談物理教學(xué)中的轉(zhuǎn)換法

李正文

摘 要：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，有許多實(shí)驗(yàn)其設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙，其中一些實(shí)驗(yàn)在物理理論的建立和發(fā)展中具有重要的意義，其間凝聚著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造。轉(zhuǎn)換法在許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上和多種測(cè)量工具上都有非常巧妙的應(yīng)用，但是在使用這些測(cè)量工具時(shí)應(yīng)當(dāng)注意它們的轉(zhuǎn)換條件，否則就會(huì)出錯(cuò)。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；電動(dòng)勢(shì)；策略

物理學(xué)是一門精確的定量化的科學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)中需要定量測(cè)量物理量，但許多物理特征過(guò)程或物理量要想直接觀測(cè)有困難，可以把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其他變量間接觀測(cè)和測(cè)量，這就是轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法主要是根據(jù)力熱光電等現(xiàn)象間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，用等效的思想，即從效果想當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行實(shí)驗(yàn)及制作測(cè)量工具。

在中學(xué)物理學(xué)中常見(jiàn)測(cè)量工具中應(yīng)用轉(zhuǎn)換法的有：（1）彈簧測(cè)力計(jì)：把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。（2）水銀氣壓計(jì)：利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等，把氣壓的大小轉(zhuǎn)換為水銀柱的高度。（3）溫度計(jì)：利用液體的熱脹冷縮的性質(zhì)，把溫度的大小轉(zhuǎn)換為液柱的長(zhǎng)度。（4）電流表：它是應(yīng)用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉(zhuǎn)換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉(zhuǎn)換為電流再轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)角。這些測(cè)量工具都將復(fù)雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉(zhuǎn)化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測(cè)量中常用的辦法。但是，在使用這些測(cè)量工具時(shí)我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測(cè)出來(lái)的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。

我們來(lái)看看下列幾個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行（ ）

A.用托盤天平測(cè)物體的質(zhì)量

B.用密度計(jì)測(cè)某種液體的密度

C.用水銀氣壓計(jì)測(cè)飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的氣溫

表面看來(lái)上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)都可以做，但實(shí)際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因?yàn)樵谟钪骘w船中處于完全失重狀態(tài)，托盤天平是利用力矩平衡條件來(lái)工作的，飛船中處于完全失重狀態(tài)。這時(shí)，左右兩邊的質(zhì)量不相等，天平也會(huì)平衡，所以測(cè)不了物體的質(zhì)量。密度計(jì)是根據(jù)二力平衡浮力等于物體的重力來(lái)工作的，在宇宙飛船中密度計(jì)的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計(jì)測(cè)液體的密度。水銀氣壓計(jì)是利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等來(lái)工作的，在完全失重狀態(tài)中水銀柱不能產(chǎn)生壓強(qiáng)，所以水銀氣壓計(jì)也沒(méi)有用了，只有溫度計(jì)還能正常工作，所以能用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的溫度。

問(wèn)題（二）：如圖1所示，兩個(gè)電容器串聯(lián)接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個(gè)電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測(cè)C兩端的電壓電壓表穩(wěn)定后讀數(shù)是多少？

有的同學(xué)會(huì)毫不猶豫地運(yùn)用串聯(lián)電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數(shù)自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無(wú)電流流過(guò)，而伏特表讀數(shù)為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變?yōu)榈入妱?shì)U1=0，C2兩端此時(shí)電壓U2=200 V。

如果分別用兩個(gè)相同伏特表分別與C1，C2并聯(lián)，情況又如何呢。兩伏特表與電源構(gòu)成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯(lián)，電流大小相等，每個(gè)表指針偏轉(zhuǎn)相同，讀數(shù)均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問(wèn)題（三）：如圖2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一邊長(zhǎng)為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯(lián)一伏特表，當(dāng)整個(gè)電路以v=10米每秒速度向右勻速移動(dòng)時(shí)，AB兩端電勢(shì)差多大。伏特表的示數(shù)多少？

根據(jù)感生電動(dòng)勢(shì)公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢(shì)差為1 V，但實(shí)際伏特表的示數(shù)卻為零。有的同學(xué)百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數(shù)為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢(shì)差。但是，從產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件看，閉合電路中磁通量發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生感生電流，該回路中磁通量沒(méi)有發(fā)生變化回路中沒(méi)有感生電流，所以伏特表無(wú)示數(shù)。從等效電路來(lái)看，AB、CD均切割磁感線而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于兩電動(dòng)勢(shì)相等的電源反方向串聯(lián)在電路中，電路中無(wú)電流，因此伏特表指針不偏轉(zhuǎn)無(wú)示數(shù)。

從上述幾例中，我們可以發(fā)現(xiàn)各測(cè)量工具把一個(gè)物理量轉(zhuǎn)換為另一個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量是有一定條件的。所以認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量中的轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化條件，對(duì)于了解測(cè)量?jī)x器的原理和使用對(duì)于理解和掌握物理概念、物理規(guī)律都有重要意義。例如，在研究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，用物塊水平移動(dòng)的距離的大小來(lái)表示動(dòng)能的大小，也是一種轉(zhuǎn)化。

轉(zhuǎn)化是解決問(wèn)題的一種重要策略。以上轉(zhuǎn)化形式在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來(lái)水表和電能表等。認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量的轉(zhuǎn)化，可培養(yǎng)思維的靈活性和處理問(wèn)題時(shí)的變通性，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化。endprint

摘 要：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，有許多實(shí)驗(yàn)其設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙，其中一些實(shí)驗(yàn)在物理理論的建立和發(fā)展中具有重要的意義，其間凝聚著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造。轉(zhuǎn)換法在許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上和多種測(cè)量工具上都有非常巧妙的應(yīng)用，但是在使用這些測(cè)量工具時(shí)應(yīng)當(dāng)注意它們的轉(zhuǎn)換條件，否則就會(huì)出錯(cuò)。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；電動(dòng)勢(shì)；策略

物理學(xué)是一門精確的定量化的科學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)中需要定量測(cè)量物理量，但許多物理特征過(guò)程或物理量要想直接觀測(cè)有困難，可以把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其他變量間接觀測(cè)和測(cè)量，這就是轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法主要是根據(jù)力熱光電等現(xiàn)象間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，用等效的思想，即從效果想當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行實(shí)驗(yàn)及制作測(cè)量工具。

在中學(xué)物理學(xué)中常見(jiàn)測(cè)量工具中應(yīng)用轉(zhuǎn)換法的有：（1）彈簧測(cè)力計(jì)：把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。（2）水銀氣壓計(jì)：利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等，把氣壓的大小轉(zhuǎn)換為水銀柱的高度。（3）溫度計(jì)：利用液體的熱脹冷縮的性質(zhì)，把溫度的大小轉(zhuǎn)換為液柱的長(zhǎng)度。（4）電流表：它是應(yīng)用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉(zhuǎn)換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉(zhuǎn)換為電流再轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)角。這些測(cè)量工具都將復(fù)雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉(zhuǎn)化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測(cè)量中常用的辦法。但是，在使用這些測(cè)量工具時(shí)我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測(cè)出來(lái)的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。

我們來(lái)看看下列幾個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行（ ）

A.用托盤天平測(cè)物體的質(zhì)量

B.用密度計(jì)測(cè)某種液體的密度

C.用水銀氣壓計(jì)測(cè)飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的氣溫

表面看來(lái)上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)都可以做，但實(shí)際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因?yàn)樵谟钪骘w船中處于完全失重狀態(tài)，托盤天平是利用力矩平衡條件來(lái)工作的，飛船中處于完全失重狀態(tài)。這時(shí)，左右兩邊的質(zhì)量不相等，天平也會(huì)平衡，所以測(cè)不了物體的質(zhì)量。密度計(jì)是根據(jù)二力平衡浮力等于物體的重力來(lái)工作的，在宇宙飛船中密度計(jì)的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計(jì)測(cè)液體的密度。水銀氣壓計(jì)是利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等來(lái)工作的，在完全失重狀態(tài)中水銀柱不能產(chǎn)生壓強(qiáng)，所以水銀氣壓計(jì)也沒(méi)有用了，只有溫度計(jì)還能正常工作，所以能用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的溫度。

問(wèn)題（二）：如圖1所示，兩個(gè)電容器串聯(lián)接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個(gè)電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測(cè)C兩端的電壓電壓表穩(wěn)定后讀數(shù)是多少？

有的同學(xué)會(huì)毫不猶豫地運(yùn)用串聯(lián)電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數(shù)自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無(wú)電流流過(guò)，而伏特表讀數(shù)為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變?yōu)榈入妱?shì)U1=0，C2兩端此時(shí)電壓U2=200 V。

如果分別用兩個(gè)相同伏特表分別與C1，C2并聯(lián)，情況又如何呢。兩伏特表與電源構(gòu)成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯(lián)，電流大小相等，每個(gè)表指針偏轉(zhuǎn)相同，讀數(shù)均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問(wèn)題（三）：如圖2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一邊長(zhǎng)為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯(lián)一伏特表，當(dāng)整個(gè)電路以v=10米每秒速度向右勻速移動(dòng)時(shí)，AB兩端電勢(shì)差多大。伏特表的示數(shù)多少？

根據(jù)感生電動(dòng)勢(shì)公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢(shì)差為1 V，但實(shí)際伏特表的示數(shù)卻為零。有的同學(xué)百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數(shù)為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢(shì)差。但是，從產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件看，閉合電路中磁通量發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生感生電流，該回路中磁通量沒(méi)有發(fā)生變化回路中沒(méi)有感生電流，所以伏特表無(wú)示數(shù)。從等效電路來(lái)看，AB、CD均切割磁感線而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于兩電動(dòng)勢(shì)相等的電源反方向串聯(lián)在電路中，電路中無(wú)電流，因此伏特表指針不偏轉(zhuǎn)無(wú)示數(shù)。

從上述幾例中，我們可以發(fā)現(xiàn)各測(cè)量工具把一個(gè)物理量轉(zhuǎn)換為另一個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量是有一定條件的。所以認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量中的轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化條件，對(duì)于了解測(cè)量?jī)x器的原理和使用對(duì)于理解和掌握物理概念、物理規(guī)律都有重要意義。例如，在研究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，用物塊水平移動(dòng)的距離的大小來(lái)表示動(dòng)能的大小，也是一種轉(zhuǎn)化。

轉(zhuǎn)化是解決問(wèn)題的一種重要策略。以上轉(zhuǎn)化形式在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來(lái)水表和電能表等。認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量的轉(zhuǎn)化，可培養(yǎng)思維的靈活性和處理問(wèn)題時(shí)的變通性，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化。endprint

摘 要：在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中，有許多實(shí)驗(yàn)其設(shè)計(jì)構(gòu)思十分巧妙，其中一些實(shí)驗(yàn)在物理理論的建立和發(fā)展中具有重要的意義，其間凝聚著科學(xué)家的智慧和創(chuàng)造。轉(zhuǎn)換法在許多實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)上和多種測(cè)量工具上都有非常巧妙的應(yīng)用，但是在使用這些測(cè)量工具時(shí)應(yīng)當(dāng)注意它們的轉(zhuǎn)換條件，否則就會(huì)出錯(cuò)。

關(guān)鍵詞：物理學(xué)；電動(dòng)勢(shì)；策略

物理學(xué)是一門精確的定量化的科學(xué)。在物理實(shí)驗(yàn)中需要定量測(cè)量物理量，但許多物理特征過(guò)程或物理量要想直接觀測(cè)有困難，可以把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其他變量間接觀測(cè)和測(cè)量，這就是轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法主要是根據(jù)力熱光電等現(xiàn)象間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，用等效的思想，即從效果想當(dāng)?shù)慕嵌冗M(jìn)行實(shí)驗(yàn)及制作測(cè)量工具。

在中學(xué)物理學(xué)中常見(jiàn)測(cè)量工具中應(yīng)用轉(zhuǎn)換法的有：（1）彈簧測(cè)力計(jì)：把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧伸長(zhǎng)的長(zhǎng)度。（2）水銀氣壓計(jì)：利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等，把氣壓的大小轉(zhuǎn)換為水銀柱的高度。（3）溫度計(jì)：利用液體的熱脹冷縮的性質(zhì)，把溫度的大小轉(zhuǎn)換為液柱的長(zhǎng)度。（4）電流表：它是應(yīng)用磁力矩和力矩平衡條件把電流的大小轉(zhuǎn)換為指針的偏角的大小。（5）電壓表：是把電壓的大小轉(zhuǎn)換為電流再轉(zhuǎn)換為指針的偏轉(zhuǎn)角。這些測(cè)量工具都將復(fù)雜的、抽象的、難于顯示的物理量轉(zhuǎn)化為方便的、直觀的形式顯示，是各種測(cè)量中常用的辦法。但是，在使用這些測(cè)量工具時(shí)我們必須注意他們的制作原理和條件，否則測(cè)出來(lái)的結(jié)果可能是錯(cuò)誤的。

我們來(lái)看看下列幾個(gè)問(wèn)題：

問(wèn)題（一）：在宇宙飛船中下列哪些實(shí)驗(yàn)?zāi)苓M(jìn)行（ ）

A.用托盤天平測(cè)物體的質(zhì)量

B.用密度計(jì)測(cè)某種液體的密度

C.用水銀氣壓計(jì)測(cè)飛船里的氣壓

D.用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的氣溫

表面看來(lái)上述四個(gè)實(shí)驗(yàn)都可以做，但實(shí)際上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。這是因?yàn)樵谟钪骘w船中處于完全失重狀態(tài)，托盤天平是利用力矩平衡條件來(lái)工作的，飛船中處于完全失重狀態(tài)。這時(shí)，左右兩邊的質(zhì)量不相等，天平也會(huì)平衡，所以測(cè)不了物體的質(zhì)量。密度計(jì)是根據(jù)二力平衡浮力等于物體的重力來(lái)工作的，在宇宙飛船中密度計(jì)的重力為零，浸在液體中的物體也不受浮力，因此不能用密度計(jì)測(cè)液體的密度。水銀氣壓計(jì)是利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與氣體產(chǎn)生的壓強(qiáng)相等來(lái)工作的，在完全失重狀態(tài)中水銀柱不能產(chǎn)生壓強(qiáng)，所以水銀氣壓計(jì)也沒(méi)有用了，只有溫度計(jì)還能正常工作，所以能用水銀溫度計(jì)測(cè)飛船里的溫度。

問(wèn)題（二）：如圖1所示，兩個(gè)電容器串聯(lián)接在200 V的電源上，兩兩電容器電容之比C1∶C2=2∶3每個(gè)電容器的耐壓值均高于200 V，若用電壓表測(cè)C兩端的電壓電壓表穩(wěn)定后讀數(shù)是多少？

有的同學(xué)會(huì)毫不猶豫地運(yùn)用串聯(lián)電容器電壓的分配跟電容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的讀數(shù)自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1兩端，電路無(wú)電流流過(guò)，而伏特表讀數(shù)為0。且電容器C1兩板因伏特表的接入而放電變?yōu)榈入妱?shì)U1=0，C2兩端此時(shí)電壓U2=200 V。

如果分別用兩個(gè)相同伏特表分別與C1，C2并聯(lián)，情況又如何呢。兩伏特表與電源構(gòu)成回路，回路中有電流；兩伏特表串聯(lián)，電流大小相等，每個(gè)表指針偏轉(zhuǎn)相同，讀數(shù)均為100伏，即C1，C2兩電容器的電壓均為100 V。

問(wèn)題（三）：如圖2所示，在磁感應(yīng)強(qiáng)度B為0.2 T的勻強(qiáng)磁場(chǎng)中，有一邊長(zhǎng)為l=0.5米的金屬框ABCD，CD間接串聯(lián)一伏特表，當(dāng)整個(gè)電路以v=10米每秒速度向右勻速移動(dòng)時(shí)，AB兩端電勢(shì)差多大。伏特表的示數(shù)多少？

根據(jù)感生電動(dòng)勢(shì)公式U=ε=BVL=1V，所以AB兩端之間的電勢(shì)差為1 V，但實(shí)際伏特表的示數(shù)卻為零。有的同學(xué)百思而不得其解，為什么AB間有電壓而伏特表的示數(shù)為零呢？甚至懷疑公式U=ε=BVL的正確性，懷疑AB間是否真的有電勢(shì)差。但是，從產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件看，閉合電路中磁通量發(fā)生變化才會(huì)產(chǎn)生感生電流，該回路中磁通量沒(méi)有發(fā)生變化回路中沒(méi)有感生電流，所以伏特表無(wú)示數(shù)。從等效電路來(lái)看，AB、CD均切割磁感線而產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，相當(dāng)于兩電動(dòng)勢(shì)相等的電源反方向串聯(lián)在電路中，電路中無(wú)電流，因此伏特表指針不偏轉(zhuǎn)無(wú)示數(shù)。

從上述幾例中，我們可以發(fā)現(xiàn)各測(cè)量工具把一個(gè)物理量轉(zhuǎn)換為另一個(gè)物理量進(jìn)行測(cè)量是有一定條件的。所以認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量中的轉(zhuǎn)化及轉(zhuǎn)化條件，對(duì)于了解測(cè)量?jī)x器的原理和使用對(duì)于理解和掌握物理概念、物理規(guī)律都有重要意義。例如，在研究動(dòng)能的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，用物塊水平移動(dòng)的距離的大小來(lái)表示動(dòng)能的大小，也是一種轉(zhuǎn)化。

轉(zhuǎn)化是解決問(wèn)題的一種重要策略。以上轉(zhuǎn)化形式在日常生活和生產(chǎn)實(shí)踐中也常常遇到。例如，汽車速度表，自來(lái)水表和電能表等。認(rèn)識(shí)測(cè)量物理量的轉(zhuǎn)化，可培養(yǎng)思維的靈活性和處理問(wèn)題時(shí)的變通性，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移，實(shí)現(xiàn)知識(shí)向能力轉(zhuǎn)化。endprint