等效替代法的几点思考

等效替代法的几点思考

端木晓薇

关键词：等效；替代；等效替代法

初中阶段物理常用科学探究方法归纳起来有以下几种：控制变量法，等效替代法，转换法，理想模型法，科学推理法，图像法，类比法。而在这几种科学探究方法中，在这几种探究方法中，等效替代法是学生最难理解的。

所谓等效替代法是在保证某种效果(特性和关系)相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。由于等效替代法可以使索要研究的问题简单化、直观化，给问题的阐释或者解答带来极大的方便，所以有必要让学生掌握等效替代法。那么，如何让学生更好的掌握等效替代法呢？

一、要注意等效替代法和转换法的区别。

转换法：一些看不见，摸不着的物理现象，不好直接认识它，我们常根据它们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。

从等效替代法和转换法两者的定义来看，等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的，它们之间可以相互替代,并且保证结论不变。等效的方法可以是在面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，并使它们的效果完全相同,从而将问题化难为易，求得解决。比如，测量两个电阻的阻值，可以用一个大电阻来等效替代。

而转换法强调的是将一些看不见，摸不着的物理现象，通过用一些非常直观的现象去认识，或用容易测量的物理量间接测量，使之转化为熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们。比如在研究音叉的发声时，由于音叉的振动比较小，可以通过敲动音叉所引起的乒乓球的弹开来说明一切发声体都在振动等。

二、了解等效替代不是简单的替代。

要掌握等效替代法，先要明白替代的目的是什么，为什么要替代。替代的目的是为了使复杂的问题简单化，如在光学中，探究平面镜成像规律的时候，为什么不直接确定蜡烛所成的像的位置和大小呢？因为蜡烛A所成的像是虚像，无法用光屏承接，无法确定大小和位置，所以用同样大小的蜡烛B来确定像的大小和位置。这是最关键的地方，因为同样大小的蜡烛B与蜡烛A的效果相同，既能够通过蜡烛B是否和像重合来确定大小关系，同时也能从这得到蜡烛A的像的位置。如果不是用同样大小的蜡烛B，而是用其他物体，那样就无法比较蜡烛A与像的大小关系，得出的位置也有一定的误差，所以一定要注意，替代的前提是等效，只有等效了才能替代，否则就会出错。

三、学会应用等效替代法让问题简单化。

1．化“虚”为“实”

例：小红同学在做“探究平面镜成像”的实验时．将一块玻璃板竖直架在水平台上．再取两段完全相同的蜡烛A和B。点燃玻璃板前的蜡烛A，进行观察，如图所示。在此实验中：

(1)小红选择玻璃板代替镜子进行实验的目的是；

(2)选取两段完全相同的蜡烛是为了比较像与物的关系。

在探究平面镜成像特点的实验中，难点在于如何确定像的位置，以及比较像与物的大小关系，如何突破这个难点呢？人教版八年级物理课本上的实验是利用玻璃板作为平面镜，在实验中把蜡烛A放在玻璃板前作为物体，向玻璃板里面观察，便于看到它在玻璃板后面所成的像，然后用另完全相同的蜡烛B在玻璃板的另一侧来回移动，直至与A的像重合，从而替代蜡烛A的像，根据蜡烛B的位置来确定蜡烛A的像所在的位置。而选取两段完全相同的蜡烛主要是为了通过观察该蜡烛B能否与蜡烛A的像重合，比较像与物的大小，从而解决了虚像无法判断大小和位置的问题。

2．化“繁”为“简”

例：加在同一物体上的两个力F1、F2。F1=18牛，方向向右;F2=24牛，方向向左。现加第三个力F3，使三个力的合力为零，则第三个力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。

如果物体只受F1、F2两个相反方向的力作用，合力应为6N，方向向左。此时要加第三个力F3，使合力为零，则F3与F1、F2的合力大小相等，方向相反，所以答案为B。在研究多个力的作用效果时，用合力来等效替代分力，可以将繁琐的过程变得简单。

3．化“不可测量”为“直接测量”

例：某同学用天平和量筒测量一块小石子的密度，测质量时在右盘中所加砝码和游码位置及测体积时的情景如图所示，则可知小石块的质量是g，小石块的体积是cm3，小石块的密度是kg/m3。

在测量小石块的密度时，由于小石块是不规则形状，没办法直接计算出小石块的体积，所以我们通过量筒，根据量筒中放入小石块前后的示数变化，用排开水的体积等效替代了“不可测量”的小石块体积，将“不可测量”的小石块体积变成了“直接测量”的物理量。由此可知此小石块的体积为20cm3。同时天平测出石块的质量为64g，从而知道小石块的密度为3.2×103kg/m3。

另外，在托里拆利实验中，用水银柱产生的压强等效替代了大气压，从而根据公示直接计算出大气压的大小。

四、结论

等效替代法是物理方法中运用广泛的一种重要方法，是科学研究中常用的一种思维方法。在效果相同的前提下，把实际的、复杂的物理过程变成理想的、简单的等效过程来处理，对学生理解、掌握物理有举足轻重的作用，但是学生对于等效替代法的认识往往是割裂、分散的，所以我们在教学中应该由浅入易，循序渐进地讲述等效替代法，让学生懂得替代的前提、等效的内涵，使他们真正掌握这一重要的科学研究方法。

(作者单位：广东省珠海八中519000)