从物理习题中发现真善美

孙继彬


世上万物,以真善美为最高境界.物理学是真善美统一的有机体,从习题中也可窥其一斑.
真是客观物质世界所表现出来的规律.观察事物,研究方法,总结规律就是求真的过程.
例1 空中缆车是旅游景点给游客准备的上山和进行空中参观的交通工具,如图1所示是一质量为m的游客乘坐空中缆车沿着坡度为30。的山坡上行的示意图.开始时空中缆车平稳上行,由于故障,缆车以加速度a=g/2加速上行,则下列说法中正确的是( ? ?)
A.加速状态下游客对缆车底面的压力是平稳状态的5/4倍
B.加速状态下游客对缆车底面的压力是平稳状态的√3/4倍
C.加速状态下游客受到的摩擦力与平稳状态下的相等
D.加速状态下游客受到的摩擦力比平稳状态下的大
解析 此题的研究对象是游客,斜向上加速运动,支持力和摩擦力是水平和竖直方向.牛顿第二定律强调力和加速度方向要一致,所以想到分解加速度如图2甲,沿水平、竖直两方向分解.
al=asin 30°,a2=acos 30°.
所以受力为图2乙,分别使用第二定律
所以A、D两选项正确.
主动观察生活现象,发现其中物理规律,学以致用,此为真.
善是把科学技术应用于生产生活,改善人的生产生活,促使人类生活趋于高尚,是至善的.
例2 如图3是“嫦娥三号”飞行轨道示意图.假设嫦娥三号运行经过P点第一次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道I上运动,再次经过P点时第二次通过近月制动使“嫦娥三号”在距离月面近地点为Q,高度为15 km,远地点为P,高度为100 km的橢圆轨道Ⅱ上运动,下列说法正确的是( ? ?)
A.“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道I上运动时速度大小可能变化
B.“嫦娥三号”在距离月面高度为100 km的圆轨道I上运动的周期一定大于在椭圆轨道Ⅱ上运动的周期
C.“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的加速度一定大于经过P点时的加速度
D.“嫦娥三号”在椭圆轨道Ⅱ上运动经过Q点时的速率可能小于经过P点时的速率
认识宇宙、开发宇宙、服务人类是天体物理的终极目标,也是目前的科技前沿.依据的规律有开普勒三定律、万有引力定律、圆周运动规律、牛顿三定律.由网轨道I为圆,得速度大小不变,由开普勒第三定律知道半长轴长周期大,由牛顿第二定律知道加速度与距离有关,R越小a越大,由开普勒第二定律知,椭圆轨道近轨快.可得选项BC.
关注前沿,凸显时代性,此为善.
美是指事物本身具有的,能唤起人的愉悦情感的属性.物理学上有简单美、对称美、统一美等.物理图象就可以通过简单的图象表达丰富的内容,
例3 甲、乙两车在平直公路上同向行驶,其v-t图象如图4所示.已知两车在t=3 s时并排行驶,则( ? ?)
A.在t=l s时,甲车在乙车后
B.在t=0时,甲车在乙车前7.5 m
C.两车另一次并排行驶的时刻是t=2s
D.甲、乙两车两次并排行驶的位置之间沿公路方向的距离为40 m
简单的图象包涵很多的内容这是语言叙述所达不到的效果.此图包涵下列信息:
甲、乙的初速度v甲 =0,v乙=10 m/s,
甲、乙的加速度a甲=10 m/s;a乙=5 m/s:
甲经2s速度与乙速度相同 v=20m/s;
由t=3 s时并排行驶、1~3 s的面积相等知甲乙在t=l s时也并排行驶;
0~1 s乙车速度大于甲车速度,所以t=0时甲车在乙车前;
距离为0~1 s间的面积差Ax= x乙- x甲=7.5 m,可得开始时甲在乙前7.5 m.
两次并排间的距离为1-3 s任意一车前进距离,1 s末甲车速度v=a甲t=10 m/s可得
x甲=vt +1/2a甲t2=40 m.
所以BD正确.
图象的简洁明了显示了物理学的简单美.
在学习过程中发掘真善美的同时,体验习得知识,陶冶情操,可以提高物理学素养乃至促进人格的健康发展.
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