“補(bǔ)差法”在物理中的應(yīng)用

黃維民??

摘 要：“補(bǔ)差法”在高中物理學(xué)習(xí)中有著非常有效的作用，能夠有效地提高高中物理的學(xué)習(xí)效率，培養(yǎng)對(duì)物理的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情，為此，本文對(duì)“補(bǔ)差法”在物理中的應(yīng)用方法進(jìn)行了歸納總結(jié)。

關(guān)鍵詞：“補(bǔ)差法”教學(xué)方法；高中物理；應(yīng)用探究

在高中物理中使用“補(bǔ)差法”就是在物理學(xué)習(xí)中，對(duì)一些物理量進(jìn)行相應(yīng)的補(bǔ)充，從而達(dá)到一定的預(yù)想標(biāo)準(zhǔn)，以此來(lái)對(duì)那些復(fù)雜的物理問(wèn)題進(jìn)行有效的解決。

一、 “補(bǔ)差法”在物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

1. “補(bǔ)差法”在力學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

案例：圖1是一個(gè)游標(biāo)尺把十九毫米分成了二十等分的游標(biāo)卡尺，在一次對(duì)物體的長(zhǎng)度進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候主尺7.9厘米的刻度和游標(biāo)尺第十八根刻度對(duì)齊了，那么請(qǐng)算出這個(gè)被測(cè)物體的長(zhǎng)度。

圖1

解析：根據(jù)圖1的顯示，并沒(méi)有給出游標(biāo)尺的起始線(xiàn)，根據(jù)學(xué)過(guò)的知識(shí)我們只知道游標(biāo)尺相關(guān)的規(guī)則，所以在解決這種物體問(wèn)題的時(shí)候比較困難，這個(gè)時(shí)候我可以利用“補(bǔ)差法”進(jìn)行解決。在這道題目中，所測(cè)量的物體的長(zhǎng)度是從主尺的0刻度處到主尺的7.9厘米和游標(biāo)尺第十八根刻度之間的長(zhǎng)度差，這個(gè)時(shí)候所測(cè)量的物體的長(zhǎng)度正好可以起到相應(yīng)的“補(bǔ)差”效果，通過(guò)以上的分析可以清晰地看出被測(cè)物體的長(zhǎng)度應(yīng)該是：79mm-18×0.95mm=61.90mm。

2. “補(bǔ)差法”在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

案例：圖2展示的對(duì)表頭G內(nèi)阻進(jìn)行測(cè)量的電路圖。把電路圖中的R這個(gè)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭P移動(dòng)到變阻器R的最右端，并且斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，把開(kāi)關(guān)S1進(jìn)行閉合，然后緩慢地移動(dòng)滑動(dòng)觸頭P，直到表頭G的顯示達(dá)到比較滿(mǎn)的程度。如果給出的表頭的顯示有30個(gè)小格，當(dāng)表頭G的顯示偏滿(mǎn)的時(shí)候，表頭內(nèi)阻Rg遠(yuǎn)遠(yuǎn)要低于滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻，現(xiàn)在對(duì)滑動(dòng)變阻器的觸頭P的位置保持不變，把開(kāi)關(guān)S1進(jìn)行閉合，并對(duì)R′進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)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(gè)時(shí)候R′的數(shù)值為8Ω，那么請(qǐng)算出表頭內(nèi)阻的數(shù)值。

解析：從這個(gè)題目中我們可以清楚地看出這是對(duì)半偏法則電阻的一個(gè)變形模式，當(dāng)圖2中的滑動(dòng)變阻器R所接入電阻的數(shù)值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)的大于表頭G內(nèi)阻Rg的時(shí)候，如果保證滑動(dòng)變阻器R的觸頭P不進(jìn)行移動(dòng)的話(huà)，把開(kāi)關(guān)S2進(jìn)行閉合，那么這個(gè)時(shí)候我可以認(rèn)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(jīng)的電流和表頭G所流經(jīng)的電流形成“補(bǔ)差”的作用，所以：24/30IgRg=（1-24/30）IgR′，通過(guò)計(jì)算我就得出表頭G的電阻值為2Ω。

二、 “補(bǔ)差法”在物理力學(xué)中的應(yīng)用

案例：在一個(gè)均勻的實(shí)心球體中挖去一個(gè)小球，其中這個(gè)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(qǐng)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(wèn)題的時(shí)候使用直接計(jì)算的方法，將會(huì)變得非常的復(fù)雜和困難，所以我就用了“補(bǔ)差法”來(lái)進(jìn)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(jù)我在課堂上學(xué)過(guò)的相關(guān)定義，球體的體積是為4/3πR3，大球和小球之間的質(zhì)量的比值是8∶1，根據(jù)這些數(shù)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(xiàn)上距離大球球心R/14的地方。

三、 “補(bǔ)差法”在高中物理電學(xué)中的應(yīng)用

案例：根據(jù)圖3的顯示，平面xOy是一個(gè)無(wú)窮大的導(dǎo)體的表面，在z<0的真空空間中充斥著該導(dǎo)體。在z=h的地方放置上電荷量為q的點(diǎn)電荷，這個(gè)時(shí)候會(huì)有感應(yīng)電荷處在xOy這個(gè)平面上。在這個(gè)空間上的任何一個(gè)地點(diǎn)的電場(chǎng)都是由導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷和點(diǎn)電荷q一同激發(fā)的。如果導(dǎo)體內(nèi)部的場(chǎng)強(qiáng)在靜電平衡的時(shí)候是0，那么請(qǐng)算出z軸上h/2點(diǎn)上的場(chǎng)強(qiáng)。

解析：在對(duì)這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行解決的時(shí)候，我選用的是“補(bǔ)差法”，導(dǎo)體表面的感應(yīng)電荷和點(diǎn)電荷q所激發(fā)的電場(chǎng)的電荷和相距2h處的等量異點(diǎn)處的電荷是相同的，所以h/2處的場(chǎng)強(qiáng)可以看做是h點(diǎn)的點(diǎn)電荷q以及-h處的點(diǎn)電荷-q二者電場(chǎng)的疊加，因此h/2處的場(chǎng)強(qiáng)為k（q/（3h/2）2）+k（q/（h/2）2）=40kq/9h2。

四、 “補(bǔ)差法”在高中物理光學(xué)中的應(yīng)用

案例：圖4中是觀(guān)察光的薄膜干涉現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)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(diǎn)燃圖（a）中的酒精燈，然后對(duì)肥皂薄膜兩側(cè)進(jìn)行觀(guān)察，請(qǐng)問(wèn)兩側(cè)觀(guān)察到的現(xiàn)象有什么聯(lián)系？

解析：根據(jù)我之前學(xué)過(guò)的相關(guān)光能量的定義——入射光線(xiàn)的總能量是一定的，也就是說(shuō)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(gè)問(wèn)題的時(shí)候我可以應(yīng)用“補(bǔ)差法”，肥皂薄膜兩側(cè)在燈光的照射下產(chǎn)生的水平條紋是明暗相對(duì)的，也就是說(shuō)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(yīng)該是相反的亮條紋。

五、 結(jié)語(yǔ)

在高中物理學(xué)習(xí)中“補(bǔ)差法”有著非常廣泛的應(yīng)用，利用“補(bǔ)差法”對(duì)高中物理中存在的問(wèn)題進(jìn)行解決能夠起到化抽象為具體、化繁為簡(jiǎn)和化難為易的作用，同時(shí)能夠激發(fā)我們高中生對(duì)高中物理的學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)積極性，推動(dòng)我國(guó)高中學(xué)生全面發(fā)展和我國(guó)素質(zhì)教育的進(jìn)程。

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