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摘要:生活中处处有物理问题,但要与高中物理的理论知识相结合,就需要建立合适的物理模型,引用恰当的物理量。同一物理模型,引用不同的物理量,可使解题的规范性和合理性有所不同。利用物理知识解决生活中的问题,不仅有助于同学们对物理知识的学习,提高同学们应用物理模型解决问题的能力,而且还可以在建立物理模型的过程中培养同学们的科学素养。
关键词:物理模型;物理量;理解;应用
近日笔者在学习沈克琦教授主编的《高中物理学》力学部分时,发现第一章习题第25题的内容如下:下雨时,雨点竖直下落到地面,其速度为10 m/s。若在地面上放一横截面积为80 cm2、高为10 cm的圆柱形量筒,则经30 min,筒内接得的雨水水面高度为1 cm。现因风的影响,雨水下落时偏斜30°,若用同样的量筒接得的雨水量与无风时接得的相同,则所需时间是多少?
在《中学物理》(高中版)2002年第7期《联系实际解物理题》-文中,有关此题的解法如下:
将雨水考虑为一滴一滴从云层上下落,可认为受风的影响雨滴下落速度的增加并没有增大降雨量,只是增大了相邻两雨滴间的距离。如图1所示,AB为竖直下落时两雨滴间的距离。
解:设单位面积上每分钟的降雨量为ρ,由前后两次所接雨水量相等得:
以上解法看似无懈可击,实则是错误的。其原因是对ρ的理解有误,把ρ当成了每分钟的降雨量,而非原本假设的单位面积上每分钟的降雨量。
若考虑ρ为单位面积上每分钟的降雨量,则如图2所示,可知受风的影响将导致截面积发生变化,则 S’ =Scosθ。
设风影响前、后单位面积上每分钟的降雨量分别为ρ与ρ’,则由相等时间内降雨量相等得:
再由题意知风影响前后所接雨水量相等,则:
30S0ρ=tS ’p’,
所以t=30 min。
思考:这个物理量.。是不是流量呢?如果是流量为何又会出现变化呢?
笔者查阅北京大学赵凯华主编的《力学》教材,查到的流量的定义为:单位时间内通过流管横截面的流体体积称为体积流量,设截面积为S,截面上各点流速相等且为v,则质量流量Qv =vS。的变化。
考虑到下雨为一滴一滴的实际情况,我们可以从另一个符合实际情况的角度出发来解答这道题。
设下雨时单位时间单位体积内雨滴的个数为”,每滴雨水的平均体积为△V,雨滴竖直下落的速度为v,量筒的截面积为S(S与竖直下落的速度v垂直),则t=30 min内下落到量筒内的雨水的体积v=n△VvSt。
受风影响后,设单位时间单位体积内雨滴的个数为n’,每滴雨水的平均体积为△V,雨滴竖直下落的速度为v’,量筒接收雨水的正截面积为S’(S ’与斜落的速度v ’垂直),则t’内下落到量筒内的雨水的体积v’=n’△Vv’S’t’。
由于无风竖直下落与有风影响斜下落的区别在于雨滴轨迹倾斜,而在相同的时间内下落的高度是不变的,假设落地前的极短时间At内下落的高度为Ah。由图3可知,
由v=v’得t’=t=30 min。
参考文献:
[1]李正安,联系实际解物理题——一竞赛题解法的商榷[J].中学物理(高中版),2002(7).
[2]沈克琦,高中物理学1——力学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2015.
[3]赵凯华,新概念物理——力学[Ml.北京:高等教育出版社,2004.
作者單位:江西省萍乡中学
关键词:物理模型;物理量;理解;应用
近日笔者在学习沈克琦教授主编的《高中物理学》力学部分时,发现第一章习题第25题的内容如下:下雨时,雨点竖直下落到地面,其速度为10 m/s。若在地面上放一横截面积为80 cm2、高为10 cm的圆柱形量筒,则经30 min,筒内接得的雨水水面高度为1 cm。现因风的影响,雨水下落时偏斜30°,若用同样的量筒接得的雨水量与无风时接得的相同,则所需时间是多少?
在《中学物理》(高中版)2002年第7期《联系实际解物理题》-文中,有关此题的解法如下:
将雨水考虑为一滴一滴从云层上下落,可认为受风的影响雨滴下落速度的增加并没有增大降雨量,只是增大了相邻两雨滴间的距离。如图1所示,AB为竖直下落时两雨滴间的距离。
解:设单位面积上每分钟的降雨量为ρ,由前后两次所接雨水量相等得:
以上解法看似无懈可击,实则是错误的。其原因是对ρ的理解有误,把ρ当成了每分钟的降雨量,而非原本假设的单位面积上每分钟的降雨量。
若考虑ρ为单位面积上每分钟的降雨量,则如图2所示,可知受风的影响将导致截面积发生变化,则 S’ =Scosθ。
设风影响前、后单位面积上每分钟的降雨量分别为ρ与ρ’,则由相等时间内降雨量相等得:
再由题意知风影响前后所接雨水量相等,则:
30S0ρ=tS ’p’,
所以t=30 min。
思考:这个物理量.。是不是流量呢?如果是流量为何又会出现变化呢?
笔者查阅北京大学赵凯华主编的《力学》教材,查到的流量的定义为:单位时间内通过流管横截面的流体体积称为体积流量,设截面积为S,截面上各点流速相等且为v,则质量流量Qv =vS。的变化。
考虑到下雨为一滴一滴的实际情况,我们可以从另一个符合实际情况的角度出发来解答这道题。
设下雨时单位时间单位体积内雨滴的个数为”,每滴雨水的平均体积为△V,雨滴竖直下落的速度为v,量筒的截面积为S(S与竖直下落的速度v垂直),则t=30 min内下落到量筒内的雨水的体积v=n△VvSt。
受风影响后,设单位时间单位体积内雨滴的个数为n’,每滴雨水的平均体积为△V,雨滴竖直下落的速度为v’,量筒接收雨水的正截面积为S’(S ’与斜落的速度v ’垂直),则t’内下落到量筒内的雨水的体积v’=n’△Vv’S’t’。
由于无风竖直下落与有风影响斜下落的区别在于雨滴轨迹倾斜,而在相同的时间内下落的高度是不变的,假设落地前的极短时间At内下落的高度为Ah。由图3可知,
由v=v’得t’=t=30 min。
参考文献:
[1]李正安,联系实际解物理题——一竞赛题解法的商榷[J].中学物理(高中版),2002(7).
[2]沈克琦,高中物理学1——力学[M].合肥:中国科学技术大学出版社,2015.
[3]赵凯华,新概念物理——力学[Ml.北京:高等教育出版社,2004.
作者單位:江西省萍乡中学