活用假設(shè)法巧解浮力問題探究

石明江

摘 要：用假設(shè)法解題是物理教學(xué)中的常用策略。文章以浮力問題為例，對題中條件、物理量、過程、結(jié)果等進(jìn)行假設(shè)，提出全新的解題思路，從而在解決邏輯性問題、分析液面變化、求出浮力大小等方面幫助學(xué)生突破難點。

關(guān)鍵詞：物理教學(xué)；假設(shè)法；浮力；條件；結(jié)果

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1008-3561（2018）31-0059-01

物理教學(xué)中，浮力所包含的內(nèi)容很多，較為常見的是液體漂浮問題。大多數(shù)的浮力問題都是以液體為基本環(huán)境，教師可以對容器、液面等多種題型中提供的條件進(jìn)行假設(shè)。下面分別通過三個不同的例子，運(yùn)用假設(shè)法從不同的角度進(jìn)行解題。

一、假設(shè)條件，解決邏輯性問題

物理題中會提供一些已知條件，可對這些條件進(jìn)行假設(shè)，根據(jù)題意適當(dāng)改變題中的條件，就可得出相應(yīng)的結(jié)果，再把條件還原為題中給出的內(nèi)容，將原來得出的結(jié)果進(jìn)行適當(dāng)?shù)男拚瑥亩贸稣_結(jié)論。

例1：如圖所示，容器中裝有水，底部有一2N的鐵塊，現(xiàn)在把鐵塊從水中取出，此時容器底部所受壓力的減小量與2N相比為（ ）：A.小于 B.等于 C.大于 D.無法確定。

解析：鐵塊從水中取出后容器底部所受的壓力必然減小。由于容器的形狀不規(guī)則，用公式法求解并不可行，但如果用假設(shè)法解題就會使這一問題迎刃而解。我們可以假設(shè)容器是與此底面積相同的圓柱形，由于是規(guī)則的圓柱形，那么把鐵塊取出之后減小的壓力就等于2N。再看題中給出的上面寬下面窄的容器形狀，鐵塊被取出后，水面下降的高度必然與圓柱形相比要小，故所受的壓力小于2N。

評注：此種解題思路的要點在于敢于改變題中給定的條件，這對學(xué)生來說是一種挑戰(zhàn)，同時也是對固有思維的解放，現(xiàn)有的教學(xué)方法很容易讓學(xué)生形成思維定式或者不敢自己創(chuàng)新。這種假設(shè)會讓學(xué)生打破思維定式，從自己假設(shè)的條件入手，從而求得正確答案。

二、 等效假設(shè)，分析液面的變化

等效假設(shè)就是以最終的效果相同為前提，將復(fù)雜陌生困難的問題變成易于分析解決的問題，實現(xiàn)等價轉(zhuǎn)換。此種方法不會改變最終的結(jié)果，只是將分析過程進(jìn)行調(diào)整，使其便于學(xué)生掌握，是較為常用的解題方法。

例2：如圖甲所示，水面上漂浮一冰塊（冰塊是純凈的），問當(dāng)冰塊全部融化后，液面將如何變化（ρ水>ρ冰）？

解析：本題條件很少，問得也很簡潔，并且沒有數(shù)據(jù)的引入，此類問題需要學(xué)生有一個清晰的邏輯思路，并且需要學(xué)生掌握必要的浮力知識。冰塊的融化過程學(xué)生并不熟悉，可是對于體積、密度等概念還是相當(dāng)熟悉的。學(xué)生可以假設(shè)將冰塊從水中取出，水面會下降到圖乙所示的高度。甲乙水面之間的高度差很顯然是冰塊排開水的體積，若冰塊融化后變成水的體積與此相同，那液面是不變的。故求出V排=F浮/ρ水= G冰/ρ水，V水= G水/ρ水= G冰/ρ水，從式中可以看出兩者是相等的，故液面是不變的。

評注：等效假設(shè)的思想不僅能夠應(yīng)用于此類問題，而且是一種重要的物理思想，是很多實驗以及結(jié)論得出過程中必不可少的思維方式。學(xué)生對等效假設(shè)方法的充分掌握，有利于對物理學(xué)的深入學(xué)習(xí)以及探究。

三、 假設(shè)結(jié)果，求出浮力大小

對結(jié)果進(jìn)行假設(shè)是任意的，得出結(jié)論之前是不知道正確的結(jié)果的，理論上是可以隨意假設(shè)結(jié)果的。但解題時為了更方便更快速地得出答案，常常需要進(jìn)行極值假設(shè)，找出最極限的狀態(tài)并對此進(jìn)行假設(shè)分析，是比較簡單的方法。

例3：有一重為5.88N，體積為0.6立方分米的空心玻璃球，現(xiàn)將此球放入硫酸中，等到最終玻璃球靜止，求此時受到的浮力大小。（硫酸的密度為1.8×103kg/m3）

解析：題中只是讓學(xué)生求出最終狀態(tài)時小球所受到的浮力，但是學(xué)生發(fā)現(xiàn)連最終狀態(tài)是什么樣都無法判斷，是不能直接進(jìn)行求解的。對于最終狀態(tài)無法確定時，利用極值假設(shè)法是比較簡便的方法。假設(shè)最終球全部浸在硫酸中，此時小球的體積與排開水的體積相等，求得F浮=ρ硫酸Vg=10.58N，而題中給出的球重才只有5.88N，故小球必然有一部分在水面之外，這時根據(jù)漂浮條件求出F浮=G球=5.88N。

評注：本題中對于答案的假設(shè)是合理的，也是最簡潔的，小球不可能是完全漂浮在硫酸上的，若假設(shè)處于漂浮狀態(tài)，沒有辦法否定浸沒在硫酸中的情形。此方法與反證法既有不同也有相似之處，希望學(xué)生進(jìn)行比較，熟練地掌握這兩種解題方法。

總之，假設(shè)法在物理學(xué)習(xí)中具有重要作用，教師要引導(dǎo)學(xué)生拓寬解題思路，靈活運(yùn)用假設(shè)法對物理問題進(jìn)行剖析，對題中的條件和結(jié)果進(jìn)行合理的假設(shè)，從而找到問題的本質(zhì)，順利地完成物理題目。假設(shè)法為解決物理問題提供了完全不同的解題思路，是創(chuàng)新的來源所在。只要引導(dǎo)學(xué)生建立科學(xué)的假設(shè)思想，就能使學(xué)生在物理學(xué)習(xí)中獲得創(chuàng)造力和創(chuàng)新力的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐萍華.物理解題中幾個思維問題的研究[D].蘇州大學(xué)，2007.

[2]陳滿和.談物理解題思維起點[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2015（05）.