太陽和影子實驗裝置

1. 太陽和影子有關系嗎的實驗方案。

物體在太陽光下有影子，影子大小可從太陽與物體外邊緣四周直線連接的延長線確定。可證明光是直線傳播的。

2. 古人利用太陽和影子的關系發明了什麼

古人利用太陽和影子的關系發明了日晷。

日晷儀也稱日晷，是觀測日影記時的儀器，主要是根據日影的位置，以指定當時的時辰或刻數，是我國古代較為普遍使用的計時儀器。但在史籍中卻少有記載。

日晷的常見分類：

水平式日晷是最常用的日晷，採用水平式的刻度盤，日晷軸的傾斜度，依使用地的緯度設定，刻度需要利用三角函數計算才能確定。適合低緯度的使用。

赤道式日晷是依照使用地的緯度，將軸朝向北極固定，觀察軸投影在垂直於軸的圓盤上的刻度來判斷時間的裝置。盤上的刻度是等分的，夏季和冬季軸投影在圓盤上的影子會分在圓盤的北面和南面，適合中低緯度的使用。若將圓盤改為圓環則稱為赤道式羅盤日晷。

極地晷供指時針投影的平面與指時針平行，即與地平面的夾角與地理緯度相同，並朝向正北。時間的刻畫可以用簡單的幾何圖來處理，投影的時間線是平行的線條。適合各種不同的緯度使用。

3. 《觀察陽光下物體影子的變化》實驗原理是什麼

實驗原理：本實驗通過觀測簡易日影觀測裝置（具體是什麼裝置你們要寫詳細點也隨你們）在一天不同時間段時在陽光下投影變化的不同來了解一天中陽光下物體影子的具體變化情況。

4. 小學五年級科學太陽和影子怎麼上

蘇教版小學科學五年級上冊《太陽和影子》教學公開課教案（有配套課件）
作者：未知 來源：揚中市外國語小學 我要評論(0) 【字體：大 中 小】 點擊：377次
太陽和影子
教學目標：
1、認識到影子的方向和長度隨時間變化而變化，知道這種變化是太陽的運動（視）造成的。
2、能夠通過辨認影子了解物體和影子的關系，能夠通過玩影子游戲感受到陽光和影子的關系。
3、體驗到平常事物的變化中包含著科學的規律，有意識的關注身邊的科學。
教學重點、難點
通過一系列活動了解到影子變化有什麼規律
上課時間：第一周
教學過程：
一、導入
1．師說謎語：人人有個好朋友，烏黑身子烏黑頭，太陽光下伴你走，一到黑處就分手。（謎底：影子）
2．學生猜謎。
3．討論：你怎麼知道謎底是影子的？
關於影子你還知道哪些？
4．學生交流對影子的了解。
［猜謎是學生喜聞樂見的一種方式。學生從下課到上課有個思維轉換的過程，謎語可使學生迅速集中思維，很快地進入課堂角色中來。同時，這個謎語中還暗含了許多科學知識，如影子是什麼顏色，影子是怎樣形成的（影子的產生需要光線等）］
二、畫影子
（一）畫自己的影子。
談話：你們畫過影子嗎？有人畫過自己的影子嗎？
討論：你們打算怎樣畫自己的影子？你的影子可能是什麼樣的？
帶學生到操場上畫自己的影子。
這么多的學生一齊來到操場上畫影子，這是從來沒有過的場面。學生在討論中就已經盼望著畫出自己的影子來看個究竟。影子雖然是極為普通的，但他們就是對這些極為普通的影子沒有太多的關注，更談不上關注自己的影子了。
這一活動中，學生在畫影子的過程中會有很多發現：
1．影子與太陽分別在人（物體）的兩側。
2．影子的底端是與人（物體）相連的。
3．影子是灰黑色的（即使穿著彩色的衣服也一樣）。
4．影子比人長（註：早上9點鍾）
在獲得這些發現的同時，他們學會了合作，懂得：有時候，一個人是很難完成任務的，只有相互合作，才能畫出自己的影子。過程：
①出發之前，告訴學生將干什麼。
②發給學生每人一支粉筆，和學生一起到操場上畫影子。
③畫影子的同時把腳印也要畫出來，並且把名字寫在影子里。
④記住自己站的姿勢。
⑤讓學生觀察此時太陽在哪邊，影子和太陽的方向。現場的觀察更具有說服力，也為下面的研討打下基礎。
6．畫好之後，領取新任務。
［還有什麼比畫下自己的影子更吸引孩子們呢。畫影子不是目的，只是手段，目的是要讓學生留下影子的痕跡，為再一次觀察影子埋下伏筆，便於比較。學生在畫的過程中有了感受，經歷了一次趣味性地動手做的活動，有所發現。注意：這是他自己的發現。］
（二）畫其它物體的影子
此時，學生還沉浸在畫影子的樂趣之中，再讓學生畫其它物體的影子，讓他們找一找，操場上還有哪些物體有影子，把他們的影子畫出來。如有難畫的，只要求畫出一部分，哪怕是影子最外緣的一條線也行。
學生在畫其他物體影子的同時，他們會：
1．尋找：哪些物體有影子？認識到，並不是有了物體就有影子，在沒有光線的地方，或是在其他物體影子里的物體就沒有影子。
2．觀察：這些影子是什麼樣的，和物體本身的形狀有沒有什麼聯系。
3．比較：這些影子哪個大一些，哪個小一些。哪個亮一些？（或是哪些部分亮一些）哪個暗一些？（或是哪些部分暗一些）
4．交流：你畫的是什麼影子？有哪些發現？哪些比較有意思或是比較特殊？
（三）製作簡易日影儀，畫影子
教師講述示範製作的方法：在卡紙的中間畫一個記號，把橡皮泥捏成底盤放在中心，在橡皮泥上插一支塑料小棒，在卡紙上標出「東南西北」四個方位。
教師示範畫影子的方法：按東南西北的方位把日影儀平放好，准確的方位要用指南針測定，在影子末端作出記號，同時記下測定影子的時間。
過程：
1．分發學生材料。
2．學生製作簡易日影儀。
3．操作記錄桿影。
［在這一過程中，一定要詳盡地說明操作的方法，因為這是教會學生科學的學習方法，要求擺放日影儀時，一定要用指南針測准方位，確保科學性。］
三、猜想影子的變化
組織學生圍坐一圈，老師參與其中。
猜想：過一段時間，影子還會是原來的樣子嗎？
學生最先想到的是影子會動。然而僅僅到這是遠遠不夠的，教師要接著讓學生猜想影子會怎麼動？朝哪個方向動？為什麼要朝那個方向動？除了方向變化，還有什麼變化？讓學生充分發表自己的意見，並請他們說說為什麼這樣猜測——意在向學生滲透：猜測也應是有根據的。以此培養學生根據已有經驗對未來事物做出較准確預測的能力。
［猜測是由問題到實踐的一個很重要的環節，這種猜測，對於科學發現，科學概括往往是非常起作用的。它是「搞科學」道路上的第一步，往往指明著科學探究的方向，為了這個方向而去收集事實，分析整理事實，去驗證它，修正它。學生作出猜想後，無需教師布置任務，相信他們肯定會再次觀察那些在地上的影子。］
四、學生再次觀察影子，交流討論
1．教師提問：影子真的會像你們所說的那樣變化嗎？
2．學生再次觀察影子。他們會驚奇地發現，站在自己的腳印上，影子和原先畫的不一樣了，特別是那些固定的物體的影子，變化很明顯。
3．交流討論：
（1）有什麼發現？說明什麼？
（2）這些發現和你剛才猜想的一樣嗎？
（3）再過一段時間，這些影子又會有什麼變化？
五、觀測一天中太陽在天空中的位置以及記錄日影儀上的影子
1．猜想：到了下午，這些影子又會怎樣呢？是什麼原因造成這種變化的？
2．討論：怎樣證明你的猜想是對的呢？
3．觀測記錄：
在觀察記錄之前，讓學生討論需要注意些什麼：
日影儀要嚴格按照方位放。
畫圖或記錄時，一定要記下時間。
看太陽時，要隔著一層東西看，防止灼傷眼睛。
（1）記錄一天中整點時刻的日影儀上的影子。
（2）觀察記錄一天中整點時刻太陽在天空中的位置。圖的方式，也可以在一張大紙上剪上一排排的圓，然後側立在面前看太陽，把太陽所在的圓記錄下來，最後拓印在紙上，就是一天中太陽在天空中的位置圖）
教師指導學生要選好觀察的參照物體。
六、分析整理日影儀上的影長記錄以及太陽在天空中的運動觀測記錄
1．整理日影儀上的數據
（1）量出桿影的長度。
（2）交流發現。
比較桿影，有什麼發現？（什麼時候最長？什麼時候最短？早晨和傍晚的有什麼不一樣？）
2．分析交流太陽在天空中的運動模式
（1）選擇學生的記錄圖展示，觀察太陽的運動模式。
（2）討論：太陽在天空中是怎樣運動的？（方向、高度）
3．討論：太陽高度和影長之間存在怎樣的關系？
七、模擬太陽在天空中的運動模式以及影子的變化
（課前學生從家裡帶來手電筒）
教師提問：你能用實驗模擬太陽在天空中的運動以及影子的變化嗎？
學生討論，設計實驗。（可以用手電筒模擬太陽，控制太陽的運動，觀察手電筒下物體的影子）
八、總結
學習了這一課，你有哪些收獲？
教學片斷：
（學生在水泥地上互相合作畫好自己的影子後，圍坐在一起）
師：剛才畫影子的時候，大家有什麼發現？
生：我發現影子和太陽分別在人的兩側，無論人怎麼動，它們都在人的兩側。
生：影子的顏色是一樣的，都是黑色的。不管你穿什麼顏色的衣服。
生：顏色的深淺有時不同，陽光強時，影子就會黑一點。
［學生的發現，這里涉及到了光的對比。陽光強烈，反射光也增強，因此，影子的對比色也增強。學生雖然現在不能解釋其中的道理，但他們能夠注意到這種現象，已經是不簡單的了，相信他們以後會弄明白的。］
生：人站在那裡，影子是與人相連的。
生：影子比人長。
師：你怎麼知道的？
生：我剛才躺在那裡比過了。
（眾生笑）
［學生只要有這種精神，這種熱情，還有什麼難題能夠難倒他們呢？］
生：影子的形狀與物體的形狀有關。
生：影子的形狀與物體外緣的形狀一樣。
［學生再次觀察影子後，不斷飛奔向老師匯報他們的驚奇發現］
生：老師，影子真的變了。
生：影子向東移了。
生：影子也變短了。
這時，又有一個學生，邊跑邊喊：「老師，影子的形狀變了。」其他人，一臉質疑。他又解釋道「剛才樓房的影子是斜的，現在正一些了。」
師：那你猜猜看，過一會兒，還會有什麼變化？
生：可能變正了。
生：我也發現了，剛才從樹上漏出來的光斑，我用粉筆圈了出來，現在變得小一些了。
師：這和你們剛才的猜想一樣嗎？
生：一樣。
生：我不一樣，剛才我還以為太陽越厲害，影子越長越大呢。
師：那現在呢？
生：不這樣認為了。
［孩子承認自己的錯誤，這是需要多大的勇氣呀！面對孩子們的喜悅，我也感到無比欣慰，我不斷地向他們點頭微笑，以示肯定。孩子們圍坐在一起，和同伴分享自己的喜悅。這時，教者的身份就是一位忠實的傾聽者，可惜在我們平時的教學中，這樣的傾聽太少了，往往是學生成了忠實的聽眾。］
師：過一會兒，影子又會怎樣變化呢？
生：還會向北移。
生：還會變短。
師：是不是一直變短呢生：是的。
一生反駁：不是的，下午又變長了。
師：那到了傍晚，影子會在哪邊呢？
生：影子和太陽的方向相反，影子在東面。
［學生此時的猜想，並不是憑白無故的，他們根據平時的生活經驗以及剛才的觀察，作出了合理的推論，這就是科學的假想。科學的假想是做科學的第一步，接下來，孩子們的探究活動將會圍繞驗證這一假想而進行。］

教學反思：
太陽的運動和影子的變化，對孩子們來說，太習以為常了。即使是一年級的學生也不陌生，但正是這日復一日，年復一年的重復變化，卻往往被學生忽視。一方面，學生對宇宙萬物懷著與生俱有的，強烈的好奇心，另一方面，他們對自然界的運動和變化缺乏足夠的重視。因此，本課的教學就是讓學生通過豐富多彩的探究活動，讓孩子們真切感覺到太陽和影子永無止境地有規律運動和變化，認識到太陽的（視）運動與影子之間的關系，感悟到司空見慣的現象中往往包含著值得我們探究的科學道理，意識到科學探究，永無止境。
根據學生的年齡特點，本課採用學生喜歡的探究活動的方式，如猜謎語，畫影子等。在教學過程中，注重課內外相結合，課內觀察與中長期觀察相結合，學生觀測記錄與研討相結合，意在讓學生「建構」，自己掌握科學學習的方法，自己發現科學現象的規律。本課的主要活動有：猜謎語，畫影子，做日影儀測影子，連續觀察記錄一天中太陽在天空中的位置以及日影儀中的影子，並在實驗室內模擬這些運動變化。通過這些活動，學生享受成功的喜悅，交流分享自己同他人的發現，建立對宇宙的情感，從而點燃探究宇宙的熱情。

5. （1）用影子辨別方向：如圖甲，中午前後，用描點的方法在她面上畫出豎直桿陰影頂端的運動軌跡，找出其中

（1）OA是最短的影子，說明此時陽光與地面夾角最大，這是正午，又由於正午時太陽在正南方，所以影子在正北方，即OA是南北方向的．影子是光的直線傳播原理形成的現象．
（2）蠟燭焰上部發出的光經小孔後射到半透明紙的下部，蠟燭焰下部發出的光經小孔後射到半透明紙的上部，
蠟燭焰經小孔成的是倒立的實像，像的形狀由蠟燭焰的形狀相同，與孔的形狀無關．
（3）從圖中可以看出潛望鏡內部裝有兩塊平面鏡，因此潛望鏡利用了光的反射改變了光的傳播方向．
（4）工人師傅用一把螺絲刀探聽電動機內部運轉是否正常的做法，由於固體可以傳遞聲音，所以通過聽到的聲音可以判斷電動機內部運轉是否正常；該現象說明了聲音可以傳遞信息；
將來自電動機內部的聲音通過螺絲刀傳送到工人師傅的耳朵里，這樣減少了聲音的分散，可以提高聲音的響度．
故答案為：（1）南北；光沿直線傳播；
（2）蠟燭倒立的像；
（3）光的傳播；
（4）信息；響度．

6. 小華用兩個硬紙筒製成針孔照相機探究小孔成像，如圖a所示．（1）請在圖a中畫圖解釋蠟燭AB在屏上所成A′B

（1）由於小孔成像是據光的直線傳播的原理形成的，所以據光的直線傳播的特點畫出即可，見下圖1；
12S（或S=2h）；②變小；4）太陽；像；樹葉縫隙到地面的距離（或樹葉縫隙的高度）．

7. 小學五年級科學實驗

1．《生物與環境》單元

·植物對環境有基本的需要。如空氣、水、陽光、養分、空間等。

·動物對環境有基本的需要。如空氣、水、空間和食物等。

·植物和動物都會對它們需要的環境進行選擇。不同的生物對環境有著自己特有的需要。

·所有的生物都會引起它們所生存的環境的變化。

·植物與動物、動物與動物之間存在著非常復雜的關系。

·生物與生物之間是相互依存、相互作用、相互影響的。

·在一定范圍內的生物必須和諧共處，生態平衡受到破壞，生物的生存就會受到威脅。

1-1《種子發芽實驗 （一）》

·種子發芽需要一定的條件。

1-2《種子發芽實驗 （二）》

·綠豆種子發芽需要水和適宜的溫度。

1-3《觀察綠豆芽的生長》

·植物的生長需要合適的環境條件。當環境改變的時候，植物具有一定的適應環境的能力。

1-4《蚯蚓的選擇》

·動物生活需要一定的環境條件。

1-5《食物鏈和食物網》

·薔薇花叢中動植物之間存在著食物能量交換關系。

1-6《做一個生態瓶》

·生物在一定區域內相互影響、相互依存，會形成一個生態群落。

1-7《改變生態瓶》

·減少水和添加動物、植物會引起生態群落的變化。

1-8《維護生態平衡》

·自然界里某一區域生存的生物必須形成一個平衡和諧的整體，即生態系統。

2．《光》單元

·影子產生的條件是光源、擋光物體和屏。

·像電燈這樣可以自己發光的物體叫做光源。

·在光的照射下物體影子的長短、方向、大小和光源的位置、方向、距離有關。

·影子的形狀和光源所照射的物體側面的形狀有關。

·一天中，陽光下物體的影子會隨著太陽位置的高低和方向的改變而改變。

·光是直線傳播的。擋光物體會有影子，是因為光是直線傳播造成的。

·光在傳播過程中碰到物體，會發生反射，反射光也是直線傳播的。

·光的反射原理在生產生活中廣泛應用。汽車反光鏡、潛望鏡等都是人們對光反射原理的運用。

·許多光源在發光的時候也在發熱。太陽在地球最大的光源和熱源。

·利用凹面鏡和凸透鏡會聚光線的特性，可以得到強光和高溫。著在實際生活中已得到廣泛運用。

·物體吸熱的本領與物體的顏色、表面粗糙程度以及陽光的照射角度有關。

·太陽能是一種清潔、節能、安全的能源，人們正在大力開發和使用太陽能。

2-1《光和影》

·光源、遮擋物和屏是影子產生的條件。

·可以自己發光的物體叫做光源。

·物體影子的長短、方向隨著光源位置、方向的改變而改變；物體影子的大小與物體和光源之間的距離有關；物體影子的形狀和光源所照射的物體側面的形狀有關。

·從不同側面照射得到的物體的影子叫做投影，投影在我們生活中很有用處。

2-2《陽光下的影子》

·陽光下物體影子的方向隨著太陽方向的改變而改變，影子總是和太陽的方向相反。

·陽光下物體影子長短的變化是隨著太陽在天空中的位置變化而變化的，太陽位置最高時影子最短，太陽位置最低時，影子最長。

·人們很早就知道利用陽光下物體影子的變化規律來測定時間。

2-3《光是怎樣傳播的》

·光是直線傳播的。

2-4《光的反射》

·光碰到鏡面會改變傳播方向，被反射回去，形成反射現象。

·反射光也是直線傳播的。

·人們利用光反射原理發明了很多有用的器具。

2-5《光與熱》

·許多光源在發光的時候也在發熱。

·太陽給我們帶來光明的同時，也給我們帶來了溫暖。太陽是地球最大的光源和熱源。

·光強溫度就高，光弱溫度就低。

2-6《怎樣得到更多的光和熱》

·太陽是地球最大的光源和熱源。

·物體的顏色與吸熱的本領有關系，深色物體比淺色物體吸熱快。

·物體受陽光照射角度與吸熱的關系，物體與陽光垂直比傾斜吸熱快。

2-7《做個太陽能熱水器》

·太陽能熱水器是一種光熱轉換器，具有節能、環保、安全的優點。

·太陽能熱水器的效能和所採用的材料、結構，運用的原理有關。

·產品的設計，不僅要考慮構造，還要考慮材料的選擇、依據的科學原理以及如何方便、實用。

2-8《評價我們的太陽能熱水器》

·太陽能是一種清潔、節能、安全的能源，人們正在大力開發和使用太陽能。

3．《地球表面及其變化》單元

·地球表面有河流、海洋、山脈、高原等多種多樣的地形地貌。

·地球內部的運動和外力作用的影響是形成和重塑地球表面多種地形的原因。

·地球表面的地形地貌是在不斷地發生變化的。有的變化是在緩慢的過程中進行的，有的卻是一個比較迅猛的過程。

·風化作用會使岩石最終變成土壤。

·土壤包含岩石風化而成的大小不同顆粒（小石子、沙、黏土）以及腐殖質、水和空氣等。

·土壤和人類的生產、生活有著密切的關系，為我們提供了豐富的資源。

·流水、風力、海浪、冰川等都會對地表產生侵蝕和沉積作用，並形成不同的地形地貌。

·土地坡度的大小、有無植物覆蓋、降雨量的大小會影響土壤被侵蝕的程度。

·人類活動也會改變地表形態，這種改變有時會傢具自然災害的影響。

3-1《地球表面的地形》

·地形包括高原、高山、盆地、湖泊、峽谷、平原等。

·地球表面有河流、海洋、山脈、高原等多種多樣的地形地貌，地球表面是高低起伏、崎嶇不平的。

3-2《地球內部運動引起的地形變化》

·火山和地震會改變地球表面的地形。

·火山和地震是由於地球內部的運動造成的。

·地球內部的運動會引起地殼的運動，從而形成山脈、高原、裂谷和海溝等地形地貌。

·地球表面的變化有時是迅猛激烈的，有時是緩慢不易覺察的。

3-3《堅硬的岩石會改變模樣嗎》

·岩石在大氣、水、生物等長期聯合作用下會發生風化現象。

·風化作用會改變地球上的地形地貌，但這種變化是在緩慢的過程中進行的。

3-4《土壤中有什麼》

·外力的風化作用和生物的作用會使岩石最終變成土壤。

·土壤包含岩石風化而成的大小不同顆粒（小石子、沙、黏土）、動物、植物的殘留物，以及腐殖質、水和空氣等。

·水流動時能攜帶土壤微粒跟著一起運動，當水流靜止下來時，攜帶的物質也會沉積下來。一般來說，重的顆粒先沉積，輕的顆粒後沉積。

·生物的生存離不開土壤，土壤和人類的生產、生活有著密切的關系，它為我們提供了豐富的資源。

3-5《雨水對土地的侵蝕》

·雨水和徑流會把地表的泥土帶走，使土地受到侵蝕。

·侵蝕使地表的地形地貌發生改變。

3-6《什麼樣的土地容易被侵蝕》

·坡度的大小、有無植物覆蓋、降雨量的大小等會影響土地被侵蝕的程度。

·侵蝕在不斷地改變地表的地形地貌，也會使土地流失，影響我們的生產生活。

·保護森林、退耕還林可以減少土地的侵蝕。

3-7《河流對土地的作用》

·河流也是流水侵蝕土地而形成的。

·河流會侵蝕河床和兩岸，並帶走泥土，在水流比較緩慢的地方，這些泥土又會沉積下來。

·河流的侵蝕和沉積作用，形成了許多不同的地形地貌。

3-8《減少對土壤的侵蝕》

·各種自然力量在重塑地表形態的過程中，也會影響人類的生產生活。

·人類自身的活動也在改變著地表的形態，我們要盡量減少土地遭受侵蝕。

4．《運動和力》單元

·物體運動有不同形式，如滑動、滾動和反沖運動。運動的快慢是可以測量和比較的。

·力有大小和方向，力的大小是可以測量的。力的單位是「牛」。

·常見的力有：重力、彈力、反沖力和摩擦力。

·摩擦力大小與接觸面的光滑程度、運動物體的重量、運動方式（滾動還是滑動）有關。

·摩擦力有時有利，有時有害，我們可以按需要增大或減小它。

·改變物體的靜止或運動狀態，必須有力的作用。

4-1《我們的小纜車》

·重力是物體由於地球吸引而受到的向下的拉力。

·一定的拉力能夠使靜止的小車運動起來，拉力越大，小車運動得越快。

4-2《用橡皮筋作動力》

·彈力是物體形狀改變時產生的要恢復原來形狀的力。

·橡皮筋的彈力越大，作用時間越長，小車運動的距離越遠。

4-3《像火箭那樣驅動小車》

·氣球里的氣體噴出時，會產生一個和噴出方向相反的推力，叫反沖力。

·要使靜止的物體運動起來，必須對物體用力。要使物體運動得更快，必須對物體用更大的力。

4-4《測量力的大小》

·力的大小是可以測量的。

·彈簧測力計是利用彈簧「受力大，伸長長」的特徵製成的。

·力的單位，是「牛」。

4-5《運動與摩擦力》

·一個物體在另一個物體表面運動時，接觸面發生摩擦，會產生摩擦力。

·摩擦力的大小與物體接觸面的光滑程度有關：表面越光滑，摩擦力越小；表面越粗糙，摩擦力越大。

·摩擦力的大小與物體的重量有關：物體越重，摩擦力越大；物體越輕，摩擦力越小。

4-6《滑動與滾動》

·摩擦力的大小與物體的運動方式（滾動還是滑動）有關，對於相同的物體，滾動的摩擦力小，滑動的摩擦力大。

·運動的物體失去動力後自己會停止下來，是因為受到了摩擦力的作用。

·滾珠軸承是一種將滑動轉變為滾動的裝置。

4-7《運動與設計》

·摩擦力對我們有時是有用的，有時是有害的。

·在工作時有時需要增大摩擦力，有時需要減小摩擦力。

4-8《設計小賽車》

·技術設計具有一定的程序。

·技術設計需要運用科學概念、相互交流和執行程序。

8. 名人故事：天才少年達·芬奇

名人故事：天才少年達·芬奇

1452年4月15日22時30分，在義大利佛羅倫薩附近的海濱小鎮——芬奇鎮的一個名為安奇亞諾的小村莊里，一個叫列昂納多·達·芬奇的小私生子誕生了。他的父親是佛羅倫薩有名的公證人，家庭富有。達·芬奇的童年是在祖父的田莊里度過的。孩提時代的達·芬奇聰明伶俐，勤奮好學，興趣廣泛。他歌唱得很好，很早就學會彈七弦琴和吹奏長笛。他的即興演唱，不論歌詞還是曲調，都讓人驚嘆。他尤其喜愛繪畫，常為鄰里們作畫，有“繪畫神童”的美稱。

皮耶羅確信兒子有繪畫天賦，便將小芬奇送往佛羅倫薩，師從著名的藝術家韋羅基奧，開始系統地學習造型藝術。此時的達·芬奇只有14歲。 當時，皮耶羅受一位農民的委託，要畫一幅盾面畫。他聽說兒子會畫畫，想試試兒子的畫藝，便將這任務交給了小芬奇。小芬奇憑借自己豐富的想像力，用了一個月的時間，畫成了一個駭人的妖怪美杜莎。這幅作品完成後，小芬奇請父親來到他的房間。他把窗遮去一半，將畫架豎在光線恰好落在妖怪身上的地方。皮耶羅剛走進房間時，一眼就看到了這個面目猙獰的妖怪，嚇得大叫起來。小芬奇則笑著對父親說：“你把畫拿去吧，這就是它該產生的效果。”

韋羅基奧的作坊是當時佛羅倫薩著名的藝術中心，經常有義大利人文主義者在這里聚會，討論學術問題。達·芬奇在這里結識了一大批知名的藝術家、科學家和人文主義者，開始接受人文主義的熏陶。 達·芬奇在20歲時已有很高的藝術造詣，他用畫筆和雕刻刀去表現大自然和現實生活的真、善、美，熱情歌頌人生的幸福和大自然的美妙。

達·芬奇並不滿足他的這些才幹，他要掌握人類思想的各個領域。他眼光獨到，做事干練，具有藝術的靈魂。有一次，他在山裡迷了路，走到了一個漆黑的山洞前。他在後來回憶這段經歷時說：“我突然產生了兩種情緒——害怕和渴望：對漆黑的洞穴感到害怕，又想看看其中是否會有什麼怪異的東西。”他一生都被這兩種情緒所羈絆——對生活的不可知性或無力探知的神秘感到害怕，而又想把這個神秘的不可知性加以揭露，加以研究，解釋其含義，描繪其壯觀。

科學巨匠

在文藝復興早期，人們盲目地接受傳統觀念，崇拜古代權威和古典著作。人們學習科學知識也只是學習像《聖經》一樣的亞里士多德理論，只相信文字記載。達·芬奇反對經院哲學家們把過去的教義和言論作為知識基礎，他鼓勵人們向大自然學習，到自然界中尋求知識和真理。他認為知識起源於實踐，只有從實踐出發，通過實踐去探索科學的奧秘。他說“理論脫離實踐是最大的不幸”，“實踐應以好的理論為基礎”。達·芬奇提出並掌握了這種先進的科學方法，採用這種科學方法去進行科學研究，在自然科學方面作出了巨大的貢獻。他提出的這一方法，後來得到了伽利略的發展，並由英國哲學家培根從理論上加以總結，成為近代自然科學的最基本方法。 達·芬奇堅信科學，他對宗教感到厭惡，抨擊天主教為“一個販賣欺騙的店鋪”。他說：“真理只有一個，他不是在宗教之中，而是在科學之中。”達·芬奇的實驗工作方法為後來哥白尼、伽利略、開普勒、愛因斯坦、牛頓等人的發明創造開辟了道路。

1、天文

達·芬奇對傳統的“地球中心說”持否定的觀點。他認為地球不是太陽系的中心，更不是宇宙的中心，而只是一顆繞太陽運轉的行星，太陽本身是不運動的。達·芬奇還認為月亮自身並不發光，它只是反射太陽的光輝。他的這些觀點的提出早於哥白尼的“日心說”，甚至在當時，達·芬奇就幻想利用太陽能了。

2、物理

達·芬奇重新發現了液體壓力的概念，提出了連通器原理。他指出：在連通器內，同一液體的液面高度是相同的，不同液體的液面高度不同，液體的高度與密度成反比。他發現了慣性原理，後來為伽利略的實驗所證明。他認為一個拋射體最初是沿傾斜的直線上升，在引力和沖力的混合作用下作曲線位移，最後沖力耗盡，在引力的作用下作垂直下落運動。他的這一發現使亞里士多德的落體學說產生了動搖。他發展了杠桿原理，除推導出作用力與臂長關系外，還算出了速度與臂長的關系。他指出了“永動機”作為能源的不可能性。達·芬奇還預示了物質的原子原理，形象生動的描述了原子能的威力：“那東西將從地底下爆起，……使人在無聲的氣息中突然死去，城堡也遭到徹底毀壞，看起來在空中似乎有強大的破壞力。”

3、醫學

達·芬奇在生理解剖學上也取得了巨大的成就，被認為是近代生理解剖學的始祖。他掌握了人體解剖知識，從解剖學入手，研究了人體各部分的構造。他最先採用蠟來表現人腦的內部結構，也是設想用玻璃和陶瓷製作心臟和眼睛的第一人。 子宮內的胎兒(達芬奇)他發現了血液的功能，認為血液對人體起著新陳代謝的作用，並認為了血液是不斷循環的。他說血液不斷的改造全身，把養料帶到身體需要的各個部分，再把體內廢物帶走。達·芬奇研究過心臟，他發現心臟有四個腔，並畫出了心臟瓣膜。他認為老年人的死因之一是動脈硬化，而產生動脈硬化的原因是缺乏運動。後來，英國科學家哈維證實和發展了達·芬奇這些生理解剖學的成果。

4、建築

理想中的米蘭(達芬奇)在建築方面，達·芬奇也表現出了卓越的才華。他設計過橋梁、教堂、城市街道和城市建築。在城市街道設計中，他將車馬道和人行道分開。設計城市建築時，具體規定了房屋的高度和街道的寬度。米蘭的護城河就是他設計和建造的。

5、軍事

達·芬奇的研究和發明還涉及到了軍事領域。他發明了簧輪槍、子母彈、三管大炮、坦 坦克車(達芬奇)克車、浮動雪鞋、潛水服及潛水艇、雙層船殼戰艦、滑翔機、撲翼飛機和直升機、旋轉浮橋等等。2008年4月26日，在瑞士西部城市帕耶訥，36歲的瑞士人奧利維耶·維耶提-特帕使用由達·芬奇設計的'金字塔型降落傘從距地面600米高的直升機上成功跳下。

6、水利

達·芬奇對水利學的研究比義大利的學者克斯鐵列早一個世紀。為了排除泥沙，他作了疏通亞諾河的施工計劃。他設計並親自主持修建了米蘭至帕維亞的運河灌溉工程。由他經手建造的一些水庫、水閘、攔水壩便利了農田灌溉，推動了農業生產的發展。有些水利設施至今仍在發揮作用。

7、地質

達·芬奇根據高山上有海中動物化石的事實推斷出地殼有過變動，指出地球上洪水的痕跡是海陸變遷的證明，這個思想與300年後赫頓在地質學方面的發現頗為近似。並且在麥哲倫環球航行之前，他就計算出地球的直徑為7000餘英里。

8、達·芬奇密碼筒

看過《達·芬奇密碼》的人大概都知道達·芬奇密碼筒。而事實上在當時的社會，人們也越來越重視文件的保密工作。達·芬奇設計的這種密碼筒造型古典，內涵著文藝復興特質，設計優雅，符合達·芬奇的睿智風格。按照故事情節，密碼筒里藏匿著關於郇山隱修會乃至整個基督教最大秘密的莎草紙。達·芬奇設計的密碼筒內有一個裝著醋液的容器，如果強行砸爛密碼筒，醋液就會流出溶解莎草紙。要打開密碼筒，必須解開一個5位數的密碼，密碼筒上有5個轉盤，每個轉盤上都有26個字母，可能作為密碼的排列組合多達11881376種。

9、設計出初級機器人

最為奇妙的是，達·芬奇還設計了一套方法以做心臟修復手術。

達·芬奇曾稱自己沒有受過書本教育，大自然才是他真正的老師。為了認識自然，認識自己，這位文藝復興時期的天才不遺餘力地探索著。為了認識人類自身，達·芬奇親自解剖了幾十具屍體，對人體骨骼、肌肉、關節以及內臟器官進行了精確了解和繪制。

令人驚訝的是，當年達·芬奇連人體循環系統工作機理的概念都沒有。更為神奇的是，2005年一名英國外科醫生還利用達·芬奇設計的方法做心臟修復手術。不過，解剖學的研究在當時並沒有給達·芬奇帶來聲譽，而是遭到了無數的誹謗。

不過，就是有了對人體的這種深入了解，達·芬奇才在手稿中繪制了西方文明世界的第一款人形機器人。

人形機器人(達芬奇)達·芬奇賦予了這個機器人木頭、皮革和金屬的外殼。而如何讓機器人動起來，才是讓達·芬奇大傷腦筋的。他想到了用下部的齒輪作為驅動裝置，由此通過兩個機械桿的齒輪再與胸部的一個圓盤齒輪咬合，機器人的胳膊就可以揮舞，可以坐或者站立。更絕的是，再通過一個傳動桿與頭部相連，頭部就可以轉動甚至開合下頜。而一旦配備了自動鼓裝置後，這個機器人甚至還可以發出聲音。

原來，500多年前，就已經有了機器人的雛形。

10、點燃現代汽車發明靈感之火

達·芬奇長達1萬多頁的手稿(現存約6000多頁)至今仍在影響科學研究，他就是一位現代世界的預言家，而他的手稿也被稱為一部15世紀科學技術真正的網路全書。

很早，達·芬奇就對當時的四輪馬車不滿。在他的科學世界中，早就有了汽車的影子。事實上，點燃現代汽車發明靈感之火的正是這輛“達·芬奇汽車”。

既然是汽車就要考慮動力問題，達·芬奇在汽車中部安裝了兩根彈簧以解決這個問題。人力轉動車的後輪使得各個齒輪相互咬合，彈簧綳緊就產生了力，再通過杠桿作用將力傳遞到輪子上。

那麼怎麼控制車速呢?達·芬奇也想到了。他在車身上安裝了一個圓盤裝置，圓盤表面設置了很多方形的木塊，和每個輪子連接的鐵桿的另一端與圓盤相接，這就是用於控制車速的裝置。圓盤上放置的木塊數量越多，與鐵桿之間的摩擦就會越大，阻力也越大，輪子的運轉速度越慢，行駛的距離越長。

當然，達·芬奇也想到了剎車裝置。位於齒輪之間有一個木塊，拉動繩索將木塊卡在齒輪之間，車就可以停止。不過，這輛汽車不能載人，因為僅靠彈簧的動力根本無法行駛很長的距離。

同時，達·芬奇還將彈簧巧妙地運用在了鍾表設計上。後來大型鍾表採用的原理，就是出自達·芬奇的設想。只是在這個設想中，彈簧的彈力被物體的重力所代替，物體向下的重力通過眾多齒輪咬合作用被均勻傳遞，鍾表便得以保持勻速運動。

此外，樂器、鬧鍾、自行車、照相機、溫度計、烤肉機、紡織機、起重機、挖掘機……達·芬奇曾有過無數的發明設計，而這些發明設計在當時如果發表足足可以讓我們的世界科學文明進程提前100年。

11、對機械世界痴迷不已

水下呼吸裝置、拉動裝置、發條傳動裝置、滾珠裝置、反向螺旋、差動螺旋、風速計和陀螺儀……達·芬奇將他無數的奇思妙想呈現在世人面前。故事的開頭不得不說起達·芬奇初到佛羅倫薩學畫的經歷。事實上，這段經歷開啟了藝術家達·芬奇的大門，也開啟了科學家達·芬奇的大門。

機械設計(達芬奇)1460年達·芬奇隨父親來到佛羅倫薩，開始了他的學徒生涯，同時開始學畫。學畫的達·芬奇參與安裝佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂穹頂燈塔上的巨型銅球，由此接觸並感受到了各式各樣機械繫統的神奇。

佛羅倫薩聖母瑪麗亞大教堂是文藝復興建築的開端。達·芬奇在安裝穹頂燈塔上的巨型銅球時，親眼目睹了三速提升機等機械裝置的效率，深感其中的神奇。

由此，布魯內萊斯基的機械繫統設計理念對達·芬奇產生了很大影響。當時一批錫耶納工程師對達·芬奇的科學世界也產生了重要影響。錫耶納的工程師們設計了一種外形像船的河道淤泥挖掘機，用來清除淺水口的沙礫和淤泥，還有一種能夠提高裝載量又加快行駛速度的槳葉船。這些錫耶納工程師的發明，讓達·芬奇對機械的魔力產生了巨大的興趣。

從此，達·芬奇對機械世界痴迷不已。

藝術巨匠

說到藝術創作，在文藝復興時期當數達·芬奇、米開朗基羅和拉斐爾的成就最高。他們的藝術成就達到了西方造型藝術繼古希臘之後的第二次高峰，僅繪畫而言，則達到了歐洲的第一次高峰。其中尤以達·芬奇最為突出，恩格斯稱他是巨人中的巨人。在藝術創作方面，達·芬奇解決了造型藝術三個領域——建築、雕刻、繪畫中的重大問題：

1、解決了紀念性中央圓屋頂建築物設計和理想城市的規劃問題;

2、解決了15世紀以來雕刻家深感棘手的騎馬紀念碑雕像的問題;

3、解決了當時繪畫中兩個重要領域——紀念性壁畫和祭壇畫的問題。

達·芬奇的藝術作品不僅能像鏡子似的反映事物，而且還以思考指導創作，從自然界中觀察和選擇美的部分加以表現。壁畫《最後的晚餐》《安吉里之戰》和肖像畫《蒙娜麗莎》是他一生的三大傑作。這三幅作品是達·芬奇為世界藝術寶庫留下的珍品中的珍品，是歐洲藝術的拱頂之石。

《蒙娜麗莎》的繪制前後歷時四年。據說模特是一個佛羅倫薩女人，剛剛喪嬰，為解除她的痛苦並露出自然的微笑，列昂納多便請人來為她奏樂。她的微笑是人們津津樂道的話題，有時似乎嚴肅有時又很溫柔，有時略含憂傷有時又顯譏諷。蒙娜麗莎的右手更被稱為“美術史上最美的一隻手”。

《最後的晚餐》繪制在米蘭格雷契修道院飯廳的牆壁上。達·芬奇一改前人繪制“最後晚餐”圍桌而座的布局，讓所有人物坐成一排面向觀眾，而耶穌基督坐在最中間。

溘然長逝

達·芬奇晚年被法蘭西國王弗朗索瓦一世邀入法國，弗朗索瓦一世給予了他至高的接待，將其安置於昂布瓦斯城堡中的克魯克斯庄園，並時不時地去請教。1519年5月2日，年事已高的達·芬奇因病逝世了，據說他是在趕來的弗朗索瓦一世懷中咽下了最後一口氣。

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