浅谈物理考查中的过度学术化倾向.doc

从一道高考题引发的思考 ——浅谈物理考查中的过度学术化倾向 沈金林 （浙江省平湖中学 浙江平湖 314200） 问题的由来 2006年全国卷Ⅰ理综物理有这样一道选择题： 【例1】 一位质量为m的运动员从下蹲状态向上起跳，经时间，身体伸直并刚好离开地面，速度为v。在此过程中，（ ） A．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为mv2 B．地面对他的冲量为mv＋mgΔt，地面对他做的功为零 C．地面对他的冲量为mv，地面对他做的功为mv2 D．地面对他的冲量为mv－mgΔt，地面对他做的功为零 本题正确的答案是B。而临场考生大多误选A或C，错误的认为地面对运动员做的功应等于其动能变化。其实，运动员是一个由肢体的各部分组成的质点系，而高中物理的动能定理只适用于质点。质点系的机械能的变化不仅与重力、弹性力以外的其它外力做功有关，还跟其他内力做功有关。本题中运动员从下蹲状态向上起跳机械能的增加是通过肢体内力做功实现的，地面对人的作用力没有做功。 从功的定义式出发分析，物理学中所谓的机械功是指作用在物体上的力和物体沿力的方向上发生了位移，这里的“位移”确切地说是指力的作用点沿力的方向对地的位移，本题中运动员从下蹲状态向上起跳过程中，重心的高度虽然发生了变化，但地面对人的作用力作用点对地并没有位移，所以，地面对人的作用力并没有做功。 从功和能的转化角度分析，做功过程必然伴随着能量转化或转移，甲物体对乙物体做功，则甲物体的能量减少，而乙物体的能量增加。在运动员起跳过程中，地面与人之间显然没有能量转化或转移，地面对人和人对地面的作用力都没有做功。 笔者之所以在此不厌其烦对此题作出解释，是因为类似该题中学生所犯的错误大量存在于现各类测试卷和课外辅导练习中。请看一个常见于教辅用书中的试题： 【例2】 如图1所示，平板车放在光滑水平面上，一个人从车的左端由静止开始加速向右端跑动，设人受到的摩擦力为f，平板车受到的摩擦力为f′，下列说法正确的是（ ） A．f、f′均做负功 B．f、f′均做正功 C．f做负功，f′做正功 D．因为是静摩擦力，f、f′做功均为零 教辅用书对该题常见的解析为：人在跑动过程中，速度增加，人受到的摩擦力对人做正功，同时车后退，车受到的摩擦力对车做正功，故B项正确。 表面上看，这样的分析与解答滴水不漏，可谓“天衣无缝”。但仔细一推敲就不难发现，与上题错误相似，是被人和车的机械能都增加了这一表象所迷惑。当人在车上向右加速跑动的过程中，即使人的重心在向右（前）加速移动，人的后脚向左（后）蹬车使车向左（后）加速运动，无论脚底与车面是否有相对滑动（通常情况下应是相对静止的），摩擦力在脚底上的作用点（对地）都是向左（后）移动的，这个移动方向与对脚的摩擦力方向相反，所以，人受到的摩擦力做负功，而车受到的摩擦力做正功。人和车的机械能的是肢体的内力做功才实现。 现在的问题是，为什么有如此之多的考生会对凡涉及到人做功过程会出现误解？尤其是接受过专业教育的教师（各类教辅用书的编者）也犯有同样的错误，这样的考查是不是脱离了中学教学的实际？而以质点系的动能定理、内力做功等的专业水准去要求我们的中学生，这样的考查要求是不是有点过度学术化了？ 中学教材对质点系问题的处理方法 限于教学阶段的局限性，中学物理不讲质点系的动能定理和内力做功等知识，但并不回避诸如运动员、飞机、汽车等实际问题，而从严格意义上讲，运动员、飞机、汽车等都是质点系，那么，中学物理教学中是如何处理这类问题的呢？我们不妨来看现行高中物理教材必修（人教社2002年版）P124一个其实也是长久以来物理教材中一直沿用的例题： 【例3】 一架喷气式飞机，质量m=5×103kg，起飞过程中从静止开始滑跑的路程为s=5.3×102m时，达到起飞速度v=60m/s，在此过程中飞机受到的平均阻力是飞机重量的0.02倍，求飞机受到的牵引力。 课本对于该题给出的解答是，以飞机为研究对象，牵引力做功WF=Fs，，阻力做功Wf=－0.02mgs，根据动能定理 Fs－0.02mgs mv2－0即可求解。对此，如按【例1】中的高考命题的评判标准，牵引力是否做功是个有待探讨的问题。因为在飞机滑行过程中，是哪个物体在“牵”、“引”飞机？即给出这个牵引力的施力物体是哪个？非常明显，能找到的作用于且与的加速方向始终一致的外力，只可能来自地面作用于起落架主动轮上的那个静摩擦力和喷气发动机产生的空气推力。而，无论是地面还是空气，对飞机显然都是不做功的。 其实，从意义上讲，牵引力是应因功能关系而引入的一个等效力，引入牵引力的概念后，发动机内力所作的有用功就可以等效成牵引力F牵所作的功。但高中学生限于知识水平，他们能找到使飞机加速的施力物体只能来自地面作用于起落架主动轮上的那个