斯科特·李是托莱多大学的一位物理学教授,他开发了大量的学习活动,旨在帮助入门阶段的学生对物理学科产生热情。他最新的创新活动发表在AIP Publishing出版的《物理教师》杂志上,提出了这样一个问题:尤塞恩·博尔特跑得比一只900磅重的恐龙更快吗?
这项练习要求学生应用一维运动学的概念——位移、速率、速度和加速度——利用电子表格来确定这位牙买加短跑运动员能否在100米赛跑中战胜威氏双脊龙。
“物理教育中的一个主要问题是如何激发学生对课程内容的热情,”李教授说。“这些恐龙问题确实在学生中引起了极大的兴趣。”
李教授对恐龙的兴趣始于儿时与家人一起寻找化石的经历。多年后,在与女儿发现了一本关于恐龙运动物理学的通俗易懂的书籍后,他为非理科专业学生开发了一门基于恐龙的通识教育课程。
“多年来,许多物理专业的学生选修了这门通识教育课程,仅仅是因为他们觉得恐龙太酷了,”他说。“我随后意识到,物理专业的学生也会对以恐龙为例来研究物理原理感到兴奋。”
为了让这项练习适用于基础物理课程,李教授需要找到一种合适的恐龙。学生们可能从最初的《侏罗纪公园》小说和电影中认出双脊龙属,在电影中,它被虚构地赋予了会发出响声的颈部褶皱和用来喷射倒霉的DNA窃贼的毒液。
“其他恐龙的最大奔跑速度与尤塞恩·博尔特的平均速度差异显著,因此无法构成一场有趣的比赛,”他说。“遗憾的是,更著名的雷克斯霸王龙被认为跑得比尤塞恩·博尔特慢。”
该活动包含关于牛顿第二定律的讨论,即加速度由质量和力共同决定。例如,体型较小赋予了博尔特起步阶段的优势。
在计算出比赛获胜者后,李教授的练习指导学生讨论当今自然界中发生的类似速度较量,例如母狮如何利用其加速度捕捉速度更快的猎物。
最终,博尔特利用牛顿第二定律及其自身的加速度,领先双脊龙2秒将其远远甩在身后。
李教授希望这篇论文能激励其他物理学家跳出思维定势,激发新学生对物理学所能解决问题的热情。