“似是而非”的几个物理问题，本文主要内容关键词为：几个论文,似是而非论文,物理论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
高中学生由于对物理概念或物理规律理解不完善，或者对某个知识的理解发生了偏差，因而在解决实际问题时会发生错误。认真分析物理问题错解的原因，找出对所学物理知识点理解的缺漏或思维方法上的偏差，从而切实加以改进，有助于提高自身的物理水平和解决物理问题的能力。“从错误中学习”是一种行之有效的方法。
一、空气阻力的方向问题
高中物理教材第一册第一章对空气阻力的方向是这样说的：物体在流体中运动时，要受到流体的阻力，阻力的方向与物体相对于流体运动的方向相反。但在许多场合，学生认为空气阻力的方向与物体运动方向相反，由于这样的错误概念导致学生在解决下述问题时发生了错误。
例1 做跳伞空降的运动员，由于受到水平方向风力的作用而沿着与竖直方向成30°角的方向匀速下降，如果人和伞共受重力为700N，求他下降时所受的空气阻力？
分析与解 对运动员受力分析如图1所示，运动员受到竖直向下的重力，水平方向的风力，与速度方向相反的空气阻力作用而处于平衡状态。所以空气阻力F[，阻]=mg/cos30°=1400
/3N，方向如图1所示。绝大多数的学生都是这样的答案，但也有部分学生认为他下降时的空气阻力等于他所受的重力，方向是竖直向上如图2所示。笔者认为这两种解答都有可能。
图1
图2
首先应弄清楚什么是空气阻力？什么是风力？空气阻力的方向与什么方向有关？从力的本质上讲，风力和空气阻力都是物体与空气发生相互作用的结果，因而只有物体与空气有相对运动时才有这种力产生。风力和空气阻力的产生必须是物体与空气发生相对运动，空气阻力的方向与物体相对空气运动的方向相反，大小与物体和空气相对运动速度的大小有关，相对速度越大，空气阻力越大，反之则越小。因此平时认为的风力和空气阻力方向与物体相对地面运动的速度方向相反是不对的，应与相对空气的速度方向相反。
本题所受的空气阻力取决于运动员匀速下降时，沿水平方向的分速度与风速的关系；当运动员水平方向的分速度与风速度不相等时，在这方向上就有空气阻力存在，则F=mg/cos30°=1400/3N是正确的；当运动员水平方向的分速度与风速相等时，在水平方向上风力和空气阻力就等于零，则运动员所受空气阻力是竖直方向上的，大小F=mg=700N是正确的，如图2所示。
由上所述，运动员所受的空气阻力与运动员相对空气的相对速度大小有关。也即考虑风力和空气阻力时，应考虑物体相对于空气的相对速度的大小和相对速度的方向，特别是当物体与空气的速度相等时，风力和空气阻力也就不存在了。
二、多普勒效应中的相对速度方向
高中物理课本第二册在讲多普勒效应时，它是这样引入的：在铁路旁听行驶中的火车的汽笛声，你会发现汽笛声的音调发生了变化：火车向你驶来时，音调变高，火车驶离你远去时，音调变低。最后教师会总结如下的结论：当波源向观察者靠近时，听到的频率变大，离观察者远去时听到的频率变小。这个结论在学生脑子中留下较为深刻的记忆。对这个问题的不完全理解导致了解决下面这个问题的偏差。
例2 人距公路约50m，一辆汽车以25m/s的速度从公路上匀速驶过，人听到的汽车的频率（ ）
（A）一直是稳定的（B）先增加后减小
（C）变得越来越低（D）先变低后变高
分析与解 在实际回答中极大多数学生认为答案B正确。事实上这个结论是错误的，正确的应是C。根据多普勒效应可知，当观察者不动，波源朝向观察者以速度v[，1]运动，观察者接收到的频率f[，1]=vf/（v-v[，1]），其中v是声波传播的速度，f是声波的真实频率。这里的v、v[，1]都应是沿观察者和波源连线方向的速度。由图3可知，当汽车沿公路从A向B匀速运动时，它向观察者靠近的速度为v[，0]cosθ，故观察者接收到的频率f[，1]=vf/（v-v[，0]cosθ），A向B运动时θ角增大，cosθ减小，而波速v是不变的，所以观察者听到频率变小。当汽车过了中点B后，它的频率变成f[，1]=vf/（v+v[，0]cosθ），而此过程θ角减小。cosθ增大，所以观察者听到频率变小，即答案C正确。
图3
三、感生电动势和动生电动势
高中物理教材在推导导体切割磁感线运动时产生的感应电动势（动生电动势）公式时是从法拉第电磁感应定律出发的。因此有的学生在解决导体切割磁感线产生的动生电动势往往认为用法拉第电磁感应定律E=△φ/△t和E=Blv时所得的结果应该是一样。由此导致如下问题的混乱。
例3 如图4所示，放在磁感应强度为0.6T的匀强磁场中，长为0.5m的导体棒AB在金属框架上，以10m/s的速度向右滑动，R[，1]=R[，2]=20
，其他电阻不计，则流过导体棒AB的电流是多少？
图4
分析与解 对此问题学生有两种解法，（用法拉第电磁感应定律求解），求解过程如下：导体棒AB向右滑动时，导体棒AB左边回路中的磁通量增大；而导体棒AB右边回路的磁通量减小，根据楞次定律可判断这两个回路对导体棒AB产生的电动势方向一致，因而导体AB产生的感应电动势应是两回路产生的电动势之和，即E=2△φ/△t=2Blv=6V，回路中产生的感生电流I=E/R=0.6A,方向A到B；也有的学生认为导体切割磁感线运动产生的感应电动势应用公式E=Blv计算，得I=E/R=0.3A，二者的结果刚好相差一半。这两部分学生都认为自己解的正确，但结果不一样，因此百思不得其解。事实上，由于磁通量发生变化产生的感应电动势有两种情况：一是回路中的磁场发生变化而产生电动势是感生电动势，其电动势应用法拉第电磁感应定律求解，这时导体中的每一部分部是电源的一部分；另一是回路中的磁场不变，导体的相对磁感线运动（切割磁感线运动），使回路所围面积发生变化，产生的电动势叫动生电动势，其大小应用E=Blv计算，这时运动的叨割磁感线的导体是一个电源。因此第一位学生的解法是错误的，它对动生电动势和感生电动势区别不清。
四、洛伦兹力不做功
高中学生对洛伦兹力不做功这个概念的识记是根深蒂固的，甚至不用分析就能得出结论。
例4 如图5所示，在某一空间区域内有垂直纸面向内的匀强磁场，磁感应强度大小为B。在图中纸面上有一个长为h的光滑非绝缘空心细管MN，管内N端有一质量为m、电量为q（q＜0）的小球P，开始时小球P相对管静止，管带着小球P沿垂直于管长度的方向以恒定速度v向右方运动。设重力及其他阻力均忽略不计，试求小球P从管的另一端N离开管后，在磁场中做圆周运动的半径R=？
图5
分析与解 对这个问题的解决有两种不同的观点：一种认为带电小球在匀强磁场运动，洛伦兹力不做功，因此带电小球离开管子后的速度应是沿水平方向向右如图所示，大小为v，在磁场中做圆周运动的半径R=mv/qB；另一种认为管子在磁场中切割磁感线运动，管子两端有电势差Bhv存在，带电小球在管子中受到电场力作用，小球离开管子后的速度要增大。设小球沿管子方向的速度v[，y]，（1/2）mv[，y][2]=qBhv，离开管子后的速度v[，合]=
如图6所示，磁场中做圆周运动的半径R=mv[，合]/qB。因此与第一个学生对洛伦兹力不做功的理解发生了分歧。
图6
事实上，带电小球在磁场中运动的情况如图6所示，从图可知，洛伦兹力与合速度垂直，因此洛伦兹力对小球不做功是正确的。小球速度增大的原因是，管子中有电势差存在，小球在管子中受到了电场力作用，所以离开管子时的速度要变成v[，合]，第二位学生的答案是正确的。
由上所述，应用物理概念或规律解决物理问题时，应理解其实质，对它真正理解后才能很好地应用，若理解错误或者不完全，则会发生偏差。
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