例談物理習(xí)題編制的科學(xué)性原則

劉文正

(山東省聊城第三中學(xué)，山東 聊城 252000)

例談物理習(xí)題編制的科學(xué)性原則

劉文正

(山東省聊城第三中學(xué)，山東 聊城 252000)

編制習(xí)題是教師必備的基本功,教師在從事教學(xué)研究的過程中要不斷的編制習(xí)題.在編制習(xí)題時(shí)要考慮數(shù)據(jù)是否合理，物理過程是否符合實(shí)際，物理模型是否正確.在編制物理習(xí)題時(shí)不能憑空捏造數(shù)據(jù)和物理過程，一定要符合科學(xué)性原則.

習(xí)題；編制；科學(xué)性

“科學(xué)性”是指概念、原理、定義和論證等內(nèi)容的敘述是否清楚、確切，歷史事實(shí)、任務(wù)以及圖表、數(shù)據(jù)、公式、符號(hào)、單位、專業(yè)術(shù)語(yǔ)和參考文獻(xiàn)寫得是否準(zhǔn)確，或者前后是否一致等.物理試題的科學(xué)性則是物理概念、物理定義、物理規(guī)律表述是否正確，試題的論據(jù)是否充分，物理學(xué)發(fā)展史是否真實(shí)，物理已知條件是不是源于生活，物理?xiàng)l件與結(jié)論是否存在邏輯關(guān)系，實(shí)驗(yàn)材料、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)結(jié)果是否可靠等的重要因素.物理是自然科學(xué)中最基礎(chǔ)的學(xué)科之一.真實(shí)性、科學(xué)性是物理習(xí)題編制的最基本原則，命題不能隨意捏造，不能給出扭曲的物理情景.

在學(xué)習(xí)選修3-5《反沖》一節(jié)時(shí)，在很多習(xí)題集上都有這樣一道題：斜向上射擊的大炮，炮身重450 kg，炮彈重5 kg，炮彈射擊的速度大小是450 m/s，且與水平方向成60°角，則炮身的反沖速度是多大？

給出的答案如下：

選炮身和炮彈為一系統(tǒng)，系統(tǒng)在水平方向動(dòng)量守恒.由動(dòng)量守恒定律得：

0=m1v1-m2v2cos60°

所以v1=2.5 m/s

在分析這一問題時(shí)，所有的資料上都是這樣解釋的：大炮斜向射擊過程中，炮身和炮彈組成的系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒，豎直方向動(dòng)量不守恒.在水平方向火藥爆炸的內(nèi)力遠(yuǎn)大于炮身受到的摩擦力，摩擦力可以忽略，所以水平方向動(dòng)量守恒，應(yīng)用動(dòng)量守恒定律可求炮身的速度.大炮在斜向上射擊時(shí)豎直方向?yàn)槭裁磩?dòng)量不守恒？水平方向動(dòng)量一定守恒嗎？下面做一詳細(xì)分析.

分別選炮身、炮彈為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，如圖1：

圖1 圖2

在炮彈從炮膛到炮口的過程中，設(shè)火藥的平均作用力為F，炮彈的運(yùn)動(dòng)看成是速度從0增加到ν2的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，在豎直方向分別對(duì)炮身和炮彈應(yīng)用牛頓第二定律有FN-m1g-Fsinθ=0 (1)

Fsinθ-m2g=m2ay(2)如圖2.

設(shè)炮筒的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，炮彈在豎直方向有

vy=v2sinθ(4)

聯(lián)立以上四式可解得

對(duì)于炮身和炮彈組成的系統(tǒng)受到的外力為FN和m1+m2g，由(5)式可知，在炮身射擊炮彈的過程中FN和m1+m2g的合力并不等于0 ，所以系統(tǒng)在豎直方向動(dòng)量不守恒.

假設(shè)炮筒的長(zhǎng)度L=2.5m，把題目中的數(shù)據(jù)代入(5)式中可得

假設(shè)炮身與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.2，則炮身受到的摩擦力為

Ff=μFN=0.2×180265N=36053N

由(1)式得炮身與炮彈之間的內(nèi)力為

將角度換成不同的數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，不難得出水平方向動(dòng)量守恒與否由角度決定.當(dāng)角度較小時(shí)摩擦力與內(nèi)力相比可以忽略，系統(tǒng)水平方向動(dòng)量守恒；當(dāng)角度較大時(shí)摩擦力不能忽略，水平方向動(dòng)量不守恒；若支撐面很光滑水平方向動(dòng)量守恒.

通過以上分析，可知上面這道題在水平方向動(dòng)量不守恒，原因在于給出的角度過大.所以在編制習(xí)題時(shí)給出的數(shù)據(jù)必須恰當(dāng)，否則就會(huì)出現(xiàn)科學(xué)性錯(cuò)誤.

[1] 人民教育出版社.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書 物理(選修3-4)教師教學(xué)用書[M].北京：人民教育出版社,2010:30-31.

[責(zé)任編輯：閆久毅]

2017-07-01

劉文正(1980.11-) ，男 ，山東聊城人，學(xué)歷：大學(xué)本科，職稱：中教一級(jí) ，研究方向：高中物理.

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