王大鵬 王劍秋

【摘要】在初中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，探究未知物理規(guī)律時(shí)，因?qū)嶒?yàn)器材或?qū)嶒?yàn)條件的限制，無法直接觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、揭示物理規(guī)律，為了使復(fù)雜的物理問題簡(jiǎn)單化、直觀化，常常用一種與之相似或等效的器材或條件來代替的思想叫等效替代思想.等效替代思想的應(yīng)用需要學(xué)生具有扎實(shí)的知識(shí)儲(chǔ)備和對(duì)物理規(guī)律的敏銳洞察力.掌握這種思想，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和科學(xué)思維，提高學(xué)生的核心素養(yǎng).

【關(guān)鍵詞】初中物理；等效替代思想；力學(xué)實(shí)驗(yàn)

1 在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

例1 風(fēng)車是利用風(fēng)力做功的裝置.小華制作了一架小風(fēng)車，用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，想粗測(cè)風(fēng)車在一定風(fēng)速下做功的功率.回答下列問題：

（1）該裝置是通過測(cè)量細(xì)線對(duì)___________做功的功率來測(cè)定風(fēng)車做功的功率.

（2）實(shí)驗(yàn)進(jìn)行時(shí)，逐步增加回形針數(shù)量，直至細(xì)線恰好能夠使回形針緩慢勻速上升為止.實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)定的物理量是：回形針的總質(zhì)量m、回形針勻速上升的___________和___________，則風(fēng)車做功的功率P＝___________（表達(dá)式中的物理量用正確符號(hào)表示）.

（3）若選用了比較粗的繩來做實(shí)驗(yàn)，則與選用較細(xì)的繩相比，測(cè)得風(fēng)車的做功率值將偏___________.

解析 （1）此實(shí)驗(yàn)是通過測(cè)量繩子對(duì)回形針做功的功率來粗測(cè)風(fēng)車做功的功率.

（2）由W=mgh可知，要測(cè)細(xì)線對(duì)回形針做的功，需要用天平測(cè)出回形針的總質(zhì)量m，用刻度尺測(cè)出回形針上升的高度h，用停表測(cè)出所用時(shí)間t，風(fēng)車做功的功率：P=Wt=mght.

（3）線本身有質(zhì)量，對(duì)回形針做功的同時(shí)要對(duì)線做功，選用較粗重的繩做實(shí)驗(yàn)，把回形針提升到相同高度，所用時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，根據(jù)公式P=Wt，當(dāng)W相同時(shí)，所用時(shí)間越多，則測(cè)量出的功率會(huì)偏小.

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)定風(fēng)車在一定風(fēng)速下做功的功率，無法直接測(cè)量，分析發(fā)現(xiàn)，車在一定風(fēng)速下做功的功率近似等于細(xì)線對(duì)回形針做功的功率，這樣可粗略測(cè)定出風(fēng)車在一定風(fēng)速下做功的功率，運(yùn)用了等效替代的思想.

2 在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

例2 小馬設(shè)計(jì)了如圖2所示的電路，測(cè)阻值大約為5Ω電阻Rx的阻值.圖中電源電壓未知，R0是滑動(dòng)變阻器，R是電阻箱（可連續(xù)調(diào)節(jié)電阻值大小，且能讀數(shù)的變阻器），其調(diào)節(jié)范圍0～999.9Ω，A是電流表（刻度有些模糊），S和S1分別是單刀雙擲開關(guān)和單刀開關(guān).完成下列實(shí)驗(yàn)步驟中的填空：

①先斷開S、S1，將電阻箱R的阻值調(diào)至最大；

②將單刀雙擲開關(guān)S撥至接點(diǎn)1，并閉合開關(guān)S1，調(diào)節(jié)___________（選填“R”或“R0”），使電流表的指針偏轉(zhuǎn)至恰當(dāng)位置，并標(biāo)記出電流表指針?biāo)幍奈恢茫?/p>

③然后將單刀雙擲開關(guān)S撥至接點(diǎn)2，調(diào)節(jié)___________（選填“R”或“R0”），使電流表的指針在___________，并記下此時(shí)電阻箱R的阻值；

④多次重復(fù)上述過程，計(jì)算電阻箱R讀數(shù)的___________，此即為被測(cè)電阻Rx的阻值.

解析 ②將單刀雙擲開關(guān)S撥至接點(diǎn)1，并閉合開關(guān)S1時(shí)，R0與Rx串聯(lián)，因R0為可變電阻，所以調(diào)節(jié)R0可使電流表的指針偏轉(zhuǎn)至恰當(dāng)?shù)奈恢?，并?biāo)記電流表指針?biāo)幍奈恢?

③將單刀雙擲開關(guān)S撥至接點(diǎn)2時(shí)，R0與R串聯(lián)，調(diào)節(jié)R，使得電流表指針在第②步的標(biāo)記處，記下此時(shí)電阻箱R的阻值.這樣做的目的是讓兩次實(shí)驗(yàn)中電流大小相同，相當(dāng)于用一個(gè)和Rx大小相同的電阻R替換了Rx，即從電阻箱中“讀出”了Rx的值.

④該實(shí)驗(yàn)是測(cè)量電阻的大小，為了減小誤差，故必須多次測(cè)量取其平均值作為最終測(cè)量結(jié)果.

點(diǎn)評(píng) 兩次回路電流大小相同，相當(dāng)于用一個(gè)和Rx大小相同的電阻R替換了Rx，這種方法叫等效替代法.利用等效法測(cè)電阻，將不同電阻接入回路時(shí)電流表或電壓表的示數(shù)需要相等，這樣才做到了等效，這時(shí)可以用一個(gè)已知電阻“替代”出未知電阻的阻值.

3 在光學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

例3 如圖3所示是某實(shí)驗(yàn)小組“探究平面鏡成像特點(diǎn)”的實(shí)驗(yàn)裝置.

（1）選用玻璃板代替平面鏡進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是___________，實(shí)驗(yàn)時(shí)選取A、B兩支相同的蠟燭是為了比較___________，運(yùn)用的物理研究方法叫___________（選填“控制變量法”或“等效替代法”）.

（2）如圖4所示，將一枚硬幣放在豎直的平面鏡前，硬幣的像在a處；若將平面鏡平移至如圖5所示的位置時(shí)，則硬幣成像在___________．

（A）a處.?? （B）b處.

（C）c處.? （D）不確定.

（3）實(shí)驗(yàn)后，同學(xué)們通過交流提出用方格紙代替白紙進(jìn)行實(shí)驗(yàn)更好，這樣做的好處是：___________（合理即可）.

解析 （1）選用玻璃板代替平面鏡，可以透過玻璃板看到后面的物體，便于確定像的位置.選取A、B兩支相同的蠟燭是為了比較像與物的大小，這種研究方法叫等效替代法.

（2）平面鏡所成的像與物關(guān)于鏡面對(duì)稱，所以若將平面鏡平移至如圖5所示的位置時(shí)，物體所成的像仍在a處，選（A）.

（3）用方格紙代替白紙可以直接比較像到平面鏡的距離與物到平面鏡的距離，而不需要用刻度尺.

點(diǎn)評(píng) 本實(shí)驗(yàn)通過等效替代的辦法，讓學(xué)生更加形象地掌握像與物之間的大小與位置關(guān)系，完美解決平面鏡成像不能測(cè)量像的大小和像距的問題.

4 結(jié)語

總之，等效替代法在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中不僅能將物理現(xiàn)象或問題變得簡(jiǎn)單而直觀，而且降低了學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識(shí)的難度，遇到類似的難題時(shí)就不會(huì)逃避，在解決一些物理問題時(shí)開拓了解題思路，提升了實(shí)驗(yàn)教學(xué)效率.在初中物理實(shí)驗(yàn)過程中，若學(xué)生能恰當(dāng)運(yùn)用等效替代法，對(duì)鍛煉學(xué)生科學(xué)思維能力，提升學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的理解力、分析判斷力和邏輯推理力有很大的幫助.

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