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脆弱的A4纸如何变身“大力士”?看成都初中生如何玩转力学

综合

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仅凭数张A4纸或若干一次性筷子,能否设计出承重量远超本身的“桥梁”?

5月8日,在成都七中(高新校区)校园里,一场别开生面的“桥梁”展正在火热进行中。梁桥、拱桥、悬索桥、斜拉桥、桁架桥等各式各样的“桥”摆放于展台上,吸引了师生驻足围观。

这些精美的“桥梁”均出自学校初二年级学生之手,同学们除了在外观上特别融入了“太阳神鸟”等一类具有成都特色的元素外,“桥梁”是否牢固,最大承重量能达多少,是此次“桥梁”展的核心。

活动现场,学校多位初高中物理教师组成评审组,对学生们的“桥梁”进行了承重测试,当测试砝码一次次叠加,纸桥微微颤动却始终屹立不倒时,这些看似脆弱的纸质结构的背后又藏着怎样的力学奥秘?

现场承重测试,远超自重的“桥梁”

自重328克,却经受住了近140斤考验

“这个‘桥’是A4纸做的,感觉承重量不会太大”“用材质来判断承重量有些片面了,我倒觉得这个‘桥’是能够挑战成功,你看它的‘桥墩’……”承重测试还未开始,围观的学生已展开探讨。

现场由高新校区物理教研组副组长尹铎皓老师、陈艳梅老师,物理竞赛教练莫伟彬老师等初高中物理老师组成的评委组,分别对26件学生作品进行了承重测试,从铜块到铅条再到新华字典,当测试的砝码一次次叠加,参与测试的“桥梁”却始终屹立不倒时,人群中爆发阵阵欢呼声。

在首轮测试后,多位同学自信满满地表示,砝码重量距离“桥梁”的最大承重量相差甚远,索性提出让人直接踩上去再测一轮,这一建议将现场气氛再次推向高潮。多位同学自愿当起“砝码”,稳稳地踩在了“桥梁”上,从80斤到90斤再到近140斤的承载量,多件作品脱颖而出。

其中,初二。五班的祝一宁同学所设计的“桥梁”自重328克,却经受住了近140斤的考验仍丝毫未变形。据她介绍,整个“桥梁”的材料全部使用的是A4纸,为了确保“桥梁”的承重量,她特意制作了6根加粗的“桥墩”,并加大了“桥面”受力面积,“包括在‘桥墩’之间,我还加入了一个斜着的‘梁’,这样形成一个三角形区域,进一步提升了‘桥梁’的承载力和稳定性。”

以A4纸为“桥梁”的制作材料,看上去很脆弱的结构,为何有如此大的承重能力?成都七中(高新校区)初二物理老师王梅表示,这与物理知识中的力学原理密不可分,“轻盈的纸桥之所以能承受远超自重的载荷,关键在于同学们对其力学、材料和几何特性等方面的优化设计。”王梅老师介绍,在力学设计方面,通过梁、墩、桥塔、悬索等构件,将桥面的受力有效分散和传递;在材料运用上,纸张的纤维材质本身仅具有较强的抗拉性能,通过卷成纸筒或折叠成瓦楞状等工艺处理,显著提升了其抗压及抗弯性能,使纸张也能成为梁、墩、桥塔等受力构件,避免整体失稳。

如何轻松拿捏物理学科?

让物理原理在指尖具象化,让兴趣激发治学动力

“物理这门学科时常被学生视为‘拦路虎’,但物理又是一门极其有趣且重要的科目。”据成都七中初二特色发展助理周艳老师介绍,为了激发同学们对物理的兴趣,提升初中学生思维能力。

为此,学校为初二年级学生量身定制了一套物理思维课程,而上述开展的“桥梁建造者”计划则是该课程的一次具体实践。“开设这个课程目的是对学生工程思维进行训练,这当中我们主要从科学维度、经济角度、美学追求三个维度展开,希望通过类似的方式,将物理原理在指尖具象化,也让学生的思维能力在实践中得到更好地提升。”

值得一提的是,进入到5月也意味着成都七中第四十五届科技活动月正式启幕。除了物理类的趣味探究外,在此期间,学校还将开展系列科学活动,例如有以《追光科学家,传薪耀未来》为主题的校友科学家故事分享、科技成果海报制作大赛、建筑大赛等创作类活动,还有摄影、化学、魔方等竞技类赛事,也有科学家进校园系列讲座等。

“系列讲座的相关内容还会紧扣到当前火热的AI领域等,让同学们能够触摸科技前沿,既拓宽了学生的学术视野,又能点燃他们探索未知的科学热情。”学校相关负责人表示,成都七中一直将科学教育作为学校拔尖创新人才早期培养的重要阵地,希望通过科技活动月的各类体验、竞技等活动打破传统科学教育课堂的时空壁垒,搭建多学科协同开展科学教育的载体,引领七中学子弘扬科学家精神,立志投身科学,矢志报国。

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