Patente de curado in situ
1. Los antecedentes de la materialización de los principios
¿Un día, Percy, un electricista de la compañía Raytheon en Estados Unidos? Mientras hacía un experimento de vibración de radar, Spencer descubrió accidentalmente que el chocolate que llevaba en el bolsillo de su chaqueta se había derretido. Percy es un pensador. No dejó pasar el accidente. Estaba pensando: "Genial, ¿por qué se está derritiendo el chocolate?" Sin embargo, en otra ocasión, acababa de subir a la torre del radar y el chocolate que sostenía comenzó a derretirse nuevamente. Mirando a su alrededor, no hay estufa, solo un radar que emite poderosas ondas electromagnéticas. Especuló que las ondas electromagnéticas podrían calentar los alimentos. Después de una serie de estudios experimentales, confirmó esta conjetura y descubrió el principio de que las microondas pueden hacer que las moléculas de los alimentos se muevan y generen calor. Como resultado, el primer horno microondas del mundo nació en manos de Percy en 1947, y logró la hazaña pionera de "cocinar" alimentos sin fuego.
Desde el descubrimiento de las ondas electromagnéticas por parte del científico británico Maxwell en 1864 hasta la invención del horno microondas, solo pasaron más de 80 años. La gente convirtió un principio físico en una tecnología práctica, beneficiando a innumerables familias. Hay innumerables ejemplos de la incorporación de este principio. Por lo tanto, los principios físicos provienen de la vida, sirven a la vida y, lo que es más importante, crean vida. El objetivo de la enseñanza de la física es combinar los principios físicos con la práctica innovadora, alentar a los estudiantes a utilizar de manera flexible el conocimiento físico y los principios científicos, combinar inventos e innovaciones tecnológicas con los problemas encontrados en el aprendizaje y la vida diarios, y mejorar continuamente las capacidades de innovación.
Materialización del principio 1: Aplicación del principio de presión: botella de tinta de nivel constante
Como se muestra en la Figura 1, el nivel de tinta en la botella de tinta con el bolígrafo sumergido en agua permanece sin cambios. Asegúrese de que la tinta no contamine el bolígrafo cuando se sumerja en agua o absorba agua. Hace uso del principio de presión en el conocimiento de la física: cuando el bolígrafo absorbe agua y el nivel del líquido en la boca de inmersión desciende (por debajo de la abertura de las vías respiratorias), el aire entrará en la botella de tinta. En este momento, la presión en la botella. aumentará y la presión del agua saldrá hasta que la presión dentro de la botella sea igual a la presión de la superficie del líquido en la boca de inmersión. En este momento, la presión dentro de la botella es la suma de la presión generada por el aire que ingresa a la botella y la presión generada por la columna de tinta (diferencia de nivel de tinta), y la presión en el nivel del líquido de la boquilla de inmersión es la presión atmosférica. . en este ciclo.
2. Principios de los pasos de materialización
La materialización de principios es una idea que parte de un determinado principio científico y solidifica el principio abstracto en un nuevo producto o nuevo método a través del pensamiento y el diseño creativos. y actividades prácticas creativas de soluciones técnicas. En primer lugar, los creadores deben utilizar los principios y conocimientos científicos que han aprendido para crear un producto o una nueva tecnología, lo cual es una manifestación del espíritu de innovación, en segundo lugar, para inventar nuevos productos, los creadores deben aprender y dominar; se fortalecerán muchas técnicas prácticas de producción; en tercer lugar, los creadores pueden transformar con éxito principios científicos en objetos físicos a través del pensamiento creativo y la producción práctica, lo que estimulará enormemente su interés en el aprendizaje y la creatividad.
El modo de creación de materialización del principio general se muestra en la Figura 2.
1. Explora los principios físicos
Los principios físicos se construyen a partir de ciertas leyes. Para aprender los principios físicos, no sólo debes saber qué es, sino también por qué lo es. No debes conformarte con memorizar el contenido. Es decir, no solo debemos conocer el contenido de las leyes físicas, sino también comprender sus antecedentes y resumir qué fenómenos físicos se pueden resumir mediante el análisis, al mismo tiempo que debemos prestar atención a la exploración de las connotaciones de los principios físicos; y leyes, especialmente la exploración experimental. Intenta hacer tus propios experimentos tanto como sea posible. Las reglas que descubrimos u obtenemos (incluso si repetimos las de otros) son más fáciles de entender.
2. Cree una opción de tema
Guía a los estudiantes a usar una visión creativa para encontrar problemas inconvenientes, inconvenientes o cosas insatisfactorias en el aprendizaje diario, la vida y las actividades sociales, y luego combinarlos. el conocimiento físico y los principios aprendidos para realizar invenciones o innovaciones con propósito.
Materialización del principio 2: Aplicación del principio del sifón: tanque de agua sin fugas
(1) Problemas de vida: hay un dispositivo de drenaje conectado al fondo del fregadero. Con el tiempo, debido al envejecimiento de las piezas y los materiales, los huecos se hacen más grandes y el agua se filtra, provocando problemas en la vida.
(2) Principio físico: principio del sifón
(3) Invención: diseñar un fregadero sin salida en el fondo y luego usar un sifón para drenar el agua, como se muestra en Figura 3. Empuje el vástago del émbolo hacia el fondo y el agua entrará en el tubo de drenaje. Según el principio del sifón, el agua del fregadero se drena automáticamente de forma continua hasta que se agota. Tire de la varilla de empuje del pistón hasta su posición original para volver a utilizarla. Dado que no hay salida de agua en el fondo del fregadero, se logra el objetivo de que nunca haya fugas.
3. Consulta de información relevante
Para no infringir los derechos de propiedad intelectual de otros, debe investigar sus propios objetivos creativos, es decir, estudios de mercado, consultas en línea y búsquedas de patentes. Si otros ya han fabricado el mismo producto o uno similar, entonces no podrá continuar desarrollándolo; de lo contrario, sus esfuerzos serán en vano y no obtendrá los derechos de propiedad intelectual.
4. Diseño de modelos físicos y químicos
Utiliza tu intuición y creatividad para diseñar la forma, estructura, método y plan de implementación del tema basado en principios científicos básicos. Este esquema de diseño utiliza materiales simples, tiene una estructura ingeniosa y es fácil de implementar. Es un esquema de diseño mejor.
Materialización del principio 3: Aplicación del principio de inducción electromagnética de Faraday: control remoto sin batería
(1) Problemas de la vida: los controles remotos se usan ampliamente en electrodomésticos, lo que resulta en una gran cantidad del consumo de pilas. Lo que sigue son graves problemas de contaminación ambiental, por lo que es necesario inventar un mando a distancia que no utilice pilas.
(2) Principio físico: Principio de inducción electromagnética de Faraday.
(3) Consulta de información: ① Después de la consulta de patentes, ya existen linternas autogeneradas, pero aún no existen controles remotos sin batería y se pueden desarrollar proyectos ② Al desarrollar, puede consultar; El principio de las linternas autogeneradas, que está en línea con la tecnología inventada por trasplante. O directamente basado en el principio de inducción electromagnética.
5. Ayuda en otras habilidades
Ser lógico significa poder escribir artículos o hacer las cosas en orden, y lo mismo ocurre con los inventos y las creaciones. En el proceso creativo, todos los principios, métodos, técnicas, experiencias y tecnologías científicas son "principios". Sólo armándote con estos "principios" podrás galopar en el campo de batalla de la "creación" y alcanzar el otro lado del éxito. Por lo tanto, además de enseñar a los estudiantes conocimientos y principios físicos, también deben incorporar algunos métodos y técnicas creativas, e incluso entrenar algunas técnicas prácticas de producción, como invención combinada, tecnología de mecanizado, etc. Sólo así será posible convertir la virtualidad en realidad y convertir los principios físicos invisibles en invenciones tangibles.
6. Invenciones y logros
Con base en el plan prediseñado, haga un modelo para probar si el plan de diseño es efectivo. Luego, continúe revisando y mejorando hasta completar el trabajo.
Materialización del Principio 4: Aplicación del Principio de Flotabilidad - Parada de agua del grifo y protector de apertura
(1) Tema de creación: A veces cuando se para el agua y te olvidas de cerrar la llave grifo, el flujo repentino de agua puede causar fácilmente fugas de agua. El desbordamiento no solo desperdicia recursos hídricos, sino que también causa pérdidas como fugas de agua. Haga un dispositivo que cierre el canal cuando llegue agua.
(2) Consulta de información: "Alarma cuando no se abre el agua del grifo" ya existe y no se encontraron otros informes.
(3) Principios físicos: la definición de flotabilidad: la diferencia de presión entre las superficies superior e inferior de un objeto en un fluido (incluidos líquido y gas). Muchos profesores han realizado un experimento importante para verificar este principio: la desaparición de la flotabilidad, como se muestra en la Figura 4.
Equipo: Un embudo de vidrio del tamaño adecuado, una pelota de tenis de mesa y un vaso de agua roja.
Pasos: ①Empuja la pelota de ping pong en el agua intencionalmente. La pelota de ping pong flotará rápidamente después de soltarla. (2) Sostenga el embudo con la mano, coloque la pelota de ping pong, presione la pelota de ping pong con el pulgar, vierta agua en el embudo, suelte el pulgar, puede ver que la pelota de ping pong no flota. (En este momento, el agua sale por la boca inferior del mango del embudo. Esto se debe a que la pelota de ping pong y el embudo no están bien cerrados). ③ Use sus dedos para bloquear la salida de agua y podrá ver que el agua El nivel en el mango del embudo aumenta gradualmente. Cuando el nivel del agua sube hasta la pelota de ping pong, la pelota de ping pong flota inmediatamente.
(4) Diseño y experimento físico y químico: Inspirado en el experimento de "desaparición de flotabilidad", un estudiante inventó el "protector del grifo", cuyo principio estructural se muestra en la Figura 5.
Material: tubo de PVC como cuerpo principal, el tamaño es personalizado; la bola flotante debe ser una bola hueca hecha de goma.
Verificación: ① Coloque la bola flotante desde la abertura de la bola; ② Conecte el tubo de entrada del protector a la tubería de agua del grifo y el tubo de salida al grifo (3) Cierre la válvula de entrada de agua del grifo; y abra el grifo para dejar que el agua salga (4) Abra la válvula de entrada de agua del grifo y no salga agua, lo que indica que el flotador se hunde y bloquea la salida de agua; . Según el principio de flotabilidad, la bola flotante debe flotar y luego abrir el grifo y el agua debe salir, pero no sale agua. El experimento fracasó. ¿Por qué?
Exploración: ① Si el agua no sale, significa que la bola flotante no flota, es decir, la bola flotante no tiene flotabilidad. ¿Cuál es la razón? (2) De hecho, el problema se predijo en el paso (4) de verificación. Debido a que no hay espacio entre la bola flotante y la pared lisa del tubo, y no sale agua, nunca hay agua debajo de la bola flotante (incluso si el grifo está cerrado), por lo que no es sorprendente que la bola flotante no adquiere flotabilidad y no puede flotar. ③ Haga áspera la pared del tubo entre la bola del flotador y la salida de agua para permitir que se escape una pequeña cantidad de agua por la salida de agua. ④ Repita la verificación nuevamente y será exitosa.
(5) Cree resultados: ①Elija materiales adecuados y ciertos tamaños para fabricar productos terminados ②El protector tiene un defecto, es decir, el flotador nunca puede cerrar completamente la salida de agua y debe echar una pequeña cantidad de agua; ser liberado, por lo que también causará una pequeña cantidad de desperdicio de agua. Por lo tanto, se necesita investigación de seguimiento para mejorar los resultados creativos.
En resumen, la enseñanza de la física no sólo debe mejorar la alfabetización científica de los estudiantes, sino también permitirles aprender a innovar, ser valientes en la creación y mejorar continuamente sus habilidades. La materialización de principios es un medio muy eficaz.
(Editor Guo)
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