從一道物理題談批判性思維

王思越

摘 要：本文通過求解一道關于“揚場機能把谷粒、谷糠和小石塊分開，為什么落地點的遠近不同”的物理題，針對新東方在線題庫網(wǎng)站和題谷教育-視頻答案網(wǎng)站給出的答案，提出質(zhì)疑、設問和解答，并從空氣阻力計算公式和動量守恒定律的角度出發(fā)，進行公式推導，給出了求解該物理題的思路和方法。最后，根據(jù)求解該物理題提出了在中學物理學習中，建立批判性思維的幾點體會。

關鍵詞：物理題；揚場機；空氣阻力；動量守恒定律；批判性思維

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2017）1-0033-3

一道眾所周知的物理題，針對網(wǎng)絡上不同名師的講法，使筆者體會到建立批判性思維在物理學習中的重要性。

1 一道物理題及兩個網(wǎng)站的解析

如圖1所示是農(nóng)用揚場機示意圖，谷物脫粒后，谷物、糠皮及少量碎石砂粒的混合物在轉(zhuǎn)動的輪和皮帶P的帶動下被拋出。谷物、糠皮、碎石砂粒落地的遠近不同形成三堆，從而達到分離的目的，其分離的原因是 ，A堆是 ，C堆是 。

對于這道物理題，網(wǎng)絡、輔導教材、各種老師的講法不一，答案不一。新東方在線網(wǎng)站（http：//www.koolearn.com/shiti/st-1-702838.html）[1]給出的答案是：飛出時速度相同，質(zhì)量大小不同的三種物體動能大小不同，飛出的距離不同；糠皮；碎石砂粒。

從題谷網(wǎng)站（http：//www.tigu.cn/question_200

38060.htm）[2]中給出的解釋較為全面：

【思路分析】

①動能大小的影響因素：質(zhì)量、速度。質(zhì)量越大，速度越大，動能越大。

②揚場機能把谷粒、谷糠和小石塊一同揚出，雖然它們揚起的速度是相同的，但是同樣大小的谷粒和小石塊，小石塊的質(zhì)量大，小石塊具有的動能大，飛得更遠一些。

【答案】

谷糠的落地點距揚場機最近，小石塊最遠。因為同樣大小的谷粒和小石塊，雖然飛出時的速度相同，但是由于質(zhì)量不同，所以動能不同，小石塊的質(zhì)量較大，動能也比較大，所以能夠克服空氣的阻力飛到更遠的地方。

【總結】

本題利用生活中的一個具體實例，考查了學生對問題的分析能力以及物理知識的應用。

2 筆者解析

以上網(wǎng)上的講法，多為名校名師提供。筆者在解題中，發(fā)現(xiàn)一些講法運用的物理概念不準確，分析問題不深入、不全面，應該在今后的教學中進行改進。以答題比較全面的“題谷網(wǎng)站”頁面為例，理由如下：

1. 分析此題，應該運用動量守恒定律更為準確；

2.思路分析中只談質(zhì)量、速度和動能，沒有談到空氣阻力問題；

3.答案只談到“能夠克服空氣阻力飛到更遠的地方”，而沒有涉及阻力大小與三種物體的影響關系。

下面以設問說明。

設問1 如果將谷糠壓縮成與小石子相同質(zhì)量的塊狀谷糠，再將塊狀谷糠與小石子從揚場機里一同揚出，是否會得到“由于質(zhì)量相同，所以動能相同，小石塊的質(zhì)量與塊狀谷糠的質(zhì)量相同，動能也相同，所以能夠克服空氣的阻力飛到相同的地方”這樣的結果呢？

通過實驗證明，結論應該是：盡管質(zhì)量相同、速度相同、動能相同，但是，由于塊狀谷糠和小石子體積不同，迎風面的面積不同，塊狀谷糠將會拋射得近一些，小石子將被拋射得遠一些。如題目中描述的那樣，小石子因為體積小，在揚場機的拋出速度下，空氣阻力對小石子的沖量施加影響小，小石子的運動軌跡將接近拋物線的運行軌跡，在最遠處落地。相比之下，塊狀谷糠的體積非常大，在揚場機的拋出速度下，空氣阻力對塊狀谷糠沖量相對施加影響大，塊狀谷糠的運行軌跡，就遠離拋物線軌跡，在最近處落地。

設問2 如果將谷糠壓縮成與小石子相同質(zhì)量的塊狀谷糠，再將小石子填充到與塊狀谷糠同樣體積的泡沫制品中，泡沫質(zhì)量遠遠小于小石子的質(zhì)量，可以忽略不計，再將塊狀谷糠與小石子泡沫制品從揚場機里一同揚出，將會得到什么結果呢？

實驗結論是：塊狀谷糠和小石子泡沫塊將會拋到同一地點。因為，只要質(zhì)量相同，迎風面積相同，兩種物體將具備同樣的物理特性。

3 試題核心

筆者認為，回答本問題的核心關鍵是：應該應用動量守恒定律和空氣阻力公式，而不是僅僅用動能定理分析問題。應考慮谷物、糠皮、碎石砂粒這三種物體，當它們被拋出時，它們之中的每個物體的動量與它們每個個體遇到的空氣阻力產(chǎn)生的沖量的大小之比的問題。對于這個物體，當它的空氣阻力沖量遠遠小于被拋出物體的動量時，物體的運行軌跡將接近拋物線。反之，當這個物體被拋出時，它遇到的空氣阻力沖量相對被拋出物體的動量較大時，物體的運行軌跡將遠離拋物線。

動量定理是動力學的普遍定理之一。內(nèi)容為物體動量的增量等于它所受合外力的沖量，即Ft=mΔv，即所有外力的沖量的矢量和。其定義為：如果一個系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個系統(tǒng)的總動量保持不變，這個結論叫做動量守恒定律。

4 試題拓展

由此，筆者想到一個“村婦誤入博士群”的笑話，一個村婦誤加入一個博士群里，有人提問：“一滴水從很高很高的地方自由下落，會不會砸傷人或砸死人？”群里一下就熱鬧起來，各種公式，各種假設，各種阻力、重力、加速度的計算，足足討論了近一個小時。這時，村婦默默問了一句：“你們沒有淋過雨嗎？”群里突然死一般的寂靜，然后村婦就被踢出群了。

這個笑話說明了一個問題：生活實際的問題，不同于單純的物理習題，它反映的是真實情況。我們的物理課程教育，為了闡述理論教學，往往忽略了生活中的假設。然而，在生活中解決問題卻需要我們必須考慮曾經(jīng)被忽略的假設及其外部條件。如果不考慮這些實實在在的真實環(huán)境和外部條件，我們在解題中，就會出現(xiàn)與事實相背離的錯誤結論，就會出現(xiàn) “雨滴砸死人”的笑話，成為眾人的笑柄。水滴剛剛滴下時，由于速度不快，在忽略空氣阻力的條件下，可以用自由落體公式求解，但是，隨著水滴下落的速度加快，所遇到的空氣阻力也就越大，自由落體公式中原來的假設條件將會消失，因此，就不能僅僅用單一的自由落體公式求解。

通過這些實例，筆者認為在物理題中，往往存在一些不落在紙上的、一般常識性的假設，這些假設，如果我們在解題中不考慮，甚至忽略掉，往往會讓我們在解題中出錯。

5 教學啟示

通過思考這道物理題，使筆者得到以下啟示：

1.學習物理學，要培養(yǎng)鍛煉自己的批判性思維，對物理題中任何一種答案，都要經(jīng)過嚴密的推理和實驗驗證，不可人云亦云、不假思索地記憶和接受。

2.在分析求解時，應該大膽質(zhì)疑、思考，并運用物理學中的定理、定律，進行邏輯推理、演算和論證，舉一反三，以求融會貫通、全面掌握，切不可僅僅憑著日常觀察的現(xiàn)象給出結論。

3.求解物理習題時，應用的物理公式往往都是有假設前提和條件的，有些條件并沒有在試題中提到，我們在分析題目時，一定要找到適應的條件、隱含的條件，根據(jù)不同的條件，加以甄別、討論，求解答案。如果忽視這些潛在的條件，往往會鬧出“水滴砸死人”的笑話來。

4.很多物理題目都是生活實踐中的題目，在分析求解習題時，要學會分清主次，抓住主要矛盾。物體在運動的全過程中，影響其運動受力的相關因素很多，需要細分過程段，每個過程段的主要影響因素不同，條件也有所不同，要做到具體問題具體分析。

參考文獻：

[1]新東方在線題庫[Z].[2016-10-12].http：//www.koolearn.com/

shiti/st-1-702838.html.

[2]題谷教育-視頻答案[Z].[2016-10-15].http：//www.tigu.cn/question_20038060.htm.

[3]王小蘭，王婧.淺議新課程理念下物理有效課堂教學設計——以“動量定理”為例[J].物理教學探討，2009，27（10）：15-18.

[4]譚俊賢.適時適度追問，提高思維品質(zhì)[J].物理教學探討，2016，34（8）：11-13.

（欄目編輯 鄧 磊）