[追踪]青少年高校科学营特色活动——兰州大学分营: 生活中的科学奥秘——线上科研实践活动
2021-05/总第302期
2020年高校科学营兰州大学云上科学营分为云游兰大校园、与名家大师面对面、参观重点实验室、线上科研实践和与朋辈互动交流5大板块。通过网络,营员参观了5个国家重点物理实验室:北京正负电子对撞机实验室、兰州大学半干旱气候与环境观测站、功能有机分子化学国家重点实验室、兰州大学草地农业生态系统国家重点实验室野外台站和兰州大学电镜中心。营员还参观了西迁博物馆和兰州大学校园,聆听了兰州大学的百年校史和辉煌成就,对这座学府有了更深入的了解认识;主题直播、线上实验、在线互动,精彩纷呈的活动赋予营员极大的参与感。通过科学营活动,营员感受到了科研活动的魅力,培养了对科学的兴趣,深化了爱国情操。
为培养和增强高中生的实践能力和创新精神,激发科研兴趣,树立科学意识,体悟科学精神,兰州大学分营充分利用学科优势,由校团委联合物理科学与技术学院,开展了“生活中的科学奥秘”主题活动。活动邀请物理学院张加驰副教授在线指导营员开展科学实践,激发他们对科学的好奇心和对探索真理的热情。
为了保障主题活动的顺利进行,以及良好的实验效果,在活动开始前3周就进行了具体的人员安排和物资筹备工作,其中筹备组和后勤组志愿者主要负责实验物资的准备、打包、邮寄和活动现场的协助,带队志愿者组负责活动开始时问题的收集与反馈,宣传组负责活动的直播和设备调试等工作。
实验内容
“生活中的科学奥秘”主题活动包括多项动手实践或演示实验。活动通过用科学解释一些生活中常见的现象,解决有关实际问题,使营员了解基本科学知识,经历科学知识的形成过程,感受运用科学探索的基本思想和基本方法。各实验名称和内容如下。
点水成冰 饱和碳酸钠溶液中加无水碳酸钠,溶液由于过饱和而结晶。
甜蜜彩虹 把彩虹糖沿着表面皿边缘摆满一圈后倒入水,当彩虹糖的色素溶于水后,色素水的密度增大,从而会向密度小的区域扩散。由于临近的彩虹糖色素水密度相似,所以多种颜色都会向表面皿中央密度更小的区域扩散。
“甜蜜彩虹”实验
嗜水毛虫 利用水分子的毛细作用让褶皱的包装纸扩展,从而达到使“毛毛虫”身体变长的现象。
吸管吹奏 吹入的气流经过吸管切口处时,由于气流撞击下端吸管内壁产生旋涡引起共鸣,从而发出声响。声音高低与共鸣腔大小有关。剪断部分吸管时,共鸣腔变小,声音变高。因此,不断改变吸管的长度,声音也会随之发生变化。
光学隐形 光栅是在玻璃片上刻出大量平行刻痕而制成,刻痕为不透光部分,两刻痕之间的光滑部分可以透光,相当于一狭缝。当我们从不同角度通过透镜观察,将看到不同的图像,从而达到使物体隐形的效果。
“光学隐形”实验
水上轻功 使曲别针漂浮在水上的力量是水的表面张力。液体跟气体接触的表面存在一个薄层,叫作表面层,表面层里的分子比液体内部稀疏,分子间的距离比液体内部大一些,分子间的相互作用表现为引力。可以理解为表面张力是由液体分子间很大的内聚力引起的,曲别针周围的水分子“拉”着曲别针,使它“浮”起来。
纸花盛开 纸是由纤维制成的,纤维之间的缝隙很小,形成了无数个非常细小的毛细管。当纸和水接触后,水会通过毛细现象在很短时间内浸润到纸张的缝隙中,改变纸张的张力和形状,从而使纸花“盛开”。
神秘毒液 磁流体又称磁性液体或者磁液,是一种新型的功能材料,它既具有液体的流动性又具有固体磁性材料的磁性,所以可以通过磁力改变它的形态和位置。当铁磁微粒被表面活性剂包裹时,才能防止其因范德华力(分子间的作用力)和磁力作用而发生凝聚,使之保持液体的形态。当在不同方向放置磁铁后,改变了外加磁场,磁流体也会随之改变自己的形态。
意念水母 通过改变矿泉水瓶的压力,使瓶中的水母上下移动。
硬币隐形 我们看到的物体是光线照射到物体上后,再反射进我们眼睛里的光线。光线穿过不同密度的透明物质时会发生弯折。实验里光要照射到硬币,就必须穿过不同密度的空气、玻璃和水,然后才到达我们的眼睛。在这个过程中,光线经过多次弯折,到达硬币时再发出的光线折射到水中,而不能反射到我们的眼睛,所以我们才会看不见硬币。
硬币跳蛙 硬币在磁场的作用下会被磁化,相当于自身也成为了一块磁铁,从而会与磁铁产生相互作用被吸引。
缓慢天梯 当铁球在铝管中下落时,穿过铝管的磁通量增加,产生感应电流,感应电流在回路中产生的磁通总是反抗(或阻碍)原磁通量的变化,即感应电流的磁场总要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
消失的水 利用吸水树脂可吸收大量的水分,把水倒入装有吸水树脂的杯中,水就会被吸收从而造成消失的现象。
毕达哥拉斯杯 利用虹吸原理(也叫连通器原理),即加在密闭容器里液体上的压强处处都相等。往杯内加水的时候,只要不越过中间柱状管道的顶端,液体是不会流出的,因为管道两端内外相通,承受的大气压力相等。但是,如果水没过了管道顶端,在大气压强的作用下,水就会被一点点挤压流出,直至流光。
不湿怪沙 普通的沙子镀上一层厌水膜,导致水分子不会附在沙粒表面,当把沙子倒进水里的时候,这些沙子会聚集起来,变成类似一团蜡的样子。但是只要一离开水,沙子就会恢复原本的样子。
活动成效
切身体会科学魅力,激发营员科学热情
实验室是科学的摇篮,是科学研究的基地,是科技发展的源泉,对科技发展起着非常重要的作用。兰州大学分营有效利用高校实验资源,以理论结合实践的形式让中学生走进科学的精彩世界,体会科学魅力,增强中学生对科学的认知,激发其对科学的热爱和向往。跟随着专家的脚步,营员切身感受科学实验的魅力,亲自动手操作,全方位多角度地分享心得体会,用心感受科学魅力。此次活动不仅锻炼了营员动手操作的能力,还在他们心中留下了科学的火种。
宣传兰大百十历史,展现学校优良学风
此次活动宣传了兰州大学深厚的历史积淀和浓厚的优良学风,从科学理论知识到实验实践操作,再到科学人文素养,从多方面展现了兰州大学严谨的治学理念、优秀的师资力量和丰富的教学资源,在参加此次科学营的学生心中埋下一颗兰大梦的种子,期待他们在未来的日子里能为实现中国梦而不断努力奋斗!
“在线上实践活动中,我完成了多个实验。通过这些实验,我了解到了许多有关物理和化学知识与一些生活中的现象之间的联系,还知道了完成实验所需要的一些方法和技巧,使我受益匪浅。通过这次科学营活动,我不仅了解到了高新的前沿科技,也体味到了古人的聪明才智,更体会到了浓厚的人文精神,我不仅学到了很多知识,心灵也得到了成长。在这次活动中所收获的知识,感受到的专家的人格魅力,都将是我一生中宝贵的财富。”
——甘肃省定西市安定区东方红中学 张琰岚
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