人民教育出版社出版的《全日制普通高級(jí)中學(xué)教科書(必修)物理第一冊》第七章練習(xí)二中的第3題有問題,值得商榷。
原題:一臺(tái)抽水機(jī)每秒能把30kg的水抽到10m高的水塔上,不計(jì)額外功的損失,這臺(tái)抽水機(jī)的輸出功率是多大?如果保持這一輸出功率,半小時(shí)能做多少功?取g=10m/s2。
教參中的解法為:
這臺(tái)抽水機(jī)的功率為:
P=Wt
=mght
=30×10×101W
=3×103W。
它半小時(shí)能做功:
W=Pt=3×103×1800J
=5.4×106J。
筆者認(rèn)為,教材中設(shè)置該題的意圖從解題中可以看出,但是解題中忽視抽水機(jī)出口的動(dòng)能是不對的,不得不說,在這里設(shè)置這樣一個(gè)題有點(diǎn)事與愿違,其解大錯(cuò)特錯(cuò)。
正確的解法如下:如圖,設(shè)抽水機(jī)出口橫截面積為S,水離開出口的速度為V,抽水時(shí)間t,水的密度ρ,t時(shí)間抽到h高的水質(zhì)量m。
水在出口處的速度為:
ρSVt=mV=mρSt。
在t時(shí)間內(nèi)機(jī)械能增量為:
mgh+12mV2=mgh+m32ρ2S2t2。
由功能關(guān)系知抽水機(jī)t時(shí)間內(nèi)的輸出功為:
mgh+m32ρ2S2t2。
所以,抽水機(jī)的輸出功率為:
P=Wt=mght+m32ρ2S2t3。
即有P=(3×103+1.35×10-2S2)W。
半小時(shí)能做功:
W=Pt=5.4×104+24.3S2。
從上面的解來看,動(dòng)能是否可以忽略,取決于抽水機(jī)出口的橫截面積S,我們設(shè)抽水機(jī)出口的橫截面積為2×10-3m2,那么抽水機(jī)的輸出功率為:
P=3×103+1.35×10-2S2
=3×103+1.35×10-2(2×10-3)2
=6.375×103W 。
教參中的解之錯(cuò)就不言而喻了。在此題中不告訴抽水機(jī)出口的橫截面積S,不得不說是教材的失誤。解題中又漏掉動(dòng)能,錯(cuò)誤的解答,會(huì)給學(xué)生在思維起到一個(gè)誤導(dǎo)的“負(fù)效應(yīng)”。
另外,題目中“不計(jì)額外功的損失”應(yīng)理解為“不計(jì)抽水機(jī)工作時(shí)摩擦做功轉(zhuǎn)化的內(nèi)能”,不能理解為“不計(jì)抽水機(jī)的動(dòng)能”,因?yàn)槌樗畽C(jī)的輸出能量主要就是“水獲取的動(dòng)能和勢能(機(jī)械能)”。從參考答案來看,教材把“不計(jì)額外功的損失”理解成“忽略摩擦生熱和水的動(dòng)能”恐怕值得商榷。
(欄目編輯羅琬華)
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