王思越

摘 要：本文通過(guò)求解一道關(guān)于“揚(yáng)場(chǎng)機(jī)能把谷粒、谷糠和小石塊分開，為什么落地點(diǎn)的遠(yuǎn)近不同”的物理題，針對(duì)新東方在線題庫(kù)網(wǎng)站和題谷教育-視頻答案網(wǎng)站給出的答案，提出質(zhì)疑、設(shè)問(wèn)和解答，并從空氣阻力計(jì)算公式和動(dòng)量守恒定律的角度出發(fā)，進(jìn)行公式推導(dǎo)，給出了求解該物理題的思路和方法。最后，根據(jù)求解該物理題提出了在中學(xué)物理學(xué)習(xí)中，建立批判性思維的幾點(diǎn)體會(huì)。

關(guān)鍵詞：物理題；揚(yáng)場(chǎng)機(jī)；空氣阻力；動(dòng)量守恒定律；批判性思維

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2017）1-0033-3

一道眾所周知的物理題，針對(duì)網(wǎng)絡(luò)上不同名師的講法，使筆者體會(huì)到建立批判性思維在物理學(xué)習(xí)中的重要性。

1 一道物理題及兩個(gè)網(wǎng)站的解析

如圖1所示是農(nóng)用揚(yáng)場(chǎng)機(jī)示意圖，谷物脫粒后，谷物、糠皮及少量碎石砂粒的混合物在轉(zhuǎn)動(dòng)的輪和皮帶P的帶動(dòng)下被拋出。谷物、糠皮、碎石砂粒落地的遠(yuǎn)近不同形成三堆，從而達(dá)到分離的目的，其分離的原因是 ，A堆是 ，C堆是 。

對(duì)于這道物理題，網(wǎng)絡(luò)、輔導(dǎo)教材、各種老師的講法不一，答案不一。新東方在線網(wǎng)站（http：//www.koolearn.com/shiti/st-1-702838.html）[1]給出的答案是：飛出時(shí)速度相同，質(zhì)量大小不同的三種物體動(dòng)能大小不同，飛出的距離不同；糠皮；碎石砂粒。

從題谷網(wǎng)站（http：//www.tigu.cn/question_200

38060.htm）[2]中給出的解釋較為全面：

【思路分析】

①動(dòng)能大小的影響因素：質(zhì)量、速度。質(zhì)量越大，速度越大，動(dòng)能越大。

②揚(yáng)場(chǎng)機(jī)能把谷粒、谷糠和小石塊一同揚(yáng)出，雖然它們揚(yáng)起的速度是相同的，但是同樣大小的谷粒和小石塊，小石塊的質(zhì)量大，小石塊具有的動(dòng)能大，飛得更遠(yuǎn)一些。

【答案】

谷糠的落地點(diǎn)距揚(yáng)場(chǎng)機(jī)最近，小石塊最遠(yuǎn)。因?yàn)橥瑯哟笮〉墓攘：托∈瘔K，雖然飛出時(shí)的速度相同，但是由于質(zhì)量不同，所以動(dòng)能不同，小石塊的質(zhì)量較大，動(dòng)能也比較大，所以能夠克服空氣的阻力飛到更遠(yuǎn)的地方。

【總結(jié)】

本題利用生活中的一個(gè)具體實(shí)例，考查了學(xué)生對(duì)問(wèn)題的分析能力以及物理知識(shí)的應(yīng)用。

2 筆者解析

以上網(wǎng)上的講法，多為名校名師提供。筆者在解題中，發(fā)現(xiàn)一些講法運(yùn)用的物理概念不準(zhǔn)確，分析問(wèn)題不深入、不全面，應(yīng)該在今后的教學(xué)中進(jìn)行改進(jìn)。以答題比較全面的“題谷網(wǎng)站”頁(yè)面為例，理由如下：

1. 分析此題，應(yīng)該運(yùn)用動(dòng)量守恒定律更為準(zhǔn)確；

2.思路分析中只談質(zhì)量、速度和動(dòng)能，沒(méi)有談到空氣阻力問(wèn)題；

3.答案只談到“能夠克服空氣阻力飛到更遠(yuǎn)的地方”，而沒(méi)有涉及阻力大小與三種物體的影響關(guān)系。

下面以設(shè)問(wèn)說(shuō)明。

設(shè)問(wèn)1 如果將谷糠壓縮成與小石子相同質(zhì)量的塊狀谷糠，再將塊狀谷糠與小石子從揚(yáng)場(chǎng)機(jī)里一同揚(yáng)出，是否會(huì)得到“由于質(zhì)量相同，所以動(dòng)能相同，小石塊的質(zhì)量與塊狀谷糠的質(zhì)量相同，動(dòng)能也相同，所以能夠克服空氣的阻力飛到相同的地方”這樣的結(jié)果呢？

通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，結(jié)論應(yīng)該是：盡管質(zhì)量相同、速度相同、動(dòng)能相同，但是，由于塊狀谷糠和小石子體積不同，迎風(fēng)面的面積不同，塊狀谷糠將會(huì)拋射得近一些，小石子將被拋射得遠(yuǎn)一些。如題目中描述的那樣，小石子因?yàn)轶w積小，在揚(yáng)場(chǎng)機(jī)的拋出速度下，空氣阻力對(duì)小石子的沖量施加影響小，小石子的運(yùn)動(dòng)軌跡將接近拋物線的運(yùn)行軌跡，在最遠(yuǎn)處落地。相比之下，塊狀谷糠的體積非常大，在揚(yáng)場(chǎng)機(jī)的拋出速度下，空氣阻力對(duì)塊狀谷糠沖量相對(duì)施加影響大，塊狀谷糠的運(yùn)行軌跡，就遠(yuǎn)離拋物線軌跡，在最近處落地。

設(shè)問(wèn)2 如果將谷糠壓縮成與小石子相同質(zhì)量的塊狀谷糠，再將小石子填充到與塊狀谷糠同樣體積的泡沫制品中，泡沫質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于小石子的質(zhì)量，可以忽略不計(jì)，再將塊狀谷糠與小石子泡沫制品從揚(yáng)場(chǎng)機(jī)里一同揚(yáng)出，將會(huì)得到什么結(jié)果呢？

實(shí)驗(yàn)結(jié)論是：塊狀谷糠和小石子泡沫塊將會(huì)拋到同一地點(diǎn)。因?yàn)?，只要質(zhì)量相同，迎風(fēng)面積相同，兩種物體將具備同樣的物理特性。

3 試題核心

筆者認(rèn)為，回答本問(wèn)題的核心關(guān)鍵是：應(yīng)該應(yīng)用動(dòng)量守恒定律和空氣阻力公式，而不是僅僅用動(dòng)能定理分析問(wèn)題。應(yīng)考慮谷物、糠皮、碎石砂粒這三種物體，當(dāng)它們被拋出時(shí)，它們之中的每個(gè)物體的動(dòng)量與它們每個(gè)個(gè)體遇到的空氣阻力產(chǎn)生的沖量的大小之比的問(wèn)題。對(duì)于這個(gè)物體，當(dāng)它的空氣阻力沖量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于被拋出物體的動(dòng)量時(shí)，物體的運(yùn)行軌跡將接近拋物線。反之，當(dāng)這個(gè)物體被拋出時(shí)，它遇到的空氣阻力沖量相對(duì)被拋出物體的動(dòng)量較大時(shí)，物體的運(yùn)行軌跡將遠(yuǎn)離拋物線。

動(dòng)量定理是動(dòng)力學(xué)的普遍定理之一。內(nèi)容為物體動(dòng)量的增量等于它所受合外力的沖量，即Ft=mΔv，即所有外力的沖量的矢量和。其定義為：如果一個(gè)系統(tǒng)不受外力或所受外力的矢量和為零，那么這個(gè)系統(tǒng)的總動(dòng)量保持不變，這個(gè)結(jié)論叫做動(dòng)量守恒定律。

4 試題拓展

由此，筆者想到一個(gè)“村婦誤入博士群”的笑話，一個(gè)村婦誤加入一個(gè)博士群里，有人提問(wèn)：“一滴水從很高很高的地方自由下落，會(huì)不會(huì)砸傷人或砸死人？”群里一下就熱鬧起來(lái)，各種公式，各種假設(shè)，各種阻力、重力、加速度的計(jì)算，足足討論了近一個(gè)小時(shí)。這時(shí)，村婦默默問(wèn)了一句：“你們沒(méi)有淋過(guò)雨嗎？”群里突然死一般的寂靜，然后村婦就被踢出群了。

這個(gè)笑話說(shuō)明了一個(gè)問(wèn)題：生活實(shí)際的問(wèn)題，不同于單純的物理習(xí)題，它反映的是真實(shí)情況。我們的物理課程教育，為了闡述理論教學(xué)，往往忽略了生活中的假設(shè)。然而，在生活中解決問(wèn)題卻需要我們必須考慮曾經(jīng)被忽略的假設(shè)及其外部條件。如果不考慮這些實(shí)實(shí)在在的真實(shí)環(huán)境和外部條件，我們?cè)诮忸}中，就會(huì)出現(xiàn)與事實(shí)相背離的錯(cuò)誤結(jié)論，就會(huì)出現(xiàn) “雨滴砸死人”的笑話，成為眾人的笑柄。水滴剛剛滴下時(shí)，由于速度不快，在忽略空氣阻力的條件下，可以用自由落體公式求解，但是，隨著水滴下落的速度加快，所遇到的空氣阻力也就越大，自由落體公式中原來(lái)的假設(shè)條件將會(huì)消失，因此，就不能僅僅用單一的自由落體公式求解。

通過(guò)這些實(shí)例，筆者認(rèn)為在物理題中，往往存在一些不落在紙上的、一般常識(shí)性的假設(shè)，這些假設(shè)，如果我們?cè)诮忸}中不考慮，甚至忽略掉，往往會(huì)讓我們?cè)诮忸}中出錯(cuò)。

5 教學(xué)啟示

通過(guò)思考這道物理題，使筆者得到以下啟示：

1.學(xué)習(xí)物理學(xué)，要培養(yǎng)鍛煉自己的批判性思維，對(duì)物理題中任何一種答案，都要經(jīng)過(guò)嚴(yán)密的推理和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，不可人云亦云、不假思索地記憶和接受。

2.在分析求解時(shí)，應(yīng)該大膽質(zhì)疑、思考，并運(yùn)用物理學(xué)中的定理、定律，進(jìn)行邏輯推理、演算和論證，舉一反三，以求融會(huì)貫通、全面掌握，切不可僅僅憑著日常觀察的現(xiàn)象給出結(jié)論。

3.求解物理習(xí)題時(shí)，應(yīng)用的物理公式往往都是有假設(shè)前提和條件的，有些條件并沒(méi)有在試題中提到，我們?cè)诜治鲱}目時(shí)，一定要找到適應(yīng)的條件、隱含的條件，根據(jù)不同的條件，加以甄別、討論，求解答案。如果忽視這些潛在的條件，往往會(huì)鬧出“水滴砸死人”的笑話來(lái)。

4.很多物理題目都是生活實(shí)踐中的題目，在分析求解習(xí)題時(shí)，要學(xué)會(huì)分清主次，抓住主要矛盾。物體在運(yùn)動(dòng)的全過(guò)程中，影響其運(yùn)動(dòng)受力的相關(guān)因素很多，需要細(xì)分過(guò)程段，每個(gè)過(guò)程段的主要影響因素不同，條件也有所不同，要做到具體問(wèn)題具體分析。

參考文獻(xiàn)：

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shiti/st-1-702838.html.

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[4]譚俊賢.適時(shí)適度追問(wèn)，提高思維品質(zhì)[J].物理教學(xué)探討，2016，34（8）：11-13.

（欄目編輯 鄧 磊）