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活用假设法巧解浮力问题探究
摘 要：用假设法解题是物理教学中的常用策略.文章以浮力问题为例,对题中条件、物理量、过程、结果等进行假设,提出全新的解题思路,从而在解决逻辑性问题、分析液面变化、求出浮力大小等方面帮助学生突破难点.
关键词：物理教学；假设法；浮力；条件；结果
中图分类号：G633.7 文献标志码：A 文章编号：1008-3561（2018）31-0059-01
物理教学中,浮力所包含的内容很多,较为常见的是液体漂浮问题.大多数的浮力问题都是以液体为基本环境,教师可以对容器、液面等多种题型中提供的条件进行假设.下面分别通过三个不同的例子,运用假设法从不同的角度进行解题.
一、假设条件,解决逻辑性问题
物理题中会提供一些已知条件,可对这些条件进行假设,根据题意适当改变题中的条件,就可得出相应的结果,再把条件还原为题中给出的内容,将原来得出的结果进行适当的修正,从而得出正确结论.
例1：如图所示,容器中装有水,底部有一2N的铁块,现在把铁块从水中取出,此时容器底部所受压力的减小量与2N相比为（ ）：A.小于 B.等于 C.大于 D.无法确定.
解析：铁块从水中取出后容器底部所受的压力必然减小.由于容器的形状不规则,用公式法求解并不可行,但如果用假设法解题就会使这一问题迎刃而解.我们可以假设容器是与此底面积相同的圆柱形,由于是规则的圆柱形,那么把铁块取出之后减小的压力就等于2N.再看题中给出的上面宽下面窄的容器形状,铁块被取出后,水面下降的高度必然与圆柱形相比要小,故所受的压力小于2N.
评注：此种解题思路的要点在于敢于改变题中给定的条件,这对学生来说是一种挑战,同时也是对固有思维的解放,现有的教学方法很容易让学生形成思维定式或者不敢自己创新.这种假设会让学生打破思维定式,从自己假设的条件入手,从而求得正确答案.
二、 等效假设,分析液面的变化
等效假设就是以最终的效果相同为前提,将复杂陌生困难的问题变成易于分析解决的问题,实现等价转换.此种方法不会改变最终的结果,只是将分析过程进行调整,使其便于学生掌握,是较为常用的解题方法.
例2：如图甲所示,水面上漂浮一冰块（冰块是纯净的）,问当冰块全部融化后,液面将如何变化（ρ水>ρ冰）？
解析：本题条件很少,问得也很简洁,并且没有数据的引入,此类问题需要学生有一个清晰的逻辑思路,并且需要学生掌握必要的浮力知识.冰块的融化过程学生并不熟悉,可是对于体积、密度等概念还是相当熟悉的.学生可以假设将冰块从水中取出,水面会下降到图乙所示的高度.甲乙水面之间的高度差很显然是冰块排开水的体积,若冰块融化后变成水的体积与此相同,那液面是不变的.故求出V排等于F浮/ρ水等于 G冰/ρ水,V水等于 G水/ρ水等于 G冰/ρ水,从式中可以看出两者是相等的,故液面是不变的.
评注：等效假设的思想不仅能够应用于此类问题,而且是一种重要的物理思想,是很多实验以及结论得出过程中必不可少的思维方式.学生对等效假设方法的充分掌握,有利于对物理学的深入学习以及探究.
三、 假设结果,求出浮力大小
对结果进行假设是任意的,得出结论之前是不知道正确的结果的,理论上是可以随意假设结果的.但解题时为了更方便更快速地得出答案,常常需要进行极值假设,找出最极限的状态并对此进行假设分析,是比较简单的方法.
例3：有一重为5.88N,体积为0.6立方分米的空心玻璃球,现将此球放入硫酸中,等到最终玻璃球静止,求此时受到的浮力大小.（硫酸的密度为1.8×103kg/m3）
解析：题中只是让学生求出最终状态时小球所受到的浮力,但是学生发现连最终状态是什么样都无法判断,是不能直接进行求解的.对于最终状态无法确定时,利用极值假设法是比较简便的方法.假设最终球全部浸在硫酸中,此时小球的体积与排开水的体积相等,求得F浮等于ρ硫酸Vg等于10.58N,而题中给出的球重才只有5.88N,故小球必然有一部分在水面之外,这时根据漂浮条件求出F浮等于G球等于5.88N.
评注：本题中对于答案的假设是合理的,也是最简洁的,小球不可能是完全漂浮在硫酸上的,若假设处于漂浮状态,没有办法否定浸没在硫酸中的情形.此方法与反证法既有不同也有相似之处,希望学生进行比较,熟练地掌握这两种解题方法.
总之,假设法在物理学习中具有重要作用,教师要引导学生拓宽解题思路,灵活运用假设法对物理问题进行剖析,对题中的条件和结果进行合理的假设,从而找到问题的本质,顺利地完成物理题目.假设法为解决物理问题提供了完全不同的解题思路,是创新的来源所在.只要引导学生建立科学的假设思想,就能使学生在物理学习中获得创造力和创新力的提升.
参考文献：
[1]徐萍华.物理解题中几个思维问题的研究[D].苏州大学,2007.
[2]陈满和.谈物理解题思维起点[J].福建基础教育研究,2015(05).
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