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    對(duì)一道受力分析試題答案的討論與反思

    2013-02-22 09:14:48朱木清
    物理教師 2013年4期
    關(guān)鍵詞:因故傳送帶彈力

    朱木清

    (武漢市黃陂區(qū)第一中學(xué),湖北 武漢 430300)

    試題.在機(jī)場(chǎng)貨物托運(yùn)處,常用傳送帶運(yùn)送行李和貨物,如圖1所示,靠在一起的兩個(gè)質(zhì)地相同,質(zhì)量和大小均不同的包裝箱隨傳送帶一起上行,下列說(shuō)法正確的是

    圖1

    (A)勻速上行時(shí)b受3個(gè)力作用.

    (B)勻加速上行時(shí)b受4個(gè)力作用.

    (C)若上行過(guò)程傳送帶因故突然停止時(shí),b受4個(gè)力作用.

    (D)若上行過(guò)程傳送帶因故突然停止后,b受的摩擦力一定比原來(lái)大.

    原解:答案選(A).用假設(shè)法判斷a、b間是否存在彈力.假設(shè)將a、b移開(kāi)一小段距離,a和b都將保持原來(lái)的狀態(tài)隨傳送帶一起運(yùn)動(dòng),所以無(wú)論a、b勻速上行還是加速上行,a、b間都無(wú)彈力,(A)項(xiàng)正確,(B)項(xiàng)錯(cuò)誤;傳送帶停止運(yùn)動(dòng)后,物體a、b將沿斜面做勻減速運(yùn)動(dòng),以整體為研究對(duì)象,物體上滑時(shí)加速度為a向下,(ma+mb)gsinθ+μ(ma+mb)gc o sθ=(ma+mb)a,再用隔離法,以b為研究對(duì)象,有mbgsinθ+μmbgc o sθ-F=mba,式中F為a對(duì)b的彈力,解得F=0,所以b上滑過(guò)程中也是受3個(gè)力作用,(C)項(xiàng)錯(cuò)誤;停止運(yùn)動(dòng)后,物體受到的是滑動(dòng)摩擦力,一般來(lái)說(shuō)比靜摩擦力要大,(D)項(xiàng)錯(cuò)誤.

    討論:對(duì)于(A)、(B)選項(xiàng),兩物體隨傳送帶一起上行,無(wú)論是勻速還是勻加速,受到的都是靜摩擦力,分別設(shè)為fa、fb,方向均沿斜面向上,題設(shè)兩物體“質(zhì)地相同”,即使不區(qū)分靜摩擦因數(shù)與動(dòng)摩擦因數(shù)大小,兩靜摩擦力大小也只能寫(xiě)為

    原解中將兩個(gè)靜摩擦力分別寫(xiě)為fa=μmagc o sθ,fb=μmbgc o sθ,這僅在臨界狀態(tài)下成立,這里未必是,由此推出選項(xiàng)(A)對(duì)(B)錯(cuò)的結(jié)論就有問(wèn)題.

    題設(shè)兩物體“靠在一起”,二者間是否一定無(wú)擠壓,彈力F是否一定為0??jī)晌矬w所受靜摩擦力fa、fb到底多大?必須由牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)確定.對(duì)(a+b)整體,有

    對(duì)物體b,有 fb+F-mbgsinθ=mba.

    在上述方程中,取a=0時(shí),即是勻速上行情形.顯然,兩個(gè)獨(dú)立方程,有fa、fb和F(或F′)3個(gè)變量,是不定解方程.由于兩物體間彈力初始值未知,故有多種可能解.如下表列舉的a=0時(shí)的兩種可能情形.

    F(或F′) fb fa 0 mbgsinθ magsin θ 12mbgsinθ 12mbgsinθ 12mbgsinθ+magsin θ F(或F′)≠0 fb≤mbgsinθ fa≥magsin θ

    還可用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證:先在兩物體a、b間連接一個(gè)輕彈簧并使其壓縮,然后在傳送帶上一起隨之勻速上行.這時(shí),兩靜摩擦力fa、fb大小跟彈簧開(kāi)始的壓縮狀態(tài)和斜面傾角θ大小相關(guān)聯(lián).只有兩靜摩擦力fa、fb達(dá)到最大值時(shí),才有選項(xiàng)(A)正確.故選項(xiàng)(A)、(B)都不對(duì).

    對(duì)于(C)選項(xiàng),傳送帶因故突然停止時(shí),二者一起上滑,分別受到傳送帶給予的沿斜面向下的滑動(dòng)摩擦力fa′、fb′,其大小可寫(xiě)為

    聯(lián)立解得a=gsinθ+μgc o sθ,F(xiàn)=F′=0,這表明即使兩物體間原來(lái)存在壓縮形變,也將立即消失,選項(xiàng)(C)錯(cuò)誤.

    對(duì)于(D)選項(xiàng),傳送帶上行突然停止后,a、b將受到滑動(dòng)摩擦力,由于原來(lái)b所受靜摩擦力fb大小不確定(不能排除達(dá)到最大靜摩擦力的可能),故無(wú)法判定fb與fb′大小.即使最終b又停下,受到靜摩擦力且大小等于mbgsinθ,也不一定和原來(lái)的靜摩擦力fb等大.故選項(xiàng)(D)錯(cuò)誤.

    綜上所述,本題的4個(gè)選項(xiàng)都不正確.

    反思:這道試題在學(xué)優(yōu)高考網(wǎng)、高考學(xué)習(xí)網(wǎng)、育星教育網(wǎng)、可圈可點(diǎn)題庫(kù)系統(tǒng)、書(shū)利華教育網(wǎng)、礪學(xué)教育等十幾家教育網(wǎng)站以及《高考領(lǐng)航》等多種教輔資料上都有,答案均為(A).網(wǎng)上討論不少,其中多是學(xué)生求助,還有不少教師用原解證明答案的正確性,鮮有異議.

    命題偶爾出錯(cuò)在所難免,但對(duì)一道常見(jiàn)情景試題的錯(cuò)誤答案,默認(rèn)面如此廣泛實(shí)在耐人尋味.顯然,這種現(xiàn)象的發(fā)生,最重要的原因在于:題目選自多校多地的考試卷或模擬卷,而且試題轉(zhuǎn)載重復(fù)使用答案都未變,還有誰(shuí)敢懷疑質(zhì)疑呢?作為為未來(lái)奠基的中學(xué)教師,連教師自己都盲目崇拜甚至不敢懷疑,又如何培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和挑戰(zhàn)意識(shí),這是值得我們更好去思考的.

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