7道精彩有趣的物理智力題
數(shù)學(xué)題在趣味智力題中占有很大的比重,物理題出現(xiàn)的頻率相對(duì)很少,不過,在我看來,物理也是相當(dāng)好玩的學(xué)科。今天來大家分享一下個(gè)人收集的一些精彩有趣的物理智力題。
1. 投一枚硬幣,如果是正面,我就去打球,如果是反面,我就去打游戲,如果立起來,我就去學(xué)習(xí)。不知道大家第一次看到這個(gè)笑話時(shí),有沒有想過,如果一枚硬幣真的有 1/3 的概率正面朝上,有 1/3 的概率反面朝上,有 1/3 的概率立起來,那么這個(gè)硬幣的半徑與厚度滿足什么樣的關(guān)系?

參考解析:
這枚硬幣必須滿足,把它立起來后,即使傾斜 30 度仍然不倒。這樣,硬幣直立的“勢(shì)力范圍”才會(huì)達(dá)到 120 度。因此,硬幣的直徑應(yīng)該是厚度的 √3 倍。
2. 橄欖油的沸點(diǎn)是300℃,錫的熔點(diǎn)是231.9℃。為什么我們能在錫鍋里炸東西?
參考解析:
橄欖油并沒有沸騰,沸騰的其實(shí)是食物里的水。而且,正是食物里的水才讓橄欖油和錫鍋都保持在 100℃ 。如果食物里的水被燒干了,食物就會(huì)被燒焦,錫鍋當(dāng)然也會(huì)被燒毀。
3. 12節(jié)1V的電池首尾相接,然后將一塊電壓表如圖連接。電壓表的示數(shù)是多少?

參考解析:
相信很多小伙伴都會(huì)說:這不很明顯是3V嗎?但其實(shí)如果我們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里操作一番,發(fā)現(xiàn)其實(shí)不然。答案是0V。假設(shè)每個(gè)電池的內(nèi)電阻是R,這個(gè)回路的電流就等于12V除以12R,即(1V)/R。于是,每個(gè)電池的內(nèi)電壓就是R·(1V)/R=1V,而這恰好是這個(gè)電池的電動(dòng)勢(shì)。因此,每個(gè)電池的外電壓都為0。對(duì)于一組連續(xù)的電池來說,這個(gè)推理同樣成立。
4. 在晃動(dòng)的火車車廂上,把一瓶水放在小桌子上。如果想讓這瓶水放得更穩(wěn),有一個(gè)極其簡(jiǎn)單的方法。這個(gè)方法是什么?
參考解析:
答案:喝掉一部分水,讓整瓶水的重心下降。
注意,這里又有一個(gè)有趣的極值問題。如果瓶子里裝滿水,整個(gè)系統(tǒng)的重心顯然要比只裝有一部分水時(shí)更高;但若把水全部喝掉,只剩一個(gè)空瓶子,整個(gè)系統(tǒng)的重心仍然會(huì)比有一部分水時(shí)高。建立模型,求出使得整個(gè)系統(tǒng)重心最低的水位高度,是一個(gè)絕佳的物理課題。
有一個(gè)蠻有意思的結(jié)論:當(dāng)整個(gè)系統(tǒng)的重心達(dá)到最低時(shí),水位一定和此時(shí)整個(gè)系統(tǒng)的重心高度相同。其實(shí)這個(gè)很好理解:當(dāng)水位沒有達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)的重心高度時(shí),每加一點(diǎn)水,都相當(dāng)于在重心下方填充質(zhì)量,讓重心下降;但水位高度超過了整個(gè)系統(tǒng)的重心,則每加一點(diǎn)水,都相當(dāng)于在重心上方新添質(zhì)量,重心便會(huì)開始上升了。
5. 云是由小水滴組成的。水的密度是空氣密度的800多倍。為什么云不會(huì)掉下來?
參考解析:
我在反省自己,為什么小時(shí)候聽說“云是由小水滴組成的”的時(shí)候,沒有提出過這個(gè)問題呢?
這個(gè)問題的答案是,云就是會(huì)往下掉的,只不過下落的速度非常慢??
云中的小水滴顆粒極小,因而小水滴受到的空氣阻力,其數(shù)量級(jí)和自身重力相當(dāng)。計(jì)算可知, 1 微米的水滴下落速度約為 0.13 毫米每秒,也就是一天下降 11 米。即使是 10 微米的水滴,下落速度也很慢,大約每天 1.1 千米。如果不精確測(cè)量的話,我們是沒辦法觀察到的。詳細(xì)計(jì)算過程可以見這里:
http://star.tau.ac.il/QUIZ/98/A10.98.html 。
這讓我想起一個(gè)冷知識(shí):螞蟻是摔不死的,因?yàn)榭諝庾枇妥陨碇亓ο喈?dāng)。這又讓我想起一個(gè)冷笑話:螞蟻從摩天大樓摔下去,是怎么死的?答案是——餓死的。
6. 有一個(gè)無窮大的正方形網(wǎng)格,每條小線段都是1Ω的電阻絲。求相鄰兩點(diǎn)間的等效電阻阻值。

參考解析:
這個(gè)問題有一個(gè)很妙的解法。假設(shè)一個(gè)大小為 1A 的電流從紅點(diǎn)處流入,從各個(gè)無窮遠(yuǎn)處流出。由對(duì)稱性,有 (1/4)A 的電流將會(huì)流過紅藍(lán)兩點(diǎn)之間的線段。現(xiàn)在,再假設(shè)一個(gè)大小為 1A 的電流從各個(gè)無窮遠(yuǎn)處流入,從藍(lán)色點(diǎn)流出。由對(duì)稱性,紅藍(lán)兩點(diǎn)之間的線段仍然有 (1/4)A 的電流?,F(xiàn)在,把兩種情況疊加在一起看,大小為 1A 的電流從紅點(diǎn)進(jìn)去從藍(lán)點(diǎn)出來,那么,紅藍(lán)兩點(diǎn)間的線段就有 (1/2)A 的電流。因而,兩點(diǎn)間的電壓就是 (1/2)A·1Ω = (1/2)V 。因而兩點(diǎn)間的等效電阻就是 (1/2)V / 1A = (1/2)Ω。
7. 有一段橫截面是等邊三角形的木頭,密度為 0.5g/cm3 。它在水中漂浮時(shí),哪頭會(huì)朝上?
參考解析:
答案:如圖所示,漂浮時(shí),它的其中一條中線一定和水面重合。這是因?yàn)椋ㄟ^計(jì)算可知,此時(shí)整個(gè)物體的重心 G1 和浸入水中的部分的重心 G2 (也就是浮力的作用點(diǎn))正好在同一豎直線上,并且高度差達(dá)到最小值。
