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南京理工大学2011自主招生面试题答案
来源:快报 2011-2-28 9:05:47 【字体:小 大】

  穿孔蜡烛举着时燃烧示意图,蜡烛也没什么变化 快报记者 施向辉 摄
  穿孔的蜡烛放在地上燃烧示意图,蜡烛没什么变化
  快报记者 施向辉 摄

  足球射门中的“香蕉球”产生原理是什么?蜡烛中间穿孔,两端点燃能观察到什么?杨利伟在太空飞行时的向心力是什么?他受到离心力作用吗?……看到这些问题,您的第一感觉是什么?简单,很难,还是似曾相识?

  没错,这些都是今年2月21日南京理工大学自主招生面试时的考题,本报2月21日A7版对此有过报道。可是,这些问题的答案究竟是什么?为什么老师要挑选这些问题来考?考题背后有哪些不为人知的故事?《发现》周刊将为您一一呈现。

  本版主笔 实习生 叶真

  快报记者 王凡 钟晓敏

  

  出题背景

  18题都是物理题

  物理更具开放性

  这次南理工自主招生考题的出题者是该校材料系教授吴锵。吴锵告诉记者,用面试自主招生是学校一种新的选拔人才的方式,所以考试形式也是创新的,“一来,不能跟中学考试已有的考核方式重叠,二来要用到中学里学过的知识点,不能超纲,这样公平合理,如果用大学知识出一些偏题怪题对考生就不够公平。”根据这两个因素,考试形式被设计成了“群体面试”的讨论课,选择的是物理学科的题目,包括力学、电磁波学、声学、热学和电学这几方面内容。

  吴锵说,之所以选择物理考题是因为通过自主招生入校以后,学生们都将学工科专业。相比数学学科的太确切而且需要运用笔算、化学学科记忆和背的内容多而言,物理学科的不确定性高,可讨论的空间大,另外跟生活常识也结合得紧密。

  这些考题有一个特点,看上去并不难。比如“用嘴吹吸管为什么会发出声音”,“对塑料菜板上放块冻肉会出现的现象进行解释”,不少都是生活现象。吴锵说,这样的题目都来源于他平时对生活的留心观察,当然也有直接取材于课本的题目,像“蜡烛中间穿孔两端点燃,会出现什么现象”就是一个高中课本里的实验题。他强调,这些题目都在中学物理的知识范围内。

  吴锵告诉记者,将考题这样设计有一个重要原因是题目相对开放,“一个题有多种答案,或者可以进一步追问。”比如微波炉加热鸡蛋会爆炸这道题,非常便于展开,本身是会爆炸还是会膨胀就是个议题。

  因为都是已经学过的知识,所以考生们看到题目以后就可以直接进入讨论环节,老师们可以就此考察考生们反应、表达、理解、思辨等多方面的能力,也就是说,考量的内容包括综合素质、科研能力甚至人格(语言表达、沟通交流等方面)。

  答案并不唯一,一个问题有很多种回答

  以下是这次南理工大学自主招生面试的题目,一共18道,其中1~6题为力学,7~9题为电磁波学,10~14题为热能学,15~16题为声学,17~18题为电学。其中考到的题目为1、2、3、4、5、10、11、13、14、17 这十道题。

  需要说明的是,这些问题是很开放的问题,其实没有固定的标准答案,出题人吴锵教授和考官邹云一再跟记者强调这个问题。记者将这18道题给秦淮中学高二物理老师吴宗新回答,他也说有的题目比较开放,答案不是唯一,学生只要能说出道理即可。下面楷体部分是吴宗新老师给记者的答案,仅供参考。

  [题1]

  圆盘逐渐旋转起来,上面的小木块最终被甩出去,请从受力角度给予分析。

  答:由静摩擦力提供向心力。公式F=mω2r 。当圆盘转快了后,ω(指转动的角速度)也随之加大,当小木块与圆盘的最大静摩擦力都不足以提供向心力时,小木块就会发生离心现象。

  考试现场:考官说这个问题比较难解释,当问过之后,考生回答起来都不太容易,所以后面的第6题也就没敢问,因为类型是一样的。

  来自济南一中的3号考生李锦明回答了这个问题,李锦明提出了有一个向着圆心的摩擦力,不过另一个同学却举手说摩擦力是向着相反方向的。老师见状,提出让他们进行观点辩论,每个人给出自己的理由。“讨论了差不多有5分钟,最后讨论到向心力上面了。”李锦明说,他没想到面试最后成了辩论,很有意思,不过老师一直都没有说谁对谁错,他觉得自己的回答不太好。

  [题2]

  解释撑竿跳过程中的能量转化问题:从助跑开始到跳过横杆后落地。

 

  答:人的生物能 → 动能→撑杆的弹性势能→重力势能→动能。

  [题3]

  解释足球射门的“香蕉球”的产生原理。

  

  答:流体“伯努利原理”。流速大,压强小。运动员踢球时,使得足球在飞行的同时有旋转,皮球的相对两端速度就不同,受到空气的作用力就不平衡,产生“香蕉球”。

  考官解释:这个问题在现场讨论很激烈。有考生就提到了球有向前的动力,向下的重力,但是老师们提醒他,这道题目讨论的核心不在这里。

  来自安徽五河第二中学的丁云广,性格外向,喜欢交流。在这次面试过程中,他发言最为踊跃。他回答这个问题时还上去画图做数据分析,提出了是有气压差。而3号李锦明换了个角度说,是因为球面不光滑,如果球面绝对光滑就不会存在这个现象,但是老师却告诉他这不是核心问题,这个问题就是在不光滑球面的基础上讨论的。而第三个同学在老师提问“为什么球两边的空气流速不同”时,答出了“球和空气的相对运动”,获得了称赞。

  [题4]

  给出溜溜球的能量守恒分析,以及从下向上”爬”的受力分析。

  答:从上向下动:重力势能转化为动能。从下向上动:动能转化为重力势能。从下向上“爬”时的受力:受到重力和绳子的静摩擦力,上爬的动力是静摩擦力。

  [题5]

  蜡烛中间穿孔,两端点燃,能观察到什么?

  答:若蜡烛的中间轴状固定,即可动:则蜡烛的两端晃动,像跷跷板一般。若蜡烛不能动,两端都可燃烧,且下端比上端烧得快。

  考试现场:李锦明参与了蜡烛中间穿孔、两端点燃这道题,当其他同学都说蜡烛会晃动,他却坚持说蜡烛是平的不会动,最后老师将蜡烛送给他,他猜自己是答错了。

  记者实验:记者也找了一根蜡烛实验,从中间横穿了一个孔,然后拿一个尖棍子从孔中穿过举在手里,点燃蜡烛两端,发现蜡烛似乎没有什么变化,只是两端燃烧的火焰确实一大一小,但是这根蜡烛不是大小均匀,而是一头粗一头细。而记者又把蜡烛放在地上燃烧,发现蜡烛还是没有什么变化,也是不动的。

  而记者请教吴宗新老师时,吴老师说,这个问题有很多可能,他解释的是蜡烛从沿着蜡烛芯穿孔后的现象,就是蜡烛是中空的。而横着穿孔他还没想到。所以这个问题要给一个标准的答案还真的不好说,有太多可能性了。

  [题6]

  杨利伟在太空飞行时的向心力是什么?他受到离心力作用吗?

  答:杨利伟在太空飞行时的向心力是:地球对其吸引力(万有引力)。他不受离心力作用。

  [题7]

  什么是温室效应?有人说温室效应像地球穿了棉袄,你对此说法怎么看?

  答:大气通过对辐射的选择吸收而使地面温度上升的效应。产生该效应的主要气体是二氧化碳。棉袄只能比较好地隔热,不能说温室效应像地球穿了棉袄。

  [题8]

  空气、金刚石、水,判断它们的折射率高低顺序,并给出解释?

  答:折射率:n空气

  [题9]

  微波炉中加热鸡蛋会爆炸,为什么?

  答:微波炉是高频电磁波直接加热物质中的水分子(极性分子),鸡蛋内部受热膨胀,而蛋壳不被加热,所以容易爆炸。

  [题10]

  在寒冷的冬天,用手去摸室外的金属时,会发生黏手现象。而在同一环境下,用手去摸室外的木头,却不黏手,为什么?

  答:木头与金属的热传导性能不同,金属是热的良导体,而木头是热的不良导体。当手有湿气时,接触室外温度很低的金属,因为金属是热的良导体,金属会很快吸收手上的热量,使手上的湿气温度降低到0℃而发生结冰,这样手和金属表面的冰结在一起,发生黏手现象。木头不能很快将手上的热量散掉,同一环境下,用手去摸室外的木头,却不黏手。

  [题11]

  塑料菜板上放一块从冰箱冷冻室拿出的肉,过一段时间冻肉

  会与菜板冻在一起,为什么?放到铜板上,结论如何?

  

  

  

  

  答:塑料与铜的热传导性能不同,铜是热的良导体,而塑料是热的不良导体。放在塑料菜板上的冻肉吸热融化,而塑料不能很快从周围环境吸热,故过一段时间冻肉会与菜板冻在一起。而放到铜板上冻肉吸热融化,而铜能很快从周围环境吸热,故冻肉会会慢慢解冻。

  [题12]

  人体为37℃,感觉上的适宜环境温度为22~23℃,为什么?有人想到22~23℃是37℃的黄金分割,即37℃×0.618=22.87℃,你对此怎么看?

  答:人体的热量(不是温度),是通过体表不断地向外散发的。如果环境温度过高,与人的温差就小了,就会影响热量的散发,体内热量集聚,人就会感到难受。也许是巧合。

  [题13]

  水蒸发成水蒸气,吸收的热量用来做什么了?

  答:吸收的热量用来增加水分子的内能。

  [题14]

  双层玻璃中如果抽成真空,隔热效果最好;其次是双层之间有干燥但不流动的空气;再次是有水蒸气的不流动气体;最差是里边空气流动。请给予解释。

  答:热传递有三种方式:传导、对流、辐射。真空时热的传导性能最差;不流动的空气、水蒸气可流动形成对流导热,流动的空气形成对流导热当然隔热效果差。

  考试现场:李锦明同学打了个比方,把玻璃之间的空气分子比喻成了大卡车,不同情况决定了卡车运送得快慢,所以有不同的热传递效果。当老师问考生们哪种解释好的时候,几个考生都支持他,这让李锦明很得意。

  [题15]

  一根吸牛奶的吸管,用嘴去吹它则会发出叫声,为什么?

  答:用嘴吹,会引起吸管中的空气柱振动,故会发出叫声。

  考官解释:这道题目现场没来得及考。不过吴锵以此考题为例解释,这个问题依托的知识点就是构成声音的要素,要有振动源,要有传播介质,振动源应该是处于振动状态的空气,核心考察的就是到底是管壁振动还是空气振动,据此可以看出是考生的基本功是不是扎实。吴锵说,每一道题目老师都会不停地追问,把问题不断展开。他预先设想好,考生回答出第一个问题后就进一步问:“如果管子长度如果发生变化,声音如何变?”这个问题是没有标准答案的,只要考生做猜测,并且把判断的依据说出来就可以了。所以吴锵反复强调,答案不是最重要的,即使同样的题目,明年再考,也还有新的问法。

  [题16]

  洗衣机600转对应的噪音,已经觉得很刺耳了,为什么?注意(1)600转对应每秒10转,(2)人的听力范围是20~20000赫兹。

  答:洗衣机的转动频率与发声频率是两个不同的概念。人耳听到由于洗衣机转动而造成的空气振动频率,类似敲一下桌子能听到声音。

  [题17]

  石墨导电性很好,类似于金属,而金刚石完全没有导电性,为什么?

  答:石墨与金刚石是同素异形体,都是由C原子组成。石墨中的C原子是平铺,相当于双手平行叠在一起,由于是叠加所以电子可以在层与层之间自由游动所以可以导电,金刚石是正四面体结构,每个端点一个C原子,像双手十指交叉在一起,电子不能自由移动所以不导电。

  考试现场:来自苏州中学的1号考生范俊滕在一个半小时面试中,他对自己表现很满意。在众多问题中,他认为自己对“石墨导电性很好,类似于金属,而金刚石完全没有导电性,为什么?”这道题,回答得最好。“石墨由一层层碳组成,具有电阻,所以可以导电。而金刚石是原子晶体,所以不能导电。”采访时,他自信满满又把答案跟记者介绍一遍。

  不过,记者采访了出题的吴锵教授和面试的邹云教授,他们对这道题印象都不太深。听了这个结果,范俊滕有一点意外,他说:“老师要的可能不仅仅是学生的答案吧。”

  [题18]

  金属的电阻与食盐水的电阻相比,谁更大?为什么?

  答:本题中的电阻不好比较,导体电阻与材料、长短、粗细等因素有关。若比较导电性能,则应考虑的物理量是电阻率。食盐水的电阻率大;金属是外层e的定向移动导电,而食盐水是Na+、cl- 的定向移动而导电。Na+、cl- 的质量是e的几万倍,在电场力作用下发生定向移动难,移动的过程受到其他分子的阻碍大。e质量小,体积小易定向移动。

  新闻背景

  自从2003年开始,我国就通过实施高校自主招生探索人才选拔制度改革,允许部分高校拿出一定比例的招生名额,以选拔那些由高考不容易被发现的有特殊才能的学生。根据教育部要求,自主招生人数不能超过自主招生面试点学校年度本科招生计划总数的5%。自主招生选拔由高校自行组织,一般由笔试、面试两部分组成。

  而如今的自主招考联盟,如“北约”“华约”等,是由几所大学联合起来统一命题,统一阅卷,在同一时间进行笔试,以省去考生奔波之苦。

  南京理工大学学生处副处长王虎说,这种形式的考试在他们学校也是第一次。因为考生手持各项发明成果,学校对他们免去了笔试环节,直接参加面试,而面试的形式也和以往的面试不同,以往面试是学生一个个单独面试,而这次面试是七个学生一起讨论,这在江苏高校自主招生中尚属首次。

  老师也坦承紧张,和学生都受益匪浅

  关于这次面试,考官和学生都有不同感想。吴锵说事先他就跟邹云商量好,两个人一个唱红脸,一个唱白脸。所以邹云在现场会严厉地指出考生有什么不足,考生们不知道,这其实就是在考察他们的应变能力、抗压能力,“从现场表现看,没有考生被吓到。”

  “上了一堂好课,我也觉得特别开心。”吴锵告诉记者,因为是第一次用这种考试方法,他当天也很紧张,注意力都放在调动课堂气氛上面,从考生的参与来看还是不错的。“我个人觉得这种方式今后还可以再尝试,如果时间再加长一些,讨论课效果也会更好。”

  而考生也对这次面试印象深刻。李锦明说,考试过程中几个细节他印象特别很深,比如一次他没举手就回答问题,被老师批评“不能随便说话,一定要举手”,还有一次他站起来准备发言,说得比较啰嗦,老师就提醒他先综述一下要告诉大家什么。有一个严肃的老师,直接批评他思考问题太极端,比如题目说的是真空环境,他也要问是不是绝对真空。

  一场考试下来,他明白了老师要考察的是什么,“答案不是最重要的,老师就是不断引导我们,看我们对知识掌握得是不是全面,这个考试真是挺特别的。”不过他对自己的表现不太满意,对考试结果“有点没底”。

  而苏州中学的1号考生范俊滕介绍,为了能在这次面试中多一些“胜算”,他事先准备了一份自我介绍,还专门跟老师沟通,押了一些题。不过,当天面试证明,这些都白准备了。但是,南理工的面试方式,也没有让他措手不及。“我觉得学校采用的方式很新颖,老师也很和蔼。”范俊滕说,老师走进考场,就跟大家讲不用紧张,只是回答一些常识问题,用心回答,答不出来也没有关系。这句话让他放松了不少。拿到试题时,他也发现考的确实都是平时学过的知识点。

  而被考官说成“数据派”的丁云广说,虽然被打击了,但他没有影响他的积极性。这次面试不是做学术报告,而是与带有探讨性质的“公开课”很相像,所以一旦有了想法,他就表达出来。他的心态非常好,在回答问题的过程中,有其他同学认为他没有答完整知识点,并给予补充,他并不难为情,而是抱着学习的心态认真听。

  如何学好物理?检验比证实更重要

  最后,记者请考官邹云教授给学生提一些如何学好物理这门功课的好建议。

  邹云说:我相对擅长的是与数学相关的逻辑分析思辨。物理基本上具有这个特性,但更具有基于实验观察的分析与归纳能力,特别是构思与设计用于校验分析归纳结论的实验能力。我的学术研究中实验研究成分相对较少,因此只能较为抽象地谈一下我的看法。我个人认为学习物理时,应该将课本上的物理实验作为“检验”或者“质疑”,而非“证明”或者“证实”相对结论或定律的手段。事实上,通过观察、分析、归纳和推理得到的公设或者结论一开始都是猜想或者假说,各种实验和数学分析都是为质疑这些结论及其推论而设计的,这个过程叫做“证伪”。当所有可以想到的证伪手段都不能观察到矛盾或者明显偏差的时候,这个结论就被暂时接纳为“正确”的。一旦技术手段发展了,成功地进行了新的证伪,那么原本“正确”的结论就要被修正,甚至抛弃。当然前提是这个结论是可证伪的,不是那种“信则有、不信则无”的逻辑上就不可证伪甚至不可质疑的玄学东西,科学就是这样发展的。

  在这个过程中,我建议学生应该将自己假设为当年的物理学家,独立理解与面对当年的物理问题,进行自己力所能及的分析、归纳、猜想与证伪设计,然后与书本给出的方法体系及其解决方案进行比对,思索为什么当年的物理学家这样做,而自己是那样做?他有什么缺陷,自己有什么问题等。我个人认为:真正意义上的学习应该是一个对既有知识体系的再发现过程,而非仅仅一个接受、理解、消化和掌握应用的过程。

  蜡烛中间穿孔,两端点燃,蜡烛动还是不动?

  用嘴吹吸管发出叫声,它的振动源是空气还是管壁?

  石墨导电性很好,而金刚石完全没有导电性,为什么?

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