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物理試題中瑕疵的成因例析

2015-02-20 07:09:44袁寶祥
物理之友 2015年1期
關(guān)鍵詞:加速運動線框強磁場

物理試題中瑕疵的成因例析

袁寶祥

(江蘇省石莊高級中學,江蘇南通226531)

命題者在命題時,往往是把一些常見試題、典型試題和比較新穎的試題進行組合或變式,有些試題從其解答過程和結(jié)果來看,好像沒有什么問題,但如果認真去分析、推理卻缺乏嚴謹性和科學性,對答題者而言有些試題求解結(jié)果跟命題者給定的結(jié)果往往不相符合,甚至無法求解.下面通過幾例來說明試題中瑕疵的形成原因.

1物理規(guī)律造成的思維定勢

例1運動員駕駛摩托車做騰躍特技表演是一種刺激性很強的運動項目.如圖1所示,AB是水平路面,BC是半徑為20m的圓弧,CDE是一段曲面.運動員駕駛功率始終是P=1.8kW的摩托車在AB段加速,到B點時速度達到最大vm=20m/s,再經(jīng)t=13s的時間通過坡面到達E點時,關(guān)閉發(fā)動機后水平飛出.已知人和車的總質(zhì)量m=180kg,坡頂高度h=5m,落地點與E點的水平距離s=16m,重力加速度g=10m/s2.如果在AB段摩托車所受的阻力恒定,求:

(1)AB段摩托車所受阻力的大小;

圖1

(2)摩托車過B點時受到地面支持力的大小;

(3)摩托車在沖上坡頂?shù)倪^程中克服阻力做的功.

根據(jù)題意不能得到“達到最大速度時,牽引力和阻力相等”,解題時出于思維定勢:以恒定功率加速運動,最終將做勻速運動,勻速運動的速度就是最大速度,此時牽引力和阻力相等.而此題題目明確指出:摩托車在AB段加速,由此可見到達B點時的速度是AB段的最大速度,但此時還沒有達到勻速,因此此題求解不當.

2給定的物理情景不明確

圖2

例2在如圖2所示的平面直角坐標系中,存在一個半徑R=0.2m的圓形勻強磁場區(qū)域,磁感應(yīng)強度B=1.0T,方向垂直紙面向外,該磁場區(qū)域的右邊緣與坐標原點O相切.y軸右側(cè)存在電場強度大小為E=1.0×104N/C的勻強電場,方向沿y軸正方向,電場區(qū)域?qū)挾萳=0.1m.現(xiàn)從坐標為(-0.2m,-0.2m)的P點發(fā)射出質(zhì)量m=2.0×10-9kg、帶電荷量q=5.0×10-5C的帶正電粒子,沿y軸正方向射入勻強磁場,速度大小v0=5.0×103m/s.重力不計.

(1)求該帶電粒子射出電場時的位置坐標;

(2)為了使該帶電粒子能從坐標為(0.1m,-0.05m)的點回到電場中,可在緊鄰電場的右側(cè)一正方形區(qū)域內(nèi)加勻強磁場,試求所加勻強磁場的磁感應(yīng)強度大小和正方形區(qū)域的最小面積.

(2)粒子飛離電場時,沿電場方向速度vy=at=5.0×103m/s=v0,粒子射出電場時速度v=2v0.

圖3

點評:第二問中“為了使該帶電粒子能從坐標為(0.1m,-0.05m)的點回到電場中”沒有說明粒子之前一定要在磁場中運動,如圖3所示,粒子可以先在磁場中運動,再做勻速運動從坐標為(0.1m,-0.05m)的點回到電場中,這種正方形區(qū)域內(nèi)加勻強磁場的最小面積比上面求解的面積要小.因此此題第二問沒有說明就應(yīng)按照右圖去求解最小面積.

3給定的運動過程和已知數(shù)據(jù)不相符

圖4

例3如圖4所示,矩形導線框abcd,質(zhì)量m=0.2kg,電阻r=1.6Ω,邊長L1=1.0m,L2=0.8m.其下方距cd邊h=0.8m處有一個僅有水平上邊界PQ的勻強磁場,磁感應(yīng)強度B=0.8T,方向垂直于紙面向里.現(xiàn)使線框從靜止開始自由下落,下落過程中ab邊始終水平,且ab邊進入磁場前的某一時刻,線框便開始勻速運動.不計空氣阻力,取g=10m/s2.

(1)通過計算說明進入磁場的過程中線框的運動情況;

(2)求線框勻速運動的速度大??;

(3)求線框進入磁場過程中產(chǎn)生的電熱.

由于v增大,a將減小,最終勻速,即線框?qū)⒆黾铀俣戎饾u減小的加速運動,最后勻速,直至完全進入磁場.

4給定的物理模型和理論分析不相符

圖5

例4如圖5所示,陰極射線示波管的聚焦電場是由電極A1、A2形成,實線為電場線,虛線為等勢線,Z軸為該電場的中心軸線,P、Q、R為一個從左側(cè)進入聚焦電場的電子運動軌跡上的三點,則().

A.電極A1的電勢高于電極A2的電勢

B.電場中Q點的電場強度小于R點的電場強度

C.電子在P點處的動能大于在Q點處的動能

D.電子從P至R的運動過程中,電場力對它一直做正功

原解析:根據(jù)“沿著電場線方向電勢降低”可知A選項錯誤,又根據(jù)Wab=qUab知電子從P至R的運動過程中電場力做正功,

電子在P點處的動能小于在Q點處的動能,所以C選項錯誤,D選項正確;由電場線的疏密可知Q點的電場強度大于R點的電場強度,即B選項錯誤.因此正確答案為D.

點評:根據(jù)題意;PQ這一過程中,粒子在水平方向受到向右的電場分力做加速運動,豎直方向受到向下的電場分力做減速運動,由圖可知到達Q點時豎直速度為0,接下來粒子在水平方向仍然受到向右的電場分力做加速運動,而豎直方向受到向上的電場分力做加速運動,因此粒子經(jīng)過Q點后軌跡應(yīng)該向上彎曲,而不是向下彎曲.由此可見,該題的軌跡有誤.

從上幾例可以看出,命題者在命題時如果不從答題者的角度考慮、不注意理論和實際的聯(lián)系,有些題目往往會出現(xiàn)這樣或那樣的瑕疵,導致題目無法求解.因此命題者在命題的時候一定要對每一道題目認真分析、認真計算、認真推敲,確保試題不出現(xiàn)瑕疵,使答題者在答題時不因題目本身的問題而失分.

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