對兩個標(biāo)準(zhǔn)答案的質(zhì)疑

在物理教學(xué)中，一些常見的題目往往有大家公認(rèn)的標(biāo)準(zhǔn)答案，但這些標(biāo)準(zhǔn)答案中也不乏錯誤，由于我們沒有細(xì)致推敲就接受了標(biāo)準(zhǔn)答案，在講解練習(xí)和批改作業(yè)時，甚至在閱卷時都用這個“標(biāo)準(zhǔn)答案”來指導(dǎo)我們的教學(xué). 這樣，錯誤的“標(biāo)準(zhǔn)答案”就以訛傳訛地流傳了很多年.下面，筆者對兩個廣泛流傳的錯誤的“標(biāo)準(zhǔn)答案”進(jìn)行探討.

題1:古代的偵察兵為了及早發(fā)現(xiàn)敵人騎兵的活動，常常把耳朵貼在地上聽，試解釋這樣做的道理.

標(biāo)準(zhǔn)答案:聲音在不同的介質(zhì)中傳播速度不同，聲音在土地中比空氣中傳播快. 當(dāng)馬蹄踏在土地上，使土地振動時，就發(fā)出了聲音，而聲音沿土地傳播的時間比通過空氣傳播的時間短，所以偵察兵把耳朵貼在土地上，能夠及早發(fā)現(xiàn)敵人騎兵的活動.

與此類似的題目被多種學(xué)習(xí)資料和各類考試試卷轉(zhuǎn)抄(百度一下，找到有該題目的網(wǎng)頁有195篇)，更多的是變形為選擇題:古代的偵察兵為了及早發(fā)現(xiàn)敵人騎兵的活動，常常把耳朵貼在地面上聽，以下解釋錯誤的是()

A. 馬蹄踏在地面上時，使土地振動而發(fā)聲

B. 馬蹄聲可以沿土地傳播

C. 馬蹄聲不能通過空氣傳到人耳

D. 土地傳播聲音的速度比空氣快

標(biāo)準(zhǔn)答案:C，那么A、B、D就是正確的解釋了.

筆者認(rèn)為這種用比較傳聲快慢的說法來解釋不符合實(shí)際:假定我們可以聽見2千米遠(yuǎn)的敵人騎兵馬蹄聲，通過空氣傳播過來大約需要6秒多的時間，而通過大地傳播過來大約1秒左右，那么就提前5秒的時間發(fā)現(xiàn)了敵人，這個提前量在實(shí)際戰(zhàn)斗中似乎意義不大.而更為合理的說法是:固體傳播聲音的能力比氣體強(qiáng)，傳播過程中聲音能量衰減小，所以耳朵貼在地面上能夠比在空氣中聽到更遠(yuǎn)的馬蹄聲.比如:耳朵貼緊地面能聽到3千米遠(yuǎn)的馬蹄聲，在空氣中能夠聽見2千米外的馬蹄聲，并估計戰(zhàn)馬較長距離的奔跑速度為5米/秒，那么發(fā)現(xiàn)敵人的提前時間就為戰(zhàn)馬跑完這1千米所用的時間200秒，這樣才能夠及早做好戰(zhàn)斗準(zhǔn)備.

因此，題1的標(biāo)準(zhǔn)答案的關(guān)鍵點(diǎn)應(yīng)該更正為:這是由于固體的傳聲能力強(qiáng)，氣體傳聲能力弱造成的.而前面的這道選擇題的選項D的說法本身沒有錯誤，但卻不能解釋題干的問題，所以選項D應(yīng)該更改為:土地傳播聲音的能力比空氣強(qiáng).

宋代科學(xué)家沈括的名著《夢溪筆談》〈器用〉篇中有如此的記載:古法以牛革為矢服，臥則以為枕，取其中虛，附地枕之，數(shù)里內(nèi)有人馬聲，則皆聞之，蓋虛能納聲也.牛馬皮所做的中空箭囊，當(dāng)作枕頭，貼地而聽，可以將遠(yuǎn)處的人馬聲放大.這種設(shè)置沈括的解釋是“虛能納聲”，其實(shí)是共鳴器的原理，導(dǎo)致能夠發(fā)現(xiàn)更遠(yuǎn)處敵人的動靜，而與聲音傳播速度大小關(guān)系不大.有習(xí)題卻把該現(xiàn)象說成“這是因?yàn)槁曇粼诖蟮刂械膫鞑ニ俣缺瓤諝庵?的緣故(填‘快’或‘慢’)”.

題2:為什么燈泡總是容易在開燈的瞬間損壞?

標(biāo)準(zhǔn)答案:導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的材料、截面積、長度和溫度有關(guān).一般金屬材料的電阻都隨溫度的升高而增大，燈絲鎢也具有同樣的性質(zhì).開燈的瞬間，燈絲溫度低、電阻小，所以開燈瞬間電流較大，燈絲易出現(xiàn)過熱而熔斷.工作一段時間后，燈絲溫度升高，阻值隨溫度的升高而增大，燈的電流和功率接近額定值，因而難以損壞(百度該問題后，找到相關(guān)網(wǎng)頁422篇文章均是這種說法).

這種說法廣為大家接受，但仔細(xì)推敲一下就會發(fā)現(xiàn)這種解釋實(shí)際上自相矛盾:既然是由于燈絲溫度低才導(dǎo)致電阻小、電流大、發(fā)熱快的，怎么又同時“過熱而熔斷”呢?注意:這里“過熱而熔斷”的意思就是:溫度過高，超過了燈絲的熔點(diǎn)，而溫度的高低與發(fā)熱的快慢并不是一回事.開燈的時候，燈絲溫度低，產(chǎn)生的大量的熱主要用來使燈絲溫度升高，溫度越高燈絲電阻就越大，電流隨之減小，發(fā)熱就會逐漸減慢，最后達(dá)到穩(wěn)定的溫度值.所以，從開燈瞬間到燈泡穩(wěn)定發(fā)光過程中并不會出現(xiàn)遠(yuǎn)高于穩(wěn)定工作時的溫度.

筆者認(rèn)為燈絲斷裂的原因不是溫度的高低，而是溫度的急劇變化造成的:通電前，燈絲處于常溫狀態(tài);通電后，由于燈絲此時電阻小，電流就會很大，在極短時間內(nèi)產(chǎn)生大量的熱，使燈絲溫度急劇上升，燈絲同時急速膨脹，有些地方或許出現(xiàn)了膨脹不均勻的情況而導(dǎo)致燈絲斷裂.如果燈絲沒有斷裂，那么燈絲在極短的時間內(nèi)溫度已經(jīng)上升到一定程度，電阻也同時增大，電流減小，產(chǎn)生的電熱逐漸減慢，而燈絲與環(huán)境的溫度差逐漸變大而導(dǎo)致散熱逐漸加快.當(dāng)燈絲產(chǎn)生的電熱與燈絲散熱相平衡時，燈絲就處于最高溫度的相對穩(wěn)定狀態(tài)，燈絲不會再急劇膨脹而出現(xiàn)斷裂的可能了.

同樣是利用電流的熱效應(yīng)來工作的電爐絲，在通電開始后可以觀察到明顯的由暗逐漸變亮最后達(dá)到穩(wěn)定亮度的過程，而并沒有出現(xiàn)突然特別明亮的現(xiàn)象(如圖1所示).而且我們還可以看到螺旋狀的電爐絲在通電后逐漸變亮過程中發(fā)生了明顯的形變，甚至還可以聽到電爐絲在形變過程中由于顫抖而發(fā)出的聲音.

燈泡的燈絲也是螺旋狀的，除可以減小燈絲的散熱面積，提高燈絲溫度達(dá)到提高燈泡的發(fā)光效率外，還可以使燈絲富于彈性，減少由于燈絲急劇膨脹或收縮時引起燈絲斷裂現(xiàn)象的發(fā)生.

可見，對于標(biāo)準(zhǔn)答案不能人云亦云，需要獨(dú)立思考，更要有質(zhì)疑的精神. 責(zé)任編輯羅峰