瓦碎蛋全实验的思考

瓦碎蛋全实验的思考

浙江省长兴中学 姚仁勇

物理学是一门以实验为基础的学科。物理学的理论体系、实验技能和研究方法是现代科学技术的基础。物理实验不仅帮助学生形成正确的物理概念，提高观察能力和动手能力，增强分析问题和解决问题的能力，而且直接培养学生用实验方法去验证和探索问题的能力，通过实验促使学生在观察中和观察后进行深入细致的思维活动,引导学生的思维向深度和广度发展，经过分析、比较和抽象，找出事物的本质属性。

鉴于此，新版的高中物理课本中就充分体现了这一点，高一第一册《绪言》一开头就安排了“瓦碎蛋全”、“网外雷鸣电闪，网内安然无恙”、“声波击碎酒杯”三个十分惊险的、有很强吸引力的演示实验，大大激发了学生学习物理的兴趣，增强了学生的求知欲。新版课本中在总课时减少的情况下，学生实验和演示实验的比重反而增加了。

高一课本在学习《动量定理》时以《绪言》中图0-1 “蛋碎瓦全？瓦碎蛋全”实验作为一个具体应用动量定理的实例，现将实验装置简图展示如图1，教师用铁锤迅速地砸到瓦片上，击碎了瓦片，并且铁锤速度在作用后为零。而放在海绵上的4个鸡蛋安然无恙，我们称为“瓦碎蛋全”。

一般解释：由于铁锤和瓦之间作用时间很短，记作用时间为△t(10-2s数量级)，对铁锤运用动量定理：

△p=F·△t, F=△p/△t, 由于作用时间很短，故F很大，根据牛顿第三定律，瓦片受到的作用F’与F等大反向，即F=-F’， F’也很大，对于瓦，在巨大的冲击力作用下碎了，这是“瓦碎”的原因。而鸡蛋由于放在海绵上，缓冲的时间很长，产生的力小，故鸡蛋安然无恙。这是“蛋全”的原因。砖块质量对实验有影响吗？而且对于鸡蛋，在这里有两个过程：打击和缓冲过程，在哪个过程容易碎呢？为了回答这些问题，本人对本实验进行了进一步思考：

1、 打击过程：对瓦片，砖块，书本，蛋组成的系统研究，质量为M。受力

分析如图2所示，系统受力包括重力Mg,铁锤对系统作用力F’，以及海绵支持力FN（由于打击时间很短，海绵不发生形变），即FN=Mg

由牛顿第二定律：Ma= F’+Mg-FN= F’,

系统加速度： a=

对鸡蛋进行隔离，受力分析如图3所示，鸡蛋受到重力mg，海绵支持力FN，系统其他物体对它的作用力为F1，有：

很明显在打击过程中（△t时间内），鸡蛋受到的作用力是关于M的函数：形如（a>0,c >0均为常数），当，时函数取最大值，即时，取最小值（图4），由图象可知：区间上随M增加而减小；在区间上随M的增加而增加。考虑到实验中的很大，故区间，是减函数。

所以打击时若把质量较大的砖块换成木块的话，鸡蛋受到的作用力将会增大，可能会使“蛋碎”；在本实验中，为了保证“蛋全”，在不直接压碎蛋的情况下适当多放砖！而且容易得到：。

2、缓冲过程：

设缓冲时间为t（多次），明显△t<，而系统的动量变化量大小和铁锤的动

量变化量大小是相等的。令，缓冲过程中减小，FN增大，平均作用力<< 综上所述：在打击和缓冲过程中，鸡蛋的受力分别

为和，且< ，又随M的增大而减小，所以打击过程蛋不碎的话就不

会碎；在允许的范围内，砖的质量越大，蛋越不易碎。这样就比较清晰的展现了

整个物理过程，还物理过程真实的力学原因，透过现象看到了问题的本质。

以上只是本人对这实验的初步探索，仅供大家参考。

本文来源：https://www.2haoxitong.net/k/doc/dafbfe707fd5360cba1adb59.html