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7道精彩有趣的物理智力題

數學題在趣味智力題中佔有很大的比重,物理題出現的頻率相對很少,不過,在我看來,物理也是相當好玩的學科。今天來大家分享一下個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,我就去打遊戲,如果立起來,我就去學習。不知道大家第一次看到這個笑話時,有沒有想過,如果一枚硬幣真的有 1/3 的機率正面朝上,有 1/3 的機率反面朝上,有 1/3 的機率立起來,那麼這個硬幣的半徑與厚度滿足什麼樣的關係?

參考解析:

這枚硬幣必須滿足,把它立起來後,即使傾斜 30 度仍然不倒。這樣,硬幣直立的“勢力範圍”才會達到 120 度。因此,硬幣的直徑應該是厚度的 √3 倍。

2. 橄欖油的沸點是300℃,錫的熔點是231.9℃。為什麼我們能在錫鍋裡炸東西?

參考解析:

橄欖油並沒有沸騰,沸騰的其實是食物裡的水。而且,正是食物裡的水才讓橄欖油和錫鍋都保持在 100℃ 。如果食物裡的水被燒乾了,食物就會被燒焦,錫鍋當然也會被燒燬。

3. 12節1V的電池首尾相接,然後將一塊電壓表如圖連線。電壓表的示數是多少?

參考解析:

相信很多小夥伴都會說:這不很明顯是3V嗎?但其實如果我們在實驗室裡操作一番,發現其實不然。答案是0V。假設每個電池的內電阻是R,這個迴路的電流就等於12V除以12R,即(1V)/R。於是,每個電池的內電壓就是R·(1V)/R=1V,而這恰好是這個電池的電動勢。因此,每個電池的外電壓都為0。對於一組連續的電池來說,這個推理同樣成立。

4. 在晃動的火車車廂上,把一瓶水放在小桌子上。如果想讓這瓶水放得更穩,有一個極其簡單的方法。這個方法是什麼?

參考解析:

答案:喝掉一部分水,讓整瓶水的重心下降。

注意,這裡又有一個有趣的極值問題。如果瓶子裡裝滿水,整個系統的重心顯然要比只裝有一部分水時更高;但若把水全部喝掉,只剩一個空瓶子,整個系統的重心仍然會比有一部分水時高。建立模型,求出使得整個系統重心最低的水位高度,是一個絕佳的物理課題。

有一個蠻有意思的結論:當整個系統的重心達到最低時,水位一定和此時整個系統的重心高度相同。其實這個很好理解:當水位沒有達到整個系統的重心高度時,每加一點水,都相當於在重心下方填充質量,讓重心下降;但水位高度超過了整個系統的重心,則每加一點水,都相當於在重心上方新添質量,重心便會開始上升了。

5. 雲是由小水滴組成的。水的密度是空氣密度的800多倍。為什麼雲不會掉下來?

參考解析:

我在反省自己,為什麼小時候聽說“雲是由小水滴組成的”的時候,沒有提出過這個問題呢?

這個問題的答案是,雲就是會往下掉的,只不過下落的速度非常慢⋯⋯

雲中的小水滴顆粒極小,因而小水滴受到的空氣阻力,其數量級和自身重力相當。計算可知, 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。如果不精確測量的話,我們是沒辦法觀察到的。詳細計算過程可以見這裡:

http://star.tau.ac.il/QUIZ/98/A10.98.html 。

這讓我想起一個冷知識:螞蟻是摔不死的,因為空氣阻力和自身重力相當。這又讓我想起一個冷笑話:螞蟻從摩天大樓摔下去,是怎麼死的?答案是——餓死的。

6. 有一個無窮大的正方形網格,每條小線段都是1Ω的電阻絲。求相鄰兩點間的等效電阻阻值。

參考解析:

這個問題有一個很妙的解法。假設一個大小為 1A 的電流從紅點處流入,從各個無窮遠處流出。由對稱性,有 (1/4)A 的電流將會流過紅藍兩點之間的線段。現在,再假設一個大小為 1A 的電流從各個無窮遠處流入,從藍色點流出。由對稱性,紅藍兩點之間的線段仍然有 (1/4)A 的電流。現在,把兩種情況疊加在一起看,大小為 1A 的電流從紅點進去從藍點出來,那麼,紅藍兩點間的線段就有 (1/2)A 的電流。因而,兩點間的電壓就是 (1/2)A·1Ω = (1/2)V 。因而兩點間的等效電阻就是 (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,哪頭會朝上?

參考解析:

答案:如圖所示,漂浮時,它的其中一條中線一定和水面重合。這是因為,透過計算可知,此時整個物體的重心 G1 和浸入水中的部分的重心 G2 (也就是浮力的作用點)正好在同一豎直線上,並且高度差達到最小值。

分類: 教育
時間: 2021-10-12

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