對(duì)2015年高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的商榷

魏喜武

(宣城中學(xué)，安徽 宣城 242000)

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對(duì)2015年高考力學(xué)實(shí)驗(yàn)題的商榷

魏喜武

(宣城中學(xué)，安徽 宣城 242000)

摘要：對(duì)2015年全國(guó)高考試題力學(xué)實(shí)驗(yàn)題中關(guān)于利用指針式托盤秤測(cè)量小車經(jīng)過(guò)凹糟最低點(diǎn)的壓力一題的題解提出質(zhì)疑，試題的答案為讀出托盤秤的最大示數(shù)即為答案，但由于指針有轉(zhuǎn)動(dòng)速度，指針的最大示數(shù)必大于小車的最大壓力，要測(cè)出小車的最大壓力需借助攝像機(jī)的回放功能來(lái)觀察該值.

關(guān)鍵詞：壓力；托盤秤；電子秤；速度

題目(2015年新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷第22題)：某物理小組的同學(xué)設(shè)計(jì)了一個(gè)粗測(cè)玩具小車通過(guò)凹形橋最低點(diǎn)的速度的實(shí)驗(yàn). 所用器材有：玩具小車、壓力托盤秤、凹形橋模擬器(圓弧部分的半徑為R=0.20 m).

完成下列填空：

1)將凹形橋模擬器靜置于托盤秤上，如圖1(a)所示，托盤秤的示數(shù)為1.00 kg.

2)將玩具小車靜置于凹形橋模擬器最低點(diǎn)時(shí)，托盤秤的示數(shù)如圖1(b)所示，該示數(shù)為_(kāi)_________kg.

(a)凹形橋模擬器靜置于托盤秤上

(b)托盤秤示數(shù)放大圖圖1　托盤秤示意圖

3)將小車從凹形橋模擬器某一位置釋放，小車經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)后滑向另一側(cè)，此過(guò)程中托盤秤的最大示數(shù)為m；多次從同一位置釋放小車，記錄各次的m值如表1所示.

表1　實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)

4) 根據(jù)表1，可求出小車經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)時(shí)對(duì)橋的壓力為_(kāi)_________N；小車通過(guò)最低點(diǎn)時(shí)的速度大小為_(kāi)_________m/s. (重力加速度大小取9.80 m/s2，計(jì)算結(jié)果保留2位有效數(shù)字)

這是一道實(shí)驗(yàn)題，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的數(shù)據(jù)以及填空的要求，解答如下：2)根據(jù)秤盤刻度可知，托盤秤的量程為10 kg，指針?biāo)甘緮?shù)為1.40 kg. 4)實(shí)驗(yàn)共進(jìn)行了5次，每次托盤秤的示數(shù)并不相同，為減少誤差，可求平均值m=1.81 kg. 由模擬器的重力G=m′g=9.8 N可知，小車經(jīng)過(guò)凹形橋最低點(diǎn)的壓力為

F壓=mg-m′g≈7.94 N ,

再根據(jù)小車受到徑向合力提供向心力，有公式

把有關(guān)數(shù)據(jù)代入上式，可解得

v=1.4 m/s.

既然是實(shí)驗(yàn)題就不僅要求演算過(guò)程正確，還要看實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是否合理，儀器選擇是否恰當(dāng)，數(shù)據(jù)采集是否有誤，實(shí)驗(yàn)步驟是否正確等諸多因素. 在實(shí)驗(yàn)的諸多因素中，有一個(gè)因素出現(xiàn)問(wèn)題，演算就會(huì)誤入歧途. 在歷年的全國(guó)與各省的高考題中，往往都很重視電學(xué)實(shí)驗(yàn)儀器的選擇，而很少光顧力學(xué)實(shí)驗(yàn)的儀器選擇. 其實(shí)在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中，也要選擇儀器. 例如在用天平與量筒測(cè)量水的密度時(shí)，由于量筒測(cè)體積誤差較大，就沒(méi)有必要選擇精確度較高的物理天平，用托盤天平就足以滿足實(shí)驗(yàn)的要求. 這樣既降低了實(shí)驗(yàn)難度，又滿足了實(shí)驗(yàn)要求. 以此為據(jù)，筆者認(rèn)為2015年新課標(biāo)全國(guó)Ⅰ卷第22題選用指針托盤秤讀出托盤秤的最大壓力來(lái)測(cè)量小車經(jīng)過(guò)凹槽最低點(diǎn)的壓力，這在儀器的選擇上是不合理的，采集的數(shù)據(jù)也有誤.

因?yàn)楫?dāng)小車經(jīng)過(guò)凹槽最低點(diǎn)時(shí)的壓力最大，與其對(duì)應(yīng)的托盤秤指針不僅有讀數(shù)，同時(shí)也有轉(zhuǎn)動(dòng)的速度. 這一轉(zhuǎn)動(dòng)的速度由于慣性并不能立即停止，必將轉(zhuǎn)過(guò)一定角度后才能停止，也就是說(shuō)托盤秤指針指的最大讀數(shù)大于小車經(jīng)過(guò)凹槽最低點(diǎn)時(shí)的最大壓力.

為了驗(yàn)證上面的判斷，筆者又做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，

手拿0.4 kg的重物，當(dāng)重物與托盤接觸后，緩慢放入指針托盤秤的托盤中，讓托盤秤受到的壓力慢慢增加. 當(dāng)重物完全脫離手時(shí)，指針越過(guò)了0.4 kg的刻度，然后又回到0.4 kg刻度處停止. 多次實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)向托盤秤的托盤中釋放重物越快，指針轉(zhuǎn)過(guò)的角度就越大，最大可達(dá)到0.6 kg處后再回到0.4 kg處.

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了判斷. 那么能不能找到恰好能測(cè)量出小車經(jīng)過(guò)凹槽最低點(diǎn)壓力大小的工具呢？為此，將指針式托盤秤換用為電子秤重做上面的實(shí)驗(yàn). 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象表明，隨著重物對(duì)電子秤托盤壓力的增大，電子秤的讀數(shù)也在增大，其最大讀數(shù)與重物質(zhì)量相等，沒(méi)有出現(xiàn)超過(guò)重物質(zhì)量的讀數(shù). 這一現(xiàn)象也說(shuō)明，小車經(jīng)過(guò)凹槽各點(diǎn)的壓力與電子秤讀出的壓力一一對(duì)應(yīng). 當(dāng)試圖用電子秤取代指針托盤秤做實(shí)驗(yàn)題的實(shí)驗(yàn)時(shí)，問(wèn)題又出現(xiàn)了. 電子秤的最小量程為1 g，在小車滑過(guò)凹糟的幾秒內(nèi)跳過(guò)了幾百個(gè)數(shù)據(jù)，根本無(wú)法讀出小車經(jīng)過(guò)凹糟最低點(diǎn)的壓力大小. 為解決這一問(wèn)題，采用了“放大”時(shí)間的方法，把整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程拍攝下來(lái)，再用慢鏡頭播放出來(lái)，這樣就可以讀出小車經(jīng)過(guò)最低點(diǎn)時(shí)壓力的大小. 其實(shí)，再加上“放大”時(shí)間的步驟，也可以按實(shí)驗(yàn)題中的儀器與實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，只不過(guò)在看慢鏡頭時(shí)，不是要讀出指針的最大讀數(shù)，而是要讀出小車經(jīng)過(guò)凹槽最低點(diǎn)時(shí)指針?biāo)傅淖x數(shù).

[責(zé)任編輯：尹冬梅]

Discussion on the mechanic experiment test in 2015 national college entrance examination

WEI Xi-wu

(Xuancheng Middle School, Xuancheng 242000, China)

Abstract:The solution of the mechanic experiment test in the 2015 national college entrance examination was queried. The answer stated that when the trolley passing the bottom of the groove, the maximum display of the pointer-type pallet scale was the maximum pressure. But because of the rotational speed of the pointer, the maximum display must be bigger than the maximum pressure of the trolley. In order to measure the maximum pressure correctly, the playback function of video camera should be adopted to observe the real value.

Key words:pressure; pallet scales; electric scales; speed

中圖分類號(hào)：G633.7

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1005-4642(2016)05-0045-02

作者簡(jiǎn)介：魏喜武(1960-)，男，安徽宣城人，宣城中學(xué)高級(jí)教師，從事中學(xué)物理教學(xué)工作.

收稿日期：2016-02-18