邹 斌 吴广国

(1. 中央民族大学理学院,北京 100081; 2. 北京景山学校,北京 100006)

科学思维是物理学科核心素养的重要组成部分．[1]如何通过物理理想模型的建构,如何科学合理的分析推理,怎样基于前人已有研究成果开展符合学术规范的论证研讨,并对不同观点与结论进行科学检验和修正,是需要物理教师在教学过程中深入思考和躬身实践的重要内容．共线三球体是三体问题中较为简单的理想模型,本文拟通过对该问题的分析求解,帮助学生正确理解经典物理学中弹性碰撞内容,并结合分析过程,浅谈如何对学生进行科学思维方法的训练．

以2020年北京高考物理试卷第13题(共线三球体问题,或称为三球牛顿摆问题)为例进行分析．已知编号分别为1号、2号和3号的三个完全相同的小钢球悬挂在同一竖直空间平面的同一高度处,初始时刻三只小球恰好能接触并且保持悬线平行,如图1所示．并且该体系中各悬线始终处于绷紧状态,各球之间都是对心正碰．

图1 共线三球体示意图

当1号球移到高度h后从静止状态释放,经过一系列碰撞后,可以观测到2号球静止,而3号球可以达到与1号球初始时相同的高度h．该题A选项创新性地提出,如果将中间的2号球换成质量不同的小钢球,并再次重复该碰撞实验,问考生3号球是否还能摆至高度h．

从该题所给条件可以判断出,三个完全相同的小钢球在最低点碰撞过程需要满足机械能守恒和动量守恒(即碰撞……