中考實(shí)驗方法等效替換法

1、中考實(shí)驗方法等效交換法三國時的曹沖因"稱象"的故事而被世人稱為神童，他的聰明之處就在于用易于稱量的石塊來交換不易直接稱量的大象。其實(shí)，這就是物理學(xué)上的"等效交換法"在生活中的精妙應(yīng)用等質(zhì)量石塊和大象通過船排開水的體積是一樣的。 所謂等效交換法，就是從事物間的等同效果出發(fā)，通過一定的交換來學(xué)習(xí)和研究物理現(xiàn)象、過程、規(guī)律的一種方法。把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、過程，轉(zhuǎn)化為等效、簡單的，學(xué)生較熟悉的，易于理解的物理現(xiàn)象、過程來研究和處理。在初中物理中，測量曲線長度中的化曲為直;用一個力來等效交換兩個或幾個力的作用等，都采用了"等效交換法"。 物理學(xué)是

2、一門以觀察和實(shí)驗為根底的學(xué)科，對于剛剛接觸物理的初中學(xué)生來說，無論是其生活經(jīng)歷、知識儲藏、理解才能還是思維程度，對學(xué)好物理都有一定的困難。如何才能幫助學(xué)生度過難關(guān)?特別是在新公布的?國家中長期教育改革和開展規(guī)劃綱要?、?上海市中長期教育改革和開展規(guī)劃綱要?中都把"如何實(shí)在減輕學(xué)生過重的課業(yè)負(fù)擔(dān)"作為義務(wù)教育的工作重點(diǎn)。作為從事一線教學(xué)的我來講，考慮最多的是如何在課堂上實(shí)在減輕學(xué)生的負(fù)擔(dān)?我的體會就是：把"等效交換法" 巧妙地應(yīng)用在物理習(xí)題教學(xué)中，不斷地培養(yǎng)學(xué)生的"等效交換"思想，形成"等效交換"思維，對更有效地落實(shí)

3、三維目的，更好地進(jìn)步物理課堂教學(xué)效益，進(jìn)而提升學(xué)生的學(xué)習(xí)生活品質(zhì)有著事半功倍的成效，詳細(xì)做法如下： 一、效果上的等效交換 所謂效果上的等效交換，就是在物理效果一樣的情況下，從不同事物不同物理量或同類事物同一物理量的不同物理作用過程出發(fā)來分析和處理物理問題的方法。 例1.如以下圖1的水槽中浮有一只裝有鐵塊的小船，假如把小船中的鐵塊投到水中，那么水槽底部受到水的壓強(qiáng)將 A.增加; B.減小; C.不變; D.無法確定 分析：要考慮水槽底部受到水的壓強(qiáng)變化，只要分析水面的變化，而水面的變化可分析排開水的體積的變化， 因為水的體積沒有變化。但是由于鐵塊沉入水中后如圖2，船排開水的體積變小而鐵塊排開水的

4、體積變大從無到有，這就給分析排開水體積的變化帶來一定的困難。根據(jù)阿基米德原理，排開水的體積變化與浮力的變化親密相關(guān)，故此題可等效交換為浮力的變化問題。 我們可以把圖1與圖2中船和鐵塊所受到的浮力大小分別作一分析： 圖1情況船和鐵塊均漂浮在水面上，浮力大小等于船和鐵塊受到的重力大小之和，圖2中船上浮一些，仍漂浮在水面上，船受到的浮力大小仍等于船受到的重力大小，而鐵塊沉到水底，鐵塊受到的浮力大小將小于它受到的重力大小，最終船和鐵塊所受到總的浮力大小將減小，它們排開水的體積也將減小，故把小船中的鐵塊投到水中時水面下降，水槽底部受到水的壓強(qiáng)減小。 二、過程上的等效交換 所謂過程上的等效交換，就是在初中

5、物理中有些問題所涉及的過程較復(fù)雜，以致我們嚴(yán)格搞清楚整個過程中的各個細(xì)節(jié)有一定困難，而有的過程又是"動態(tài)"不易分析處理，運(yùn)用等效的觀點(diǎn)，往往只要把握住起始和終了時刻的狀態(tài)特性，定性地分析過程，將整個過程等效為一個相對簡單的過程，從而方便求解。 例2 .如圖3橫截面積為200cm2的圓柱形容器中裝有水，一橫截面積為50cm2的圓柱形木塊中間用細(xì)線系在容器底部的中央，木塊的質(zhì)量為600克高度為20 cm，細(xì)線可以承受的最大拉力為1.96牛，此時細(xì)線剛好伸直，問假如參加1.2千克的水那么容器底部的壓強(qiáng)增大多少? 分析與解答：要考慮增大的壓強(qiáng)只要考慮增大的液面高度，而分析液面高度的

6、變化首先要考慮參加水后細(xì)線能否拉斷。拉斷與否，浮力不同，排開水的體積不同，液面的高度也不同。原來木塊漂浮在水面上細(xì)線剛好伸直，細(xì)線拉力為零。 F浮1=G木 二力平衡 1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×V排1=0.6 Kg×9.8N/ KgV排1=0.6×10-3 m3=600cm3 當(dāng)細(xì)線上的拉力為1.96牛時，細(xì)線剛好要拉斷， 那么：F=1.96N 此時 F浮2=F+G木=1.96N+0.6Kg×9.8N/Kg=7.84N 7.84N=1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×V排2 V排2

7、=800cm3 即：水面上升h=V/S=800-600cm3/50 cm2=4cm=0.04m時細(xì)線剛好要拉斷。 此時參加水的質(zhì)量m=0.04m×200-50×10-4m2×103Kg/m3=0.6Kg<1.2 Kg 即：參加1.2 Kg水細(xì)線要斷。 所以水面變化分兩個過程：先參加0.6Kg水，此時細(xì)線不斷，后參加0.6Kg水細(xì)線已斷，而兩個過程液面的高度變化計算較為復(fù)雜。我們可以把兩個過程等效交換成一個過程：即參加1.2Kg水使整個容器的水面上升，因為木塊開場是漂浮，最終也是漂浮。木塊排開水的體積不變，所以水面上升的高度為： h水=V水/S =m水

8、 /水S =1.2Kg/1×103 Kg/m3×200×10-4m2=0.06m 即增加的壓強(qiáng)p=水gh水=1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×0.06m=588Pa 三、模型上的等效交換 所謂模型上的等效交換，就是互相替代的效果一樣，利用等效交換法，可以使非理想模型變?yōu)槔硐肽Ｐ?，使?fù)雜、陌生的模型變成簡單、熟悉的模型。 初中物理中有很多情況例如：把電流表等效成導(dǎo)線，因為它的電阻很小，而導(dǎo)線又可以等效成一個點(diǎn)，這樣分析電路時就比較簡單。 例3.如圖4，電源電壓6伏不變，R1=10，R2=20，R3=30，那么電流表A1，電流表

9、A2示數(shù)分別為多少? 分析與解答：由于電流表相當(dāng)于導(dǎo)線，所以圖4等效于圖5，圖5中的1、2點(diǎn)與電源正極直接用導(dǎo)線相連，3、4點(diǎn)與電源負(fù)極直接用導(dǎo)線相連，那么1、2點(diǎn)可以看成電源正極，3、4點(diǎn)可以看成電源負(fù)極，這樣R1、R2、R3都相當(dāng)于接在電源正負(fù)極之間，故R1、R2、R3并聯(lián)。這樣通過它們的電流也都可確定如圖6，從電源正極經(jīng)過電阻到負(fù)極，那么A1的電流為R2、R3電流之和，A2的電流為R1、R2的電流之和。 四、現(xiàn)象上的等效：在保持物理問題本質(zhì)不變的前提下，用簡單的容易分析的物理現(xiàn)象來等效表示復(fù)雜現(xiàn)象。 例4.有甲、乙、丙三個實(shí)心小球，密度分別為0.8克/厘米3、2克/厘米3、3克/厘米3。放入足量的水中，受到的浮力一樣，問三個小球的質(zhì)量之比? 分析：很多學(xué)生看到"浮力一樣"，根據(jù)阿基米德原理，馬上想到V排一樣。進(jìn)而推導(dǎo)出三個小球的體積相等，從而誤入歧途。 實(shí)際上三個小球的浮沉情況不盡一樣，乙和丙都是浸沒在水中乙和丙均大于水，V排=V乙=V丙，而甲球是漂浮在水面上，V排V甲，但G甲可用G排水來等效交換，M甲用M排水來等效交換， M甲：M乙:M丙=甲V甲：乙V乙：丙V丙=水V排：乙V排：丙V排=1：2：3 綜上所述，在教學(xué)和學(xué)習(xí)物理過程中，將等效交換法浸透到對過程的分析中去，不僅可以使我們對物理問題的分析和解答變得簡捷，而且對靈敏運(yùn)用知識