等效替代法的幾點(diǎn)思考

端木曉薇

摘要：在物理學(xué)中，等效替代法是普遍應(yīng)用的方法，等效替代法能夠使所要研究的問題簡(jiǎn)單化、直觀化，給問題的解答帶來(lái)極大的方便，但是學(xué)生往往無(wú)法真正掌握等效替代法。那么，如何更好地讓學(xué)生理解和掌握呢？本文主要介紹了等效替代法的涵義及作用，旨在提高學(xué)生對(duì)等效替代法的理解和應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：等效；替代；等效替代法

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1992-7711（2017）01-0106

所謂等效替代法是在保證某種效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡(jiǎn)單的、易于研究的物理問題和物理過程來(lái)研究和處理的方法。由于等效替代法可以使索要研究的問題簡(jiǎn)單化、直觀化，給問題的闡釋或者解答帶來(lái)極大的方便，所以有必要讓學(xué)生掌握等效替代法。那么，如何讓學(xué)生更好地掌握等效替代法呢？

一、注意等效替代法和轉(zhuǎn)換法的區(qū)別

轉(zhuǎn)換法：一些看不見、摸不著的物理現(xiàn)象，不好直接認(rèn)識(shí)它，我們常根據(jù)它們表現(xiàn)出來(lái)的看的見、摸的著的現(xiàn)象來(lái)間接認(rèn)識(shí)它們。

從等效替代法和轉(zhuǎn)換法兩者的定義來(lái)看，等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的，它們之間可以相互替代，并且保證結(jié)論不變。等效的方法可以是在面對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的問題，提出一個(gè)簡(jiǎn)單的方案或設(shè)想，并使它們的效果完全相同，從而將問題化難為易，求得解決。比如，測(cè)量?jī)蓚€(gè)電阻的阻值，可以用一個(gè)大電阻來(lái)等效替代。

而轉(zhuǎn)換法強(qiáng)調(diào)的是將一些看不見、摸不著的物理現(xiàn)象，通過用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)，或用容易測(cè)量的物理量間接測(cè)量，使之轉(zhuǎn)化為熟知的看得見、摸得著的宏觀現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)它們。比如在研究音叉的發(fā)聲時(shí)，由于音叉的振動(dòng)比較小，可以通過敲動(dòng)音叉所引起的乒乓球的彈開來(lái)說(shuō)明一切發(fā)聲體都在振動(dòng)等。

二、了解等效替代不是簡(jiǎn)單的替代

要掌握等效替代法，先要明白替代的目的是什么，為什么要替代。替代的目的是為了使復(fù)雜的問題簡(jiǎn)單化，如在光學(xué)中，探究平面鏡成像規(guī)律的時(shí)候，為什么不直接確定蠟燭所成的像的位置和大小呢？因?yàn)橄灎TA所成的像是虛像，無(wú)法用光屏承接，無(wú)法確定大小和位置，所以用同樣大小的蠟燭B來(lái)確定像的大小和位置。這是最關(guān)鍵的地方，因?yàn)橥瑯哟笮〉南灎TB與蠟燭A的效果相同，既能夠通過蠟燭B是否和像重合來(lái)確定大小關(guān)系，同時(shí)也能從這得到蠟燭A的像的位置。如果不是用同樣大小的蠟燭B，而是用其他物體，那樣就無(wú)法比較蠟燭A與像的大小關(guān)系，得出的位置也有一定的誤差，所以一定要注意，替代的前提是等效，只有等效了才能替代，否則就會(huì)出錯(cuò)。

三、學(xué)會(huì)運(yùn)用等效替代法讓問題簡(jiǎn)單化

1. 化“虛”為 “實(shí)”

例：小紅同學(xué)在做“探究平面鏡成像”的實(shí)驗(yàn)時(shí)。將一塊玻璃板豎直架在水平臺(tái)上。再取兩段完全相同的蠟燭A和B。點(diǎn)燃玻璃板前的蠟燭A，進(jìn)行觀察，如圖所示。在此實(shí)驗(yàn)中：

（1）小紅選擇玻璃板代替鏡子進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的目的是 ；

（2）選取兩段完全相同的蠟燭是為了比較像與物的

關(guān)系。

在探究平面鏡成像特點(diǎn)的實(shí)驗(yàn)中，難點(diǎn)在于如何確定像的位置，以及比較像與物的大小關(guān)系，如何突破這個(gè)難點(diǎn)呢？人教版八年級(jí)物理課本上的實(shí)驗(yàn)是利用玻璃板作為平面鏡，在實(shí)驗(yàn)中把蠟燭A放在玻璃板前作為物體，向玻璃板里面觀察，便于看到它在玻璃板后面所成的像，然后用另完全相同的蠟燭B在玻璃板的另一側(cè)來(lái)回移動(dòng)，直至與A的像重合，從而替代蠟燭A的像，根據(jù)蠟燭B的位置來(lái)確定蠟燭A的像所在的位置。而選取兩段完全相同的蠟燭主要是為了通過觀察該蠟燭B能否與蠟燭A的像重合，比較像與物的大小，從而解決了虛像無(wú)法判斷大小和位置的問題。

2. 化“繁”為“簡(jiǎn)”

例：加在同一物體上的兩個(gè)力F1、F2。F1=18牛，方向向右；F2=24牛，方向向左。現(xiàn)加第三個(gè)力F3，使三個(gè)力的合力為零，則第三個(gè)力F3的大小和方向是（ ）

A. 6牛，方向向左； B. 6牛，方向向右；

C. 42牛，方向向左； D. 42牛，方向向右。

如果物體只受F1、F2兩個(gè)相反方向的力作用，合力應(yīng)為6N，方向向左。此時(shí)要加第三個(gè)力F3，使合力為零，則F3與F1、F2的合力大小相等，方向相反，所以答案為B。在研究多個(gè)力的作用效果時(shí)，用合力來(lái)等效替代分力，可以將繁瑣的過程變得簡(jiǎn)單。

3. 化“不可測(cè)量”為“直接測(cè)量”

例：某同學(xué)用天平和量筒測(cè)量一塊小石子的密度，測(cè)質(zhì)量時(shí)在右盤中所加砝碼和游碼位置及測(cè)體積時(shí)的情景如圖所示，則可知小石塊的質(zhì)量是 g，小石塊的體積是 cm3，小石塊的密度是 kg/m3。

在測(cè)量小石塊的密度時(shí)，由于小石塊是不規(guī)則形狀，沒辦法直接計(jì)算出小石塊的體積，所以我們通過量筒，根據(jù)量筒中放入小石塊前后的示數(shù)變化，用排開水的體積等效替代了“不可測(cè)量”的小石塊體積，將“不可測(cè)量”的小石塊體積變成了“直接測(cè)量”的物理量。由此可知，此小石塊的體積為20 cm3。同時(shí)天平測(cè)出石塊的質(zhì)量為64g，從而知道小石塊的密度為3.2×103 kg/m3。

四、結(jié)論

等效替代法是物理方法中運(yùn)用廣泛的一種重要方法，是科學(xué)研究中常用的一種思維方法。在效果相同的前提下，把實(shí)際的、復(fù)雜的物理過程變成理想的、簡(jiǎn)單的等效過程來(lái)處理，對(duì)學(xué)生理解、掌握物理有舉足輕重的作用，但是學(xué)生對(duì)于等效替代法的認(rèn)識(shí)往往是割裂、分散的，所以我們?cè)诮虒W(xué)中應(yīng)該由淺入易，循序漸進(jìn)地講述等效替代法，讓學(xué)生懂得替代的前提、等效的內(nèi)涵，使他們真正掌握這一重要的科學(xué)研究方法。

（作者單位：廣東省珠海八中 519000）