變換思維的科學探究

什么是轉換法

轉換法是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見或易見的現象，將陌生復雜的問題轉換成熟悉簡單的問題。將難以測量或測不準的物理量轉換為能夠測量或測得準的物理量的方法，轉換法中被轉換的對象很多，可以是物理模型、研究對象和研究方法，也可以是某個圖形、某個物理量，初中物理在現象探究中、測量活動中、測量工具中、物理計算中等多處應用了這種方法。

轉換法在科學探究中的應用

1.應用于現象探究

在探究活動中，當要研究的對象不容易觀察時，如果運用轉換法，將研究對象合理轉換放大，來間接推斷，問題就會得到簡捷解答。如在研究聲音是由物體振動產生的時，同學們能聽到聲音，卻無法看清音叉的振動，這時可以根據聲音具有能量能使其他物體振動的原理，運用轉換法設計如圖1所示實驗，將音叉的振動轉換成泡沫塑料球的振動，就可間接知道音叉的振動。

又如，在研究導體產生的熱量與哪些因素有關的實驗中，電流通過導體時產生的熱量無法直接觀測和比較，可將其轉換為讓煤油吸熱，觀察煤油溫度的變化情況，從而推導出哪個導體放熱多，通過磁體會使小磁針發生偏轉來判斷磁場的存在、觀察電磁鐵吸引大頭針的多少來比較電磁鐵磁性的強弱等，也都是轉換法的思想。

2.應用于測量活動中

對于不容易測得的物理量，可以根據物理知識轉換成可以直接測得的物理量，再由公式計算出其值，這種方法在測量活動中應用相當廣泛，如電功率(利用電流表、電壓表測出I、U。通過P＝UI計算得出)的測量。

油箱內的油面高度變化是不容易觀察到的，可設計如圖2所示的自動測定油箱內油面高度的裝置，通過轉換法將油箱內油面高度轉換為電流表讀數的大小。

3.應用于測量工具中

許多測量工具的使用中也滲透了轉換法的思想，即用可直接量度的量去間接表現那些不便直接觀察或不便直接測量的量，如在力的測量(九年級將學到)過程中，力的大小是看不到摸不著的，但是力的大小卻和所拉彈簧長度的變化有關系，而彈簧的長度變化是可以直接測量的。我們就用彈簧的伸長量來量度力的大小，同樣，溫度計、電流表、電壓表、時鐘都是如此，看見的是長度、角度的變化，反映的卻是溫度、電流、電壓、時間的變化。

典例分析

例 在研究電磁鐵的磁性強弱跟什么因素有關時，小華和小明從實驗室選取了匝數分別為50匝和100匝的外形相同的電磁鐵，并先后將這兩個電磁鐵接入電路中，如圖3所示，閉合開關S后，用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片P重復了多次實驗。記錄如下：

(1)實驗中他們是通過電磁鐵_____來判定其磁性強弱的。

(2)分析第1、2、3次的實驗記錄，可得出結論：______。

(3)分析第1、4次和2、5，次的實驗記錄，可得出結論：_____。

解析：電磁鐵磁性的強弱是看不見、摸不著的，要把它們的強弱間接顯示出來，通常要轉換研究對象，把電磁鐵的磁性強弱轉化為吸引大頭針數目的多少，從而間接知道電磁鐵磁性的強弱。

答案：(1)吸引大頭針的數量 (2)在線圈的匝數一定時，線圈中的電流越大，電磁鐵的磁性越強(3)在線圈中的電流一定時，線圈的匝數越多，電磁鐵的磁性越強

練習

為了探究電流產生的熱量跟什么因素有關，王軍設計了如圖4甲、乙所示的兩種裝置。他將兩段阻值不同的電阻絲R₁、R₂(R₁＜R₂)分別密封在兩個完全相同的燒瓶中，并通過短玻璃管與相同的氣球相連，兩次實驗電源電壓不變。

(1)在這個實驗中，電流產生的熱量多少是通過_________體現出來的，像這種用能直接觀測的量來顯示不容易直接觀測的量的方法叫“轉換法”，這種方法在物理學研究中經常用到，請舉一例：______。

(2)甲裝置可探究電流產生的熱量與______的關系。

(3)在圖4甲、乙所示的兩個實驗中，通過比較相同時間里氣球B與D的變化情況可探究電流產生的熱量與______的關系。

(4)若甲、乙兩裝置同時實驗，在相同的通電時間里，與氣球_______(填氣球字母標號)相通的電阻絲產生的熱量最多。

(5)教材上的實驗裝置如圖4丙所示(燒瓶與甲、乙圖中的相同)，比較圖甲、乙和圖丙所示的兩種不同的實驗裝置，你認為較好的裝置是______理由是：_______。

參考答案：(1)氣球膨脹的程度

研究聲音是由振動產生的，用乒乓球的振動來顯示音叉的振動(或用吸引大頭針的多少觀測磁鐵的磁性強弱) (2)電阻 (3)電流 (4)C (5)若選用圖甲、乙，理由是：氣體的熱脹冷縮效果比固液態更明顯，實驗現象更直觀，時間更短(或選圖丙，理由是：用溫度計能較準確地測出煤油的溫度變化，便于定量研究)

責任編輯 蔡華杰