浅谈转换法在初中物理中的应用

浅谈转换法在初中物理中的应用

兴化市大营中心校初中部 周大全

《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。因此，我们必须重视物理教学中蕴含的大量的科学方法，把它们渗透到教学活动中去，适时向学生介绍、点拨，让学生在学习活动中去体验、体会科学方法，逐步提高学生科学探究能力十分重要。在初中阶段转换法就是我们需要掌握的重要的科学研究方法之一，但课本并没有直接提及到这一方法的知识，很多资料上讲解也不多。下面就根据我的教学实践和体会，结合具体例子谈谈转换法在初中物理的具体应用。

所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。转换法中被转换的对象很多，可以是物理模型、研究对象和研究方法，也可以是某个图形，某个物理量。初中物理在探究活动、测量、测量工具、物理计算等多处应用了这种方法。

一、转换法在探究活动中的应用

在探究活动中对于能看到的实验现象, 但是不容易观察, 通过转换将它产生的效果放大再研究。在进行探究活动时，研究对象的选择，一般是研究什么量就以什么为核心，选取与此量有直接关系的物

体为研究对象，但有一些问题，按这种方法思考下去困难重重。当要研究的对象不易不容易观察时，如果运用转换法，将研究对象合理放大和转换，通过实验设计来间接推断，问题就会得到简捷解答。声音是由于物体的振动而产生的。老师在做演示实验时，学生只能听到声音，而根本无法看清发声物体的振动。怎样才能使细微不明显的振动现象变得明显呢？根据声音具有能量能使其它物体振动的原理，运用转换法设计实验。转换为大米、泡沫塑料粒子、水“跳动”的情景效果就不错，既放大了发声物体振动的现象，同时又激发了学生主动参与探究和学习的兴趣。

在探究活动中将抽象的、看不见、摸不着或者是微小变化的现象或规律, 使之转化为学生熟知的看见的现象来认识它们。在研究导体产生的热量与哪些因素有关的实验中，电流通过导体时产生的热量无法直接观测和比较，我们可以转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出哪个导体放热多。进而再问该实验能否不用煤油而改用其它方式来观察电阻通电后的发热情况？这样促使学生思维得以发散，转换的思维方法得到训练，设计实验的能力也随着提高了。 如图是研究物体的动能大小与哪些因素有关的实验。本实验是通过观察 来比较物体动能的大小。

要研究动能的大小与质量是否有关，应选用

质量 的两个球从 的高

度下落（选填“相同”或“不同”）。与此类似，要研究动能的大小与速度的关系，应采用的方法是 。

动能的大小是看不见，它的大小需要间接显示。根据能是物体做功的本领，物体能做多少功就具有多少能的原理，小球动能的大小转换为通过观察比较物块B被球撞击后运动距离的长短。

在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小

明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。

闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的

滑片P重复了多次实验，记录如下：

（1）实验中他们是通过电磁铁 来判定其磁性强弱的；

（2）分析第1．2．3次的实验记录，可得出结论： ；

（3）分析第1．4次和2．5次的实验记录，可得出结论： 。 电磁铁的磁性此类问题是特别抽象、难以理解的物理知识，需要想办法把它们的强弱间接显示出来，通常会转换研究对象，把电磁铁的磁性强弱转化为吸引最多的大头钉数目来实现，这种方法简易、方

便、有效，学生很容易就掌握了知识内容和操作技能，实践表明效果非常的好。

类似转换的还有许多：通过观察压强计U型管内液柱的高度差判断液体内部有压强；通过马得堡半球实验证明大气压的存在；通过观察木桩被落下的金属块撞击后陷入沙坑中的深浅来比较重力势能的大小；通过墨水的扩散现象来认识分子的无规则运动；通过观察验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电；通过电流产生的（热、磁、化学）效应来判断电流的存在；通过观察电流表示数来比较导体电阻的大小；通过砝码被提升的高度判断电功的多少；通过指南针指南北证明地磁场的存在；通过磁体会使小磁针发生偏转来判断磁场的存在。

二、转换法在测量活动中的应用

测量活动中转换法的应用相当广泛。对于不容易测得物理量, 我们可以根据物理知识转换成直接测得的物理量。再由公式计算出其值，如电功率（我们无法直接测出电功率只能通过P＝UI利用电流表、电压表测出U、I计算得出P）、 机械效率（通过测量拉力、物体重力，物体上升的高度以及拉力作用点移动的距离计算机械效率）密度、压强、功率、电阻的测量等。在一些实际的应用中，也用到了转换法。如图甲用电流表代替油量表，图乙是大型电子地磅秤的示意图，它用电流对应的重量刻在电流表的刻度盘上，就可以读出被称物体的重量。

根据二力平衡等原理转换不便直接测量的物理量。在探究影响摩擦力大小的因素时，首先就要知道物体受到摩擦力的大小，摩擦力的大小是无法直接测量出的。怎么办呢？我们可以利用物体的两力平衡条件的关系，把物体受到摩擦力的大小，转换为拉力的大小反应出来。在测量大气压强值时，根据水银柱产生的压力与大气压力相等，测量被大气压起的水银柱的压强。

如图所示的探究活动中，甲实验是让木块在水平面上做匀速直线运动，通过读取弹簧测力计上的示数的大小间接知道摩擦力的大小。

另外在物理实验中测不规则物体体积我们转换成测排开水的体积；测曲线的长短时转换成测细棉线的长度测；硬币的直径转换成测刻度尺的长度等。

三、转换法在测量工具中的应用

转换法在测量工具中的应用。弹簧测力计的原理就隐含了一个间接测量原则。即用可直接量度的量去间接表现那些不便直接观察不便直接测量的量。在这里，弹簧的长度变化是可以直接观察直接测量的，而力的大小是看不到摸不着的，但是力的大小却和弹簧长度的变化有关系，所以我们就可以用弹簧的伸长量来量度力的大小。不仅测力计是这样的，温度计、压强计、气压表（高度计）、电流表、电压表、时钟、速度表都是如此，看见的是长度、角度的变化，反映的是温度、液体压强、大气压强（高度）、电流、电压、时间、速度的变化。

四、转换法在解物理习题中的运用

转换法在解物理习题也有运用。教学中常听学生说：“物理课都能听懂，可一做题就困难重重。平时做的题不少，但一遇到新题就不知所措。”显然，能听懂和能解题存在很大差距。要提高分析、解决物理问题的能力应从思维途径入手科学运用转换法。依据物理情景可以通过转换研究对象、空间角度、物理规律、参照物、思维角度等从而降低解题难度，达到化繁为简、化难为易。通过转换能充分展示解题人的想象设计能力和创造性品质，充分体现解题人分析问题的能力，同时达到巧解，进而实现速解之目的。

例1、木块A漂浮在容器中的水面上，它上面放一石块B，如图1所示，此时，木块A排开水的体积为V1，若将石块B从木块A上取

下，放入水中静止时，A和B排开水的体积为V2，已知V1- V2=2dm3，

木块A体积为4dm3，石块B的密度为3.0×10 3kg/m3，g=10N/kg，则容器底对石块B的支持力为

A. 10N B. 20N C. 30N D. 40N

解析 按常规方法，应分别选木块A和石块B为研究对象，分析它们的受力情况及力的变化，无疑是较复杂的，若能把A和B视为整体，巧以整体为研究对象，即可速解。

当石块B在木块A上时，整体处于漂浮状态，有

即ρ水gV1=

当B放在水中静止时，研究对象A、B整体仍呈漂浮状态，有

，即有

ρ水。

水由两式相减得：F支=ρg(V1-V2)，故应选B。

教的目的在于不教。研究方法的指导对能力的提高起着十分重要的作用，可较好的培养学生了科学思维习惯，提高了科学素养。由于本人的能力所限，本文对转换法的应用只作了简单的归纳。

转换法的有：比较物体的动能大小时可以根据被撞击的木块移动的距离来判断。 比较势能的大小时可以根据木桩被撞击陷入沙中的深度来判断。 比较电阻丝放出的热量可以根据烧瓶中液体升高的温度来判断。

声音产生的原因。

通过灯泡的亮度比较电阻的大小。

比较电磁铁磁性的强弱，影响动能的因素等等

等效替代法：两个电阻串联或并联时的等效电阻多大，可以根据一个电阻接入同

一电路中电流相 同，即效果相同，来求出串联或并联电路的总电

阻。

两个力的合力多大，可以根据一个力能产生相同的效果，知道这一

个力就是这两个力的合力。

量筒测固体体积

理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。特别是对那些抽象的难以理解的物理知识，这种方法很有效。生活中你也用到过转换法，只是未注意罢了。空气是看不见摸不着的，但我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它，如红旗飘动，树叶摇晃等。想一想，物理中还有哪些地方用到了转换法？转换法的例子有：

·物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用。

·苹果落地可证明重力存在。

·马得堡半球实验可证明大气压的存在。

·雾的出现可证明空气中含有水蒸气。

·影的形成可证明光沿直线传播

·月食现象可证明月亮不是光源。

·奥斯特实验可证明电流周围有磁场

·指南针指南北可证明地磁场的存在

·用手机能打电话可证明电磁波的存在

·

扩散现象可证明分子做无规则运动

·铅块实验可证明分子间引力的存在

·运动的物体能对外做功可证明它具有能

……

当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时，为简化和方便，先研究与其中一个量的关系，而要控制其余几个量不变，这种研究问题的方法叫控制变量法。控制变量法是中学物理中最常用的方法。想一想，物理中还有哪些地方用到了控制变量法？控制变量法的例子有：

·研究影响力的作用效果的因素

·研究滑动摩擦力与哪些因素有关

·研究液体内部的压强

·研究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系

·研究影响液体蒸发快慢的因素

·研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系

·研究影响电阻大小的因素

·研究电流与电压、电阻的关系

·研究电功或电热与哪些因素有关

·研究通电导体在磁场中的受力与哪些因素有关

·研究影响感应电流的方向因素

·研究动能（或重力势能）与哪些因素有关