賞析“放大法”在中考試題中的應用
2008-04-29 00:00:00張世成
物理教學探討 2008年16期
在最近幾年的中考（模擬）試題中，“放大法”素材作為試題背景經常出現，著重建立新的問題情景，以考查考學的科學探究能力或者解決問題的能力。
1 機械杠桿放大法
例1（2005年無錫市中考試題） 科學研究表明：金屬桿受到拉力會伸長，在一定范圍內，金屬桿的伸長與它所受到的拉力成正比。現有一金屬桿L，長為4m，橫截面積為0.8cm2，實際使用時要求金屬桿受到拉力后的伸長不超過0.4cm。由于直接對這一金屬桿測試有困難，故選用同種材料制成的樣品進行測試，測試時樣品所受的拉力始終為1 000N。通過測試取得數據如下：
請分析表中數據，回答下列問題：
(1)在對樣品進行測試時，采用如圖1所示的裝置。這樣設計有何優點?(2)分析樣品測試數據可知，金屬桿伸長的長度還跟什么因素有關?(3)金屬桿L能夠承受的最大拉力為多大?
（參考答案：(1)可以將金屬桿伸長的長度放大，使實驗現象更加明顯(2)金屬桿的長度和橫截面積 (3)F=10 000N ）
機械杠桿放大法是利用有固定轉軸的指針，將微小變化作用于指針杠桿的短臂，而觀察點則在長臂的頂端，觀察量的放大程度取決于長臂與短臂的比值。
例2（2007年連云港市中考試題）我們在學習杠桿原理時知道阿基米德有一句豪言壯語：“給我一根杠桿和一個支點，我就能撬動地球”。小剛同學對此產生了疑惑，他查閱了有關資料，知道地球的質量為6×1024kg。并且假設支點距地球1m，阿基米德給杠桿的最大壓力為600N，則阿基米德需要一根約為_____m的輕質杠桿。即使他以100km/h的速度（相當于小汽車在高速公路上的速度）勻速下壓杠桿，要將地球撬起1cm，也需要______a（1a約為104h）。小剛據此指出這一豪言壯語是不可能實現的。你對小剛同學的做法有何評價_________。
（參考答案：1×1023；1×1012；敢于向權威質疑）
阿基米德利用杠桿“以小動大”（如液壓機一樣），用較小的力能產生較大的力，這也是一種放大的思想。
2 “光杠桿”放大法
例3（2007年無錫市中考模擬試題） 如圖3所示，桌面上放兩個平面鏡，用激光器對準平面鏡M，使激光通過兩個平面鏡_______后照到墻上，當用力壓桌面時，墻上的光點隨之發生移動，這個實驗說明_______(參考答案：反射；力能改變物體的形狀）
光點反射放大法是使光的反射角的微小變化，通過反射線投射到遠處光屏上的光點的移位來顯示，其變化的顯著程度取決于反射鏡至光點投射之間的距離。這種放大法通常也叫“光杠桿放大法”。
最為著名的應用就是卡文迪許設計的測量萬有引力的扭秤實驗。該實驗的關鍵是要測量出由于 m 受到 m'的吸引石英絲被扭轉的角度。但是 m 和 m'之間的引力非常微弱，因而石英絲扭轉的角度也極為微小，不進行放大無法測量。卡文迪許正是巧妙地運用了光點反射放大法，借助從小平面鏡 M 的反射光在刻度尺上移動的距離來求出扭轉角，再根據扭轉角就可以算出 m 與 m'的引力 F。
3 液面升降放大法
例4(煙臺市2007年中考試題) 一個橢圓形厚玻璃瓶中灌滿水，把細玻璃管通過帶孔的橡皮塞插入玻璃瓶中(如圖4 )。用雙手擠壓玻璃瓶，我們看到的現象是__________，這一現象說明_____________。(參考答案：細玻璃管內的水面上升，力可以使物體發生形變或力可改變物體的形狀)
例5(無錫市2005年中考試題) 如圖4是小紅利用小瓶、橡皮塞和玻璃管自制的液體溫度計。該溫度計是根據液體_______的規律來工作的。實際使用中發現該溫度計玻璃管中液柱變化不明顯，導致示數不準確。對此，請你提出一條改進的建議：_______。（參考答案： 熱脹冷縮；玻璃管子細一點或者小瓶大一些）
例6(鹽城市2005年中考試題) 某同學利用如圖5所示的裝置探究“電流產生的熱量與哪些因素有關”。在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各放置一段電阻絲，且R甲＞R乙，通電一段時間后，發現甲瓶玻璃管中煤油的液面上升得比乙的高。該現象能夠說明電流產生的熱量與下列哪個因素有關？（ ）（參考答案：C）
A.電荷量。B.電流。
C.電阻。D.通電時間。
液面升降放大法是通過細玻璃管（或其他材料制成的透明細管）中的有色液面的上升或下降來反映某種物理量（如體積、溫度、壓強等）的微小變化，其顯著程度取決于細管直徑的大小。微小壓強計測壓強的實驗、氣體與液體受熱膨脹的實驗、伽利略氣體溫度計實驗、物體吸熱本領不同的實驗、焦耳定律實驗等都應用了這種“放大法”。
4 投影儀放大法
例7（2007年無錫市中考模擬試題） 閱讀短文，并完成填空：
老師將磁鐵靠近正在發光的燈泡，學生看到燈絲有明顯的晃動時，非常驚奇！
師：這是什么原因引起的？
生：磁鐵能夠吸引鐵絲。
生：不對，燈泡里面是鎢絲。
突然，一群同學喊到：__________。
師：對！！就是這個原因。這個發現無疑與奧斯忒（第一個發現電磁聯系的人）一樣偉大。（全場掌聲一片）
這時，后面的同學說燈絲的顫動太小，他們看不見。
師：繼續發揮你們的創新才能，讓他們也看到這令人心動的一幕。
你的方法是__________。
（參考答案：磁場對電流有力的作用 用發光的燈泡做為物體，經過凸透鏡在光屏上成倒立放大的實象，再用實物投影儀打在背投電視上或屏幕上）
將需要放大的物體置于凸透鏡的1倍焦距與2倍焦距之間，將像呈現在光屏上，再利用實物投影儀（正對光屏）將圖象呈現在屏幕或者背投電視上。經過兩次放大，現象更加明顯。筆者在講到電流與磁場的相互作用時，就演示了這個實驗。采用投影儀放大法，一方面學生不用直接觀察白熾燈的燈絲，從而保護了眼睛；另一方面，通過兩次放大后可以在屏幕上看到“燈絲粗大，楚楚動人”的景象，印象深刻，很難相忘。除此之外，我們也可以直接將實驗裝置放置在投影儀上，將實驗現像投影放大到屏幕上進行觀察。在觀察磁感應線的分布時，我們可以采用這種方法。
綜觀這些試題，雖然都采用了“放大法”素材作為試題的新情景，可都沒有貼上“放大法”這個標簽，這樣更加有利于科學研究方法的隱形滲透。試題不貼標簽，我們在日常教學中更不能只貼標簽。還是腳踏實地，突出方法的本質內容，著力培養學生運用這些方法解決問題的能力。
科學研究方法是一種思想，要在學生的意識上進行培養，是對學生不斷潛移默化施加影響的過程，這個過程其實是一個“潤澤”的過程，是一種慢的藝術。其成果不是從一節課、一次實驗、一場考試就能展現出來的，而是體現在一學期、一年、甚至幾年后。正如佐藤學在其《靜悄悄的革命》所說，“文化變革越是緩慢，才越能得到確實的成果”。
