下午两点,物理竞赛集训教室。
周明远站在讲台上,手里拿着一份试卷。
“今天这道题是我从去年全国决赛题库里挑出来的。”他停了一下,“难度很高,你们先自己做,不要着急。”
教室里响起翻动试卷的声音。
陆昭昭坐在最后一排,目光扫过题目。
【一个质量为m的小球,以初速度v₀沿光滑水平面运动,进入半径为R的竖直圆轨道。已知小球恰好能通过最高点,求v₀与R的关系。】
她的眼神顿了顿。
【这道题……】
【设定有问题。】
前排,沈逸侧过头,压低声音对旁边的男生说话。
“等会儿别理陆昭昭。”
男生愣了一下。“为什么?”
沈逸冷笑。“她就是个靠关系进来的,我去看了上午的数学课,安安做题比她快多了。”
“可是我听说陆昭昭用了三种方法……”
“那又怎么样?”沈逸打断他。“死读书而已,竞赛考的是速度和灵活性。”
男生犹豫了一下,没再吭声。
沈逸转过头,继续在草稿纸上演算。
【陆昭昭这种人,早晚会露馅。】
十五分钟后。
周明远放下手里的茶杯。“有人做出来了吗?”
教室里安静了几秒。
一个戴眼镜的男生举起手。“周老师,我算出来了,v₀=√(5gR)。”
周明远点点头。“思路说一下。”
男生站起来。“小球恰好通过最高点,说明在最高点重力提供向心力,mg=mv²/R,解得v=√(gR)。然后用机械能守恒,½mv₀²=½mv²+mg(2R),算出v₀=√(5gR)。”
周明远点头。“正确。坐下吧。”
他扫视全班。
“这道题的关键是理解'恰好通过最高点'的含义,也就是在最高点,轨道对小球的支持力为零,重力完全提供向心力。”
教室里响起记笔记的声音。
陆昭昭放下笔,抬起头。
“周老师。”
周明远看向她。
“昭昭,你有问题?”
陆昭昭站起来。
“这道题的设定有问题。”
教室里瞬间安静下来。
沈逸皱眉。
【又来了。】
周明远愣了一下。“什么问题?”
陆昭昭走到讲台前,拿起粉笔。
“题目说小球'沿光滑水平面运动,进入半径为R的竖直圆轨道'。”
她在黑板上画出示意图。
“这意味着小球从水平面直接进入圆轨道,轨道入口在圆的最低点。”
她停了一下。
“但是,如果小球以v₀=√(5gR)的速度进入轨道,在入口处,小球受到的向心加速度是v₀²/R=5g。”
她转身面对全班。
“也就是说,轨道对小球的支持力是6mg。”
周明远的表情变了。
陆昭昭继续说:“一个光滑的圆轨道,能承受6倍重力的冲击吗?”
她放下粉笔。
“如果轨道是刚性的,小球会在入口处受到6mg的冲击力,这个冲击会导致小球产生形变,甚至脱离轨道。”
“如果轨道不是刚性的,那么轨道本身会发生形变,半径R不再是常数,整个题目的前提就不成立。”
教室里鸦雀无声。
周明远盯着黑板,眼睛都直了。
【她说的对。】
【这道题默认了轨道是理想刚体,但在实际物理情境中,这个假设是有问题的。】
沈逸脸色跟锅底似的。
【她这是在挑周老师的错?】
陆昭昭看向周明远。
“所以,这道题如果要严谨,需要补充一个条件:'假设轨道为理想刚体,且小球在入口处的冲击不影响后续运动。'”
周明远深吸一口气。
“你说的对。”
他转身在黑板上补充了一行字。
【假设轨道为理想刚体。】
他放下粉笔,看向陆昭昭。
“昭昭,你能想到这一点,说明你对物理模型的理解非常深刻。”
他顿了顿。
“竞赛题为了简化,确实会忽略一些实际因素。但你能指出这个问题,说明你不是在死记硬背公式,而是真正理解了物理本质。”
陆昭昭点点头,走回座位。
沈逸的手指攥紧了笔。
【她就是故意挑刺。】
周明远看了一眼时间。
“接下来这道题,难度更高。
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