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假设法是物理学常用的一种研究方法,教材中利用“假定不动”的参照物研究物体的运动与静止,牛顿在伽利略的基础上,由运动着的物体不受摩擦力的合理假设与推理得出了牛顿第一定律.在平时的解题中,我们也可以采用假设法,根据已有物理概念、规律、实验现象,以分析、计算、推理为手段,进行合理推断,使解题过程实现化难为易,化繁为简,节约时间.在平时的解题中,我们已或多或少地采用了此种方法,下面结合实例,大家一起来总结一下假设法在初中物理解题中的运用.
一、杠杆平衡类问题
例1 如图1所示,杠杆上分别放着质量不相等的两个球,杠杆在水平位置平衡,如果两球以相同速度同时匀速向支点移动,则杠杆( ).
A.仍能平衡
B.不能平衡,大球那端下沉
C.不能平衡,小球那端下沉
D.无法判断
分析与解答 根据杠杆平衡条件,可知大球的力臂
例2 将体积相同的铜块和铁块,分别挂在杠杆的两端,如图2所示,调节杠杆使杠杆处于平衡状态,若将两金属块同时浸没在水中时,则杠杆将( ).
A.仍保持平衡
B.失去平衡,A端下降
C.失去平衡,B端下降
D.无法判断
分析与解答 如果运用传统方法,则需根据杠杆平衡条件,判断二者的力臂关系,再结合阿基米德原理进行计算,计算量较大,且容易出错.根据题意,水的密度小于铜块与铁块,可以推断出如果把水换成酒精,结果应相同.现在采用“假设法”,不是换成酒精,而是换成另一种液体,这种液体的密度仍然小于铜和铁,但无限接近铁的密度,则铁受浮力约等于重力.铜密度大,浮力小于重力下沉,所以选B.
二、速度类问题
例3 甲、乙两人都从跑道的一端前往另一端,甲在一半时间内跑,在另一半时间内走,而乙在一半路程上跑,在另一半路程上走,他们跑和走的速度分别相同,问谁先到达终点( ).
A.甲先到终点
B.乙先到终点
C.甲、乙同时到达终点
D.无法判断
分析与解答 此题没有任何数据可以用来计算,但作为常识,跑的速度应大于走的速度.应用“假设法”,将跑与走的速度差进行扩大,设定跑的速度远远大于走的速度,走的速度比跑慢得多,由此可以得出,在相同时间内,甲在一半时间内跑的路程就应很接近终点了,走的路程很少很少,而乙有一半路程要走,花在走上的时间很长,因此甲先到达终点,选A.
例4 今有一轮船在距离为s的甲、乙两地之间往返航行,在静水中往返航行一次时间为t1,轮船的动力保持不变,当水流速度为v时,则往返航行一次时间为t2,则( ).
A.t1>t2 B.t1
C.t1=t2 D.无法判定
分析与解答 此题通过方程组来计算,讨论过程非常繁琐.若采用“假设法”,若水流速度很大时,船在顺流时所需时间较少,但逆水时,如果水流速度很大很大,很接近船速时,船在逆水时所花的时间就会无限长,由此可以判断是答案B.
例5 一个木箱漂浮河中,随平稳流动的河水向下游漂去,在木箱的上游和木箱的下游各有一条小船,两船到木箱距离相同,两船同时划向木箱,若两船在水中划行的速度相等,那么( ).
A.上游的小船先捞到木箱
B.下游的小船先捞到木箱
C.两船同时到达木箱处
D.条件不足,无法判断
分析与解答 此题中,上游、下游、木箱都在顺水漂动,可用“假设法”,假设木箱不动,也就是以木箱为参照物,则答案选C.
三、液体压强类问题
例6 如图3所示,两个完全相同的量筒分别盛有质量相等的水和煤油(ρ水>ρ油),A、B两点到液面的距离相等,A、C两点到容器底面的距离相等,则有( ).
A.两个容器底面受到的液体压强不相等
B. A、B两点的液体压强相等
C. A点的液体压强大于C点的液体压强
D. A点的液体压强小于C点的液体压强
分析与解答 此题的难点就是答案C、D的判断,常规解法是认为底部压强相等,然后再用液体压强公式减去下部的压强,但如用“假设法”会更简单,假设A、C两点同时向上移动,则最终A点无限接近液面,则A点的压强将无限小,而C点的压强正常,所以可判断C错误,因此答案选择D.
四、浮力类问题
例7 有一支蜡烛,下端钉有一枚钉子,能直立浮于水面上,现用刀把露出部分切去,则剩下部分( ).
A.浮力减小,重力减小,浸入深度不变
B.浮力减小,重力减小,会上浮一些
C.浮力减小,重力减小,会下沉一些
D.以上情况皆有可能
分析与解答 此题可直接采用“假设法”,假设切去瞬间蜡烛不动,则浮力不变,重力变小,会上浮.上浮后在水中体积减小,因此浮力减小,选B.
五、光学类问题
例8 如图4所示,水平地面上有一障碍物ABCD,较大的平面镜MN在某一高度上水平放置,试用作图法求出眼睛位于O点从平面镜中所能看到的障碍物后方地面的范围.
分析与解答 假设O点不是眼睛,而是点光源,问题转换成O点的光可以照亮的范围,则问题就简单得多了.根据光路的可逆性,一切就迎刃而解了.
六、电学类问题
例9 电路连接如图5所示,开关S闭合后,若将滑动变阻器的滑片P向右移动,则甲、乙两灯泡的亮度的变化的情况下( ).
A.甲灯变亮,乙灯变暗
B.甲灯变暗,乙灯变亮
C.甲灯和乙灯都变暗
D.甲灯和乙灯都变亮
分析与解答 假设开始的时候,滑片P位于a端,此时滑动变阻器短路,乙灯不亮,甲灯两侧的电压等于电源电压,当向右滑动时,乙灯当然变亮,甲灯两侧的电压减小,甲灯变暗.