【育儿手记】电学活动流水账(一)

太平洋财富网 2019-07-08

    话说开学了,自由的时间少了,还分散了。原来关于力与运动的研究和探讨先告一段落,因为一段时间的持续关注和思考,小家伙现在对这类问题很是敏感(下文会提到),这样很好,持续收集一些“材料”,慢慢发酵,留待我们假期再来一起升华。

        目前我们日常的科学活动仍是以科学实验包和科普书为主线,比如昨天我们读了一本《神奇校车》的《漫游电世界》,不成想一不小心由此开启了一系列电学活动的序幕。所以今天只是流水账的第一本。

        《神奇校车》的绘本内容还是蛮多的,我第一遍预读时就发现,这一本书讲下来,少说也得有一个小时,后来我发现,我太低估了我们俩的实力了,不算实验时间,两个小时......只读了半本。         

        开篇,同样,我们先跟着卷毛老师一起在家里寻找需要用电的东西,小家伙一边跟着找,一边乐呵呵地感叹,电的用途真广啊!电的用途为什么这么广呢?因为电能是能量界的“万金油”,它可和其他形式的能量较容易地相互转化。我们可以把热能、风能、太阳能、原子能......转化为电能,而电能摇身一变, 又可以转化成其他各种形式的能量,到灯泡里产生光,驱动电动机产生动力,通过扬声器发声......在各种能量的转化过程中,电充当了很好的媒介作用。现代社会很难想象如果没有了电会变成什么样?

        说到这,大概“没电了”引起了他的担心,小家伙连忙问我,那如果电厂发出来的电不够用了怎么办?对,他能意识到电也是有限的资源,不是取之不尽,用之不竭的,这很好,我正好借此提醒他要节约用电。没想到,我刚肯定了“电确实是有限的”,小家伙又打断了我,说等等,沉默了一会儿。我问怎么了?他说:“那我们每天可不要很晚才开灯啊,如果我们是最后一个,正好电不够了,我们家就没电了。嗯,我们现在开着灯呢。那最后一个开灯的那家人会不会没有电用了,那他们家里一片黑,什么都做不了,走路都会撞到椅子呀......”说着说着,居然流露出很悲伤的神情。 我问他:“那要不要我们每天早早就把灯开了,抢到第一个?”他说: “ 不要,我们就在中间开好了。早早开会浪费电,后面的人就没有电用了。有些人上班早,天没亮就要起来,他们需要,让他们先开,我们在中间开就好了。” 这里的潜台词是,也不要最后开,以免用不到电。我笑着告诉他,根据我们目前的供电模式,这种情况是不会出现的,但电确实是有限的,一旦供电告急,会全城或一个片区一起停电。我小时候有段时间家里就常停电,现在我们邻居有个国家,仍然要经常停电。

        接下来我们往下走,看看电是什么。说到电,就要讲到电子,说到电子咱们得先来认识一下原子。世界上的东西都是由原子组成的,原子是中心是原子核,电子围绕着原子核高速运动......又被叫停。不知道是不是书上那张人脚和叶子上密布原子小圈的图片刺激了它,小家伙又不无担忧地问我:“你说世界上的东西都由原子组成,那会不会有一天所有原子都散开了,自己跑了,那东西不就没有了吗?”

        “原子之间有相互作用力把它们相互连接在一起,不是那么容易就松散开了的。你看,我们这页书,你用手拽是拽不开的,它不是很牢固吗?”

        “可是用剪刀剪就剪开了,用手撕也可以。”

        “是的,力量足够大时可以,但要足够大啊。纸是比较脆弱的东西,你想想如果要分开一根铁棍就没那么容易了,你看原子之间的作用力还是很大的呢。别小看原子,虽然它们很小,但数量多啊。”

        “那我们身边的东西,把两个碰到一起,为什么原子没连接在一起?你看剪过的纸放在一起,还是分开的,也没连接回去。”

      “那是因为原子之间距离太远。你肉眼看好像边很平滑,也很接近,但如果在超级的显微镜下就会发现它们其实是犬牙交错,原子间离得远呢。”

        “对对对,我在显微镜下看过纸的,那个边像小刷子一样。”

        “距离太远,原子间的相互作用力就太小,所以接合不到一起。”

        这时,我想起一个很好的案例来说明其实原子间其实也是很喜欢粘乎在一起的。关于摩擦力的成因,最早的说法是凹凸说, 因为凹凸部分相互啮合而产生了摩擦力,在相同压力下,表面越光滑,摩擦力越小。但随着科技的发展,后来人们发现,物体(尤其是金属)表面光滑到一定程度以后,相互间的摩擦力反而增大了。这就有了后来粘附说的产生。人们认为摩擦力的起因是原子间的相互黏合。你看只是在上面滑过,两边的原子就开始勾勾搭搭了。”你别走,你别走!“我还得用力把它们分开,这就是你感受到的摩擦力了。

        提起摩擦力,小家伙又来精神了。跟我讲了他最近的一个观察。如果你用力推一个很重的东西,又推不动它,如果地面很滑的时候,你的脚就会向后滑去。说着,起身示范,推起餐桌来。用到了很大的力气,餐桌没走,他开始滑步。 “ 这就是桌子给了我力,但我脚下的摩擦力不够大,我就向后滑了。 ”

        半个小时过去了,“电”还没出场呢。

        电就是电子的旅行。当有电压存在时,电子们就开始不安分起来,成群结队地从一个原子跑到下一个原子,开启长途旅行,这就产生了“电流”。我用他们班级的排队做比喻,电子们一个接一个,从自己的位置跳到前一个同学的位置, 后一个同学继续跟上来占据你原来的位置,就这样向前行进。终于来电了。

        接下来,我们进入“发电”的篇章。首先,我们要先来认为一对双胞胎兄弟,“电”和“磁”,有磁才有电,有电就有磁。发电一定离不开磁。 书上讲了线圈磁铁发电的原理,这个小环节咱们一会儿可以复制,我配套准备了手摇发电机的实验包。不过,不是很过瘾了,线圈磁铁都看不到,不好玩。你先将就着,我网购的漆包线和强力磁铁已经在路上,咱们一定要弄个最原汁原味的发电机瞧瞧。

        接着,我们跟着卷毛老师去发电厂。路上,还讨论了人为什么会被电死, 并卷了个纸筒模拟了那个电线接合器。

        卷毛老师带孩子们去了一家火力发电厂,让孩子们穿上防火服,然后将他们跟煤炭一起被倒进了锅炉中,从这里出发去探寻发电的秘密。我问小家伙能不能猜猜怎么样通过烧煤来发出电呢?我可以提示你,发电厂里发电机的原理跟我们在前一页看到的演示一模一样,需要有线圈,有磁铁,同样是线圈固定,磁铁动,我们之前要做的一切准备就是要让磁铁动起来。你能猜出来,怎么通过燃烧来让磁铁动起来吗?其实,一年前他在我的提示下猜出来过。我的提示是“托马斯”。然后,一年以后,我又用了这个提示。这次多收到了几个“哦,对对对......”为了让他印象更加深刻,我立刻跑到厨房开火,水进蒸锅,烧起来,让你亲身感受一下蒸汽的威力。

        人类历史上有三次工业革命,也有人说是四次,关于前两次没有任何异议,第一次工业革命以蒸汽机为代表,人类进入了蒸汽时代,第二次工业革命以电力为代表,人类进入了电气化时代。我们现在想要发“电”,那就是我们现在没有电,人类没有电之前最有力的“武器”是什么呢?对,那时候我们用蒸汽。托马斯就是一个蒸汽火车头啊,它就是利用烧煤产生的水蒸气作为动力来源的。我们利用蒸汽不仅可以让火车汽车飞奔,还可让轮船漂洋过海,让工厂的机器开工,也很了不起吧!蒸汽是一种古老的但仍然发挥巨大作用的手段,看,今天我们发电都离不它呢,不仅是火力发电,核能发电、地热发电都是运用这样的原理,用蒸汽来驱动磁铁运动的。

        书中还讲到了其它的一些发电方式,例如太阳能、风力、水力、潮汐发电等等。我也继续趁机给他上了一堂环保课。清洁型的发电方式能提供的电能很有限,目前广泛使用的发电方式会带来持续的环境污染。所以爱护地球从关一盏灯开始。我们可以尽量选择节能灯具,不要把空调温度开得过低或过高,家中电器不用时及时关闭电源......

        从发电厂出来之后的事是同学们跟着卷毛老师继续去探寻电的应用,而我们在一次中场休息后,又战斗了一个小时,两个人都有点累,下面的故事留待下周继续进行吧。

        接下来,动手时间开始,先组装个手摇发电机过过瘾,顺带翘首期盼一下远方的线圈和磁铁。


2017-9-25