初一下学期,林小镜做了一件她本不想做、但不得不做的事:参加物理竞赛。
起因和数学竞赛类似。物理老师姓陈,叫陈建国——又一个“建国”。陈建国是一个五十多岁的男人,头发花白,说话慢条斯理,板书工工整整。他是那种“老派”的物理老师——重视基础,重视实验,重视学生的理解过程,不追求速度,不搞题海战术。林小镜喜欢他的教学风格——不是因为他的课对她有帮助(她不需要帮助),而是因为他是真的在教物理,不是在教“怎么考物理”。
期中考试后,陈建国在课堂上宣布:“下个月有全市初中物理竞赛,我们学校有十个参赛名额。有兴趣的同学可以报名,我会根据期中考试成绩和平时的课堂表现来选拔。”
林小镜没有报名。她不想参加物理竞赛——原因和数学竞赛一样:竞赛是聚光灯,聚光灯下容易暴露。但陈建国在课后找了她。
“林小镜,你的期中考试物理考了满分,平时课堂表现也很好。我建议你参加物理竞赛。”
林小镜想拒绝。但她找不到拒绝的理由。一个物理考满分的学生拒绝参加物理竞赛,老师会怎么想?要么是“没有上进心”,要么是“害怕失败”。无论哪一种,都会引起不必要的关注。
她答应了。
物理竞赛的准备时间是一个月。陈建国给参赛的学生发了往年的竞赛试题,每周抽两节课的时间进行辅导。辅导课的内容是初中物理的拓展和深化——涉及一些高中物理的概念,比如牛顿第二定律的微积分形式、能量守恒的广义表述、电路分析中的基尔霍夫定律。
林小镜不需要辅导。她早就学完了高中物理,甚至自学了一部分大学物理。但她每节课都认真听讲,认真做笔记,认真完成陈建国布置的每一道题。她需要表现出“我在努力”——不是为了成绩,而是为了人设。一个“有潜力”的学生应该是努力的,而不是“不费吹灰之力就能考第一”的。
她在辅导课上,故意问了一些“有深度但不离谱”的问题。比如陈建国讲到能量守恒的时候,她问:“陈老师,能量守恒定律在所有的物理过程中都成立吗?有没有不成立的情况?”
陈建国看了她一眼,想了想,说:“在经典物理学的范围内,能量守恒是普遍成立的。但在更深入的物理学中——比如广义相对论和量子力学——能量守恒的概念需要重新审视。不过这些内容要到高中甚至大学才会学到,你现在不用太在意。”
林小镜点了点头,在笔记本上写下了“广义相对论,量子力学,能量守恒”几个字——假装在记笔记,实际上是在掩饰她内心的波澜。她知道答案。她不是“问”问题,她是“确认”问题。她想知道这个世界的物理学对能量守恒的理解是否和原世界一致。陈建国的回答——虽然很简略——和她原世界物理学家的观点一致。能量守恒在经典物理中普适,在更深的层次上需要重新审视。
又一个数据点。又一次验证。
物理竞赛在五月中旬的一个周六举行。地点是江城一中——林小镜自己的学校,不用去别的地方。考场设在高中部的教学楼,她从未去过那栋楼。走进考场的时候,她看到了宽敞的教室、崭新的桌椅、黑板上用粉笔写的“沉着冷静,认真答题”八个字。
她的座位在第三排靠窗的位置。窗外能看到操场——操场上有人在踢足球,绿色的草坪、红色的跑道、白色的球门,在阳光下很鲜艳。
试卷发下来,四页,八道题。满分100分。考试时间90分钟。
林小镜快速浏览了所有题目。第一题是力学题——滑轮组,求拉力和机械效率。第二题是热学题——比热容和热平衡。第三题是电学题——欧姆定律和电功率。第四题是光学题——凸透镜成像规律。第五题是综合题——浮力、压强、简单机械的综合应用。第六题是实验题——测量未知电阻的阻值,设计电路并计算。第七题是创新题——给了一个生活中常见的现象(自行车刹车),要求用物理原理解释。第八题是附加题——运动学,涉及相对运动和微积分思想。
林小镜可以在30分钟内做完所有题目,并且全对。但她在数学竞赛中已经制定了策略:拿二等奖,不拿一等奖。物理竞赛她打算用同样的策略——把分数控制在二等奖的区间内。
但有一个问题:物理竞赛的参赛人数比数学竞赛少。数学竞赛有一百多人,物理竞赛只有不到六十人——因为物理竞赛的难度更高,很多学生不敢报名。六十人的二等奖,大概在第六名到第十八名之间。她需要把自己的名次控制在这个区间内。
她开始答题。
第一题,滑轮组。题目给出一个滑轮组的图,有一个动滑轮和一个定滑轮,绳子的一端固定在天花板上,绕过动滑轮和定滑轮,另一端被人拉着。重物的重量是600N,动滑轮的重量是20N,不计摩擦和绳重。求:(1)人需要施加多大的拉力?(2)滑轮组的机械效率是多少?
林小镜快速计算:动滑轮上有两段绳子承担重量,所以拉力F = (
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