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        鑿壁真的能“借”到光嗎

        2023-09-21 18:08:15祖翌涵
        關鍵詞:匡衡圓孔洞口

        “鑿壁借光”的故事想必大家都聽過,你有沒有懷疑過故事的真實性呢?愛思考、敢質疑的祖翌涵讀到這個故事時產(chǎn)生了很多疑問:鑿壁真的能“借”到光,讓匡衡看清書上的字嗎?多大的洞能“借”到光?燈源和洞口距離多遠能“借”到光?洞口的形狀會影響“借”光效果嗎?……

        為了找到答案,祖翌涵開展了一系列探究實驗,一起去看看吧。

        一、研究過程

        (一)查找資料

        這個故事發(fā)生在西漢,我通過書籍和網(wǎng)絡查找了有關西漢時期的資料,了解到北京大學漢畫研究所曾對漢代建筑做過相關研究:研究人員通過文物復原發(fā)現(xiàn),漢代存在多種多樣的建筑形態(tài),既有“聯(lián)排式”的,也有“獨棟式”的。匡衡住的房屋很可能是“聯(lián)排式”的,所以,我制作的房屋模型是連在一起的兩間房子。

        (二)實驗準備

        我用KT板制作了房屋模型,準備了一本書,每次使用小夜燈、油燈、蠟燭3種光源分別進行實驗,每個實驗均開展3次,確保數(shù)據(jù)的準確性。

        (三) 實驗過程

        實驗一:研究洞口的尺寸對透光效果的影響

        我將洞口設計為圓形,從直徑2毫米的圓孔開始觀察,圓孔直徑依次增加1毫米,直到能看清整頁紙上的文字(約500個字)。

        通過實驗發(fā)現(xiàn),小夜燈的透光效果最好,圓孔直徑為2毫米時即可看清小半頁紙;圓孔直徑為4毫米時可看清整頁紙上的文字。油燈的透光效果較好,圓孔直徑為2毫米時能看清約6個字;圓孔直徑為7毫米時能看清整頁紙上的文字。蠟燭的透光效果最差,圓孔直徑小于4毫米時,完全看不清字;圓孔直徑為8毫米時才能看清整頁紙上的文字。

        實驗二:研究光源與洞口的距離對透光效果的影響

        在第一個實驗中,我將光源放在與洞口在同一水平面、距離洞口10厘米的位置。但是,匡衡的鄰居并不會把光源放在洞口附近,如果光源和洞口有一定距離,那么這個距離在什么范圍內(nèi),匡衡才能“借”到光呢?

        我在第一個實驗結論的基礎上展開探究,以透光效果最差的蠟燭為光源,從距離洞口10厘米開始平行移動光源,記錄透光效果有明顯變化的數(shù)據(jù)。

        通過實驗發(fā)現(xiàn),若洞口為直徑8毫米的圓孔,光源在距離洞口150厘米以內(nèi)時,人們或多或少能看到書上的文字。

        實驗三:洞口的形狀對透光效果的影響

        在以上兩個實驗中,洞口的形狀都是圓形,但現(xiàn)實生活中,我們很難在墻壁上挖出一個正圓形的小孔。如果洞口的形狀不是圓形,會影響透光效果嗎?

        我用3D材料打印了6張黑色不透光的卡片,在卡片上分別挖出正方形、長方形、三角形、橢圓形、菱形、梯形6種形狀的洞口,洞口面積與直徑為8毫米的圓孔相當,約為50.24平方毫米,并在房屋模型上挖出一個較大的圓孔,將卡片依次蓋在圓孔上,以蠟燭作為光源,放在平行于洞口150厘米的位置,觀察不同的洞口形狀對透光效果的影響。

        通過實驗發(fā)現(xiàn),洞口的形狀會影響透光效果,其中,三角形、橢圓形的透光效果最好。

        二、研究結論

        匡衡鑿壁“借”光的故事可信度很高。當匡衡鑿的墻壁是和鄰居家相鄰的公共墻壁時,只要光源距離洞口不超過150厘米,洞口面積不小于50.24平方毫米,匡衡或多或少能看清一些文字。

        三、研究收獲

        我原以為這是一個很簡單的問題,然而,當我真正開展探究后,新問題接踵而至。為此,我多次修改設計圖、改進實驗方案,并進行了多次實驗。我研究的問題很小,真正的科學家在開展研究時遇到的困難更多、風險更大,而他們不畏艱難,勇往直前,實在令人敬佩!

        教師點評

        祖翌涵同學善于觀察、樂于思考、富有質疑精神,并且能通過一系列實驗驗證自己的猜測。但是,實驗的科學性還有待提高,比如,現(xiàn)實生活中,光源與洞口不一定會在同一水平面上,光源和洞口垂直高度的改變是否會影響透光效果呢?這一點有待探究。另外,祖翌涵使用了多種光源進行實驗,油燈和蠟燭在操作時存在安全隱患,建議通過改進現(xiàn)代照明裝置來模擬不同光源的亮度。

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