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冰激凌、“永动机”……北大学生把惊喜给你送上门

北京大学 北京大学 2023-05-11


如何用10秒钟,快速制作一个冰淇淋?

飞驰的磁悬浮列车,会不会跌落地面?

《易经》中的古老智慧,今天还适用吗?

爱因斯坦赞叹的国产玩具,有多神奇?

……

在北大,有这样一群人

他们玩转力、热、声、光、电

从现实中凝练“魔法”

再把“魔法”带到现实

🧙🏻有人叫他们“魔法师”🧙🏻

但他们还有另一个名字

北京大学物理实验演示科普志愿者


跟随这群北大“魔法师”

找寻神奇物理学现象的答案吧

(别划走!文末互动有礼)



2021年“挑战杯”学术文化月科创学术成果展活动上

北京大学物理学院的同学演示超导磁悬浮实验



01

好玩!物理学的“魔法世界”

这最美的秘密是我们都在制造巧遇谁说幸福 只是一种远方的消息思念持续著浓郁梦甘甜下去誓言继续陪你累积所有回忆

直观神奇的现象,能让物理学习变得有趣而高效。

液氮冰淇淋、超导磁悬浮、鱼洗盆、饮水鸟、火龙卷……这些奇妙、好玩的现象背后,都蕴含着不同的物理知识。每一个原理的发现和应用,都曾是科学发展史和人类文明史上的一次进步。

液氮冰淇淋

10秒钟收获一枚冰淇淋!将冰淇淋粉、牛奶、水混合在一起,倒入液氮不断搅拌,盛有液氮的搅拌盆担负了超大功率冰箱的职责,让冰淇淋快速冷冻成型。


超导磁悬浮

将在液氮中浸泡过的钇钡铜氧超导合金放置于钕磁铁制作的环形围道之上,就能观察到超导体完全抗磁性质引发的悬浮现象,此时的超导合金就像是一列在轨道上永不跌落的磁悬浮列车。


鱼洗盆

将双手轻轻放在铜盆的“耳朵”上,铜盆开始嗡嗡轰鸣,沉静的水面形成翻腾的波纹,构成了一次生动有趣的驻波实验。盆底的鱼纹图案中刻有《易经》河图曲线,这也让外国科学家们在复现实验现象时感叹道:“想仿制出来,得先把《易经》研究明白呐”。


饮水鸟这只周而复始、不停点头喝水的饮水鸟,它的体内盛有乙醚,乙醚在体内的循环流动使它出现了“永动机”一般循环喝水的动作。在上个世纪,有人将遮住内部循环流程的饮水鸟送到爱因斯坦手上,当明白其中奥妙时,爱因斯坦都忍不住惊叹饮水鸟的设计之巧。

火龙卷

炽热的火焰随着网罩的旋转在空中闪转腾挪,网罩形成的涌动风流与火舌的强烈热量结合形成旋转的空气涡流,高速旋转的涡流夹卷着火焰形成火龙卷。



02

让更多人知道物理学的有趣


我们的生活不止做实验、理数据、投文章,还有练习‘魔法’,玩转科普。因为我们希望更多人愿意了解物理,爱上物理。

3月5日,周日,迎着春天的暖阳和微风,来自北京大学物理学院的科普志愿者们整理好仪器,从学校动身,这一次,他们的目的地是海淀唐家岭社区。事实上,这一天还有些特殊的意义。今年是毛泽东等老一辈革命家为雷锋同志题词60周年。“向雷锋同志学习”不只是一句热情洋溢的口号,更落实在每一代人的选择和实践上。在温暖的春风里,一群年轻的学子再次出发,努力把物理学的魅力带给更多人。

活动正式开始,经过液氮浸泡的材料在导轨上流畅地漂浮穿行,社区的家长和小朋友们几乎都是一进门就被液氮实验所吸引。

“哇那是什么?”,志愿者耐心细致地演示液氮磁悬浮实验。

“小朋友们认为这里产生的白雾是热的还是冷的呢?小卡片能够悬浮的秘诀是什么?”

每个实验展位前几乎都围满了人,小朋友们更是依依不舍地从一个展位走到另一个展位,再被同样有趣的实验所吸引,迫不及待地想动手体验,急切地提问和举手。近处有饮水鸟吸水抬头周而复始,远处有起电机产生种种静电现象,耳边能听到鱼洗盆发出的低沉轰鸣、伴随水波产生共振;还有实验效果“拉满”的火龙卷——火焰随转盘旋转,火舌腾跃直上,让观看实验的人发出连连惊呼。

提问,互动,启发,体验。物理实验的魅力在于从现象到本质,从意料之外到“悟”理之中。

2023年3月25日 青棠湾社区 小朋友在观察饮水鸟的实验现象

2023年4月1日 燕北园社区 志愿者在讲解超导磁悬浮的原理

2023年4月7日 静园草坪 志愿者在进行沸腾球实验演示

本学期以来,在海淀团区委的支持下,志愿者们走进一个又一个社区,这样的科普志愿活动几乎是每周一场。3月5日,海淀唐家岭社区;3月12日,海淀航天城五院社区;3月25日,海淀青棠湾社区;4月1日,海淀燕北园社区;4月9日,海淀西苑挂甲屯社区……



每一位科普志愿者都需要参加演示实验前的培训,学习讲解要点,练习实验操作。在活动中,他们往往要进行一番从课本到生活实际的转换,以便更通俗地讲述实验现象、描述物理原理。同一个问题可能会被不同的小朋友问起,而每一次回答他们都要当成是第一次提问,耐心地讲解和描述。教学相长,实验演示科普也同样如此,“光的偏振”实验演示中,现场就有家长曾建议,结合手机屏幕进行演示。当偏振片用一定角度叠加,手机的屏幕亮光便全部消失,只剩“黑”色。这与“防窥视屏”的原理相同,解释起来也更加“接地气”。每一次的外出科普也往往给志愿者们带来新鲜的体验和收获。130人的科普志愿者群里,很多同学是第一次接触,也有很多“老科普人”,新老碰撞,通力合作,每一次物理科普既是一次新奇的体验,也是一种新老传承。


03

未名格物,是攻坚学术,也是明理天下


我真正感受到了一所知名大学的魅力,正是在于用它的精神底蕴去影响身边的人。

乘坐岁月的列车,穿过层峦叠嶂来到的是物理学院大楼。这座稍显复古的建筑背后,是走过110周年的北京大学物理学科。几经院系、学科专业调整,如今的北京大学物理学院也已经历20余载岁月。这里是“魔法”诞生的地方,也是每一代物院“魔法师”成长学习的地方,余韵悠长。

本世纪初的物理学院

如今的物理学院

而穿过理科教学楼的走廊,打开一扇不起眼的小门,走进北京大学普通物理教学中心,一排排码放整齐的实验器材呈现在我们眼前,每个柜子都用纸条分门别类地标注出了所属领域。老师们自制的物理实验器具、研究所需的庞然大物、多年流传下来的老旧古董……各类器材物理器材整齐摆放,每一次拿取都意味着又一场物理实验的进行。

在这干净整洁的小房间里,沉积着北大物理学的历史与当下。得益于北京大学普通物理教学中心的支持,物院科普协会拥有了大本营,寻找实验项目、借用仪器、开展培训......担任物理学院科普协会负责人的罗宝鑫同学是物理学院2020级本科生,他对于这些仪器有着特殊的感情,“我们当时一遍一遍地在这些仪器和教具中翻找,希望能找到更多适合做演示科普的实验项目。”

北京大学普通物理教学中心

“物理学照亮世界”。学业科研之外,物院同学对于做科普有着天然的兴趣和使命。早在2000年,秉持着“学以致用、实有所创”的理念,当时的北京大学物理系就举办了“实创杯”演示实验方案设计大赛,邀请院士专家担任大赛评委,规则中明确写到,要面向不同年龄受众。





“要求演示实验方案将电磁学、超导电性以及计算机(作为辅助工具)有机地结合起来,演示基本的物理现象、规律、原理。设计方案应当构思巧妙、新颖,面向的对象为大、中、小学生。”





自2002年起,每年一度的“物理文化节”上,物理实验演示都会如约与大家见面。相约三角地、百讲广场,鼓励同学们结合所学知识来演示基本的物理现象、探究物理规律、讲述物理原理。“魔法师”的梦也就自此展开,每年与同学们相约三角地物理文化节,来一场与神奇“魔法”的邂逅。

2003年物理文化节上,志愿者在三角地演示角动量实验

2012年物理趣味演示实验活动上,志愿者在演示静电跳球实验

2016年中德合作“物理秀”活动上,志愿者在进行演示

物理文化节几乎从未间断,见证了北京大学物理学科的90岁、100岁,成为了北京大学物理学院向外展现物理学魅力的重要平台。在二十余年的传承之中,改变的或许是每次用于科普实验演示的仪器设备,不变的则是传播物理知识、宣传物理文化的初心。无数同学在与“魔法”的奇缘中,泛起了心中对物理学科热爱的涟漪。

提到北大物理科普,还有一位不得不提的人,那就是同学们眼中的“穆法师”——“北大十佳教师”物理学院穆良柱教授。秉承着让更多人了解物理,爱上物理的初心,穆老师面向校内所有对物理学有兴趣的同学们,开设了本科生通选课程“演示物理学”。

在穆老师的课堂上,你时常能听到一阵阵惊呼声,因为这里不是死板枯燥的数字公式、也不是乏味单调的公理定律,而是直观有趣、令人惊叹的物理现象。“徒手”点亮日光灯管、石英砂规整的“图案”、飞舞而上的火龙卷……他把教室变成了实验室,用生动有趣的物理实验演示贯穿教学过程,即使不是物理学专业的同学,也能在“穆法师”的课上收获满满。

“穆法师”的物理课堂

近年来,随着实验演示科普志愿团体的不断壮大,志愿者们立足新时代,展现新作为。物理学院的同学们走出“三角地”,迈向中小学第二课堂、物理公众科学日、科普进社区活动一线,今春的科普进社区活动只是一个小小的缩影。

2020年疫情期间,物理学院李湘庆老师为武汉华中科技大学附属中学的同学开展线上实验演示课程。2022年,北京大学物理学院、北大团委与中国科学技术协会联合开展“未名格物”——全国中学生科学技术普及系列活动,邀请多位专家学者讲授关于黑洞、太阳系外行星及其宜居性、相对论与引力波等在内的科学理论知识,也同样带来妙趣物理实验现象演示,借助多平台同步直播,取得了广泛关注。物院老师们以“魔法师”的身份持续为科学发声,在不同身份、不同年龄段的观众心中播撒下科学的种子,激发他们探究物理的兴趣。

疫情期间为武汉华中科技大学附属中学的学生做物理实验演示

2022年“未名格物”科学营 物理学院师生带来系列科普讲座

从校内校外、到课上课下,北大物理学院的所有老师们和同学们,都在用实际行动践行着格物未名、明理天下的科普精神。

演示实验前志愿者细心整理仪器

每次活动前雷打不动的志愿者培训

基础研究是整个科学体系的源头,是科技自立自强的根基;科普教育是提高全民素质的应有之义,是推动国家科技高质量发展的重要举措。科研与科普,从来都不相悖。物理学,属于实验室中的研究者,也属于每一个热爱科学的普通人。

无尽的时光亦如长长的河流,作为个体的每个人旅途都是有限的,而真正能在时光之路上永久流传的,是代代之间一直传承的知识财富。物院科普志愿者团队正如两岸之间的摆渡者,将科学知识和科学精神从此岸带去彼岸,在艰深的学术理论与普罗大众之间搭建起沟通的桥梁。


❤️互动有礼❤️在你的记忆里有哪些学习物理的难忘故事?在你的生活中有哪些奇趣现象蕴含着深刻物理原理?来留言区和小北分享截至2023年4月15日12:00前留言点赞前10名的读者将获得趣味物理实验玩具“饮水鸟”一份快来参与吧!

策划:北京大学融媒体中心、北京大学物理学院

文字:吴卓颖、罗宝鑫、喻翼航、倪博、许安冬

图片:北京大学新闻网、北大团委、北京大学物理学院、中国科学院理论物理所官网、曹倩倩

动图制作:唐儒雅

排版:孙萌

责编:郭雅颂


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