等量替代法在科學(xué)探究中的應(yīng)用

物理是一門以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，而觀察和實(shí)驗(yàn)又是學(xué)習(xí)物理的一種基本方法，在學(xué)習(xí)物理的過程中，除觀察物理現(xiàn)象外，還要用科學(xué)的方法去探究物理的規(guī)律、解決物理問題。因此，在科學(xué)探究中，如何應(yīng)用科學(xué)的方法去設(shè)計(jì)和制定實(shí)驗(yàn)方案是探究物理規(guī)律、解決物理問題的關(guān)鍵。

1 等量替代法

等量替代法是在物理研究、學(xué)習(xí)過程中，當(dāng)所研究（或解決）的物理問題不能直接用已知的條件去探究（或解決）時(shí)，應(yīng)用物理量與物理量之間的等量關(guān)系間接探究（或解決）物理問題的方法。

2 等量替代法在科學(xué)探究中的應(yīng)用

2.1 應(yīng)用等量替代法測(cè)量物體的長(zhǎng)度

在測(cè)量物體長(zhǎng)度的實(shí)驗(yàn)中，大多數(shù)情況都能應(yīng)用刻度尺直接對(duì)物體的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量，而在某些特殊情況下，沒有給你刻度尺或給你刻度尺也無法測(cè)定要求的物理量，此時(shí)，應(yīng)用等量替代法便可解決相應(yīng)的問題。

例1 小明從商店里買來兩圈規(guī)格不同的細(xì)銅絲，他想知道兩圈細(xì)銅絲的型號(hào)（細(xì)銅絲的直徑），他發(fā)現(xiàn)只有一圈細(xì)銅絲的直徑標(biāo)識(shí)清晰（直徑為ｄ₁），另一圈細(xì)銅絲的標(biāo)識(shí)已模糊不清，而他身邊又沒有刻度尺。請(qǐng)你幫小明設(shè)計(jì)一個(gè)方案測(cè)出該細(xì)銅絲的直徑ｄ₂。要求：

（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；

（2）細(xì)銅絲直徑的表達(dá)式。

分析 在沒有刻度尺的情況下，我們無法利用一般的測(cè)量方法去測(cè)量細(xì)銅絲的直徑，只有利用已知的條件——已知直徑的那圈細(xì)銅絲，然后采取等量替代的方法間接測(cè)出另一圈細(xì)銅絲的直徑。

解 （1）主要的實(shí)驗(yàn)步驟：

①將兩圈細(xì)銅絲分別緊密繞在兩支鉛筆上，直至它們?cè)趦芍сU筆上繞的寬度相等；（如圖1所示）

②分別記下它們?cè)趦芍сU筆上繞的圈數(shù)記為ｎ１、ｎ２。

（2）細(xì)銅絲直徑的表達(dá)式為：ｄ₂＝d₁/n₂n₁。

拓展 給你一把刻度尺、一根細(xì)線、水，請(qǐng)你粗略的測(cè)出一礦泉水瓶的體積。要求：

（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；

（2）礦泉水瓶體積的表達(dá)式。

2.2 等量替代法在探究物質(zhì)密度中的應(yīng)用

在測(cè)定物質(zhì)密度的實(shí)驗(yàn)中，最基本的方法是應(yīng)用量筒測(cè)出物體的體積（V）、用天平測(cè)出物體的質(zhì)量(m)，然后根據(jù)密度公式ρ=m/V求出物質(zhì)的密度。如果在缺少量筒或天平的情況下，要測(cè)定物質(zhì)的密度，我們就必須應(yīng)用等量替代的方法來解決問題。

例2 給你一只量筒、水，如何測(cè)定一塊橡皮泥的密度。請(qǐng)你寫出測(cè)量的主要步驟和橡皮泥密度的表達(dá)式。

分析 由題意可知，要求只利用量筒來測(cè)定橡皮泥的密度，量筒可以直接測(cè)出橡皮泥的體積，用一般的方法橡皮泥質(zhì)量是很難測(cè)定的。我們只有利用物體的漂浮條件——F浮=G物，通過橡皮泥所受的浮力與它的重力相等來間接測(cè)出橡皮泥的質(zhì)量。

解 （1）主要的實(shí)驗(yàn)步驟：

①向量筒中倒入適量的水記下水的體積為

；

②將橡皮泥制作成船的形狀，把它輕輕放入水中使它漂浮在水面上，記下水面處的體積為

③將橡皮泥浸沒于水中，記下水面處的體積為。

（2）橡皮泥密度的表達(dá)式為

拓展 1、給你一把刻度尺、一杯水、小木塊，請(qǐng)你測(cè)出小木塊的密度。要求：（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；（2）小木塊密度的表達(dá)式。

2、給你一架天平、砝碼、一只燒杯、水、金屬塊，請(qǐng)你測(cè)定金屬塊的密度。要求：（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；（2）礦泉水瓶體積的表達(dá)式。

３、給你一只彈簧測(cè)力計(jì)、水、細(xì)線、金屬塊，請(qǐng)你測(cè)出金屬塊的密度。要求：（1）寫出主要的實(shí)驗(yàn)步驟；（2）金屬塊密度的表達(dá)式。

等量替代法是探究和解決物理問題的一種基本方法，應(yīng)用它不僅能解決實(shí)驗(yàn)探究中出現(xiàn)的問題，而且能幫助我們解決學(xué)習(xí)中一些較難的問題。因此，同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中，要不斷的應(yīng)用科學(xué)的方法去探究和解決物理的相關(guān)問題。

注：本文中所涉及到的“圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文?！?/p>