以生活為背景的物理試題命制初探

(常州市第三中學(xué)，江蘇 常州 213003)

作為檢驗(yàn)教學(xué)效果的物理試題不僅應(yīng)關(guān)注其考查的內(nèi)容和本身的科學(xué)性，還應(yīng)關(guān)注趣味性，并密切聯(lián)系生活和社會.試題命制是一項(xiàng)創(chuàng)造性工作，命制出一道合乎要求又新穎別致的試題是一件艱苦的事.以下是幾道筆者原創(chuàng)的以生活為背景的物理試題，希望能給同行以啟發(fā).

1 游樂場中的物理

圖1

例1 如圖1所示為游樂場里的一個名叫“彩虹大滾筒”的游樂裝置，它能始終保持勻速圓周運(yùn)動，且內(nèi)部安裝了30根相同的防滑條.某個小朋友開始時將積木放在該裝置的底部，如圖1中的1處，積木便隨著該裝置緩慢轉(zhuǎn)動，當(dāng)積木轉(zhuǎn)動到圖示中“6”處時開始下滑，求積木與防滑條之間的動摩擦因數(shù).

本題是筆者帶著孩子到當(dāng)?shù)赜螛穲鐾鏁r，用手機(jī)拍攝下來的場景.考察的知識點(diǎn)主要是三力平衡問題，鍛煉學(xué)生的觀察能力、分析能力與應(yīng)用幾何知識解決物理問題的能力.

圖2

2 工地上的物理

圖3

例2 如圖3所示為工地上用來提升重物的全自動旋轉(zhuǎn)吊車，用此裝置可以最多將1噸的重物提升2.6m，吊裝的速度可以通過選擇電機(jī)的不同功率檔位(第一檔為2000W,第二檔為4000W)進(jìn)行調(diào)節(jié)，假設(shè)吊車始終以額定功率工作.(1)若此時吊裝的是質(zhì)量為800kg、邊長為2m的正方形變壓器，用四根長為2.35m完全相同的細(xì)繩系在變壓器的四個角上，然后將細(xì)繩的末端掛在吊車的鉤子上，并且勻速上升，求此時每根繩上的張力.(2)某操作工人準(zhǔn)備將上述變壓器提升到2.6m高度處，在利用第一檔吊裝時發(fā)現(xiàn)太慢，但變壓器已經(jīng)提升了0.6m，且已經(jīng)勻速上升，于是立即換了第二檔.求因此操作而節(jié)省的時間.

筆者所在學(xué)校正在改建，所以每天都會接觸到這些吊裝設(shè)備，于是通過觀察及與操作工人交流，獲得此題的靈感.本題考查力的平衡、力的合成與分解、動能定理以及功率等知識點(diǎn)，主要鍛煉學(xué)生的觀察能力、等效法的應(yīng)用能力以及應(yīng)用立體幾何解決物理問題的能力.

解答如下：(1)如圖4、5所示，由立體幾何知識可知cosα=0.6，從而求得α=53°，利用力的平衡及正交分解可知4Tsin53°=mg，求得T=2500N.

圖4

圖5

圖6

例3 如圖7所示為家用吊機(jī)的實(shí)物圖，它能以恒定的速度向上吊起較輕的物體，其具體參數(shù)如表1所示，細(xì)鋼絲繩AB與豎直方向呈60°角，由于場地限制，所以當(dāng)?shù)跗痼w積較大的重物時，需要在物體下方的邊緣處系上一根輕質(zhì)細(xì)長繩，以避免重物與墻體的碰撞.試求：(1)由吊機(jī)參數(shù)可知，重物勻速上升的速度為多少？(2)當(dāng)樓層非常高時(此時可忽略所吊物體的形狀)，且吊機(jī)以最大升吊力運(yùn)作，求定滑輪A受到細(xì)鋼絲繩的作用力大小與方向.(3)當(dāng)樓層較矮時，請定性分析：一個較大的球被家用吊機(jī)沿墻壁(與墻無摩擦)豎直勻速提升過程中，細(xì)鋼絲繩上的拉力以及地面上工人手拉輕繩的拉力的變化情況.

圖7

表1家用吊機(jī)的參數(shù)

升吊能力電機(jī)功率電機(jī)轉(zhuǎn)速電機(jī)半徑R1滾筒半徑R2細(xì)鋼絲繩轉(zhuǎn)動半徑R3400kg3kw1200r/min30mm150mm75mm

本題也是筆者學(xué)校建設(shè)五樓報告廳時每天都會使用的裝置，主要吊裝一些磚塊和水泥，同時也會吊裝一些大型家具.此題主要考查圓周運(yùn)動的線速度角速度、力的合成以及力的平衡問題.

(3)本小題可以利用兩種方法處理：

圖8

①作圖法，如圖8所示：通過分析球上升過程中的變量與恒量可知：重力G不變，細(xì)鋼絲繩與墻壁間的夾角θ會變大，輕質(zhì)細(xì)繩與水平方向的夾角β也會變大，通過三力平衡作兩次平行四邊形，由對比可知：繩上拉力F′>F，細(xì)鋼絲繩上的拉力T′>T.

3 新聞里的物理

例4 “嫦娥三號”經(jīng)過在環(huán)月段(距離月球表面100km的圓軌道)飛行了整4天后，進(jìn)入近月點(diǎn)高度15km遠(yuǎn)月點(diǎn)高度100km的橢圓軌道再運(yùn)行4天，于2013年12月14日晚9點(diǎn)多在月球虹灣區(qū)軟著陸.“嫦娥三號”總質(zhì)量約為3600kg，月球的直徑為3474km，質(zhì)量約為地球的1/81，地球半徑為6378km，地球表面的重力加速度g=10m/s2.求：

(1)“嫦娥三號”在環(huán)月段轉(zhuǎn)了多少圈？

(2)“嫦娥三號”在橢圓軌道上的運(yùn)行周期是多少？

本題涉及我國2013年發(fā)生的一件科技大事，中國成為繼美、俄后第三個自主將巡視器發(fā)射到地外星球上并能正常工作的國家.學(xué)生們通過觀看新聞，獲得了較多的“嫦娥三號”的信息，筆者通過查閱文獻(xiàn)，獲得一些數(shù)據(jù).此題考查了萬有引力定律、開普勒運(yùn)動定律.