例谈物理习题编制的科学性原则

刘文正

(山东省聊城第三中学，山东 聊城 252000)

例谈物理习题编制的科学性原则

刘文正

(山东省聊城第三中学，山东 聊城 252000)

编制习题是教师必备的基本功,教师在从事教学研究的过程中要不断的编制习题.在编制习题时要考虑数据是否合理，物理过程是否符合实际，物理模型是否正确.在编制物理习题时不能凭空捏造数据和物理过程，一定要符合科学性原则.

习题；编制；科学性

“科学性”是指概念、原理、定义和论证等内容的叙述是否清楚、确切，历史事实、任务以及图表、数据、公式、符号、单位、专业术语和参考文献写得是否准确，或者前后是否一致等.物理试题的科学性则是物理概念、物理定义、物理规律表述是否正确，试题的论据是否充分，物理学发展史是否真实，物理已知条件是不是源于生活，物理条件与结论是否存在逻辑关系，实验材料、实验数据、实验结果是否可靠等的重要因素.物理是自然科学中最基础的学科之一.真实性、科学性是物理习题编制的最基本原则，命题不能随意捏造，不能给出扭曲的物理情景.

在学习选修3-5《反冲》一节时，在很多习题集上都有这样一道题：斜向上射击的大炮，炮身重450 kg，炮弹重5 kg，炮弹射击的速度大小是450 m/s，且与水平方向成60°角，则炮身的反冲速度是多大？

给出的答案如下：

选炮身和炮弹为一系统，系统在水平方向动量守恒.由动量守恒定律得：

0=m1v1-m2v2cos60°

所以v1=2.5 m/s

在分析这一问题时，所有的资料上都是这样解释的：大炮斜向射击过程中，炮身和炮弹组成的系统水平方向动量守恒，竖直方向动量不守恒.在水平方向火药爆炸的内力远大于炮身受到的摩擦力，摩擦力可以忽略，所以水平方向动量守恒，应用动量守恒定律可求炮身的速度.大炮在斜向上射击时竖直方向为什么动量不守恒？水平方向动量一定守恒吗？下面做一详细分析.

分别选炮身、炮弹为研究对象进行受力分析，如图1：

图1 图2

在炮弹从炮膛到炮口的过程中，设火药的平均作用力为F，炮弹的运动看成是速度从0增加到ν2的匀加速直线运动，在竖直方向分别对炮身和炮弹应用牛顿第二定律有FN-m1g-Fsinθ=0 (1)

Fsinθ-m2g=m2ay(2)如图2.

设炮筒的长度为L，炮弹在竖直方向有

vy=v2sinθ(4)

联立以上四式可解得

对于炮身和炮弹组成的系统受到的外力为FN和m1+m2g，由(5)式可知，在炮身射击炮弹的过程中FN和m1+m2g的合力并不等于0 ，所以系统在竖直方向动量不守恒.

假设炮筒的长度L=2.5m，把题目中的数据代入(5)式中可得

假设炮身与地面的动摩擦因数μ=0.2，则炮身受到的摩擦力为

Ff=μFN=0.2×180265N=36053N

由(1)式得炮身与炮弹之间的内力为

将角度换成不同的数值进行计算，不难得出水平方向动量守恒与否由角度决定.当角度较小时摩擦力与内力相比可以忽略，系统水平方向动量守恒；当角度较大时摩擦力不能忽略，水平方向动量不守恒；若支撑面很光滑水平方向动量守恒.

通过以上分析，可知上面这道题在水平方向动量不守恒，原因在于给出的角度过大.所以在编制习题时给出的数据必须恰当，否则就会出现科学性错误.

[1] 人民教育出版社.普通高中课程标准实验教科书 物理(选修3-4)教师教学用书[M].北京：人民教育出版社,2010:30-31.

[责任编辑：闫久毅]

2017-07-01

刘文正(1980.11-) ，男 ，山东聊城人，学历：大学本科，职称：中教一级 ，研究方向：高中物理.

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