談物理教學中的轉換法

李正文

摘 要：在中學物理實驗中，有許多實驗其設計構思十分巧妙，其中一些實驗在物理理論的建立和發展中具有重要的意義，其間凝聚著科學家的智慧和創造。轉換法在許多實驗設計上和多種測量工具上都有非常巧妙的應用，但是在使用這些測量工具時應當注意它們的轉換條件，否則就會出錯。

關鍵詞：物理學；電動勢；策略

物理學是一門精確的定量化的科學。在物理實驗中需要定量測量物理量，但許多物理特征過程或物理量要想直接觀測有困難，可以把所要觀測的變量轉換成其他變量間接觀測和測量，這就是轉換法。轉換法主要是根據力熱光電等現象間的轉換關系，用等效的思想，即從效果想當的角度進行實驗及制作測量工具。

在中學物理學中常見測量工具中應用轉換法的有：（1）彈簧測力計：把力的大小轉換為彈簧伸長的長度。（2）水銀氣壓計：利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等，把氣壓的大小轉換為水銀柱的高度。（3）溫度計：利用液體的熱脹冷縮的性質，把溫度的大小轉換為液柱的長度。（4）電流表：它是應用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉換為電流再轉換為指針的偏轉角。這些測量工具都將復雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測量中常用的辦法。但是，在使用這些測量工具時我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測出來的結果可能是錯誤的。

我們來看看下列幾個問題：

問題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實驗能進行（ ）

A.用托盤天平測物體的質量

B.用密度計測某種液體的密度

C.用水銀氣壓計測飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計測飛船里的氣溫

表面看來上述四個實驗都可以做，但實際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因為在宇宙飛船中處于完全失重狀態，托盤天平是利用力矩平衡條件來工作的，飛船中處于完全失重狀態。這時，左右兩邊的質量不相等，天平也會平衡，所以測不了物體的質量。密度計是根據二力平衡浮力等于物體的重力來工作的，在宇宙飛船中密度計的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計測液體的密度。水銀氣壓計是利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等來工作的，在完全失重狀態中水銀柱不能產生壓強，所以水銀氣壓計也沒有用了，只有溫度計還能正常工作，所以能用水銀溫度計測飛船里的溫度。

問題（二）：如圖1所示，兩個電容器串聯接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測C兩端的電壓電壓表穩定后讀數是多少？

有的同學會毫不猶豫地運用串聯電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無電流流過，而伏特表讀數為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變為等電勢U1=0，C2兩端此時電壓U2=200 V。

如果分別用兩個相同伏特表分別與C1，C2并聯，情況又如何呢。兩伏特表與電源構成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯，電流大小相等，每個表指針偏轉相同，讀數均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問題（三）：如圖2所示，在磁感應強度B為0.2 T的勻強磁場中，有一邊長為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯一伏特表，當整個電路以v=10米每秒速度向右勻速移動時，AB兩端電勢差多大。伏特表的示數多少？

根據感生電動勢公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢差為1 V，但實際伏特表的示數卻為零。有的同學百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢差。但是，從產生感應電流的條件看，閉合電路中磁通量發生變化才會產生感生電流，該回路中磁通量沒有發生變化回路中沒有感生電流，所以伏特表無示數。從等效電路來看，AB、CD均切割磁感線而產生感生電動勢，相當于兩電動勢相等的電源反方向串聯在電路中，電路中無電流，因此伏特表指針不偏轉無示數。

從上述幾例中，我們可以發現各測量工具把一個物理量轉換為另一個物理量進行測量是有一定條件的。所以認識測量物理量中的轉化及轉化條件，對于了解測量儀器的原理和使用對于理解和掌握物理概念、物理規律都有重要意義。例如，在研究動能的大小與哪些因素有關時，用物塊水平移動的距離的大小來表示動能的大小，也是一種轉化。

轉化是解決問題的一種重要策略。以上轉化形式在日常生活和生產實踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來水表和電能表等。認識測量物理量的轉化，可培養思維的靈活性和處理問題時的變通性，促進學習遷移，實現知識向能力轉化。endprint

摘 要：在中學物理實驗中，有許多實驗其設計構思十分巧妙，其中一些實驗在物理理論的建立和發展中具有重要的意義，其間凝聚著科學家的智慧和創造。轉換法在許多實驗設計上和多種測量工具上都有非常巧妙的應用，但是在使用這些測量工具時應當注意它們的轉換條件，否則就會出錯。

關鍵詞：物理學；電動勢；策略

物理學是一門精確的定量化的科學。在物理實驗中需要定量測量物理量，但許多物理特征過程或物理量要想直接觀測有困難，可以把所要觀測的變量轉換成其他變量間接觀測和測量，這就是轉換法。轉換法主要是根據力熱光電等現象間的轉換關系，用等效的思想，即從效果想當的角度進行實驗及制作測量工具。

在中學物理學中常見測量工具中應用轉換法的有：（1）彈簧測力計：把力的大小轉換為彈簧伸長的長度。（2）水銀氣壓計：利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等，把氣壓的大小轉換為水銀柱的高度。（3）溫度計：利用液體的熱脹冷縮的性質，把溫度的大小轉換為液柱的長度。（4）電流表：它是應用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉換為電流再轉換為指針的偏轉角。這些測量工具都將復雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測量中常用的辦法。但是，在使用這些測量工具時我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測出來的結果可能是錯誤的。

我們來看看下列幾個問題：

問題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實驗能進行（ ）

A.用托盤天平測物體的質量

B.用密度計測某種液體的密度

C.用水銀氣壓計測飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計測飛船里的氣溫

表面看來上述四個實驗都可以做，但實際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因為在宇宙飛船中處于完全失重狀態，托盤天平是利用力矩平衡條件來工作的，飛船中處于完全失重狀態。這時，左右兩邊的質量不相等，天平也會平衡，所以測不了物體的質量。密度計是根據二力平衡浮力等于物體的重力來工作的，在宇宙飛船中密度計的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計測液體的密度。水銀氣壓計是利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等來工作的，在完全失重狀態中水銀柱不能產生壓強，所以水銀氣壓計也沒有用了，只有溫度計還能正常工作，所以能用水銀溫度計測飛船里的溫度。

問題（二）：如圖1所示，兩個電容器串聯接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測C兩端的電壓電壓表穩定后讀數是多少？

有的同學會毫不猶豫地運用串聯電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無電流流過，而伏特表讀數為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變為等電勢U1=0，C2兩端此時電壓U2=200 V。

如果分別用兩個相同伏特表分別與C1，C2并聯，情況又如何呢。兩伏特表與電源構成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯，電流大小相等，每個表指針偏轉相同，讀數均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問題（三）：如圖2所示，在磁感應強度B為0.2 T的勻強磁場中，有一邊長為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯一伏特表，當整個電路以v=10米每秒速度向右勻速移動時，AB兩端電勢差多大。伏特表的示數多少？

根據感生電動勢公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢差為1 V，但實際伏特表的示數卻為零。有的同學百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢差。但是，從產生感應電流的條件看，閉合電路中磁通量發生變化才會產生感生電流，該回路中磁通量沒有發生變化回路中沒有感生電流，所以伏特表無示數。從等效電路來看，AB、CD均切割磁感線而產生感生電動勢，相當于兩電動勢相等的電源反方向串聯在電路中，電路中無電流，因此伏特表指針不偏轉無示數。

從上述幾例中，我們可以發現各測量工具把一個物理量轉換為另一個物理量進行測量是有一定條件的。所以認識測量物理量中的轉化及轉化條件，對于了解測量儀器的原理和使用對于理解和掌握物理概念、物理規律都有重要意義。例如，在研究動能的大小與哪些因素有關時，用物塊水平移動的距離的大小來表示動能的大小，也是一種轉化。

轉化是解決問題的一種重要策略。以上轉化形式在日常生活和生產實踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來水表和電能表等。認識測量物理量的轉化，可培養思維的靈活性和處理問題時的變通性，促進學習遷移，實現知識向能力轉化。endprint

摘 要：在中學物理實驗中，有許多實驗其設計構思十分巧妙，其中一些實驗在物理理論的建立和發展中具有重要的意義，其間凝聚著科學家的智慧和創造。轉換法在許多實驗設計上和多種測量工具上都有非常巧妙的應用，但是在使用這些測量工具時應當注意它們的轉換條件，否則就會出錯。

關鍵詞：物理學；電動勢；策略

物理學是一門精確的定量化的科學。在物理實驗中需要定量測量物理量，但許多物理特征過程或物理量要想直接觀測有困難，可以把所要觀測的變量轉換成其他變量間接觀測和測量，這就是轉換法。轉換法主要是根據力熱光電等現象間的轉換關系，用等效的思想，即從效果想當的角度進行實驗及制作測量工具。

在中學物理學中常見測量工具中應用轉換法的有：（1）彈簧測力計：把力的大小轉換為彈簧伸長的長度。（2）水銀氣壓計：利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等，把氣壓的大小轉換為水銀柱的高度。（3）溫度計：利用液體的熱脹冷縮的性質，把溫度的大小轉換為液柱的長度。（4）電流表：它是應用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉換為電流再轉換為指針的偏轉角。這些測量工具都將復雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測量中常用的辦法。但是，在使用這些測量工具時我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測出來的結果可能是錯誤的。

我們來看看下列幾個問題：

問題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實驗能進行（ ）

A.用托盤天平測物體的質量

B.用密度計測某種液體的密度

C.用水銀氣壓計測飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計測飛船里的氣溫

表面看來上述四個實驗都可以做，但實際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因為在宇宙飛船中處于完全失重狀態，托盤天平是利用力矩平衡條件來工作的，飛船中處于完全失重狀態。這時，左右兩邊的質量不相等，天平也會平衡，所以測不了物體的質量。密度計是根據二力平衡浮力等于物體的重力來工作的，在宇宙飛船中密度計的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計測液體的密度。水銀氣壓計是利用水銀柱產生的壓強與氣體產生的壓強相等來工作的，在完全失重狀態中水銀柱不能產生壓強，所以水銀氣壓計也沒有用了，只有溫度計還能正常工作，所以能用水銀溫度計測飛船里的溫度。

問題（二）：如圖1所示，兩個電容器串聯接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測C兩端的電壓電壓表穩定后讀數是多少？

有的同學會毫不猶豫地運用串聯電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無電流流過，而伏特表讀數為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變為等電勢U1=0，C2兩端此時電壓U2=200 V。

如果分別用兩個相同伏特表分別與C1，C2并聯，情況又如何呢。兩伏特表與電源構成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯，電流大小相等，每個表指針偏轉相同，讀數均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問題（三）：如圖2所示，在磁感應強度B為0.2 T的勻強磁場中，有一邊長為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯一伏特表，當整個電路以v=10米每秒速度向右勻速移動時，AB兩端電勢差多大。伏特表的示數多少？

根據感生電動勢公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢差為1 V，但實際伏特表的示數卻為零。有的同學百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢差。但是，從產生感應電流的條件看，閉合電路中磁通量發生變化才會產生感生電流，該回路中磁通量沒有發生變化回路中沒有感生電流，所以伏特表無示數。從等效電路來看，AB、CD均切割磁感線而產生感生電動勢，相當于兩電動勢相等的電源反方向串聯在電路中，電路中無電流，因此伏特表指針不偏轉無示數。

從上述幾例中，我們可以發現各測量工具把一個物理量轉換為另一個物理量進行測量是有一定條件的。所以認識測量物理量中的轉化及轉化條件，對于了解測量儀器的原理和使用對于理解和掌握物理概念、物理規律都有重要意義。例如，在研究動能的大小與哪些因素有關時，用物塊水平移動的距離的大小來表示動能的大小，也是一種轉化。

轉化是解決問題的一種重要策略。以上轉化形式在日常生活和生產實踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來水表和電能表等。認識測量物理量的轉化，可培養思維的靈活性和處理問題時的變通性，促進學習遷移，實現知識向能力轉化。endprint