物理习题漏解原因初探,本文主要内容关键词为:习题论文,物理论文,原因论文,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。
中学物理习题中,有很多习题的答案并不是惟一的,学生在解这些题时常常由于知识理解不够深刻,经验积累不足,弄不清事物发生、发展、变化的内部规律,只选择事物变化的某一个片刻,或某一个环节来解决问题,不能触及事物的全貌,只看到事物的表面现象,往往引起漏解。下面就物体周期性运动的重复性,物理过程的多种可能性,取值范围的不完整性,矢量问题的方向性,探讨物理习题漏解的原因。
一、没有注意周期性运动带来的多值性
在中学物理的简谐运动、机械波和圆周运动等问题中,质点的运动都具有时间和空间的周期性。它们的位移、速度的大小、方向随时都有可能变化,如果没有真正理解周期性运动的物体,每隔一定的时间,物体就会完全重复前一次的运动,而只考虑在一个周期内运动的情况,必然会引起漏解,甚至错解。
例1 如图1所示,在同一个水平面上有A、B两个物体,质量分别为m和M,物体A以角速度ω沿半径为R的圆周做匀速圆周运动。当它经过P点时,物体B在恒力F作用下沿OP从静止开始运动,问作用在B上的力F为何值时,在此后的运动过程中两物体的动量在何时可能相同?
图1
二、忽略了物理过程的多种可能性
事物是千变万化的,问题也是错综复杂的,每个事件都有它发生、发展、变化的规律,如果不能应用一定的物理知识,联系实际问题,对事物进行整合、深化、迁移,只看到问题的表面,对有多种可能的运动过程,当成一个过程来处理,就会造成漏解。
例2 一个物体从地面上以初速度竖直上抛,设物体受到空气阻力大小为物重的k倍(k<1),求经过时间t物体的速度?
分析 初一看这似乎是一个类竖直上抛运动,根据牛顿第二定律得
其实由于时间t具体,物体既可能在上升,也可能在下降,还可能恰好到达最高点。物体在上升、下降过程中,加速度不同,物体并非做类竖直上抛运动,其经过时间t的速度应分别加以讨论。
三、取值范围的不完整性
学生在解物理习题时,常常就像解数学问题一样,没有一定的文字叙述,没有一定的物理推理与问题分析过程,但有时用到数学知识时,又不能尽善尽美。例如对那些习题的解是一个范围,有时又很隐蔽且不易觉察的问题,如果不做全面地细致分析,揭示物理量的变化范围,考虑物理量的上限与下限,是开区间还是闭区间,只注意一方面,而忽视其他方面,就会造成漏解。
图2
例3 如图2所示,水平放置的平行板电容器板长为L,而板间距为L/2,板间有匀强电场,一粒子质量为m,电量为q,以速度从两板中间垂直于场强方向进入电场,并且一直做匀速直线运动离开平行板电容器。若再加一垂直于电场和粒子运动方向的匀强磁场,要使粒子不与两极板A、B相碰,则磁感应强度B应满足什么条件?
分析 没有加磁场前,粒子做匀速直线运动,则由力的平衡可知,重力与电场力平衡。加磁场后,重力与电场力始终大小相等,方向相反,二者的合力为零。粒子在磁场中所受的洛伦兹力就是粒子的合外力,故粒子做半径为R的匀速圆周运动。
根据牛顿第二运动定律得
要使粒子不与两板相碰,则粒子可能从右侧两极板的边缘飞出,粒子做匀速圆周运动的半径R必须满足
解以上两式得
部分同学认为这就是最终答案,其实磁场B较大时,粒子还可以做半径较小的圆周运动而从两极板的左侧射出,此时有
四、忽略了矢量的方向性
矢量需要大小和方向两个参量来描述,矢量的运算满足平行四边形定则。对于方向沿同一直线上的两个或几个矢量,如果规定了一个正方向后,就可用正、负号表示矢量的方向,从而可以使矢量的平行四边形运算转化为代数运算。但是,学生在做题时,往往只注意正号,忽略了矢量的负号,按代数运算进行求解,必然引起漏解。
例4 光滑水平面上有A、B两球沿同一直线运动而发生碰撞,碰撞前A的动量大小为20kg·m/s,B的动量大小为30kg·m/s,碰撞结束后,A的动量增量大小为15kg·m/s,则碰后A、B两球动量大小可能分别为( )
A.35kg·m/s、15kg·m/s
B.5kg·m/s、45kg·m/s
C.5kg·m/s、15kg·m/s
D.25kg·m/s、25kg·m/s
分析 若只考虑碰前球A、B动量同向,且球A动量增量为正,即球B追A发生碰撞,根据动量守恒只能得到答案A。其实还有可能碰前球A、B动量同向,但球A动量增量为负,即球A追B发生碰撞,从而判断答案B可能也是正确的;若碰前球A、B动量反向,由动量守恒判断,选项C、D都错,故正确答案选A、B。
其实对于判断追及碰撞(或对碰)问题时,我们还必须考虑能量守恒和碰撞前后两物体的前后运动情况等。
总之,避免解题中的漏解问题,必须以理解物理概念和规律为前提,认真阅读,理解题意,抓住关键,弄清问题的过程和实质,以必要的数学知识为手段,通过分析讨论得到正确答案。