例談假設(shè)法在高中物理力學(xué)教學(xué)中的應(yīng)用

倪紅萍 楊存升

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）14-0057-02

假設(shè)法是科學(xué)研究的重要方法，在物理教學(xué)中有著廣泛應(yīng)用。在高中物理教學(xué)中應(yīng)用假設(shè)法，有助于忽略次要因素抓住事物本質(zhì)，提高教學(xué)效率。本文將從運(yùn)用假設(shè)法判斷彈力的有無；運(yùn)用假設(shè)法判斷靜摩擦力的方向；運(yùn)用假設(shè)法建立理想化模型三個方面，結(jié)合自己的教學(xué)通過大量例子闡述假設(shè)法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用。

一、運(yùn)用假設(shè)法判斷彈力的有無

彈力是高中物理的重點(diǎn)內(nèi)容，而判斷彈力的有無又是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。根據(jù)彈力的定義：發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀，就會對與它接觸的物體，產(chǎn)生一個力的作用。得到彈力的產(chǎn)生條件是接觸、彈性形變。如果用彈力的產(chǎn)生條件去判斷彈力有無，在實(shí)際問題中很難作出判斷。因?yàn)楹芏鄷r候物體發(fā)生的彈性形變是微小形變，用肉眼很難分辨，這時運(yùn)用假設(shè)法則可以很容易作出判斷。

具體操作：假設(shè)相互接觸的兩個物體中的一個不存在，看另一個物體會不會“動”，若會“動”則兩物體間有彈力，不會“動”則兩物體間無彈力。

例1.如圖1，用兩段繩子a、b將小球分別懸掛于天花板和墻壁上，處于靜止。a繩子豎直，b繩子水平。判斷a、b兩段繩子對小球是否有拉力。

解析：分析過程中的難點(diǎn)在于水平繩子是否有拉力的判斷。運(yùn)用假設(shè)法，假設(shè)繩子a不存在，小球會往下掉，說明繩子a對小球有拉力；假設(shè)繩子b不存在，小球靜止不動，說明繩子b對小球無拉力。

例2.如圖2，在斜面a和水平地面b之間放置一個小球，小球和斜面a、水平地面b均接觸。判斷在斜面a和水平地面b與小球之間是否存在彈力。

解析：分析過程的難點(diǎn)在于斜面a對小球是否有支持力。運(yùn)用假設(shè)法，假設(shè)斜面a不存在，小球靜止在b上不動，所以斜面a對小球無支持力；假設(shè)地面b不存在，小球會沿斜面a往下滾，所以地面b對小球有支持力。

例3.如圖3小球B用豎直繩子C懸掛于天花板上，讓小球B與斜面體恰好接觸，判斷繩子和斜面對小球是否有彈力。

解析：分析難點(diǎn)在于斜面對小球是否有彈力的確定。運(yùn)用假設(shè)法，假設(shè)斜面不存在，小球被繩子吊著不會動，所以斜面對小球無彈力；假設(shè)繩子不存在，小球會沿斜面向下滾，所以繩子對小球有拉力。

二、運(yùn)用假設(shè)法判斷靜摩擦力的有無及靜摩擦力的方向

1.用假設(shè)法判斷靜止物體是否有靜摩擦力及其方向

判斷的關(guān)鍵，在于判斷有無相對運(yùn)動趨勢。判斷方法是：假設(shè)兩物體間接觸面光滑，看物體是否會運(yùn)動起來，如果會則運(yùn)動起來說明有相對運(yùn)動趨勢，且假設(shè)光滑時物體運(yùn)動也就是相對運(yùn)動趨勢的方向，說明此物體間有靜摩擦力，且靜摩擦力的方向與相對運(yùn)動趨勢方向相反。反之，假設(shè)物體間接觸面光滑，物體仍然靜止則物體間沒有靜摩擦力。

例4.將物塊A，靜止放在粗糙斜面上，判斷A與斜面間是否有靜摩擦力，靜摩擦力的方向。

解析：假設(shè)斜面光滑，A與斜面間無摩擦力，A將不會靜止，而是要沿斜面向下滑動，所以A有相對運(yùn)動趨勢，A與斜面間有靜摩擦力，且靜摩擦力的方向沿斜面向上。

2.用假設(shè)法判斷運(yùn)動物體是否有靜摩擦力及其方向

此類問題通常涉及到連接體共同運(yùn)動，如果憑直觀經(jīng)驗(yàn)判斷容易出錯。運(yùn)用假設(shè)法，假設(shè)存在或不存在靜摩擦力，用牛頓運(yùn)動定律結(jié)合運(yùn)動情況，則可以作出明確判斷。

例5.如圖5所示A、B疊放在水平地面上，用水平向右的力F拉著B，A、B以共同速度v向右做勻速直線運(yùn)動，判斷A、B間是否有彈力及彈力的方向。

解析：假設(shè)A、B間存在彈力，不論向左或是向右，對A進(jìn)行受力分析，A受重力和支持力平衡，就無其他力與靜摩擦力平衡，所以合力不為零，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，A不可能做勻速直線運(yùn)動，與題目條件矛盾。所以A、B間不存在靜摩擦力。

例6.如圖6所示A、B疊放在水平地面上，用水平向右的力F拉著B，A、B以共同加速度a向右做勻加速直線運(yùn)動，判斷A、B間是否有彈力及彈力的方向。

解析：假設(shè)A、B間存在彈力，對A進(jìn)行受力分析，A受重力和支持力平衡，還剩靜摩擦力平衡，所以合力等于A所受靜摩擦力，根據(jù)牛頓運(yùn)動定律，A做勻加速直線運(yùn)動，靜摩擦力的方向必然與加速度a的方向相同，所以A受水平向右的靜摩擦力。

三、運(yùn)用假設(shè)法建立理想模型、進(jìn)行理想實(shí)驗(yàn)

理想化模型是對物理研究過程，進(jìn)行科學(xué)的抽象，忽略其次要因素，抓住本質(zhì)簡化成直觀易于理解的模型。例如高中物理力學(xué)中所涉及到的質(zhì)點(diǎn)、單擺、彈簧振子、自由落體運(yùn)動和平拋運(yùn)動等。

理想實(shí)驗(yàn)則是先提出猜想，再進(jìn)行實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證猜想的合理性。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)一步忽略次要因素進(jìn)一步推想，進(jìn)而得到理想化的必然結(jié)論。例如高中物理中涉及到的伽利略理想斜面實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)等

總之，教師在教學(xué)中合理應(yīng)用假設(shè)法，可以取到化難為易，變復(fù)雜為簡單的效果，有利于學(xué)生理解和接受，從而提高課堂教學(xué)效率。