物理試題中瑕疵的成因例析

物理試題中瑕疵的成因例析

袁寶祥

(江蘇省石莊高級(jí)中學(xué),江蘇南通226531)

命題者在命題時(shí)，往往是把一些常見(jiàn)試題、典型試題和比較新穎的試題進(jìn)行組合或變式，有些試題從其解答過(guò)程和結(jié)果來(lái)看，好像沒(méi)有什么問(wèn)題，但如果認(rèn)真去分析、推理卻缺乏嚴(yán)謹(jǐn)性和科學(xué)性，對(duì)答題者而言有些試題求解結(jié)果跟命題者給定的結(jié)果往往不相符合，甚至無(wú)法求解.下面通過(guò)幾例來(lái)說(shuō)明試題中瑕疵的形成原因.

1物理規(guī)律造成的思維定勢(shì)

例1運(yùn)動(dòng)員駕駛摩托車做騰躍特技表演是一種刺激性很強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)項(xiàng)目.如圖1所示，AB是水平路面，BC是半徑為20m的圓弧，CDE是一段曲面.運(yùn)動(dòng)員駕駛功率始終是P=1.8kW的摩托車在AB段加速，到B點(diǎn)時(shí)速度達(dá)到最大vm=20m/s，再經(jīng)t=13s的時(shí)間通過(guò)坡面到達(dá)E點(diǎn)時(shí)，關(guān)閉發(fā)動(dòng)機(jī)后水平飛出.已知人和車的總質(zhì)量m=180kg，坡頂高度h=5m，落地點(diǎn)與E點(diǎn)的水平距離s=16m，重力加速度g=10m/s2.如果在AB段摩托車所受的阻力恒定，求：

(1)AB段摩托車所受阻力的大小;

圖1

(2)摩托車過(guò)B點(diǎn)時(shí)受到地面支持力的大小;

(3)摩托車在沖上坡頂?shù)倪^(guò)程中克服阻力做的功.

根據(jù)題意不能得到“達(dá)到最大速度時(shí)，牽引力和阻力相等”，解題時(shí)出于思維定勢(shì)：以恒定功率加速運(yùn)動(dòng)，最終將做勻速運(yùn)動(dòng)，勻速運(yùn)動(dòng)的速度就是最大速度，此時(shí)牽引力和阻力相等.而此題題目明確指出：摩托車在AB段加速，由此可見(jiàn)到達(dá)B點(diǎn)時(shí)的速度是AB段的最大速度，但此時(shí)還沒(méi)有達(dá)到勻速，因此此題求解不當(dāng).

2給定的物理情景不明確

圖2

例2在如圖2所示的平面直角坐標(biāo)系中，存在一個(gè)半徑R=0.2m的圓形勻強(qiáng)磁場(chǎng)區(qū)域，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=1.0T，方向垂直紙面向外，該磁場(chǎng)區(qū)域的右邊緣與坐標(biāo)原點(diǎn)O相切．y軸右側(cè)存在電場(chǎng)強(qiáng)度大小為E=1.0×104N/C的勻強(qiáng)電場(chǎng)，方向沿y軸正方向，電場(chǎng)區(qū)域?qū)挾萳=0.1m．現(xiàn)從坐標(biāo)為(-0.2m，-0.2m)的P點(diǎn)發(fā)射出質(zhì)量m=2.0×10-9kg、帶電荷量q=5.0×10-5C的帶正電粒子，沿y軸正方向射入勻強(qiáng)磁場(chǎng)，速度大小v0=5.0×103m/s.重力不計(jì)．

(1)求該帶電粒子射出電場(chǎng)時(shí)的位置坐標(biāo)；

(2)為了使該帶電粒子能從坐標(biāo)為(0.1m，-0.05m)的點(diǎn)回到電場(chǎng)中，可在緊鄰電場(chǎng)的右側(cè)一正方形區(qū)域內(nèi)加勻強(qiáng)磁場(chǎng)，試求所加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度大小和正方形區(qū)域的最小面積．

(2)粒子飛離電場(chǎng)時(shí)，沿電場(chǎng)方向速度vy=at=5.0×103m/s=v0，粒子射出電場(chǎng)時(shí)速度v=2v0.

圖3

點(diǎn)評(píng):第二問(wèn)中“為了使該帶電粒子能從坐標(biāo)為(0.1m，-0.05m)的點(diǎn)回到電場(chǎng)中”沒(méi)有說(shuō)明粒子之前一定要在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，如圖3所示，粒子可以先在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)，再做勻速運(yùn)動(dòng)從坐標(biāo)為(0.1m，-0.05m)的點(diǎn)回到電場(chǎng)中，這種正方形區(qū)域內(nèi)加勻強(qiáng)磁場(chǎng)的最小面積比上面求解的面積要小.因此此題第二問(wèn)沒(méi)有說(shuō)明就應(yīng)按照右圖去求解最小面積.

3給定的運(yùn)動(dòng)過(guò)程和已知數(shù)據(jù)不相符

圖4

例3如圖4所示，矩形導(dǎo)線框abcd，質(zhì)量m=0.2kg，電阻r=1.6Ω，邊長(zhǎng)L1=1.0m，L2=0.8m.其下方距cd邊h=0.8m處有一個(gè)僅有水平上邊界PQ的勻強(qiáng)磁場(chǎng)，磁感應(yīng)強(qiáng)度B=0.8T，方向垂直于紙面向里.現(xiàn)使線框從靜止開(kāi)始自由下落，下落過(guò)程中ab邊始終水平，且ab邊進(jìn)入磁場(chǎng)前的某一時(shí)刻，線框便開(kāi)始勻速運(yùn)動(dòng).不計(jì)空氣阻力，取g=10m/s2.

(1)通過(guò)計(jì)算說(shuō)明進(jìn)入磁場(chǎng)的過(guò)程中線框的運(yùn)動(dòng)情況；

(2)求線框勻速運(yùn)動(dòng)的速度大??；

(3)求線框進(jìn)入磁場(chǎng)過(guò)程中產(chǎn)生的電熱.

由于v增大，a將減小，最終勻速，即線框?qū)⒆黾铀俣戎饾u減小的加速運(yùn)動(dòng)，最后勻速，直至完全進(jìn)入磁場(chǎng).

4給定的物理模型和理論分析不相符

圖5

例4如圖5所示，陰極射線示波管的聚焦電場(chǎng)是由電極A1、A2形成，實(shí)線為電場(chǎng)線，虛線為等勢(shì)線，Z軸為該電場(chǎng)的中心軸線，P、Q、R為一個(gè)從左側(cè)進(jìn)入聚焦電場(chǎng)的電子運(yùn)動(dòng)軌跡上的三點(diǎn)，則().

A.電極A1的電勢(shì)高于電極A2的電勢(shì)

B.電場(chǎng)中Q點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度小于R點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度

C.電子在P點(diǎn)處的動(dòng)能大于在Q點(diǎn)處的動(dòng)能

D.電子從P至R的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，電場(chǎng)力對(duì)它一直做正功

原解析:根據(jù)“沿著電場(chǎng)線方向電勢(shì)降低”可知A選項(xiàng)錯(cuò)誤，又根據(jù)Wab=qUab知電子從P至R的運(yùn)動(dòng)過(guò)程中電場(chǎng)力做正功，

電子在P點(diǎn)處的動(dòng)能小于在Q點(diǎn)處的動(dòng)能，所以C選項(xiàng)錯(cuò)誤，D選項(xiàng)正確；由電場(chǎng)線的疏密可知Q點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度大于R點(diǎn)的電場(chǎng)強(qiáng)度，即B選項(xiàng)錯(cuò)誤.因此正確答案為D.

點(diǎn)評(píng):根據(jù)題意；PQ這一過(guò)程中，粒子在水平方向受到向右的電場(chǎng)分力做加速運(yùn)動(dòng)，豎直方向受到向下的電場(chǎng)分力做減速運(yùn)動(dòng)，由圖可知到達(dá)Q點(diǎn)時(shí)豎直速度為0，接下來(lái)粒子在水平方向仍然受到向右的電場(chǎng)分力做加速運(yùn)動(dòng)，而豎直方向受到向上的電場(chǎng)分力做加速運(yùn)動(dòng)，因此粒子經(jīng)過(guò)Q點(diǎn)后軌跡應(yīng)該向上彎曲，而不是向下彎曲.由此可見(jiàn)，該題的軌跡有誤.

從上幾例可以看出，命題者在命題時(shí)如果不從答題者的角度考慮、不注意理論和實(shí)際的聯(lián)系，有些題目往往會(huì)出現(xiàn)這樣或那樣的瑕疵，導(dǎo)致題目無(wú)法求解.因此命題者在命題的時(shí)候一定要對(duì)每一道題目認(rèn)真分析、認(rèn)真計(jì)算、認(rèn)真推敲，確保試題不出現(xiàn)瑕疵，使答題者在答題時(shí)不因題目本身的問(wèn)題而失分.