例談物理習題編制的科學性原則

劉文正

(山東省聊城第三中學，山東 聊城 252000)

例談物理習題編制的科學性原則

劉文正

(山東省聊城第三中學，山東 聊城 252000)

編制習題是教師必備的基本功,教師在從事教學研究的過程中要不斷的編制習題.在編制習題時要考慮數據是否合理，物理過程是否符合實際，物理模型是否正確.在編制物理習題時不能憑空捏造數據和物理過程，一定要符合科學性原則.

習題；編制；科學性

“科學性”是指概念、原理、定義和論證等內容的敘述是否清楚、確切，歷史事實、任務以及圖表、數據、公式、符號、單位、專業術語和參考文獻寫得是否準確，或者前后是否一致等.物理試題的科學性則是物理概念、物理定義、物理規律表述是否正確，試題的論據是否充分，物理學發展史是否真實，物理已知條件是不是源于生活，物理條件與結論是否存在邏輯關系，實驗材料、實驗數據、實驗結果是否可靠等的重要因素.物理是自然科學中最基礎的學科之一.真實性、科學性是物理習題編制的最基本原則，命題不能隨意捏造，不能給出扭曲的物理情景.

在學習選修3-5《反沖》一節時，在很多習題集上都有這樣一道題：斜向上射擊的大炮，炮身重450 kg，炮彈重5 kg，炮彈射擊的速度大小是450 m/s，且與水平方向成60°角，則炮身的反沖速度是多大？

給出的答案如下：

選炮身和炮彈為一系統，系統在水平方向動量守恒.由動量守恒定律得：

0=m1v1-m2v2cos60°

所以v1=2.5 m/s

在分析這一問題時，所有的資料上都是這樣解釋的：大炮斜向射擊過程中，炮身和炮彈組成的系統水平方向動量守恒，豎直方向動量不守恒.在水平方向火藥爆炸的內力遠大于炮身受到的摩擦力，摩擦力可以忽略，所以水平方向動量守恒，應用動量守恒定律可求炮身的速度.大炮在斜向上射擊時豎直方向為什么動量不守恒？水平方向動量一定守恒嗎？下面做一詳細分析.

分別選炮身、炮彈為研究對象進行受力分析，如圖1：

圖1 圖2

在炮彈從炮膛到炮口的過程中，設火藥的平均作用力為F，炮彈的運動看成是速度從0增加到ν2的勻加速直線運動，在豎直方向分別對炮身和炮彈應用牛頓第二定律有FN-m1g-Fsinθ=0 (1)

Fsinθ-m2g=m2ay(2)如圖2.

設炮筒的長度為L，炮彈在豎直方向有

vy=v2sinθ(4)

聯立以上四式可解得

對于炮身和炮彈組成的系統受到的外力為FN和m1+m2g，由(5)式可知，在炮身射擊炮彈的過程中FN和m1+m2g的合力并不等于0 ，所以系統在豎直方向動量不守恒.

假設炮筒的長度L=2.5m，把題目中的數據代入(5)式中可得

假設炮身與地面的動摩擦因數μ=0.2，則炮身受到的摩擦力為

Ff=μFN=0.2×180265N=36053N

由(1)式得炮身與炮彈之間的內力為

將角度換成不同的數值進行計算，不難得出水平方向動量守恒與否由角度決定.當角度較小時摩擦力與內力相比可以忽略，系統水平方向動量守恒；當角度較大時摩擦力不能忽略，水平方向動量不守恒；若支撐面很光滑水平方向動量守恒.

通過以上分析，可知上面這道題在水平方向動量不守恒，原因在于給出的角度過大.所以在編制習題時給出的數據必須恰當，否則就會出現科學性錯誤.

[1] 人民教育出版社.普通高中課程標準實驗教科書 物理(選修3-4)教師教學用書[M].北京：人民教育出版社,2010:30-31.

[責任編輯：閆久毅]

2017-07-01

劉文正(1980.11-) ，男 ，山東聊城人，學歷：大學本科，職稱：中教一級 ，研究方向：高中物理.

G632

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1008-0333(2017)28-0045-02