请欣赏中学物理课本的天花板

百科   2024-11-13 19:41   广东  

与朋友一起坐地铁。我打开手机。他问:你在看什么?我给他看:这个。他说:又是这个!你怎么老在看这个!我没回答,只在心里说:因为实在有趣呀!

我看的是一本高中物理教科书(苏联兰兹伯格院士主编。参看我的物理书单)。许多章节我已经读过不知多少遍了。

物理书?还是教科书?它怎么可能与“有趣”连在一起?

为了使大家感受有些物理教科书读起来多有趣,我给大家看一下这书中一些章节的开头。章节的开头很重要,好的开头能够一下子引起读者的兴趣,可以一下子抓住读者的注意力。当然,我们常见的教科书不理会这一点,你爱学不学,反正考试要考你。

介绍“混合物降温”的一节(15.13节,讲溶化过程的吸热)是这样开头的(蓝字都是老贾翻译):

“拿一块糖,让它与沸水接触。沸水会被糖吸收,到达我们手指。然而,我们不会感到烫手。可是,如果这个实验不是用糖,而是用一小块棉布,沸水从棉布爬到手指时,手指会感到烫。”

许多物理书和化学书都会介绍溶化过程中的吸热(或放热)现象,可是这里的开头是多么精彩!这个实验用糖和棉布进行对比,前者遇水溶解,后者不溶解。另外,它不是用温度计观测温度变化,而是使用沸水,让手指感受烫与不烫。而且这几样东西又是多么普通,多么常见呀!

(我一直觉得,那种用到很专门的、日常见不到的物品或设备的实验,容易产生一个弊端:让学生误以为,只有那些高级或稀奇玩意,才是好玩和刺激的,这让他们更加瞧不上、从而不去注意日常普通的事物。而科学,我以为,应当向学习者揭示出日常普通事物中蕴含的奇妙,使它们获得无限的趣味与丰富的意义,使学习者对日常的普通事物感到兴味盎然。科学是对自然的理解,它使人们与自然的联系更加亲密和深刻。)

“饱和与不饱和蒸气”这一节(17.2节)这样开头:

“下过雨后,在相同气温下,小水洼在有风的天气比没风的天气干得快。这表明,把产生的蒸气移走,能加快液体的蒸发。如果压根不移走蒸气(比如,用塞子将瓶子密封),蒸发很快就会停止。”

这里介绍了三件事:水洼在风中干得快,在无风的天气中干得慢,而密封的瓶中的水一直保持那么多,不会干。三件事都普通得不能再普通,可是有几个人曾把它们(特别是前两件与后一件)联系在一起呢?

“吸附”一节(14.11节)这样开头:

“固体会被液体弄湿,这表明,有些情况下液体分子会粘到固体上,并被固体保持一段时间。气体分子也会发生同样的事情。位于气体(贾注:比如空气)中的固体,总是覆盖着一层空气分子,分子之间的力使空气分子在固体表面保持一段时间。这种现象叫做吸附。”

手从水里拿出来,手会变湿;下雨时,车窗上会附着一层雨水。我们对这些现象再熟悉不过。可是,我们很少想过,浸泡在空气中的(比如)桌子,表面也会附着一层空气分子(氧气分子、氮气分子等)吗?我们从未觉察这样的事情,因为,即使桌子表面附着一层空气分子,我们的眼睛也看不见。

这一节后面重点介绍了活性炭(精彩极了)。许多人都听说过,活性炭具有很强的吸附能力,可以用来净化水,也可以用来制作防毒面具等等。可是,人们容易误认为,吸附是活性炭特有的本领,一般的物体或物质没有这个本领。这一节的开头告诉我们,物体普遍具有吸附能力。至于活性炭的吸附能力为什么特别强,主要是由于它里面充满了极微小的空洞,所以表面积非常大。活性炭的吸附能力,与窗户上挂满雨滴,两件事情属于同一类。

“运动流体的反作用及其应用”(9.5节)这样开头:

“在桌上放一个弯成直角的玻璃管,用橡皮管把它连接到供水系统上。当水从玻璃管流出时,玻璃管被推回去(被向后推)。”

学生在前面已经学过牛顿定律了,面对上面实验中的现象,马上会思索:使玻璃管后退的力,是哪里来的呢?立即对下面的讲解产生兴趣。这一节的后面向我们解释,上面那个现象看似不起眼,却有着大作用,涡轮机或风车等的工作,与这现象属于同一种现象。

“物质熔化时密度的变化”(15.9节)的开头:

“熔化过程中,大部分物质的密度要减小。下面的实验演示了这一现象。让我们把一块固体石蜡放到熔化的石蜡中。它会沉下去。这表明,熔化的石蜡的密度比固体石蜡的密度小。”

还有比这更简单的实验吗?可是,一旦领悟了这个实验向我们传达的含义,它就有了无穷的趣味。

“分子间的力”(12.8节)的开头:

“两个圆筒,一个装着气体,另一个是空的,上部用管子连接,管上有一龙头。如果我们把龙头打开,一部分气体立即从第一个圆筒流进第二个圆筒。气态物质总要把提供给它的体积全部占满。可是,如果第一个圆筒里装的是液体或固体,观察不到物质向第二个(空的)圆筒中转移。如果我们不考虑极少量的汽化,液体和固体都会呆在它们原先的地方。我们怎样解释气体与液体这种行为上的区别呢?……”

分子之间的力是多么精微和深奥的问题!这里介绍的又是我们多么熟知的现象!作者把固体(和液体)与气体的不同行为并列地摆在我们面前,引导我们注意它们之间的巨大差别,用这种方式,把我们带到对分子间的力的思考。

“晶体”一节(15.2)的开头:

“让我们透过放大镜检查由小颗粒组成的物体(比如食盐,白砂糖,苏打或粉末状药品)。我们会看到,这些物质的每个颗粒都是被平整的、好像抛光的表面围成的。”

生活中,物体的表面通常是不规则的,平整的表面通常是由专门的加工得到的(除了静止的水面)。食盐,白砂糖,苏打或粉末状药品的小颗粒的表面是平整的表面?难道有人一粒一粒地把每个颗粒的表面磨平吗?

“表面能”(14.2节)的开头:

“……孩子们知道,用沙子建“城堡”,要用湿沙子。干沙子粘不到一起。可是,在水中,沙子的颗粒也粘不到一起。当人潜入水中时,头发会在水中向四面八方散开。可是,只要将脑袋从水中钻出,头发就会紧贴着头皮粘在一起。怎样才能解释这一现象呢?

“分子运动”(12.5节)的开头:

“把一块糖放进一杯冷茶中。糖块会溶化,在杯底形成浓糖浆。如果我们透过玻璃杯看一个光源,可以清楚看到糖浆。将茶杯放置几个小时。糖浆会一直呆在杯底吗?不,它不会。它会逐渐扩散到整个杯子。糖向整个杯子的分布,是自动发生的,因为没人搅拌茶水。房间里的气味也是以同样的方式扩散的(比如,如果我们打开香水瓶)。即使房间里的空气压根没移动,这也会发生。

“来做另一个实验:把一个上部开口的大容器放到天平上,然后把天平调成水平。如果把二氧化碳气体倒进这个容器,平衡会被破坏,因为二氧化碳比空气重。可是,过一段时间,天平又恢复平衡:二氧化碳气体会扩散到整个房间,容器中的空气中只混有极少量的二氧化碳。在所有这些情况下,一种物质(糖,芳香物质的蒸气,二氧化碳)都扩散进入另一种物质(水和空气)……”

“气化过程中的降温”(17.9节)的开头:

“众所周知,人穿着湿衣服时比穿着干衣服时觉得更冷,尤其是在风中。”

最后,再给大家看一下作者对一种美妙的自然过程的细致入微的描写。这是“结晶”这一节(15.5节)的开头:

“如果我们对着结霜的窗户玻璃呼吸,让霜熔化,可以观察到,(熔化后)的透明部位在长出许多由冰晶体组成的细针。新形成的细针总是从已存在冰晶体的位置开始。在生长过程中,冰针沿各种不同方向分叉,分叉时它们之间的角度总保持一样。当(从不同部位长出的)冰针达到互相接触时,它们互相连接起来,形成由大量晶体组成的装饰。”

我是在北方长大,许多年以前,我曾许多次对着结霜的窗户玻璃哈气,观察冰针怎样重新生长出来。作者的描写勾起我儿时的记忆。如果不是读到这一段,我人生中的这个经验,也许会一直被冷落在大脑中的某个偏僻角落,就像从来不存过一样。

我总忍不住想:我们的物理课本如果也写这么好,能不引起学生兴趣吗?

补记:那些由于职业关系,把物理等同于难题偏题的人,不会欣赏这套课本。

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