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在物理教学中,一些常见的题目往往有大家公认的标准答案,但这些标准答案中也不乏错误,由于我们没有细致推敲就接受了标准答案,在讲解练习和批改作业时,甚至在阅卷时都用这个“标准答案”来指导我们的教学. 这样,错误的“标准答案”就以讹传讹地流传了很多年.下面,笔者对两个广泛流传的错误的“标准答案”进行探讨.
题1:古代的侦察兵为了及早发现敌人骑兵的活动,常常把耳朵贴在地上听,试解释这样做的道理.
标准答案:声音在不同的介质中传播速度不同,声音在土地中比空气中传播快. 当马蹄踏在土地上,使土地振动时,就发出了声音,而声音沿土地传播的时间比通过空气传播的时间短,所以侦察兵把耳朵贴在土地上,能够及早发现敌人骑兵的活动.
与此类似的题目被多种学习资料和各类考试试卷转抄(百度一下,找到有该题目的网页有195篇),更多的是变形为选择题:古代的侦察兵为了及早发现敌人骑兵的活动,常常把耳朵贴在地面上听,以下解释错误的是()
A. 马蹄踏在地面上时,使土地振动而发声
B. 马蹄声可以沿土地传播
C. 马蹄声不能通过空气传到人耳
D. 土地传播声音的速度比空气快
标准答案:C,那么A、B、D就是正确的解释了.
笔者认为这种用比较传声快慢的说法来解释不符合实际:假定我们可以听见2千米远的敌人骑兵马蹄声,通过空气传播过来大约需要6秒多的时间,而通过大地传播过来大约1秒左右,那么就提前5秒的时间发现了敌人,这个提前量在实际战斗中似乎意义不大.而更为合理的说法是:固体传播声音的能力比气体强,传播过程中声音能量衰减小,所以耳朵贴在地面上能够比在空气中听到更远的马蹄声.比如:耳朵贴紧地面能听到3千米远的马蹄声,在空气中能够听见2千米外的马蹄声,并估计战马较长距离的奔跑速度为5米/秒,那么发现敌人的提前时间就为战马跑完这1千米所用的时间200秒,这样才能够及早做好战斗准备.
因此,题1的标准答案的关键点应该更正为:这是由于固体的传声能力强,气体传声能力弱造成的.而前面的这道选择题的选项D的说法本身没有错误,但却不能解释题干的问题,所以选项D应该更改为:土地传播声音的能力比空气强.
宋代科学家沈括的名著《梦溪笔谈》〈器用〉篇中有如此的记载:古法以牛革为矢服,卧则以为枕,取其中虚,附地枕之,数里内有人马声,则皆闻之,盖虚能纳声也.牛马皮所做的中空箭囊,当作枕头,贴地而听,可以将远处的人马声放大.这种设置沈括的解释是“虚能纳声”,其实是共鸣器的原理,导致能够发现更远处敌人的动静,而与声音传播速度大小关系不大.有习题却把该现象说成“这是因为声音在大地中的传播速度比空气中 的缘故(填‘快’或‘慢’)”.
题2:为什么灯泡总是容易在开灯的瞬间损坏?
标准答案:导体的电阻与导体的材料、截面积、长度和温度有关.一般金属材料的电阻都随温度的升高而增大,灯丝钨也具有同样的性质.开灯的瞬间,灯丝温度低、电阻小,所以开灯瞬间电流较大,灯丝易出现过热而熔断.工作一段时间后,灯丝温度升高,阻值随温度的升高而增大,灯的电流和功率接近额定值,因而难以损坏(百度该问题后,找到相关网页422篇文章均是这种说法).
这种说法广为大家接受,但仔细推敲一下就会发现这种解释实际上自相矛盾:既然是由于灯丝温度低才导致电阻小、电流大、发热快的,怎么又同时“过热而熔断”呢?注意:这里“过热而熔断”的意思就是:温度过高,超过了灯丝的熔点,而温度的高低与发热的快慢并不是一回事.开灯的时候,灯丝温度低,产生的大量的热主要用来使灯丝温度升高,温度越高灯丝电阻就越大,电流随之减小,发热就会逐渐减慢,最后达到稳定的温度值.所以,从开灯瞬间到灯泡稳定发光过程中并不会出现远高于稳定工作时的温度.
笔者认为灯丝断裂的原因不是温度的高低,而是温度的急剧变化造成的:通电前,灯丝处于常温状态;通电后,由于灯丝此时电阻小,电流就会很大,在极短时间内产生大量的热,使灯丝温度急剧上升,灯丝同时急速膨胀,有些地方或许出现了膨胀不均匀的情况而导致灯丝断裂.如果灯丝没有断裂,那么灯丝在极短的时间内温度已经上升到一定程度,电阻也同时增大,电流减小,产生的电热逐渐减慢,而灯丝与环境的温度差逐渐变大而导致散热逐渐加快.当灯丝产生的电热与灯丝散热相平衡时,灯丝就处于最高温度的相对稳定状态,灯丝不会再急剧膨胀而出现断裂的可能了.
同样是利用电流的热效应来工作的电炉丝,在通电开始后可以观察到明显的由暗逐渐变亮最后达到稳定亮度的过程,而并没有出现突然特别明亮的现象(如图1所示).而且我们还可以看到螺旋状的电炉丝在通电后逐渐变亮过程中发生了明显的形变,甚至还可以听到电炉丝在形变过程中由于颤抖而发出的声音.
灯泡的灯丝也是螺旋状的,除可以减小灯丝的散热面积,提高灯丝温度达到提高灯泡的发光效率外,还可以使灯丝富于弹性,减少由于灯丝急剧膨胀或收缩时引起灯丝断裂现象的发生.
可见,对于标准答案不能人云亦云,需要独立思考,更要有质疑的精神. 责任编辑罗峰
题1:古代的侦察兵为了及早发现敌人骑兵的活动,常常把耳朵贴在地上听,试解释这样做的道理.
标准答案:声音在不同的介质中传播速度不同,声音在土地中比空气中传播快. 当马蹄踏在土地上,使土地振动时,就发出了声音,而声音沿土地传播的时间比通过空气传播的时间短,所以侦察兵把耳朵贴在土地上,能够及早发现敌人骑兵的活动.
与此类似的题目被多种学习资料和各类考试试卷转抄(百度一下,找到有该题目的网页有195篇),更多的是变形为选择题:古代的侦察兵为了及早发现敌人骑兵的活动,常常把耳朵贴在地面上听,以下解释错误的是()
A. 马蹄踏在地面上时,使土地振动而发声
B. 马蹄声可以沿土地传播
C. 马蹄声不能通过空气传到人耳
D. 土地传播声音的速度比空气快
标准答案:C,那么A、B、D就是正确的解释了.
笔者认为这种用比较传声快慢的说法来解释不符合实际:假定我们可以听见2千米远的敌人骑兵马蹄声,通过空气传播过来大约需要6秒多的时间,而通过大地传播过来大约1秒左右,那么就提前5秒的时间发现了敌人,这个提前量在实际战斗中似乎意义不大.而更为合理的说法是:固体传播声音的能力比气体强,传播过程中声音能量衰减小,所以耳朵贴在地面上能够比在空气中听到更远的马蹄声.比如:耳朵贴紧地面能听到3千米远的马蹄声,在空气中能够听见2千米外的马蹄声,并估计战马较长距离的奔跑速度为5米/秒,那么发现敌人的提前时间就为战马跑完这1千米所用的时间200秒,这样才能够及早做好战斗准备.
因此,题1的标准答案的关键点应该更正为:这是由于固体的传声能力强,气体传声能力弱造成的.而前面的这道选择题的选项D的说法本身没有错误,但却不能解释题干的问题,所以选项D应该更改为:土地传播声音的能力比空气强.
宋代科学家沈括的名著《梦溪笔谈》〈器用〉篇中有如此的记载:古法以牛革为矢服,卧则以为枕,取其中虚,附地枕之,数里内有人马声,则皆闻之,盖虚能纳声也.牛马皮所做的中空箭囊,当作枕头,贴地而听,可以将远处的人马声放大.这种设置沈括的解释是“虚能纳声”,其实是共鸣器的原理,导致能够发现更远处敌人的动静,而与声音传播速度大小关系不大.有习题却把该现象说成“这是因为声音在大地中的传播速度比空气中 的缘故(填‘快’或‘慢’)”.
题2:为什么灯泡总是容易在开灯的瞬间损坏?
标准答案:导体的电阻与导体的材料、截面积、长度和温度有关.一般金属材料的电阻都随温度的升高而增大,灯丝钨也具有同样的性质.开灯的瞬间,灯丝温度低、电阻小,所以开灯瞬间电流较大,灯丝易出现过热而熔断.工作一段时间后,灯丝温度升高,阻值随温度的升高而增大,灯的电流和功率接近额定值,因而难以损坏(百度该问题后,找到相关网页422篇文章均是这种说法).
这种说法广为大家接受,但仔细推敲一下就会发现这种解释实际上自相矛盾:既然是由于灯丝温度低才导致电阻小、电流大、发热快的,怎么又同时“过热而熔断”呢?注意:这里“过热而熔断”的意思就是:温度过高,超过了灯丝的熔点,而温度的高低与发热的快慢并不是一回事.开灯的时候,灯丝温度低,产生的大量的热主要用来使灯丝温度升高,温度越高灯丝电阻就越大,电流随之减小,发热就会逐渐减慢,最后达到稳定的温度值.所以,从开灯瞬间到灯泡稳定发光过程中并不会出现远高于稳定工作时的温度.
笔者认为灯丝断裂的原因不是温度的高低,而是温度的急剧变化造成的:通电前,灯丝处于常温状态;通电后,由于灯丝此时电阻小,电流就会很大,在极短时间内产生大量的热,使灯丝温度急剧上升,灯丝同时急速膨胀,有些地方或许出现了膨胀不均匀的情况而导致灯丝断裂.如果灯丝没有断裂,那么灯丝在极短的时间内温度已经上升到一定程度,电阻也同时增大,电流减小,产生的电热逐渐减慢,而灯丝与环境的温度差逐渐变大而导致散热逐渐加快.当灯丝产生的电热与灯丝散热相平衡时,灯丝就处于最高温度的相对稳定状态,灯丝不会再急剧膨胀而出现断裂的可能了.
同样是利用电流的热效应来工作的电炉丝,在通电开始后可以观察到明显的由暗逐渐变亮最后达到稳定亮度的过程,而并没有出现突然特别明亮的现象(如图1所示).而且我们还可以看到螺旋状的电炉丝在通电后逐渐变亮过程中发生了明显的形变,甚至还可以听到电炉丝在形变过程中由于颤抖而发出的声音.
灯泡的灯丝也是螺旋状的,除可以减小灯丝的散热面积,提高灯丝温度达到提高灯泡的发光效率外,还可以使灯丝富于弹性,减少由于灯丝急剧膨胀或收缩时引起灯丝断裂现象的发生.
可见,对于标准答案不能人云亦云,需要独立思考,更要有质疑的精神. 责任编辑罗峰