淺談轉(zhuǎn)換法在初中物理學(xué)中的應(yīng)用

左國(guó)榮

[摘? ?要]當(dāng)今社會(huì)知識(shí)更新迅猛，僅靠學(xué)校學(xué)習(xí)的知識(shí)已不能滿足社會(huì)發(fā)展的需求。在教學(xué)過(guò)程中，教師應(yīng)注意方法的滲透，以培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。當(dāng)我們?cè)谘芯亢吞幚韱?wèn)題時(shí)，難免會(huì)遇到一些障礙，此時(shí)如果能轉(zhuǎn)換一下思維方式和處理方法，就會(huì)有一種柳暗花明的感覺(jué)，問(wèn)題瞬間迎刃而解。轉(zhuǎn)換法是貫穿在初中物理中非常重要的方法。學(xué)生學(xué)會(huì)用轉(zhuǎn)換法來(lái)思考和處理問(wèn)題，大腦就會(huì)豁然開(kāi)朗，進(jìn)而能更輕松地學(xué)好物理，學(xué)習(xí)的自信心和興趣也就能得到進(jìn)一步地增強(qiáng)。

[關(guān)鍵詞]轉(zhuǎn)換法;初中物理;應(yīng)用

[中圖分類(lèi)號(hào)]? ? G633.7? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]? ? A? ? ? ? [文章編號(hào)]? ? 1674-6058（2019）02-0043-02

教師在初中物理教學(xué)中，要著力培養(yǎng)學(xué)生的物理素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生良好的探究習(xí)慣和能力及堅(jiān)忍不拔的探究精神。早在2000多年前，阿基米德在思考如何鑒別王冠的含金量時(shí)，從洗澡時(shí)從浴缸里的水向外溢的現(xiàn)象中得到啟發(fā)，歸納出“浸在液體中的物體受到浮力”的規(guī)律，即把物體在液體中受到的浮力轉(zhuǎn)換成排開(kāi)液體所受的重力。因此，當(dāng)我們?cè)谥苯犹幚砘蚪鉀Q某一問(wèn)題感到困難時(shí)，可以將問(wèn)題等價(jià)地轉(zhuǎn)換成我們熟悉的另一個(gè)問(wèn)題去解決，如通過(guò)轉(zhuǎn)換思維角度、物理狀態(tài)、物理過(guò)程、物理對(duì)象等，達(dá)到化難為易的目的，這其實(shí)就是轉(zhuǎn)換法的思維方式。轉(zhuǎn)換法是探究物理現(xiàn)象的一種重要的思維方法，教師有必要讓學(xué)生養(yǎng)成自覺(jué)運(yùn)用這種方法的習(xí)慣。

所謂轉(zhuǎn)換法，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)、易見(jiàn)（直觀）的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題;將在有限條件下難以直接測(cè)量或測(cè)不準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠直接測(cè)量或能夠準(zhǔn)確測(cè)量的物理量的方法。初中物理在研究概念、規(guī)律和實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中都可以采用這種物理方法。

一、轉(zhuǎn)換法在不可見(jiàn)的現(xiàn)象中的應(yīng)用

一些看不見(jiàn)、摸不著的微觀現(xiàn)象，要研究它們的規(guī)律，可以使之轉(zhuǎn)換成看得見(jiàn)、摸得著的宏觀現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)它們。比如：分子，我們可以轉(zhuǎn)換成研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象、聞香水味去認(rèn)識(shí)它;分子力，我們可以通過(guò)將兩鉛塊壓緊時(shí)不會(huì)落下來(lái)或?qū)⒉ＡО逅綇乃婺闷饡r(shí)所需拉力大于玻璃板所受的重力等來(lái)認(rèn)識(shí)分子引力，可以通過(guò)物體難被壓縮來(lái)認(rèn)識(shí)分子斥力;電流，可以轉(zhuǎn)換成電流產(chǎn)生的效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)它;磁場(chǎng)，可以轉(zhuǎn)換成小磁針的有序排列展現(xiàn)出來(lái);地磁場(chǎng)，可轉(zhuǎn)換成指南針的偏轉(zhuǎn)來(lái)認(rèn)識(shí)的，等等。

二、轉(zhuǎn)換法在不易見(jiàn)的現(xiàn)象中的應(yīng)用

在有些實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象我們是能看到的，但是效果不明顯，不容易觀察，我們就將產(chǎn)生的效果進(jìn)行放大，再進(jìn)行研究。比如音叉、鼓面的振動(dòng)，我們利用輕小物體反復(fù)被彈開(kāi)，將其振動(dòng)現(xiàn)象放大。在觀察壓力對(duì)玻璃瓶的作用效果時(shí)，將玻璃瓶裝滿水，用橡皮塞塞住密封，然后插上一根小玻璃管，用力擠壓玻璃瓶，可看到小玻璃管內(nèi)液面上升，這里將玻璃瓶的微小形變引起液面的變化放大成小玻璃管內(nèi)液面的變化。

三、轉(zhuǎn)換法在認(rèn)識(shí)抽象、陌生、復(fù)雜的物理量中的應(yīng)用

一些物理量比較抽象、陌生、復(fù)雜，不容易表示，我們可以轉(zhuǎn)換為比較直觀、熟悉、簡(jiǎn)單的物理量來(lái)認(rèn)識(shí)。比如：能（能量）抽象、陌生，功是能的度量，能夠?qū)ν庾龉Φ奈矬w具有能。我們將小球的動(dòng)能轉(zhuǎn)換為小球?qū)δ緣K做功時(shí)木塊被推動(dòng)的水平距離來(lái)認(rèn)識(shí);將小球的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)換為小球?qū)δ緲蹲龉r(shí)木樁陷入沙槽中的深淺來(lái)認(rèn)識(shí)。物體的內(nèi)能，我們無(wú)法直接感知內(nèi)能的變化，當(dāng)不考慮物體體積的變化時(shí)，我們將物體內(nèi)能的變化轉(zhuǎn)換成溫度的變化。比熱容，在探究不同物質(zhì)的吸熱能力時(shí)，液體（水和煤油）吸收熱量的多少轉(zhuǎn)換成相同功率的電加熱器加熱時(shí)間的長(zhǎng)短來(lái)反映。電功，我們將電功轉(zhuǎn)換成電動(dòng)機(jī)提升鉤碼時(shí)所做的功。電熱，我們可以將電熱的多少轉(zhuǎn)換成觀察電熱加熱液體時(shí)液體吸熱升高溫度的不同。磁場(chǎng)的強(qiáng)弱，我們可以轉(zhuǎn)換成磁體吸引大頭針數(shù)目的多少。

四、轉(zhuǎn)換法在不易測(cè)量的物理量中的應(yīng)用

一些物理量不容易直接測(cè)量，可轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量的物理量來(lái)間接測(cè)量。比如：測(cè)量不規(guī)則固體的體積，可以轉(zhuǎn)換成為測(cè)其排開(kāi)水的體積。測(cè)曲線的長(zhǎng)度，可以轉(zhuǎn)換成測(cè)細(xì)棉線的長(zhǎng)度。測(cè)跑道的周長(zhǎng)，可以轉(zhuǎn)換成測(cè)自行車(chē)輪子的周長(zhǎng)乘以圈數(shù)。測(cè)量滑動(dòng)摩擦力時(shí)，轉(zhuǎn)換成勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)測(cè)拉力的大小。測(cè)量大氣壓強(qiáng)時(shí)，我們轉(zhuǎn)換成測(cè)水銀柱產(chǎn)生的液體壓強(qiáng)。著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)充分證明了大氣壓強(qiáng)存在，且很大。還有一些物理量不容易直接測(cè)量，我們可以根據(jù)定義式轉(zhuǎn)換成直接測(cè)得的物理量，再由其定義式計(jì)算其值。比如：電阻和電功率，可轉(zhuǎn)換成測(cè)電壓、電流，再利用定義式R = U/I和P =UI（伏安法）計(jì)算得到。密度，可轉(zhuǎn)換成測(cè)質(zhì)量、體積，再利用定義式ρ=m/V計(jì)算得到。還有速度、固體壓強(qiáng)等物理量也是利用轉(zhuǎn)換法測(cè)量的。

五、轉(zhuǎn)換法在測(cè)量?jī)x器或工具中的應(yīng)用

物理中很多測(cè)量?jī)x器或工具，應(yīng)用到了轉(zhuǎn)換法。比如：溫度計(jì)，是將溫度的高低轉(zhuǎn)換成溫度計(jì)內(nèi)液體熱脹冷縮的體積變化，在粗細(xì)均勻的玻璃管內(nèi)，引起液柱高度的變化。彈簧測(cè)力計(jì)，將拉力的大小轉(zhuǎn)換成彈簧的伸長(zhǎng)量的多少。U形管壓強(qiáng)計(jì)，是將液體壓強(qiáng)的大小轉(zhuǎn)換成U形管左右兩邊液面的高度差的大小。測(cè)電筆，將判斷火線和零線轉(zhuǎn)換成是否有微小電流通過(guò)氖管發(fā)光。驗(yàn)電器，將有無(wú)電荷轉(zhuǎn)換成兩金屬箔片是否張開(kāi)，電荷量的多少轉(zhuǎn)換成箔片張開(kāi)的角度的大小。電流表，利用通電線圈在磁場(chǎng)中發(fā)生偏轉(zhuǎn)，將電流的大小轉(zhuǎn)換成固定在線圈上的指針偏轉(zhuǎn)角度的大小。初中物理利用了轉(zhuǎn)換法的測(cè)量?jī)x器或工具還有秒表、托盤(pán)天平、密度計(jì)、氣壓計(jì)、電壓表、電能表等。

六、轉(zhuǎn)換法在解答物理應(yīng)用題中的應(yīng)用

在解答物理習(xí)題時(shí)，我們經(jīng)常也要用到轉(zhuǎn)換法。

[例1]電壓220 V的電源向遠(yuǎn)處某工地的一盞標(biāo)有“PZ 220-60”的電燈供電，由于導(dǎo)線有電阻，燈泡的實(shí)際功率為55 W，則導(dǎo)線消耗的功率（）。

A.等于5 W B.大于5 W

C.小于5 W D.不能確定

解析：由于導(dǎo)線電阻未知，無(wú)法直接利用Pr=I 2 r計(jì)算它消耗的功率。此時(shí)可轉(zhuǎn)換思維角度，導(dǎo)線的功率也等于電源輸出的功率減去燈泡的實(shí)際功率。若不計(jì)導(dǎo)線電阻，則電源的輸出功率等于燈泡的額定功率，即P = UI = 60（W）?，F(xiàn)考慮導(dǎo)線有電阻，則電路中的電阻變大，電流變小，電源的輸出功率P'= UI'< 60 W，而此時(shí)燈泡的實(shí)際功率為55 W，那么導(dǎo)線消耗的功率應(yīng)小于5 W。故答案選C。

[例2]大偉同學(xué)用一個(gè)距離手3 m高的定滑輪拉住重100 N的物體，從滑輪正下方沿水平方向移動(dòng)4 m，如圖所示。若不計(jì)繩重和摩擦，他至少做了多少功（）。

A.200 JB.300 JC.400 JD.500 J

解析：向右拉繩提升物體的過(guò)程中，人的拉力方向不是水平的且不斷變化，不能直接運(yùn)用W = Fs求解。在效果相同的情況下，將拉力做的功轉(zhuǎn)換為直接提升物體所做的功。根據(jù)做功原理，不計(jì)繩重和摩擦，有W總=W有用，所以該同學(xué)使用定滑輪做的功W總=W有用=Gh=100 N×2 m=200 J。故答案為A。

七、轉(zhuǎn)換法在解決實(shí)際問(wèn)題中的應(yīng)用

在生產(chǎn)生活中，為了體現(xiàn)以人為本，更好地把人從繁重復(fù)雜的勞動(dòng)中解放出來(lái)，同時(shí)又能達(dá)到預(yù)期的效果，把非電學(xué)量轉(zhuǎn)換成電學(xué)量的儀器或工具應(yīng)運(yùn)而生。

溫度報(bào)警器（熱敏電阻）把溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);水位報(bào)警器把水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);油量表把油量信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);聲控?zé)舭崖曇粜盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);光控?zé)簦ü饷綦娮瑁┌压庑盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào);地磅（壓敏電阻）把力信號(hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)。風(fēng)力傳感器、氣敏電阻和磁敏電阻等都應(yīng)用了轉(zhuǎn)換法。

總之，轉(zhuǎn)換法在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用，讓學(xué)生真正掌握了這種方法，就能更加輕松自由地遨游在浩瀚的物理海洋里，事半功倍地解決生活中碰到的紛繁復(fù)雜的物理問(wèn)題，就更加有興趣去探索更多的物理奧秘。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 王鋼.最新中學(xué)物理學(xué)習(xí)思想方法[M].北京：中國(guó)青年出版社，2009.

[2]? 劉世軍.中學(xué)物理思想方法教學(xué)探索與實(shí)踐[M].北京：光明日?qǐng)?bào)出版社，2016.

（責(zé)任編輯 易志毅）