等效替代法的幾點思考

端木曉薇

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

關鍵詞：等效；替代；等效替代法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1992-7711（2017）01-0106

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

一、注意等效替代法和轉換法的區別

轉換法：一些看不見、摸不著的物理現象，不好直接認識它，我們常根據它們表現出來的看的見、摸的著的現象來間接認識它們。

從等效替代法和轉換法兩者的定義來看，等效是指不同的物理現象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規律方面是相同的，它們之間可以相互替代，并且保證結論不變。等效的方法可以是在面對一個較為復雜的問題，提出一個簡單的方案或設想，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，測量兩個電阻的阻值，可以用一個大電阻來等效替代。

而轉換法強調的是將一些看不見、摸不著的物理現象，通過用一些非常直觀的現象去認識，或用容易測量的物理量間接測量，使之轉化為熟知的看得見、摸得著的宏觀現象來認識它們。比如在研究音叉的發聲時，由于音叉的振動比較小，可以通過敲動音叉所引起的乒乓球的彈開來說明一切發聲體都在振動等。

二、了解等效替代不是簡單的替代

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雜的問題簡單化，如在光學中，探究平面鏡成像規律的時候，為什么不直接確定蠟燭所成的像的位置和大小呢？因為蠟燭A所成的像是虛像，無法用光屏承接，無法確定大小和位置，所以用同樣大小的蠟燭B來確定像的大小和位置。這是最關鍵的地方，因為同樣大小的蠟燭B與蠟燭A的效果相同，既能夠通過蠟燭B是否和像重合來確定大小關系，同時也能從這得到蠟燭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，那樣就無法比較蠟燭A與像的大小關系，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，否則就會出錯。

三、學會運用等效替代法讓問題簡單化

1. 化“虛”為 “實”

例：小紅同學在做“探究平面鏡成像”的實驗時。將一塊玻璃板豎直架在水平臺上。再取兩段完全相同的蠟燭A和B。點燃玻璃板前的蠟燭A，進行觀察，如圖所示。在此實驗中：

（1）小紅選擇玻璃板代替鏡子進行實驗的目的是 ；

（2）選取兩段完全相同的蠟燭是為了比較像與物的

關系。

在探究平面鏡成像特點的實驗中，難點在于如何確定像的位置，以及比較像與物的大小關系，如何突破這個難點呢？人教版八年級物理課本上的實驗是利用玻璃板作為平面鏡，在實驗中把蠟燭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在玻璃板的另一側來回移動，直至與A的像重合，從而替代蠟燭A的像，根據蠟燭B的位置來確定蠟燭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，從而解決了虛像無法判斷大小和位置的問題。

2. 化“繁”為“簡”

例：加在同一物體上的兩個力F1、F2。F1=18牛，方向向右；F2=24牛，方向向左。現加第三個力F3，使三個力的合力為零，則第三個力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、F2兩個相反方向的力作用，合力應為6N，方向向左。此時要加第三個力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。在研究多個力的作用效果時，用合力來等效替代分力，可以將繁瑣的過程變得簡單。

3. 化“不可測量”為“直接測量”

例：某同學用天平和量筒測量一塊小石子的密度，測質量時在右盤中所加砝碼和游碼位置及測體積時的情景如圖所示，則可知小石塊的質量是 g，小石塊的體積是 cm3，小石塊的密度是 kg/m3。

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

四、結論

等效替代法是物理方法中運用廣泛的一種重要方法，是科學研究中常用的一種思維方法。在效果相同的前提下，把實際的、復雜的物理過程變成理想的、簡單的等效過程來處理，對學生理解、掌握物理有舉足輕重的作用，但是學生對于等效替代法的認識往往是割裂、分散的，所以我們在教學中應該由淺入易，循序漸進地講述等效替代法，讓學生懂得替代的前提、等效的內涵，使他們真正掌握這一重要的科學研究方法。

（作者單位：廣東省珠海八中 519000）