容易出錯的幾個物理問題

王秀華

摘要：學生在物理學習中經常會遇到對物理概念或是物理規律理解不徹底，或者是對知識的理解產生偏差，從而在做題或是在運用物理知識解決實際問題中出現錯誤。如果能認真分析錯解的原因，切實加以改進，有助于提高自身水平和解決問題的能力。應用物理概念或規律解決物理問題時，學生只有對所學物理知識認真思考理解掌握后，才能在實際學習和生活中很好地運用它。

關鍵詞：空氣阻力的方向 洛倫茲力 不做功 帶電粒子的速度

學生由于對物理概念和規律理解不完善，或者對某個知識的理解發生了偏差，因而在解決實際問題時發生錯誤。認真分析錯解的原因，切實加以改進，有助于提高自身水平和解決問題的能力。下面我們來分析幾個容易出錯的問題。

一、空氣阻力的方向問題

物體在流體中運動時，要受到流體的阻力作用，阻力的方向與物體相對于流體運動的方向相反。但是許多學生認為空氣阻力的方向與物體運動方向總是相反的，從而導致許多錯誤。

例1：當物體在重力和風力的作用下，與豎直方向成30度角沿直線勻速下降時，所受空氣阻力方向如何？

風力和空氣阻力的產生必須是物體與空氣發生相對運動時，空氣阻力的方向與物體相對空氣運動的方向相反。當物體水平方向的分速度與風速相等時，在水平方向上，物體與空氣發生不相對運動，水平方向上的空氣阻力就等于零。此時物體所受空氣阻力是豎直方向的。此題中，物體勻速運動，受力平衡，所以，空氣阻力的方向不和速度的方向相反，而是豎直向上的。

二、在洛倫茲力作用下，帶電粒子的速度是否改變

洛倫茲力不做功，學生對這個結論的認識是根深蒂固的，甚至不用分析就能得出結論：由于洛倫茲力不做功，所以在洛倫茲力的作用下，帶電粒子的速率保持不變。因此在分析下列問題時，學生很容易出錯。

例2：甲、乙兩個帶電粒子，以相同動能在勻強磁場中運動。甲粒子從B1 區域運動到B2 區域，且B2 >B1 ，如圖a所示；乙粒子在勻強磁場中做圓周運動， 且在t 時間內，該磁場的磁感應強度從B1增大到B2 ，如圖b所示；則當磁場從B1 增加到 B2 時，甲乙兩粒子的動能變化情況是（ ）

A.甲、乙都保持不變

B.甲不變，乙增大

C.甲增大，乙不變

D.甲不變，乙減小

對此題大多數學生都認為甲、乙的動能都不變，因為甲、乙兩個帶電粒子都只在磁場中運動，而根據洛倫茲力不做功，因此不會改變粒子的動能。所以認為此題應選A。

其實此題的兩種情況是不一樣的，在a圖中，甲粒子在磁場B1中受到的洛倫茲力的方向始終和速度垂直；進入磁場B2 后雖然所受的洛倫茲力變大，但它的方向還是始終和速度方向垂直，洛倫茲力不做功，只是運動的軌道半徑變大了。所以在a圖中粒子的動能保持不變。在b圖中，乙帶電粒子在洛倫茲力的作用下做圓周運動，洛倫茲力的方向與速度方向垂直， 洛倫茲力還是不做功。那是不是粒子的動能也保持不變呢？實際上，由于b圖中的磁場從B1 增大到B2 的過程中，磁場發生了變化，而變化的磁場會產生感應電場，由楞次定律可以判斷得出，感應電場的方向是逆時針的，無論乙粒子是帶正電還是帶負電，可判定電場力對乙粒子做正功，乙粒子的動能增大。因此，正確答案為B。

此題表面看起來只有磁場，只有洛倫茲力的作用，學生往往想不到磁場的變化還會產生電場，從而將問題解錯。洛倫茲力不做功，是正確的，但是若有電場力，電場力可能對帶電粒子做功了。

例3：有一根長L 的光滑非絕緣空細管MN ，管內N 端有一個質量為m 、帶電量為+q 的小球P。細管帶著小球沿垂直于管的方向以速度V 做切割磁感線運動，小球的重力不計。求小球從細管的另一端M 離開時的速度的大小。

一種觀點認為因為洛倫茲力不做功，因此，小球離開管口時的速度大小為V 。另一種觀點認為，細管做切割磁感線運動，在細管中產生感應電動勢，這樣在細管中就有電場存在，電場力就會對小球做功，使小球的速度增大。所以小球離開管子時的合速度就會大于V。洛倫茲力與合速度垂直，因此，洛倫茲力不做功是正確的。但細管中有電勢差的存在，小球在管子中受到電場力作用，電場力要做功。因此，小球從M端離開細管時的速度會變大，所以第二種觀點是正確的。

總而言之，在學習物理知識的過程中，學生一定要重視對物理概念和規律的學習，夯實基礎知識，從而有利于提高學生對物理知識理解和運用的能力，只有這樣學生才能在學習和實際生活中游刃有余地運用物理知識。若學生對物理概念和規律理解掌握不牢固，就會發生偏差，出現這樣或那樣的問題。因此，在今后的學習當中要注意這些問題。這是本人在教學工作中總結出的一點體會，望廣大同仁多提寶貴意見。

（責編 田彩霞）