例談科學(xué)假設(shè)的應(yīng)用

摘要：本文通過對具體實(shí)例進(jìn)行解析，提出了科學(xué)假設(shè)思維對學(xué)習(xí)物理學(xué)的重要性，同時(shí)得出合理地利用科學(xué)假設(shè)可以使一些物理難題簡化。

關(guān)鍵詞：科學(xué)假設(shè)；科學(xué)假設(shè)思維；創(chuàng)造思維; 創(chuàng)新能力

中圖分類號：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-6148(2011)4(S)-0017-2

科學(xué)假設(shè)是科學(xué)理論發(fā)展的思維形式，是人們根據(jù)已經(jīng)掌握的科學(xué)原理和科學(xué)事實(shí)，對未知的自然現(xiàn)象及其規(guī)律性，經(jīng)過一系列的思維過程，預(yù)先在自己頭腦中作出的假定性解釋?？茖W(xué)假設(shè)是科學(xué)理論的可能方案。恩格斯曾說過：只要自然科學(xué)在思維著，它的發(fā)展形式就是假設(shè)。科學(xué)的假設(shè)是通向真理的橋梁。下面以具體實(shí)例談一談如何用科學(xué)假設(shè)思維解物理問題。

例1 如圖1所示，一根輕質(zhì)彈簧上端固定，下端掛一質(zhì)量為m0的平盤，盤中有一物體，質(zhì)量為m。當(dāng)盤靜止時(shí)，彈簧的長度比其自然長度伸長了L。今向下拉盤使彈簧再伸長ΔL后停止，然后松手放開。設(shè)彈簧總處在彈性限度以內(nèi)，則剛松開手時(shí)盤對物體的支持力等于（ ）

A.(1+ΔLL)mg

B.(1+ΔLL)(m+m0)g

C.ΔLLmg

D.ΔLL(m+m0)g

解析 此題可以盤內(nèi)物體為研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列出一個(gè)式子，然后再以整體為研究對象進(jìn)行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律再列一個(gè)式子，并根據(jù)平衡位置的平衡條件與一式聯(lián)立求解，求解過程較麻煩。若采用假設(shè)法，本題將變得非常簡單。

假設(shè)題中所給條件ΔL=0 ，其意義是沒有將盤往下拉，則松手放開，彈簧長度不會變化，盤仍靜止，盤對物體的支持力的大小應(yīng)為mg 。以ΔL=0代入四個(gè)選項(xiàng)中，只有答案A能得到mg。由上述分析可知，此題答案應(yīng)為A。

例2 如圖2所示，甲、乙兩物體質(zhì)量分別為m1=2kg，m2=3kg，疊放在水平桌面上。已知甲、乙間的動摩擦因數(shù)μ1=0.6，物體乙與平面間的動摩因數(shù)μ2=0.5，現(xiàn)用水平拉力F作用于物體乙上，使兩物體一起沿水平方向向右做勻速直線運(yùn)動，如果運(yùn)動中F突然變?yōu)榱?，則物體甲在水平方向上的受力情況（g取10m/s2）

A.大小為12N，方向向右

B.大小為12N，方向向左

C.大小為10N，方向向右

D.大小為10N，方向向左

解析 當(dāng)F突變?yōu)榱銜r(shí)，可假設(shè)甲、乙兩物體一起沿水平方運(yùn)動，則它們運(yùn)動的加速度可由牛頓第二定律求出。由此可以求出甲所受的摩擦力，若此摩擦力小于它所受的滑動摩擦力，則假設(shè)成立。反之不成立。

如圖3所示。假設(shè)甲、乙兩物體一起沿水平方向運(yùn)動，則由牛頓第二定律得：

f2=(m1+m2)a①

f2=μN(yùn)2=μ2(m1+m2)g②

由①、②得：a=5m/s2

可得甲受的摩擦力為f1=m1a=10N

因?yàn)閒=μ1m1g=12N

f1＜f

所以假設(shè)成立，甲受的摩擦力為10N，方向向左。應(yīng)選D。

例3 水平傳輸帶勻速轉(zhuǎn)動，在水平傳輸帶上貨物隨傳輸帶一起向右勻速運(yùn)動，貨物在水平傳輸帶上受哪些力的作用？（貨物在水平傳輸帶上不滑動）。

解析 貨物在豎直方向受重力和支持力，這兩個(gè)力是一對平衡力。那么，貨物在水平方向受不受摩擦力呢？假設(shè)貨物受水平向右的摩擦力，那么貨物在水平方向所受合力就不平衡，貨物就不可能做勻速直線運(yùn)動，因此假設(shè)不成立，貨物只受重力和支持力。

例4 某船在靜水中由甲地到乙地后再返回甲地，用時(shí)間t秒，在流動的河水中也往返相同的路程，所用時(shí)間T秒，則（ ）。

A.t＞T B.t＜T

C.t=TD.無法確定

解析 如果設(shè)河水速度與船速相同，那船將永遠(yuǎn)不能返回，即T無窮大，故選B。

例5 可見光光子的能量在1.61eV-3.10eV范圍內(nèi)。若氫原子從高能級躍遷到量子數(shù)為n的低能級的譜線中有可見光，根據(jù)氫原子能級圖可判斷n為（ ）

A.1 B.2

C.3 D.4

解析 假設(shè)n=1，由能級圖知從任一高能級躍遷到n=1的低能級，釋放光子的能量均大于3.10eV；假設(shè)n=3(4)，則從任一高能級躍遷到n=3（4)的低能級，釋放光子的能量均小于1.61eV；故n只能等于2。

科學(xué)假設(shè)思維求解物理試題是在求解的問題與原題所給條件不相違的前提下，人為的加上或減去某些條件，以使原題方便求解。物理問題常用的有“假設(shè)物理情景”、“假設(shè)物理過程”、“假設(shè)物理量”……利用科學(xué)假設(shè)思維處理某些物理問題，往往能突破思維障礙，找出新的解題途徑，化難為易，化繁為簡，同時(shí)也能培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力。

參考文獻(xiàn)：

［1］彭加勒，李醒民.科學(xué)與假設(shè).遼寧教育出版社，2001-02出版

［2］彭加勒，李醒民.科學(xué)與方法.遼寧教育出版社，2001-02出版

［3］錢學(xué)森.關(guān)于思維科學(xué)

［4］孫洪敏.創(chuàng)新思維.上?？茖W(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社

(欄目編輯趙保鋼)

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文