用轉(zhuǎn)換法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究例談

1、用轉(zhuǎn)換法進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)探究例談紅安縣永河中學(xué) 夏桂生 物理新課標(biāo)對(duì)物理探究實(shí)驗(yàn)作出了明確的教學(xué)要求:“用科學(xué)的探究方法,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力,提高學(xué)生的綜合素質(zhì)和創(chuàng)新精神.”物理探究實(shí)驗(yàn)方法有很多,如控制變量法、類比法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法、建立模型法等等。這些探究方法中,轉(zhuǎn)換法是應(yīng)用最廣泛、最具趣味性、也最能鍛煉學(xué)生的想象能力、創(chuàng)新精神的一種探究方法。轉(zhuǎn)換法,顧名思義,就是以合適的轉(zhuǎn)換對(duì)象,進(jìn)行適度的轉(zhuǎn)換研究,把較難直接觀察、不易長(zhǎng)時(shí)間靜態(tài)顯現(xiàn)的物理現(xiàn)象,或難于直接測(cè)量的物理量轉(zhuǎn)換成易于直接觀察,能有效顯現(xiàn)的現(xiàn)象或便于直接測(cè)量的物理量。這種方法的最大好處就是能化難為易,化繁為簡(jiǎn),變抽象為具體,

2、便于學(xué)生理解和實(shí)驗(yàn)操作。它可以單獨(dú)使用,也可以和其他探究方法同時(shí)組合使用，特別是和控制變量法的組合使用.其實(shí),在很多測(cè)量工具的使用中,就滲透了這種方法的精髓,如彈力的大小,可以用彈簧的長(zhǎng)度變化來顯示,溫度可用液柱長(zhǎng)度的變化來顯示,電流、電壓、時(shí)間、速度、大氣壓等一類不便直接測(cè)量的物理量，可以用相應(yīng)的表(計(jì))指針偏轉(zhuǎn)的角度來顯示.一轉(zhuǎn)換法運(yùn)用的要點(diǎn)是選擇合適的轉(zhuǎn)換對(duì)象和測(cè)量工具,既要方便探究,又要能切合原意、原旨,必須建立轉(zhuǎn)換量與原有量之間的某種有機(jī)聯(lián)系,使之轉(zhuǎn)換自然、貼切，不能一味只圖簡(jiǎn)單、直觀.。例一：蒸發(fā)現(xiàn)象進(jìn)行得比較緩慢，而且難于直接觀察，能否運(yùn)用轉(zhuǎn)換法將此現(xiàn)象直觀地演示出來？方法：正確

3、調(diào)節(jié)、使用投影儀，使屏幕上出現(xiàn)了幻燈片上的文字（或字母）的清晰放大的像。向幻燈片上灑幾滴水，屏幕上的像變模糊了。隨著水分的慢慢蒸發(fā)，像又逐漸變得清晰起來了。點(diǎn)評(píng)：這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，把熱學(xué)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成光學(xué)現(xiàn)象，把難以直接看到的蒸發(fā)現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成清晰可見的光學(xué)圖片。例二：桌面受到擠壓時(shí)，會(huì)發(fā)生形變，但這個(gè)形變量太小，不易直接看清。如何確知形變大小與壓力的關(guān)系呢？方法：在桌面上豎立放置一高一低兩個(gè)平面鏡，桌面中間放置一個(gè)小光源，光柱射向較低的平面鏡，并經(jīng)兩鏡反射后，射到一光屏上成一光斑。用力按壓桌面，觀察到屏上光斑的移動(dòng)，可以明顯看出桌面受壓產(chǎn)生形變的情況。點(diǎn)評(píng)：把桌面的微小形變轉(zhuǎn)換成光斑的明顯移動(dòng)，把力學(xué)現(xiàn)象

4、轉(zhuǎn)換成光學(xué)現(xiàn)象，直觀、形象。類似的，還有把音叉的振動(dòng)轉(zhuǎn)化成被彈開的乒乓球或被激起的水花，把受到擠壓的玻璃瓶產(chǎn)生的形變轉(zhuǎn)換成插入水中的細(xì)管里的水柱上升程度，把大氣壓強(qiáng)的變化轉(zhuǎn)換成水氣壓計(jì)中水柱的升降變化，等等。二確定好了轉(zhuǎn)換對(duì)象，還要順著思路，選擇器材，精心設(shè)計(jì)理想的實(shí)驗(yàn)探究路線圖，以便實(shí)驗(yàn)?zāi)茼樌瓿?。例三：怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證重錘對(duì)樁面打擊力的大小與重錘的質(zhì)量有關(guān)呢？分析：本問題的關(guān)鍵是如何較為準(zhǔn)確地測(cè)量打擊力的大小，因?yàn)橐话愕呐_(tái)秤不容易在瞬間撞擊力的作用下準(zhǔn)確讀數(shù)。方法：在光滑平整的地板上，放一張白紙，在白紙上疊放一張復(fù)寫紙，讓排球從紙的正上方一定高度下落，排球打在復(fù)寫紙上，在白紙上留下打擊的

5、復(fù)寫印跡，記作“印跡1”；換用足球，從同一高度落下，重做上面的實(shí)驗(yàn)，得到足球打擊的“印跡2”；把“印跡1”放在臺(tái)秤上，再將排球放在“印跡1”上，用力向下壓排球，使排球的形變與“印跡1”重合，讀出此時(shí)臺(tái)秤的示數(shù)，記為F；用同樣的方法測(cè)出F。點(diǎn)評(píng)：用“印跡”來顯示球的形變，當(dāng)形變與“印跡”重合時(shí)，即可用臺(tái)秤長(zhǎng)時(shí)間顯示打擊力的大小了。例四：電流通過導(dǎo)體會(huì)發(fā)熱（電流的熱效應(yīng)），產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)呢?分析：本實(shí)驗(yàn)中，猜想產(chǎn)生熱量的多少與哪些因素有關(guān)并不太難，難的是如何確定或比較產(chǎn)生熱量的多少，因?yàn)椤盁崃俊边@個(gè)物理量非常難于精確測(cè)量。方法：把兩段阻值不同的電阻絲串聯(lián)起來，浸在盛有相同質(zhì)量、初溫相

6、同的煤油的燒瓶中，通電一段時(shí)間后，測(cè)出兩燒瓶中煤油的末溫。點(diǎn)評(píng)：根據(jù)煤油的升溫來顯示產(chǎn)生熱量的多少，這種轉(zhuǎn)換也很酷吧？當(dāng)然，也可以把電熱轉(zhuǎn)換成煤油柱或套在燒瓶口的氣球的膨脹程度來顯示。這些轉(zhuǎn)換實(shí)驗(yàn)都很巧妙吧？其實(shí)，在現(xiàn)行物理教材中，還有很多物理實(shí)驗(yàn)探究，其轉(zhuǎn)換法的運(yùn)用都是相當(dāng)巧妙的。如：電流的大小是根據(jù)其產(chǎn)生的各種效應(yīng)的大小來認(rèn)識(shí)的；磁場(chǎng)是根據(jù)其性質(zhì)對(duì)放入其中的磁體產(chǎn)生磁力的作用來認(rèn)識(shí)的；物體動(dòng)能的大小是由它推動(dòng)木塊的距離遠(yuǎn)近來比較的；物體重力勢(shì)能的大小是由它撞擊木樁的深淺來比較的；地理海拔高度的變化，可以轉(zhuǎn)換成金屬盒氣壓計(jì)指針的移動(dòng)；壓力作用效果可由沙槽中“壓力小桌”的陷沒程度來顯示；把電流表改裝成油量表，即可由其示數(shù)變化知道深埋在地下的油箱中油面的位置高低了；電磁鐵磁性的強(qiáng)弱變化可由其吸引大頭針數(shù)目的變化來說明。總之，轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用不但廣泛（聲、光、熱、電、力、磁學(xué)實(shí)驗(yàn)中皆可運(yùn)用），而且趣味性強(qiáng)，需要設(shè)計(jì)者有較豐富的想象力和創(chuàng)造力，有較強(qiáng)