例说物理题目情境的真实性

何家新

《义务教育物理课程标准》（2011版）中指出：纸笔测验的试题和课后的作业题，应尽量创设与生产、生活相联系的情境……在设计这些试题时，注意题目的取材应尽量贴近生活，情境设计符合实际情况，数据合理等。为此广大物理教师及教材、教辅资料的编写者都作出了很大努力，以实现物理与生产、生活相联系的目标，但也有一些做得不到之处，下面试举几例。

例1.（2014·郴州中考）三峡船闸是世界上最大的，共有5级闸室。现有一艘轮船从水位是150 m的上游进入首级闸室，当首级闸室的水位降到130 m时，轮船就可以进入下一级闸室了。其首级人字闸门每扇门高40 m，宽20 m，厚3 m，由钢制材料制成（钢的密度取ρ钢=8×103 kg/m3，g取10 N/kg）。求：

（1）其中一扇首级人字闸门的体积；

（2）其中一扇首级人字闸门的质量；

（3）轮船通过首级闸室的过程中，闸室底部受到水的压强减小了多少？

进行简单的计算可知，其中一扇首級人字闸门的体积是V=40 m×20 m×3 m=2400 m3，质量是m=ρ钢V=8×103 kg/m3×2400 m3=1.92×107 kg=19200 t。一扇闸门的质量就将近2万吨！真的如此吗？上网查一下相关数据发现，三峡船闸的确是当今世界上最大的，它最大的一扇首级人字闸门高38.5米（一说39.5米）、宽20.2米、厚3米，质量850 t。试题中为了减轻学生的计算量，闸门的尺寸数据取相近的整数，这无可厚非，但计算出来的质量相差如此之大，这是为什么呢？其实这很简单，闸门不是实心的！它是一个表面用钢板密封的钢架结构。因此，题目的情境设置表面上看没问题，利用这个真实的情境可以激起学生的民族自豪感，可实际中却是条件不足，无法计算。

例2.（人教版义务教育教科书物理八年级下册第38页“动手动脑学物理”第4题，2012年10月第1版，2013年10月第1次印刷）工程师为什么要把拦河坝设计成下宽上窄的形状？三峡水电站的大坝高185 m，当水库水位为175 m时，坝底受到的水的压强是多大？

还是关于三峡的题目，这次是出现在教科书中，但问题还是情境够真实，数据却不足，结果仍然是无法计算。我们看一下相关的资料：三峡水库总库容393亿立方米，大坝长2335米，底部宽115米，顶部宽40米，高程185米，正常蓄水位175米，最大浇筑坝高181米，大坝下游的水位约海拔66米，坝下通航最低水位海拔62米，通航船闸上下游设计最大落差113米。水电站总装机容量2250万千瓦，是全世界装机容量最大的水力发电站。可见，根据题目中“水库水位为175 m”的数据，并不能计算坝底受到的水的压强，因为水库的水位是海拔高度，并不是水面到坝底的水的深度！实际水的深度要比这小得多，按照大坝高程（即海拔高度）185米，最大浇筑坝高181米（这是指真正浇筑混凝土的高度而不是海拔高度），可知大坝基础底部海拔高度为4米，但大坝基础的底部不可能在江底表面有江水的地方（就像起大楼打基础不可能在地面上），所以肯定还深入江底之下，因此实际坝底有江水的地方的海拔高度要比4米高，这样水深就远小于175米（但要比最大落差113米大一些）。

例3.（人教版义务教育教科书物理九年级全一册第110页例题，2013年6月第1版，2014年6月第1次印刷）炎炎夏日即将来临，明明家新购置了一台1 kW的空调。已知他家原有用电器的总功率是5600 W，电能表上标有“220 V 10（40） A”的字样。请你通过计算说明：

（1）使用这台空调时，通过它的电流是多少？

（2）从电能表使用的角度考虑，明明家的电路是否允许安装这样一台空调？

教材给出的解答为：这台空调的电流为I1=4.5 A，增加这台空调后明明家的用电器总电流为I=30 A<40 A，可以安装。

事实上，这一解答是有问题的，对于空调这类非纯电阻单相交流电路来说，计算电功率与电压、电流之间关系时，P=UI是不适用的，此时应用P=UIcosφ来计算，其中cosφ是功率因数，所以本题还是条件不足，无法解答。当然，实际家用空调机的功率因数可达0.8～0.9甚至更高，当仅考虑电能表能否承受时，直接用P=UI来估算未尝不可，但如果未加说明就直接这样计算，会引起教师、学生的误解，有损于教材的科学性和严谨性。其实对于非纯电阻交流电路有关计算，初中阶段未作要求，因此用这一题目作例题并不合适。

例4.（2014·邵阳中考）2013年2月，我国科学家研究出了一种超轻材料，这种材料被称为“全碳气凝胶”。它是迄今为止世界上最轻的材料，其密度仅0.16 kg/m3，则体积为2 m3的这种气凝胶的质量为 kg。

该题又是一道与实际似是而非的题目，这应该是未加分析就照抄新闻报道的结果。密度为0.16 kg/m3，新闻报道中是这样写的，但考虑一下，这比空气的密度1.29 kg/m3还小得多，这个全碳气凝胶在空气中岂不是像氢气球一样会漂起来？如果不加说明，极易引起误解。实际上全碳气凝胶在空气中并不会漂浮起来，它就像一个内部充满了空气的海绵，0.16 kg/m3这一数值是在排除空气后的密度值，或者说是不考虑空气的浮力作用时测得的值。对于这种密度很小的物质，空气的浮力作用不可忽略，应该像对待气体那样排除空气的浮力影响来标明其密度值，如果这样，全碳气凝胶的密度应该标为1.45 kg/m3。

课程标准中提到：义务教育物理课程旨在提高学生的科学素养，让学生养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，不迷信权威，勇于创新，有判断大众传媒信息是否符合科学规律的初步意识。作为物理教师要自己先做到，才能培养学生达到这一课程目标，为此在命题时要慎之又慎，避免设置一些似是而非的物理情境。

编辑 段丽君