物理教學中應引入“原始問題”
2006-12-31 00:00:00郭建衛
物理教學探討 2006年21期
物理問題可分為兩大類，一類稱為“原始問題”，另一類叫做“抽象問題”。所謂“原始問題”是指在現實世界中客觀存在的，尚未被分解、簡化、抽象的物理問題，因此，也稱做實際問題。
原始問題具有以下兩個基本特征：（1）問題以開放、生動的現實情境為依托，（2）要解決的原始問題具有客觀性、復雜性、已知條件的隱蔽性和答案的合理性，但有時并不具有精確性。不過任何原始問題，經分解、簡化和抽象后均能找出一個合理的物理模型，并可運用已學過的物理知識解決之。
“抽象問題”則是指將原始問題經過合理的分解、簡化和抽象后形成的問題。這類問題往往是為鞏固物理概念、規律而人為加工選編出來的，像教科書、教參和各類中學物理輔導資料中的例題、習題絕大多數屬于“抽象問題”。很多學生只知道根據已知條件和現成的物理模型去解題，滿腦子的小球、輕繩、輕桿、斜面、質點的理想模型。這種現象若長期存在下去，而遇到實際問題則常常束手無策。所以，認識原始問題，提高解決此類問題的能力是十分必要的。
例1天空有近似等高的濃云層。為了測量云層的高度，在水平地面上與觀測者的距離為d=3.0km處進行一次爆炸，觀測者聽到由空氣直接傳來的爆炸聲和由云層反射來的爆炸聲時間上相差Δt=6.0s。試估算云層下表面的高度。已知空氣中的聲速v=1/3km/s。
解如圖1所示，A表示爆炸處，O表示觀測者所在處，h表示云層下表面的高度，用t1表示爆炸聲直接傳到O處所經時間，則有
d=vt1。
用t2表示爆炸聲經云層反射到達O處所在經時間，因為入射角等于反射角，故有
聯立三式解得
代入數值得h=2.0×103m。
錯誤分析很多同學認為聲波豎直上去，然后斜著下來，或是斜著上去，然后豎直下來，如圖2所示。
同學的錯誤在于不能把題中的條件和已有的知識有機的結合起來，從而沒有建立聲波反射（遵從反射定律）的模型。
例2一位質量為m的運動員從下蹲狀態向上起跳，經Δt時間，身體伸直并剛好離開地面，速度為v。在此過程中，
A．地面對他的沖量為mv+mgΔt，地面對他做的功為1/2mv2。
B．地面對他的沖量為mv+mgΔt，地面對他做的功為零。
C．地面對他的沖量為mv，地面對他做的功為12mv2。
D．地面對他的沖量為mv-mgΔt，地面對他做的功為零。
解以人為研究對象根據動量定理得：
（F-mg）Δt=mv，解得：F=mv+mgΔt。
人在跳起的過程中對自己做了功，通過功能關系知道人做功的過程是能量轉化的過程，它是把人體內的化學能轉化為了人自己的動能，所以地面做的功為零。故答案B。
錯誤分析很多同學錯誤的把人構建成了一個質點模型，認為地面對人做了功等于1/2mv2。
實際上在本題中不能把人看成一個質點，他就像一個彈簧在彈起的過程中釋放了能量。彈力做了多少功就有多少彈性勢能轉化為動能。
例3人的心臟每跳一次大約輸送8×10-5m3的血液，正常人的血壓（可看作心臟壓送血液的壓強）的平均值約為1.5×104Pa，心跳70次/min，據此估測心臟工作的平均功率為多少？
解解決該題的關鍵是：弄清題意后，要尋找一個合適的物理模型，然后才能運用物理規律求解。解決本題需建立如下“管道模型”如圖3所示：即設一定血管截面積S，長為L，該心臟對血液的壓強為p，一次搏動中可使血液在血管中向前推進L的長度，則心跳70次，心臟工作的平均功率為：
錯誤分析心臟擠壓輸送血液，這種情景下功和功率的計算與以往力學中功和功率的計算很不一樣，力和位移都不像常規題那么清晰，同學不能把已有的知識和題中的信息結合起來構建模型。
(欄目編輯黃懋恩)
