地球运转。1968年,阿波罗8号从月球返航途中,当地面控制中心问“是谁在驾驶”的时候,指令长这样幽默地回答:“我想现在是牛顿在驾驶。”
泊松亮斑
人类用科学思维认识世界,其实只是一直想弄明白几个问题。牛顿时代,人们想弄清动和静的关系,运动到底需不需要力来维持?中世纪以来,天和地的争论很多,宇宙的中心在哪里?天体如何运动的?而关于光,也有粒子和波的争论。
赵老师提问:你认为光是什么?小朋友答案五花八门:波、物质、东西、速度很快摸不着、是空气……
赵老师说,小朋友的想法都很好,就像一群思考的科学家。光到底是什么?小朋友们可以在高中学到。在关于光是什么的争论过程中,有一个非常不可思议的实验,也是一个有趣的小故事,可以讲一讲。
现场实验:一台激光发射器,一个放大镜(用来扩大光束),一个金属小圆盘。小朋友都认为如果光照到小圆盘,会在墙壁上看到圆盘的黑影子,而圆盘中间会最黑,因为光照不到。
灯关掉,小朋友却在圆盘黑影中间看见一个亮点,现场一下子热闹起来,小朋友都围上去,看个究竟。
为什么这样?
赵老师揭秘:这就是泊松亮斑!这是光学上非常出人意料的一个实验。
所以说,科学不能想当然,眼见不一定为实,一定要把严密的推理和实验挂钩。
1818年,法国巴黎科学院为鼓励对衍射问题的研究,悬赏征集这方面的论文。一位年轻物理学家菲涅耳按照波动说深入研究光的衍射,在论文中提出了严密解决衍射问题的数学方法。另一位科学家泊松,是光的波动说的反对者,他按照菲涅耳的理论计算了光在圆盘后的影的问题,发现在适当的距离上,影的中心会出现一个亮斑!
泊松认为这是非常荒谬可笑的,并认为这样驳倒了光的波动说。但是,竞赛关键时刻,评委阿拉果(也是科学家)在实验中观察到了亮斑,这样泊松的计算反而支持了光的波动说。后人为了纪念这个有意义的事,把这个亮斑称为泊松亮斑。
■思考题
怎样分辨白开水和浓盐水?
上节课后,赵老师给小朋友布置了一道思考题,具体内容如下:
父母准备三个矿泉水瓶,两瓶装上水,另一瓶装上浓盐水。外表看来,它们都是无色透明的,请依照以下规定把那瓶浓盐水找出来,并说明理由。
步骤一:不可以碰到瓶子,也不可以摇晃桌子,其他就随你了,所有材料、方法都可以用。
步骤二:可以拿瓶子,但不可以打开瓶盖,不可以破坏瓶子,前面用过的方法也不可以用,其他就随你了,所有材料、方法都可以用。
步骤三:可以打开盖子,但不可以用手去摸、鼻子去闻、舌头去尝,前面用过的方法也不可以再用,其他就随你了,所有材料、方法都可以用。
步骤四:现在已经没有限制了,只要前面没用过的绝招,都尽管使出来。
孩子们的回答不多,比较集中的是:放在阳光下,把水蒸发出来,盐就出来了。
这次上课,赵老师揭晓了答案:
步骤一:拿一把尺子,横放在水后面,透过瓶子看,浓盐水的那一瓶尺上的格子比较大。
步骤二:用手试试,装浓盐水的瓶子会比装水的瓶子重一点,因为浓盐水的密度比水的密度大(区别比较小,但能感觉出来。现场实验,小朋友都能成功分辨)。
步骤三:打开盖子,把鸡蛋放到水里,浮起来的是浓盐水。
步骤四:可以把一棵青菜放进水里,泡进浓盐水的青菜很快会蔫掉,就和腌咸菜的道理一样。
其他还有很多方法,不一一列举。
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