以生活为背景的物理试题命制初探

(常州市第三中学，江苏 常州 213003)

作为检验教学效果的物理试题不仅应关注其考查的内容和本身的科学性，还应关注趣味性，并密切联系生活和社会.试题命制是一项创造性工作，命制出一道合乎要求又新颖别致的试题是一件艰苦的事.以下是几道笔者原创的以生活为背景的物理试题，希望能给同行以启发.

1 游乐场中的物理

图1

例1 如图1所示为游乐场里的一个名叫“彩虹大滚筒”的游乐装置，它能始终保持匀速圆周运动，且内部安装了30根相同的防滑条.某个小朋友开始时将积木放在该装置的底部，如图1中的1处，积木便随着该装置缓慢转动，当积木转动到图示中“6”处时开始下滑，求积木与防滑条之间的动摩擦因数.

本题是笔者带着孩子到当地游乐场玩时，用手机拍摄下来的场景.考察的知识点主要是三力平衡问题，锻炼学生的观察能力、分析能力与应用几何知识解决物理问题的能力.

图2

2 工地上的物理

图3

例2 如图3所示为工地上用来提升重物的全自动旋转吊车，用此装置可以最多将1吨的重物提升2.6m，吊装的速度可以通过选择电机的不同功率档位(第一档为2000W,第二档为4000W)进行调节，假设吊车始终以额定功率工作.(1)若此时吊装的是质量为800kg、边长为2m的正方形变压器，用四根长为2.35m完全相同的细绳系在变压器的四个角上，然后将细绳的末端挂在吊车的钩子上，并且匀速上升，求此时每根绳上的张力.(2)某操作工人准备将上述变压器提升到2.6m高度处，在利用第一档吊装时发现太慢，但变压器已经提升了0.6m，且已经匀速上升，于是立即换了第二档.求因此操作而节省的时间.

笔者所在学校正在改建，所以每天都会接触到这些吊装设备，于是通过观察及与操作工人交流，获得此题的灵感.本题考查力的平衡、力的合成与分解、动能定理以及功率等知识点，主要锻炼学生的观察能力、等效法的应用能力以及应用立体几何解决物理问题的能力.

解答如下：(1)如图4、5所示，由立体几何知识可知cosα=0.6，从而求得α=53°，利用力的平衡及正交分解可知4Tsin53°=mg，求得T=2500N.

图4

图5

图6

例3 如图7所示为家用吊机的实物图，它能以恒定的速度向上吊起较轻的物体，其具体参数如表1所示，细钢丝绳AB与竖直方向呈60°角，由于场地限制，所以当吊起体积较大的重物时，需要在物体下方的边缘处系上一根轻质细长绳，以避免重物与墙体的碰撞.试求：(1)由吊机参数可知，重物匀速上升的速度为多少？(2)当楼层非常高时(此时可忽略所吊物体的形状)，且吊机以最大升吊力运作，求定滑轮A受到细钢丝绳的作用力大小与方向.(3)当楼层较矮时，请定性分析：一个较大的球被家用吊机沿墙壁(与墙无摩擦)竖直匀速提升过程中，细钢丝绳上的拉力以及地面上工人手拉轻绳的拉力的变化情况.

图7

表1家用吊机的参数

升吊能力电机功率电机转速电机半径R1滚筒半径R2细钢丝绳转动半径R3400kg3kw1200r/min30mm150mm75mm

本题也是笔者学校建设五楼报告厅时每天都会使用的装置，主要吊装一些砖块和水泥，同时也会吊装一些大型家具.此题主要考查圆周运动的线速度角速度、力的合成以及力的平衡问题.

(3)本小题可以利用两种方法处理：

图8

①作图法，如图8所示：通过分析球上升过程中的变量与恒量可知：重力G不变，细钢丝绳与墙壁间的夹角θ会变大，轻质细绳与水平方向的夹角β也会变大，通过三力平衡作两次平行四边形，由对比可知：绳上拉力F′>F，细钢丝绳上的拉力T′>T.

3 新闻里的物理

例4 “嫦娥三号”经过在环月段(距离月球表面100km的圆轨道)飞行了整4天后，进入近月点高度15km远月点高度100km的椭圆轨道再运行4天，于2013年12月14日晚9点多在月球虹湾区软着陆.“嫦娥三号”总质量约为3600kg，月球的直径为3474km，质量约为地球的1/81，地球半径为6378km，地球表面的重力加速度g=10m/s2.求：

(1)“嫦娥三号”在环月段转了多少圈？

(2)“嫦娥三号”在椭圆轨道上的运行周期是多少？

本题涉及我国2013年发生的一件科技大事，中国成为继美、俄后第三个自主将巡视器发射到地外星球上并能正常工作的国家.学生们通过观看新闻，获得了较多的“嫦娥三号”的信息，笔者通过查阅文献，获得一些数据.此题考查了万有引力定律、开普勒运动定律.