例說物理題目情境的真實(shí)性

何家新

（廣西橫縣教研室）

《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)》（2011版）中指出：紙筆測驗(yàn)的試題和課后的作業(yè)題，應(yīng)盡量創(chuàng)設(shè)與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系的情境……在設(shè)計(jì)這些試題時(shí)，注意題目的取材應(yīng)盡量貼近生活，情境設(shè)計(jì)符合實(shí)際情況，數(shù)據(jù)合理等。為此廣大物理教師及教材、教輔資料的編寫者都作出了很大努力，以實(shí)現(xiàn)物理與生產(chǎn)、生活相聯(lián)系的目標(biāo)，但也有一些做得不到之處，下面試舉幾例。

例1.（2014·郴州中考）三峽船閘是世界上最大的，共有5級(jí)閘室。現(xiàn)有一艘輪船從水位是150 m的上游進(jìn)入首級(jí)閘室，當(dāng)首級(jí)閘室的水位降到130 m時(shí)，輪船就可以進(jìn)入下一級(jí)閘室了。其首級(jí)人字閘門每扇門高40 m，寬20 m，厚3 m，由鋼制材料制成（ 鋼的密度取 ρ鋼=8×103kg/m3，g取 10 N/kg）。 求：

（1）其中一扇首級(jí)人字閘門的體積；

（2）其中一扇首級(jí)人字閘門的質(zhì)量；

（3）輪船通過首級(jí)閘室的過程中，閘室底部受到水的壓強(qiáng)減小了多少？

進(jìn)行簡單的計(jì)算可知，其中一扇首級(jí)人字閘門的體積是V＝40 m×20 m×3 m=2400 m3，質(zhì)量是 m=ρ鋼V=8×103kg/m3×2400 m3=1.92×107kg=19200 t。一扇閘門的質(zhì)量就將近2萬噸！真的如此嗎？上網(wǎng)查一下相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，三峽船閘的確是當(dāng)今世界上最大的，它最大的一扇首級(jí)人字閘門高38.5米（一說39.5米）、寬20.2米、厚3米，質(zhì)量850 t。試題中為了減輕學(xué)生的計(jì)算量，閘門的尺寸數(shù)據(jù)取相近的整數(shù)，這無可厚非，但計(jì)算出來的質(zhì)量相差如此之大，這是為什么呢？其實(shí)這很簡單，閘門不是實(shí)心的！它是一個(gè)表面用鋼板密封的鋼架結(jié)構(gòu)。因此，題目的情境設(shè)置表面上看沒問題，利用這個(gè)真實(shí)的情境可以激起學(xué)生的民族自豪感，可實(shí)際中卻是條件不足，無法計(jì)算。

例2.（人教版義務(wù)教育教科書物理八年級(jí)下冊(cè)第38頁“動(dòng)手動(dòng)腦學(xué)物理”第4題，2012年10月第1版，2013年10月第1次印刷）工程師為什么要把攔河壩設(shè)計(jì)成下寬上窄的形狀？三峽水電站的大壩高185 m，當(dāng)水庫水位為175 m時(shí)，壩底受到的水的壓強(qiáng)是多大？

還是關(guān)于三峽的題目，這次是出現(xiàn)在教科書中，但問題還是情境夠真實(shí)，數(shù)據(jù)卻不足，結(jié)果仍然是無法計(jì)算。我們看一下相關(guān)的資料：三峽水庫總庫容393億立方米，大壩長2335米，底部寬115米，頂部寬40米，高程185米，正常蓄水位175米，最大澆筑壩高181米，大壩下游的水位約海拔66米，壩下通航最低水位海拔62米，通航船閘上下游設(shè)計(jì)最大落差113米。水電站總裝機(jī)容量2250萬千瓦，是全世界裝機(jī)容量最大的水力發(fā)電站?？梢?，根據(jù)題目中“水庫水位為175 m”的數(shù)據(jù)，并不能計(jì)算壩底受到的水的壓強(qiáng)，因?yàn)樗畮斓乃皇呛０胃叨?，并不是水面到壩底的水的深度！?shí)際水的深度要比這小得多，按照大壩高程（即海拔高度）185米，最大澆筑壩高181米（這是指真正澆筑混凝土的高度而不是海拔高度），可知大壩基礎(chǔ)底部海拔高度為4米，但大壩基礎(chǔ)的底部不可能在江底表面有江水的地方（就像起大樓打基礎(chǔ)不可能在地面上），所以肯定還深入江底之下，因此實(shí)際壩底有江水的地方的海拔高度要比4米高，這樣水深就遠(yuǎn)小于175米（但要比最大落差113米大一些）。

例3.（人教版義務(wù)教育教科書物理九年級(jí)全一冊(cè)第110頁例題，2013年6月第1版，2014年6月第1次印刷）炎炎夏日即將來臨，明明家新購置了一臺(tái)1 kW的空調(diào)。已知他家原有用電器的總功率是5600 W，電能表上標(biāo)有“220 V 10（40）A”的字樣。請(qǐng)你通過計(jì)算說明：

（1）使用這臺(tái)空調(diào)時(shí)，通過它的電流是多少？

（2）從電能表使用的角度考慮，明明家的電路是否允許安裝這樣一臺(tái)空調(diào)？

教材給出的解答為：這臺(tái)空調(diào)的電流為I1＝4.5 A，增加這臺(tái)空調(diào)后明明家的用電器總電流為I＝30 A＜40 A，可以安裝。

事實(shí)上，這一解答是有問題的，對(duì)于空調(diào)這類非純電阻單相交流電路來說，計(jì)算電功率與電壓、電流之間關(guān)系時(shí)，P＝UI是不適用的，此時(shí)應(yīng)用P＝UIcosφ來計(jì)算，其中cosφ是功率因數(shù)，所以本題還是條件不足，無法解答。當(dāng)然，實(shí)際家用空調(diào)機(jī)的功率因數(shù)可達(dá)0.8～0.9甚至更高，當(dāng)僅考慮電能表能否承受時(shí)，直接用P＝UI來估算未嘗不可，但如果未加說明就直接這樣計(jì)算，會(huì)引起教師、學(xué)生的誤解，有損于教材的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性。其實(shí)對(duì)于非純電阻交流電路有關(guān)計(jì)算，初中階段未作要求，因此用這一題目作例題并不合適。

例4.（2014·邵陽中考）2013年2月，我國科學(xué)家研究出了一種超輕材料，這種材料被稱為“全碳?xì)饽z”。它是迄今為止世界上最輕的材料，其密度僅0.16 kg/m3，則體積為2 m3的這種氣凝膠的質(zhì)量為____kg。

該題又是一道與實(shí)際似是而非的題目，這應(yīng)該是未加分析就照抄新聞報(bào)道的結(jié)果。密度為0.16 kg/m3，新聞報(bào)道中是這樣寫的，但考慮一下，這比空氣的密度1.29 kg/m3還小得多，這個(gè)全碳?xì)饽z在空氣中豈不是像氫氣球一樣會(huì)漂起來？如果不加說明，極易引起誤解。實(shí)際上全碳?xì)饽z在空氣中并不會(huì)漂浮起來，它就像一個(gè)內(nèi)部充滿了空氣的海綿，0.16 kg/m3這一數(shù)值是在排除空氣后的密度值，或者說是不考慮空氣的浮力作用時(shí)測得的值。對(duì)于這種密度很小的物質(zhì)，空氣的浮力作用不可忽略，應(yīng)該像對(duì)待氣體那樣排除空氣的浮力影響來標(biāo)明其密度值，如果這樣，全碳?xì)饽z的密度應(yīng)該標(biāo)為1.45 kg/m3。

課程標(biāo)準(zhǔn)中提到：義務(wù)教育物理課程旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是、尊重自然規(guī)律的科學(xué)態(tài)度，不迷信權(quán)威，勇于創(chuàng)新，有判斷大眾傳媒信息是否符合科學(xué)規(guī)律的初步意識(shí)。作為物理教師要自己先做到，才能培養(yǎng)學(xué)生達(dá)到這一課程目標(biāo)，為此在命題時(shí)要慎之又慎，避免設(shè)置一些似是而非的物理情境。