等量替代法在科學探究中的應用
2007-01-01 00:00:00趙安強
物理教學探討 2007年2期
物理是一門以觀察、實驗為基礎的科學，而觀察和實驗又是學習物理的一種基本方法，在學習物理的過程中，除觀察物理現象外，還要用科學的方法去探究物理的規律、解決物理問題。因此，在科學探究中，如何應用科學的方法去設計和制定實驗方案是探究物理規律、解決物理問題的關鍵。
1 等量替代法
等量替代法是在物理研究、學習過程中，當所研究（或解決）的物理問題不能直接用已知的條件去探究（或解決）時，應用物理量與物理量之間的等量關系間接探究（或解決）物理問題的方法。
2 等量替代法在科學探究中的應用
2.1 應用等量替代法測量物體的長度
在測量物體長度的實驗中，大多數情況都能應用刻度尺直接對物體的長度進行測量，而在某些特殊情況下，沒有給你刻度尺或給你刻度尺也無法測定要求的物理量，此時，應用等量替代法便可解決相應的問題。
例1 小明從商店里買來兩圈規格不同的細銅絲，他想知道兩圈細銅絲的型號（細銅絲的直徑），他發現只有一圈細銅絲的直徑標識清晰（直徑為ｄ1），另一圈細銅絲的標識已模糊不清，而他身邊又沒有刻度尺。請你幫小明設計一個方案測出該細銅絲的直徑ｄ2。要求：
（1）寫出主要的實驗步驟；
（2）細銅絲直徑的表達式。
分析 在沒有刻度尺的情況下，我們無法利用一般的測量方法去測量細銅絲的直徑，只有利用已知的條件——已知直徑的那圈細銅絲，然后采取等量替代的方法間接測出另一圈細銅絲的直徑。
解 （1）主要的實驗步驟：
①將兩圈細銅絲分別緊密繞在兩支鉛筆上，直至它們在兩支鉛筆上繞的寬度相等；（如圖1所示）
②分別記下它們在兩支鉛筆上繞的圈數記為ｎ１、ｎ２。
（2）細銅絲直徑的表達式為：ｄ2＝d1/n2n1。
拓展 給你一把刻度尺、一根細線、水，請你粗略的測出一礦泉水瓶的體積。要求：
（1）寫出主要的實驗步驟；
（2）礦泉水瓶體積的表達式。
2.2 等量替代法在探究物質密度中的應用
在測定物質密度的實驗中，最基本的方法是應用量筒測出物體的體積（V）、用天平測出物體的質量(m)，然后根據密度公式ρ=m/V求出物質的密度。如果在缺少量筒或天平的情況下，要測定物質的密度，我們就必須應用等量替代的方法來解決問題。
例2 給你一只量筒、水，如何測定一塊橡皮泥的密度。請你寫出測量的主要步驟和橡皮泥密度的表達式。
分析 由題意可知，要求只利用量筒來測定橡皮泥的密度，量筒可以直接測出橡皮泥的體積，用一般的方法橡皮泥質量是很難測定的。我們只有利用物體的漂浮條件——F浮=G物，通過橡皮泥所受的浮力與它的重力相等來間接測出橡皮泥的質量。
解 （1）主要的實驗步驟：
①向量筒中倒入適量的水記下水的體積為
；
②將橡皮泥制作成船的形狀，把它輕輕放入水中使它漂浮在水面上，記下水面處的體積為
③將橡皮泥浸沒于水中，記下水面處的體積為。
（2）橡皮泥密度的表達式為
拓展 1、給你一把刻度尺、一杯水、小木塊，請你測出小木塊的密度。要求：（1）寫出主要的實驗步驟；（2）小木塊密度的表達式。
2、給你一架天平、砝碼、一只燒杯、水、金屬塊，請你測定金屬塊的密度。要求：（1）寫出主要的實驗步驟；（2）礦泉水瓶體積的表達式。
３、給你一只彈簧測力計、水、細線、金屬塊，請你測出金屬塊的密度。要求：（1）寫出主要的實驗步驟；（2）金屬塊密度的表達式。
等量替代法是探究和解決物理問題的一種基本方法，應用它不僅能解決實驗探究中出現的問題，而且能幫助我們解決學習中一些較難的問題。因此，同學們在學習過程中，要不斷的應用科學的方法去探究和解決物理的相關問題。
注：本文中所涉及到的“圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”
