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什么是转换法
转换法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或易见的现象,将陌生复杂的问题转换成熟悉简单的问题。将难以测量或测不准的物理量转换为能够测量或测得准的物理量的方法,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,初中物理在现象探究中、测量活动中、测量工具中、物理计算中等多处应用了这种方法。
转换法在科学探究中的应用
1.应用于现象探究
在探究活动中,当要研究的对象不容易观察时,如果运用转换法,将研究对象合理转换放大,来间接推断,问题就会得到简捷解答。如在研究声音是由物体振动产生的时,同学们能听到声音,却无法看清音叉的振动,这时可以根据声音具有能量能使其他物体振动的原理,运用转换法设计如图1所示实验,将音叉的振动转换成泡沫塑料球的振动,就可间接知道音叉的振动。
又如,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,可将其转换为让煤油吸热,观察煤油温度的变化情况,从而推导出哪个导体放热多,通过磁体会使小磁针发生偏转来判断磁场的存在、观察电磁铁吸引大头针的多少来比较电磁铁磁性的强弱等,也都是转换法的思想。
2.应用于测量活动中
对于不容易测得的物理量,可以根据物理知识转换成可以直接测得的物理量,再由公式计算出其值,这种方法在测量活动中应用相当广泛,如电功率(利用电流表、电压表测出I、U。通过P=UI计算得出)的测量。
油箱内的油面高度变化是不容易观察到的,可设计如图2所示的自动测定油箱内油面高度的装置,通过转换法将油箱内油面高度转换为电流表读数的大小。
3.应用于测量工具中
许多测量工具的使用中也渗透了转换法的思想,即用可直接量度的量去间接表现那些不便直接观察或不便直接测量的量,如在力的测量(九年级将学到)过程中,力的大小是看不到摸不着的,但是力的大小却和所拉弹簧长度的变化有关系,而弹簧的长度变化是可以直接测量的。我们就用弹簧的伸长量来量度力的大小,同样,温度计、电流表、电压表、时钟都是如此,看见的是长度、角度的变化,反映的却是温度、电流、电压、时间的变化。
典例分析
例 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3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:_____。
解析:电磁铁磁性的强弱是看不见、摸不着的,要把它们的强弱间接显示出来,通常要转换研究对象,把电磁铁的磁性强弱转化为吸引大头针数目的多少,从而间接知道电磁铁磁性的强弱。
答案:(1)吸引大头针的数量 (2)在线圈的匝数一定时,线圈中的电流越大,电磁铁的磁性越强(3)在线圈中的电流一定时,线圈的匝数越多,电磁铁的磁性越强
练习
为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,王军设计了如图4甲、乙所示的两种装置。他将两段阻值不同的电阻丝R1、R2(R1<R2)分别密封在两个完全相同的烧瓶中,并通过短玻璃管与相同的气球相连,两次实验电源电压不变。
(1)在这个实验中,电流产生的热量多少是通过_________体现出来的,像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”,这种方法在物理学研究中经常用到,请举一例:______。
(2)甲装置可探究电流产生的热量与______的关系。
(3)在图4甲、乙所示的两个实验中,通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量与______的关系。
(4)若甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,与气球_______(填气球字母标号)相通的电阻丝产生的热量最多。
(5)教材上的实验装置如图4丙所示(烧瓶与甲、乙图中的相同),比较图甲、乙和图丙所示的两种不同的实验装置,你认为较好的装置是______理由是:_______。
参考答案:(1)气球膨胀的程度
研究声音是由振动产生的,用乒乓球的振动来显示音叉的振动(或用吸引大头针的多少观测磁铁的磁性强弱) (2)电阻 (3)电流 (4)C (5)若选用图甲、乙,理由是:气体的热胀冷缩效果比固液态更明显,实验现象更直观,时间更短(或选图丙,理由是:用温度计能较准确地测出煤油的温度变化,便于定量研究)
责任编辑 蔡华杰
转换法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或易见的现象,将陌生复杂的问题转换成熟悉简单的问题。将难以测量或测不准的物理量转换为能够测量或测得准的物理量的方法,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,初中物理在现象探究中、测量活动中、测量工具中、物理计算中等多处应用了这种方法。
转换法在科学探究中的应用
1.应用于现象探究
在探究活动中,当要研究的对象不容易观察时,如果运用转换法,将研究对象合理转换放大,来间接推断,问题就会得到简捷解答。如在研究声音是由物体振动产生的时,同学们能听到声音,却无法看清音叉的振动,这时可以根据声音具有能量能使其他物体振动的原理,运用转换法设计如图1所示实验,将音叉的振动转换成泡沫塑料球的振动,就可间接知道音叉的振动。
又如,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,可将其转换为让煤油吸热,观察煤油温度的变化情况,从而推导出哪个导体放热多,通过磁体会使小磁针发生偏转来判断磁场的存在、观察电磁铁吸引大头针的多少来比较电磁铁磁性的强弱等,也都是转换法的思想。
2.应用于测量活动中
对于不容易测得的物理量,可以根据物理知识转换成可以直接测得的物理量,再由公式计算出其值,这种方法在测量活动中应用相当广泛,如电功率(利用电流表、电压表测出I、U。通过P=UI计算得出)的测量。
油箱内的油面高度变化是不容易观察到的,可设计如图2所示的自动测定油箱内油面高度的装置,通过转换法将油箱内油面高度转换为电流表读数的大小。
3.应用于测量工具中
许多测量工具的使用中也渗透了转换法的思想,即用可直接量度的量去间接表现那些不便直接观察或不便直接测量的量,如在力的测量(九年级将学到)过程中,力的大小是看不到摸不着的,但是力的大小却和所拉弹簧长度的变化有关系,而弹簧的长度变化是可以直接测量的。我们就用弹簧的伸长量来量度力的大小,同样,温度计、电流表、电压表、时钟都是如此,看见的是长度、角度的变化,反映的却是温度、电流、电压、时间的变化。
典例分析
例 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3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:_____。
解析:电磁铁磁性的强弱是看不见、摸不着的,要把它们的强弱间接显示出来,通常要转换研究对象,把电磁铁的磁性强弱转化为吸引大头针数目的多少,从而间接知道电磁铁磁性的强弱。
答案:(1)吸引大头针的数量 (2)在线圈的匝数一定时,线圈中的电流越大,电磁铁的磁性越强(3)在线圈中的电流一定时,线圈的匝数越多,电磁铁的磁性越强
练习
为了探究电流产生的热量跟什么因素有关,王军设计了如图4甲、乙所示的两种装置。他将两段阻值不同的电阻丝R1、R2(R1<R2)分别密封在两个完全相同的烧瓶中,并通过短玻璃管与相同的气球相连,两次实验电源电压不变。
(1)在这个实验中,电流产生的热量多少是通过_________体现出来的,像这种用能直接观测的量来显示不容易直接观测的量的方法叫“转换法”,这种方法在物理学研究中经常用到,请举一例:______。
(2)甲装置可探究电流产生的热量与______的关系。
(3)在图4甲、乙所示的两个实验中,通过比较相同时间里气球B与D的变化情况可探究电流产生的热量与______的关系。
(4)若甲、乙两装置同时实验,在相同的通电时间里,与气球_______(填气球字母标号)相通的电阻丝产生的热量最多。
(5)教材上的实验装置如图4丙所示(烧瓶与甲、乙图中的相同),比较图甲、乙和图丙所示的两种不同的实验装置,你认为较好的装置是______理由是:_______。
参考答案:(1)气球膨胀的程度
研究声音是由振动产生的,用乒乓球的振动来显示音叉的振动(或用吸引大头针的多少观测磁铁的磁性强弱) (2)电阻 (3)电流 (4)C (5)若选用图甲、乙,理由是:气体的热胀冷缩效果比固液态更明显,实验现象更直观,时间更短(或选图丙,理由是:用温度计能较准确地测出煤油的温度变化,便于定量研究)
责任编辑 蔡华杰