例談科學假設的應用

摘要：本文通過對具體實例進行解析，提出了科學假設思維對學習物理學的重要性，同時得出合理地利用科學假設可以使一些物理難題簡化。

關鍵詞：科學假設；科學假設思維；創(chuàng)造思維; 創(chuàng)新能力

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

科學假設是科學理論發(fā)展的思維形式，是人們根據(jù)已經(jīng)掌握的科學原理和科學事實，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，預先在自己頭腦中作出的假定性解釋。科學假設是科學理論的可能方案。恩格斯曾說過：只要自然科學在思維著，它的發(fā)展形式就是假設。科學的假設是通向真理的橋梁。下面以具體實例談一談如何用科學假設思維解物理問題。

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。當盤靜止時，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。設彈簧總處在彈性限度以內(nèi)，則剛松開手時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)物體為研究對象進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律列出一個式子，然后再以整體為研究對象進行受力分析，根據(jù)牛頓第二定律再列一個式子，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。若采用假設法，本題將變得非常簡單。

假設題中所給條件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為mg 。以ΔL=0代入四個選項中，只有答案A能得到mg。由上述分析可知，此題答案應為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動，如果運動中F突然變?yōu)榱悖瑒t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F突變?yōu)榱銜r，可假設甲、乙兩物體一起沿水平方運動，則它們運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，則假設成立。反之不成立。

如圖3所示。假設甲、乙兩物體一起沿水平方向運動，則由牛頓第二定律得：

f2=(m1+m2)a①

f2=μN2=μ2(m1+m2)g②

由①、②得：a=5m/s2

可得甲受的摩擦力為f1=m1a=10N

因為f=μ1m1g=12N

f1＜f

所以假設成立，甲受的摩擦力為10N，方向向左。應選D。

例3 水平傳輸帶勻速轉動，在水平傳輸帶上貨物隨傳輸帶一起向右勻速運動，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動，因此假設不成立，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，用時間t秒，在流動的河水中也往返相同的路程，所用時間T秒，則（ ）。

A.t＞T B.t＜T

C.t=TD.無法確定

解析 如果設河水速度與船速相同，那船將永遠不能返回，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。

科學假設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“假設物理情景”、“假設物理過程”、“假設物理量”……利用科學假設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，同時也能培養(yǎng)學生的創(chuàng)造思維和創(chuàng)新能力。

參考文獻：

［1］彭加勒，李醒民.科學與假設.遼寧教育出版社，2001-02出版

［2］彭加勒，李醒民.科學與方法.遼寧教育出版社，2001-02出版

［3］錢學森.關于思維科學

［4］孫洪敏.創(chuàng)新思維.上海科學技術文獻出版社

(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