曲線或許比直線更快到達終點？
指尖一觸便可施展光電魔法？
一個錐體竟會“自動”向上滾？
在浙江大學紫金港校區的
實體示範實驗室裡
上演着一個個“萬萬沒想到”的奇妙現象
第十四期“ZJU校園體驗官”
在實體實驗教學中心
副主任鄭遠等學科向導的帶領下
一起走進這間神奇實驗室
探索經典實體學科背後的
基礎學科奧秘
寓教于樂，體驗實體奧秘
“有時候‘走彎路’比‘走直線’更快抵達終點！”在力熱聲學廳，一個個簡單的實驗不斷“颠覆”體驗官們的常識：
錐體軌迹看似上移，卻隐藏着剛體質心受重力下移的原理；曲線“超越”了直線，成為小球下落軌道的“最速降線”，最快到達底端；擺長對單擺周期的影響使蛇形擺擁有了獨特的姿态；輕輕敲擊音叉，就能見證同頻共振的浪漫......一切都似乎捉摸不透，卻又有理可循。
走入光學廳，體驗官們的目光便都聚焦在魔幻的輝光球上。妖冶豔麗的輝光在玻璃球罩中舞動；觸摸球罩時，光束便聚集在指尖；指尖移動，光束似遊龍奔騰，随之而動，仿佛施加了玄妙的魔法。
這個典型的實驗，生動地展示了高壓電場對稀薄氣體的電離發光現象。“人體的接觸使得球中心與手之間産生極大的電勢差，因而在電離的稀薄惰性氣體間形成明亮的通路。生活中的鈉燈路燈、氙氣車燈，還有汞燈日光燈，也都類似地發出獨特的光。”助理實驗師張利介紹道。
正是有了光，我們開始感覺萬物的顔色，走入五彩斑斓的實體世界。從凹凸透鏡的光線路徑、三原色下的七彩譜系，到光熱效應推動的風車、似真似幻的“萬丈深淵”，體驗官們在光學廳體驗到了真正“光怪陸離”的世界。
力學廳裡的一個手持自行車輪能玩出怎樣的花樣？體驗官們紛紛坐在凳子上，雙手持握着轉軸。在施加外力後，豎直的車輪迅速向一側傾斜，并通過角動量的傳遞牽動凳子朝一側旋轉。“這個角動量守恒實驗利用了茹科夫斯基凳的特點，将陀螺的進動效應展現地更為直覺。”鄭遠介紹道。
這種角動量守恒的規律，在航天器的姿态調整中被應用得淋漓盡緻：以空間站内部高速旋轉的陀螺儀作為支撐點，推動陀螺儀角動量旋轉就能獲得反作用力矩使空間站姿态改變。
在電磁學廳，體驗官們不僅體驗了靜電實驗，“get”愛因斯坦“同款”發型，也體驗了“明暗交替”的電磁實驗。感應電磁場的變化會使導體中産生感應電流，帶有燈泡的金屬線圈互相靠近便能發出光亮。
實體，看似高深莫測，其實“近在眼前”！通過手把手的實踐，體驗官們親自動手搭建電路，通過并聯電阻分流等操作，實作以小量程電流表量度較大的電流，更是将書本上的電流計算公式應用到了實際電路操作中。
文學院2021級大學生汪眺宇感慨道：“塵封已久的實體知識再一次吸引了我，讓我相信文科生也應當多多體驗理化實驗，将理論應用在實踐中。”
春風化雨，深化學科熏陶
坐落在紫金港校區東四教學樓，這間280平方米的實體實驗室總是能喚醒同學們對科學的熱愛和探索。自2021年初正式對公衆開放以來，實體示範實驗室已先後成為中國科協和中國實體學會全國科普教育基地、全國青少年科技教育工作者教育訓練與實踐基地和浙江省實體學會青少年科普教育基地，将成為學校開展基礎實體教學、科普教育和交流活動的重要視窗。
“我們這裡有超過200件的示範實驗儀器。除了廠家購買、合作研發，還有很多師生共創、學科競賽轉化的成果。”在鄭遠的帶領下，體驗官們看到了由同學們自主設計的一款款實驗儀器：旋風小球、混沌電路示範儀、虹霓特性示範儀、汽笛裝置、換能器超聲懸浮與控制……
對于老師們而言，這是不斷引導學生于實踐中感覺前沿科技背後的基礎理論，激發探究高階學問的能力與潛力；于學生們而言，這是不斷夯實學科基礎、提升綜合能力，樹立成為引領未來的實體拔尖人才的興趣與志向。“我們鼓勵同學們在實踐中不斷增進對實體原理的認知。通過展示他們的原創設計，也能進一步激發他們探索實體的熱情。”鄭遠說。
“通過這門課程，我看到了實體知識的廣闊，它不僅是前沿科技的基礎，也是我們生活中的點點滴滴。将來，我不僅要做一名科學知識的學習者，也要做一名科學的傳播者。”來自實體學院2021級的夏梓芸同學如是說。
“萬萬想不到”的事與物，卻能在實體的世界中揭開面紗。作為研究自然界基本規律的科學，實體學科揭示着事物發生和發展的規律；它也是文明進步的希望，每一輪科技革命背後對應着實體學科的大發展、大繁榮。正是有了實體學科，許多應用科學領域得以“站在巨人的肩膀上”迅猛發展。
在實體示範實驗室，我們透過設計精妙的一項項實驗，讀懂自然的密碼，深刻體悟實體學科的魅力——看清事物的本質，然後堅定地熱愛這廣博的一切。
來源 | 浙江大學