初中物理“模糊问题”探讨

物理学是一门以实验为基础的学科, 它的逻辑严谨, 推理严密, 结果精确, 表现出人们所公认的科学性和适用性, 但这并不等于说, 只有精确的、定量的东西才是重要的, 凡是不确定的、模糊的东西都是不重要的、没有意义的。特别是近年来模糊逻辑、模糊技术的研究和应用, 使我们认识到对物理教学中的模糊问题应当给予足够的重视。

在模糊问题中, 所谓“模糊”, 即不确定性, 但这种不确定性不是指有明确定义但不一定出现的那种随机性, 而是指已经出现但难以给出精确定义的事件中所包含的不确定性, 如“中学生”、“室温下”等。模糊问题的边界是不确定的, 但核心是确定的, 即不确定之中又包含某种确定性。下面从四个方面对初中物理的“模糊问题”加以探讨。

1 条件具有模糊性, 结论是确定的

这类问题给出的某些已知条件具有一定模糊性, 即边界是不确定的, 但其核心是确定的, 因此可以作出完全确定的判断。

例1:体积是0.05m3的救生圈重100N, 体重为400N的人使用这个救生圈, 则 ()

A、人或圈可以部分露出水面B、人和圈没入水中后可悬浮在水中

C、人和圈会沉没下去D、要做出正确判断还要知道体积

分析:在本题中, 人的胖瘦、平均密度、体积均不清楚——条件具有模糊性。我们可以先计算救生圈全部浸入水中时所受的浮力F浮=ρgV排=103×9.8×0.05=490 (N) 其值小于人和救生圈的总重量 (500N) , 但只要人在水中的浮力大于500-490=10 (N) , 即人在水中的体积大于1.1升就可以浮在水面上, 这对体重为400N的人来说完全可以肯定的, 故应选A。

2 条件是确定的, 由于近似方法的不确定性使其结果具有一定的模糊性

例2:已知地球的半径是6400km, 试估算地球表面的大气的重量是多少?

分析:大气压力是由于大气的重力而产生。在地球表面, 大气压原本随高度的增加而减小, 由于本题是估算地球周围大气的重力, 于是取大气压强为105Pa, 所以大气的重力G=F=pS=p×4πR2=105Pa×4×π× (6.4×106m) 2=5.14×1019N

3 条件和结果都具有模糊性

例3:试估算教室中空气的质量有多少?几十克?几十千克?还是几百千克?若将这些空气平均装在两个口袋里, 你能否提起其中的一个口袋?

分析:在这道题中“教室的空间大小”是一个模糊的概念, 为求出空气的质量, 由公式可得m=Vρ=abcρ, 式中ρ可取1.3kg/m3, 教室的空间大小长、宽、高具有较大的模糊性 (边界模糊) 。这时, 取一个大家能认可的值 (核心是确定的) , 一定不超出结果所要求的范围。如长、宽、高分别取a=8m, b=5m, c=3.5m, 代入公式中可得m=182kg, 显然每个口袋中空气的质量大约为91kg, 显然一般人是提不起这个口袋的。

4 条件、方法和结果都具有不确定性

例4:冬天, 李明同学插上电热取暖器的插头后, 发现室内的电灯变暗了, 他用电压表测供电电压, 其结果是:不接取暖器时的电压为210V, 接上标有“220V 1000W”的电热取暖器后, 电压为200V。试计算供电电路的电阻大约为多少Ω? (答案在2——2.5之Ω间都算正确)

分析:本题电灯的功率没有确定, 线路中导线的电阻没有确定, 采用什么样的近似方法也没有确定, 答案当然不可能确定, 但限制在较大的范围之内。我们不妨设电源电压为U且保持一定, 供电线路的电阻等效为r, 电灯泡的电阻为RL, 电热取暖器电阻为R=48.4Ω, 接电热取暖器前后的等效电路如图。因RL﹒﹒r, 由分压公式可知, 近似取U≈U1=210V且设其保持不变, 则r= (U-U2) = (210V—200V) /I总。又由于R<

从以上的例子可以看出, 尽管严格的求解和精确的结果受到人们的重视和偏爱, 但并不是所有的情况精确都比粗略强。因为带有模糊性的估算可以迅速地做出判断, 从整体上把握问题的脉络和本质。