“補差法”在物理中的應用

黃維民??

摘 要：“補差法”在高中物理學習中有著非常有效的作用，能夠有效地提高高中物理的學習效率，培養對物理的學習興趣和學習熱情，為此，本文對“補差法”在物理中的應用方法進行了歸納總結。

關鍵詞：“補差法”教學方法；高中物理；應用探究

在高中物理中使用“補差法”就是在物理學習中，對一些物理量進行相應的補充，從而達到一定的預想標準，以此來對那些復雜的物理問題進行有效的解決。

一、 “補差法”在物理實驗中的應用

1. “補差法”在力學實驗中的應用

案例：圖1是一個游標尺把十九毫米分成了二十等分的游標卡尺，在一次對物體的長度進行測量的時候主尺7.9厘米的刻度和游標尺第十八根刻度對齊了，那么請算出這個被測物體的長度。

圖1

解析：根據圖1的顯示，并沒有給出游標尺的起始線，根據學過的知識我們只知道游標尺相關的規則，所以在解決這種物體問題的時候比較困難，這個時候我可以利用“補差法”進行解決。在這道題目中，所測量的物體的長度是從主尺的0刻度處到主尺的7.9厘米和游標尺第十八根刻度之間的長度差，這個時候所測量的物體的長度正好可以起到相應的“補差”效果，通過以上的分析可以清晰地看出被測物體的長度應該是：79mm-18×0.95mm=61.90mm。

2. “補差法”在電學實驗中的應用

案例：圖2展示的對表頭G內阻進行測量的電路圖。把電路圖中的R這個滑動變阻器的滑動觸頭P移動到變阻器R的最右端，并且斷開開關S2，把開關S1進行閉合，然后緩慢地移動滑動觸頭P，直到表頭G的顯示達到比較滿的程度。如果給出的表頭的顯示有30個小格，當表頭G的顯示偏滿的時候，表頭內阻Rg遠遠要低于滑動變阻器接入電路的電阻，現在對滑動變阻器的觸頭P的位置保持不變，把開關S1進行閉合，并對R′進行相應的調整直到表頭G的指針停留在第二十四小格的地方，如果這個時候R′的數值為8Ω，那么請算出表頭內阻的數值。

解析：從這個題目中我們可以清楚地看出這是對半偏法則電阻的一個變形模式，當圖2中的滑動變阻器R所接入電阻的數值要遠遠的大于表頭G內阻Rg的時候，如果保證滑動變阻器R的觸頭P不進行移動的話，把開關S2進行閉合，那么這個時候我可以認為干路中的電流是不變的，也就是表頭G和電阻箱R′的電流之和是不變的，在干路電流中，電阻箱R′流經的電流和表頭G所流經的電流形成“補差”的作用，所以：24/30IgRg=（1-24/30）IgR′，通過計算我就得出表頭G的電阻值為2Ω。

二、 “補差法”在物理力學中的應用

案例：在一個均勻的實心球體中挖去一個小球，其中這個球體的半徑為R，小球的半徑為大球半徑的一半，并且大球和小球的是相切的，請算出剩余物體的部分的重心位置。

解析：我如果在解決這道問題的時候使用直接計算的方法，將會變得非常的復雜和困難，所以我就用了“補差法”來進行解決。把挖去小球的大球剩余部分看做是二者之間的“差”，根據我在課堂上學過的相關定義，球體的體積是為4/3πR3，大球和小球之間的質量的比值是8∶1，根據這些數值我們可以清晰地看出剩余部分的重心在小球和大球球心的連線上距離大球球心R/14的地方。

三、 “補差法”在高中物理電學中的應用

案例：根據圖3的顯示，平面xOy是一個無窮大的導體的表面，在z<0的真空空間中充斥著該導體。在z=h的地方放置上電荷量為q的點電荷，這個時候會有感應電荷處在xOy這個平面上。在這個空間上的任何一個地點的電場都是由導體表面的感應電荷和點電荷q一同激發的。如果導體內部的場強在靜電平衡的時候是0，那么請算出z軸上h/2點上的場強。

解析：在對這個問題進行解決的時候，我選用的是“補差法”，導體表面的感應電荷和點電荷q所激發的電場的電荷和相距2h處的等量異點處的電荷是相同的，所以h/2處的場強可以看做是h點的點電荷q以及-h處的點電荷-q二者電場的疊加，因此h/2處的場強為k（q/（3h/2）2）+k（q/（h/2）2）=40kq/9h2。

四、 “補差法”在高中物理光學中的應用

案例：圖4中是觀察光的薄膜干涉現象的實驗裝置。其中圖（a）是一盞灑了食鹽的酒精燈，圖（b）是豎立的金屬絲圈，在圖（b）的金屬絲圈上附上一些肥皂液薄膜，并點燃圖（a）中的酒精燈，然后對肥皂薄膜兩側進行觀察，請問兩側觀察到的現象有什么聯系？

解析：根據我之前學過的相關光能量的定義——入射光線的總能量是一定的，也就是說透射光的能量和反射光的能量二者的和是一定的，所以在解決這個問題的時候我可以應用“補差法”，肥皂薄膜兩側在燈光的照射下產生的水平條紋是明暗相對的，也就是說如果肥皂薄膜的迎光面是亮條紋，那么肥皂薄膜的反光面就是暗條紋，如果肥皂薄膜的迎光面是暗條紋，那么背光面就應該是相反的亮條紋。

五、 結語

在高中物理學習中“補差法”有著非常廣泛的應用，利用“補差法”對高中物理中存在的問題進行解決能夠起到化抽象為具體、化繁為簡和化難為易的作用，同時能夠激發我們高中生對高中物理的學習興趣和學習積極性，推動我國高中學生全面發展和我國素質教育的進程。

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