研究性課題雞蛋上的物理學

雞蛋上的物理學摘要：以下將從雞蛋的構(gòu)造入手，從內(nèi)到外，一一“解剖”雞蛋，仔細研究雞蛋外殼的薄殼結(jié)構(gòu)，以及雞蛋內(nèi)部物質(zhì)影響其豎立等關(guān)于物理方面的問題，揭開雞蛋身上“鮮為人知”的秘密！關(guān)鍵詞：雞蛋物理實驗中學物理的課程目標是提高科學素養(yǎng)。通過物理課程的學習，我們不僅應(yīng)掌握物理知識、實驗技能，了解物理研究的過程與方法，而且還應(yīng)具有物理學習甚至研究的情感態(tài)度與價值觀。其中最重要的是能領(lǐng)略自然界的美妙與和諧。美國物理學家費曼曾說:“學過科學以后，你周圍的世界仿佛變了樣子?！边@才是科學學習的真諦。新課程提倡的從生活走向物理的思想并不僅僅是為了提高我們學習物理興趣的權(quán)宜之策，而是對物理本真的追求。我們從雞蛋的構(gòu)造入手，同時進行了幾個與雞蛋有關(guān)的實驗，增強了的物理學習興趣，加深對概念的理解。一、雞蛋的構(gòu)造雞蛋主要可分為三部分：蛋殼、蛋白及蛋黃。（一）蛋殼：完整的蛋殼呈橢圓形，約占全蛋體積的11%~11.5%。蛋殼又可分為殼上膜、殼下皮、氣室。（二）蛋白:蛋白是殼下皮內(nèi)半流動的膠狀物質(zhì)，體積約占全蛋的57%~－58.5％。蛋白中約含蛋白質(zhì)12％，主要是卵白蛋白。蛋白中還含有一定量的核黃素、尼克酸、生物素和鈣、磷、鐵等物質(zhì)。（三）蛋黃:蛋黃多居于蛋白的中央，由系帶懸于兩極。蛋黃體積約全蛋的30％~32％，主要組成物質(zhì)為卵黃磷蛋白，另外脂肪含量為28.2％，脂肪多屬于磷脂類中一的卵磷脂。對人類的營養(yǎng)方面，蛋黃含有豐富的維生素A和維生素D，且含有較高的鐵、磷、硫和鈣等礦物質(zhì)。蛋黃內(nèi)有胚珠。二、幾項神奇的實驗（一）捏不碎的雞蛋在多次的實驗中，小組成員都進行了捏雞蛋的實驗，但結(jié)果卻都失敗了——沒有一個人能夠把雞蛋捏破。大家都感到很奇怪，為什么捏不破捏？通過查找資料發(fā)現(xiàn)，這是由于雞蛋的特殊結(jié)構(gòu)——薄殼結(jié)構(gòu)——所決定的。正因為是它，雞蛋就能夠把受到的壓力均勻地分散到蛋殼的各個部分薄殼結(jié)構(gòu)就是曲面的薄壁結(jié)構(gòu)，按曲面生成的形式分為筒殼、圓頂薄殼、雙曲扁殼和雙曲拋物面殼等。殼體能充分利用材料強度，同時又能將承重與圍護兩種功能融合為一。這在建筑工程中很常見，實際工程中還可利用對空間曲面的切削與組合，形成造型奇特新穎且能適應(yīng)各種平面的建筑，但較為費工和費模板。雞蛋的外形就是集中中的圓頂薄殼。圓頂薄殼是正高斯曲率的旋轉(zhuǎn)曲面殼，由殼面與支座環(huán)組成，殼面厚度做得很薄，一般為曲率半徑的1／600，跨度可以很大。支座環(huán)對圓頂殼起箍的作用，并通過它將整個薄殼擱置在支承構(gòu)件上。因薄殼結(jié)構(gòu)容易制作，穩(wěn)定性好，容易適應(yīng)建筑功能和造型需要，所以應(yīng)用較為廣泛。世界上也有許多建筑都是應(yīng)用薄殼結(jié)構(gòu)建造的，意大利佛羅倫薩主教堂、澳大利亞悉尼歌劇院、我國人民大會堂、北京火車站等都是運用了薄殼結(jié)構(gòu)。佛羅倫薩主教堂佛羅倫薩主教堂悉尼歌劇院悉尼歌劇院（二）豎雞蛋在日常生活中，雞蛋總是不能豎起來，這又是為什么呢？其實雞蛋是可以豎起來的。任何物體都是有重心的，把一個物體安放在地面上，它跟地面接觸的面叫做底面。從物體的重心向地面引一條垂線，如果穿過底面，它就不會倒。薩斜塔之所以現(xiàn)在還沒有倒，就是這個緣故。從物體的重心向地面所引的垂線，其實就是表示地心引力的那條想像的繩子。那條想像的繩子一股勁兒地把物體往下拉，可是有底面支撐著，物體就能夠穩(wěn)住不動。要是那條想像的繩子越出了底面的范圍，物體就被它給拉倒了，也可以這樣解釋，因為它的底面不能支撐它的重心所受到的地心引力，它不得不轉(zhuǎn)動一下，另外找一個底面來支撐。有的物體一碰就倒，因為一碰，它的重心就稍稍偏過一點兒，重心向地面所引的垂線就越出了底面的范圍，它就讓地心引力給拉倒了。一塊磚直立著很容易被推倒，平放著，它就十分穩(wěn)定了。因為磚在平放著的時候，底面最大，重心最低，由重心向地面所引的垂線很不容易越出底面的范圍。所以豎雞蛋只要三個條件：底面大、重心低、重心向地面所引的垂線指向地心。但是雞蛋的結(jié)構(gòu)很特殊,它里面有蛋白有蛋黃，蛋黃的密度小于蛋白的密度，所以任憑你把雞蛋顛來倒去，蛋黃總是稍稍偏在上方，雞蛋的重心因而稍向下移動。我們把雞蛋在桌面上扶直了，要是它那兩個頂端的連結(jié)線恰好跟桌面垂直，它的重心又恰好靜止在這條連結(jié)線上，我們盡管放手，雞蛋一定豎直不倒。這樣的巧合，當然更難辦到了。最終在小組成員長達近一小時的時間，終于把雞蛋豎起來了。（三）瓦碎蛋全雜技表演過程中，進場會有肚上砸石、頭頂開磚等絕活亮相，其中的原理是什么呢？是不是只有練過硬氣功的人才能完成這些表演呢？其實我們可以通過實驗來幫助我們理解其中的原理。在桌子上攤一塊海綿，在海綿上放4個雞蛋，在雞蛋上再放一塊海綿，海綿上放一塊木板，在木板上摞三四塊磚，再在磚上放一塊瓦片。用錘子猛地敲擊瓦片，瓦片被擊碎，而下面的雞蛋卻安然無恙。這個實驗與雜技中的肚上砸石、頭頂開磚等有異曲同工之處。由于錘子與瓦片的接觸時間較短、面積較小，破壞力主要集中在瓦片上，而向下傳遞后雞蛋受力時間較長、面積較大，所以失去破壞性。（四）慣性實驗如圖所示，在裝有水的杯子上放一塑料片，把雞蛋放在塑料片上。用塑料尺猛彈塑料片，塑料片在水平方向上受力飛走，而雞蛋在水平方向上幾乎不受力，保持慣性而靜止，在重力作用下而落入杯中。在此實驗中，雞蛋在水平方向上并不是不受力，而是所受的力相對很小，可忽略不記。

（五）浮力實驗

如圖所示，雞蛋放在清水中會沉入水底；若放入事先配好的鹽水中，雞蛋會浮在水面；如果配制合適的鹽水，雞蛋會懸浮在水中。也可以用雞蛋制作浮沉子。把雞蛋放入清水中，用長頸漏斗將少量濃度較高的鹽酸注入容器底部，蛋殼中的碳酸鹽與酸反應(yīng)生成二氧化碳，二氧化碳附著在蛋殼上，雞蛋所受的浮力增大，雞蛋上??；上浮后氣體放出，浮力減小，雞蛋下沉，如此反復。這類實驗是利用雞蛋的密度與水接近的特性。經(jīng)測量新鮮雞蛋的密度在1108×103kgPm3～1109×103kgPm3之間，因此用雞蛋較容易做這類實驗。（六）瓶吞蛋實驗瓶吞蛋是一個說明大氣壓存在的生動實驗。如圖所示，找一個瓶口比雞蛋略小的玻璃瓶，點燃蘸了酒精的棉花，投入瓶中，把剝了殼的熟雞蛋封在瓶口，瓶內(nèi)的火熄滅，溫度降低，氣壓減小，由于瓶內(nèi)外的壓強差把雞蛋壓入瓶中。如果使瓶倒置，并對玻璃瓶進行加熱，可以使吞入瓶內(nèi)的蛋再吐出來。開始看到這一描述，我們感覺不可思議，雞蛋硬硬的，怎么會鉆進口比雞蛋小的瓶子呢？事實確實如此。不做不知道，一做真奇妙?。ㄆ撸╇u蛋砸墻

雞蛋那么脆弱，平時需要細心保護才不破。用雞蛋去砸用布做的墻能行嗎?演示時讓兩名成員拉住布的四角，讓其他的學生拿雞蛋用力向墻上砸。由于雞蛋的特殊結(jié)構(gòu)，布與雞蛋的接觸面積較大，又加上布是懸著的，蛋與布的接觸時間被拉長，根據(jù)沖量的知識，雞蛋不會破。在實驗時，我們開始不敢用力，怕雞蛋被扔爛。當我們發(fā)現(xiàn)用全力扔而雞蛋仍不破時，都感到不可思議。在演示時，布的下面兩個角要向上提起，形成一個皺折，防止雞蛋從布上落到地上而摔碎。通過實驗，我們的思維更加嚴謹，操作更謹慎。三、結(jié)論：雞蛋只是生活中常見的一種物質(zhì)，生活中的許