中考实验方法等效替换法

1、中考实验方法等效交换法三国时的曹冲因"称象"的故事而被世人称为神童，他的聪明之处就在于用易于称量的石块来交换不易直接称量的大象。其实，这就是物理学上的"等效交换法"在生活中的精妙应用等质量石块和大象通过船排开水的体积是一样的。 所谓等效交换法，就是从事物间的等同效果出发，通过一定的交换来学习和研究物理现象、过程、规律的一种方法。把复杂的物理现象、过程，转化为等效、简单的，学生较熟悉的，易于理解的物理现象、过程来研究和处理。在初中物理中，测量曲线长度中的化曲为直;用一个力来等效交换两个或几个力的作用等，都采用了"等效交换法"。 物理学是

2、一门以观察和实验为根底的学科，对于刚刚接触物理的初中学生来说，无论是其生活经历、知识储藏、理解才能还是思维程度，对学好物理都有一定的困难。如何才能帮助学生度过难关?特别是在新公布的?国家中长期教育改革和开展规划纲要?、?上海市中长期教育改革和开展规划纲要?中都把"如何实在减轻学生过重的课业负担"作为义务教育的工作重点。作为从事一线教学的我来讲，考虑最多的是如何在课堂上实在减轻学生的负担?我的体会就是：把"等效交换法" 巧妙地应用在物理习题教学中，不断地培养学生的"等效交换"思想，形成"等效交换"思维，对更有效地落实

3、三维目的，更好地进步物理课堂教学效益，进而提升学生的学习生活品质有着事半功倍的成效，详细做法如下： 一、效果上的等效交换 所谓效果上的等效交换，就是在物理效果一样的情况下，从不同事物不同物理量或同类事物同一物理量的不同物理作用过程出发来分析和处理物理问题的方法。 例1.如以下图1的水槽中浮有一只装有铁块的小船，假如把小船中的铁块投到水中，那么水槽底部受到水的压强将 A.增加; B.减小; C.不变; D.无法确定 分析：要考虑水槽底部受到水的压强变化，只要分析水面的变化，而水面的变化可分析排开水的体积的变化， 因为水的体积没有变化。但是由于铁块沉入水中后如图2，船排开水的体积变小而铁块排开水的

4、体积变大从无到有，这就给分析排开水体积的变化带来一定的困难。根据阿基米德原理，排开水的体积变化与浮力的变化亲密相关，故此题可等效交换为浮力的变化问题。 我们可以把图1与图2中船和铁块所受到的浮力大小分别作一分析： 图1情况船和铁块均漂浮在水面上，浮力大小等于船和铁块受到的重力大小之和，图2中船上浮一些，仍漂浮在水面上，船受到的浮力大小仍等于船受到的重力大小，而铁块沉到水底，铁块受到的浮力大小将小于它受到的重力大小，最终船和铁块所受到总的浮力大小将减小，它们排开水的体积也将减小，故把小船中的铁块投到水中时水面下降，水槽底部受到水的压强减小。 二、过程上的等效交换 所谓过程上的等效交换，就是在初中

5、物理中有些问题所涉及的过程较复杂，以致我们严格搞清楚整个过程中的各个细节有一定困难，而有的过程又是"动态"不易分析处理，运用等效的观点，往往只要把握住起始和终了时刻的状态特性，定性地分析过程，将整个过程等效为一个相对简单的过程，从而方便求解。 例2 .如图3横截面积为200cm2的圆柱形容器中装有水，一横截面积为50cm2的圆柱形木块中间用细线系在容器底部的中央，木块的质量为600克高度为20 cm，细线可以承受的最大拉力为1.96牛，此时细线刚好伸直，问假如参加1.2千克的水那么容器底部的压强增大多少? 分析与解答：要考虑增大的压强只要考虑增大的液面高度，而分析液面高度的

6、变化首先要考虑参加水后细线能否拉断。拉断与否，浮力不同，排开水的体积不同，液面的高度也不同。原来木块漂浮在水面上细线刚好伸直，细线拉力为零。 F浮1=G木 二力平衡 1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×V排1=0.6 Kg×9.8N/ KgV排1=0.6×10-3 m3=600cm3 当细线上的拉力为1.96牛时，细线刚好要拉断， 那么：F=1.96N 此时 F浮2=F+G木=1.96N+0.6Kg×9.8N/Kg=7.84N 7.84N=1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×V排2 V排2

7、=800cm3 即：水面上升h=V/S=800-600cm3/50 cm2=4cm=0.04m时细线刚好要拉断。 此时参加水的质量m=0.04m×200-50×10-4m2×103Kg/m3=0.6Kg<1.2 Kg 即：参加1.2 Kg水细线要断。 所以水面变化分两个过程：先参加0.6Kg水，此时细线不断，后参加0.6Kg水细线已断，而两个过程液面的高度变化计算较为复杂。我们可以把两个过程等效交换成一个过程：即参加1.2Kg水使整个容器的水面上升，因为木块开场是漂浮，最终也是漂浮。木块排开水的体积不变，所以水面上升的高度为： h水=V水/S =m水

8、 /水S =1.2Kg/1×103 Kg/m3×200×10-4m2=0.06m 即增加的压强p=水gh水=1×103 Kg/m3×9.8 N/ Kg×0.06m=588Pa 三、模型上的等效交换 所谓模型上的等效交换，就是互相替代的效果一样，利用等效交换法，可以使非理想模型变为理想模型，使复杂、陌生的模型变成简单、熟悉的模型。 初中物理中有很多情况例如：把电流表等效成导线，因为它的电阻很小，而导线又可以等效成一个点，这样分析电路时就比较简单。 例3.如图4，电源电压6伏不变，R1=10，R2=20，R3=30，那么电流表A1，电流表

9、A2示数分别为多少? 分析与解答：由于电流表相当于导线，所以图4等效于图5，图5中的1、2点与电源正极直接用导线相连，3、4点与电源负极直接用导线相连，那么1、2点可以看成电源正极，3、4点可以看成电源负极，这样R1、R2、R3都相当于接在电源正负极之间，故R1、R2、R3并联。这样通过它们的电流也都可确定如图6，从电源正极经过电阻到负极，那么A1的电流为R2、R3电流之和，A2的电流为R1、R2的电流之和。 四、现象上的等效：在保持物理问题本质不变的前提下，用简单的容易分析的物理现象来等效表示复杂现象。 例4.有甲、乙、丙三个实心小球，密度分别为0.8克/厘米3、2克/厘米3、3克/厘米3。放入足量的水中，受到的浮力一样，问三个小球的质量之比? 分析：很多学生看到"浮力一样"，根据阿基米德原理，马上想到V排一样。进而推导出三个小球的体积相等，从而误入歧途。 实际上三个小球的浮沉情况不尽一样，乙和丙都是浸没在水中乙和丙均大于水，V排=V乙=V丙，而甲球是漂浮在水面上，V排V甲，但G甲可用G排水来等效交换，M甲用M排水来等效交换， M甲：M乙:M丙=甲V甲：乙V乙：丙V丙=水V排：乙V排：丙V排=1：2：3 综上所述，在教学和学习物理过程中，将等效交换法浸透到对过程的分析中去，不仅可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷，而且对灵敏运用知识