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中考物理中“等效与转换”的体现

作者:admin 发表于:2013-05-02   点击: 评论: 0

一、思想方法解读

科学的研究方法是解决问题的重要方法,“物理课程标准”要求,在突出科学探究内容的同时,重视研究方法的指导,使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中,逐渐拓宽视野,初步领悟到科学研究方法的真谛。因此,注意考查研究物理问题的方法,成为当前和今后中考的热点。实验的思想、控制变量、模型、等效、归纳、分类、转换、间接测量法、类比、猜想推理等,是初中物理常用的研究方法。初中生由于受到生活经历、知识储备、理解能力的局限,思维深度往往不够,如果我们对学生采用正确的思维训练方法和思维技巧,对于正确、快速解答物理问题有十分重要的作用,可见掌握科学的方法是至关重要的,其中等效和转换是重要和常见方法。物理学中蕴涵着许多种科学的研究方法,学生在学习物理中,收获到的不仅仅是科学知识,更为重要的是受到了科学方法的熏陶和教育。当前的新课程改革正促使教学重心从强调知识的传承与积累,向重视知识的探究过程和方法转化。
所谓“等效法”就是在特定的某种意义上,在保证效果相同的前提下,将陌生的、复杂的、难处理的问题转换成熟悉的、容易的、易处理的一种方法。等效法是从事物间的等同效果出发来学习和研究物理现象、过程、规律的一种方法,它是分析解决物理问题的有效途径。它把实际、复杂的物理现象、物理过程,转化为等效、理想、简单的物理现象、物理过程来研究和处理。比如:合力与分力;测量中的化曲为直;做功和热传递对内能的改变;平均速度;等效电路简化复杂电路;等效电阻;电流表、电压表在电路中的处理都采用了等效法来化难为易,变繁为简。
等效思维的实质是在效果相同的情况下,将较为复杂的实际问题变换为简单的熟悉问题,以便突出主要因素,抓住它的本质,找出其中规律.因此应用等效法时往往是用较简单的因素代替较复杂的因素,以使问题得到简化而便于求解。
对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识或简易测量的物理量间接测量,这种方法叫做转换法。它是灵活解决实验问题、制作仪器、分析问题等过程中运用的一种科学的思维方法,当思维遇到障碍路径不通时或某些问题不能直接研究时,通过转换路径或物体,转换思维角度,转换思维方式,通过其他物体的变化及现象,来研究不便直接研究的问题。初中物理在研究概念、规律和各类器材、实验设计中以及解题中经常采用“转换法”。使研究的问题更简化,更鲜明,比如:验电器、压强计、弹簧测力计、温度计等器材的制作思路就是利用了“转化”的思想。

二、中考真题解析

例1:(2010年广西壮族自治区河池市)如下图所示,是某同学探究“电磁铁磁性强弱跟电流大小关系”的电路图。

(1)电磁铁磁性的强弱是通过观察_____来确定的;
(2)闭合开关后,当滑动变阻器滑片P向 (填“a”或“b”)端移动时,电磁铁磁性增强;由实验可得到的结论是:当线圈匝数不变时,通过线圈的电流 ,电磁铁磁性越强;
(3)在图中,电磁铁的上端是极(选填“N”或“S”)。
解析:(1)在研究电磁铁的影响因素时,由于电磁铁的磁性是无法看见,无法摸得到的物质,所以必须通过转化法,即通过电磁铁吸引小铁钉的数目来认识电磁铁的磁性的强弱 ,若电磁铁吸引小铁钉的数目越多,说明电磁铁的磁性越强;(2)电磁铁磁性的强弱还和通过电流有关,电流越大,磁性越强,因此滑片向a端移动,通过的电流越强,磁性越强;(3)根据安培定则即可判断电磁铁的磁极上端为S极。
答案:(1)吸引铁钉的多少;(2)a,越大;(3)S。
点评:电磁学中有关磁的现象无法看见和触摸,所以应通过转换的方法进行研究,这样更方便、更直观。
例2:(2010年南京市)小明设计了一种测量未知电阻Rx的实验方案,并选择了合适的器材,测量电路如下图所示,电源电压恒定,滑动变阻器最大阻值未知,在A、B两点间接人的元件每次只能是电阻箱或未知电阻Rx。

(1)请你帮他完成相关实验内容:
①将_______ 接入A、B两点间;
②闭合开关,移动滑动变阻器滑片到某一合适位置时,记下_______;
③断开开关,取下A、B间的元件,将_______接在A、B两点间;
④闭合开关,调节_______,使_______;
⑤读出_______,即可知道Rx的阻值;
(2)小明测量电阻R,的方法,在科学研究中经常用到,下面4个研究实例中,采用这种研究方法的是______。
A.力是看不见的,可以通过力的作用效果认识它
B.根据磁铁吸引大头针多少判定磁铁磁性的强弱
C.用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
D.用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱
解析:此题是电阻的另类测量的方法,通过“等效替代的方法”进行间接测量电阻。(1)先将待测电阻接入电路中,记下电压表的示数。然后,利用电阻箱来代替此未知电阻,然后调节电阻箱,使其分得电压相同,这样达到等效的目的,从而得出它们电阻的阻值相同,从电阻箱来体现未知电阻的阻值。
答案:(1)①未知电阻Rx;②电压表示数U;③电阻箱;④电阻箱,电压表示数仍为U;⑤电阻箱示数;(2)C。
点评:在实验操作中,应充分学会利用等效替代的方法进行设计实验,它可以将研究的问题简化。初中物理实验中还有很多利用这类方法,比如:平面镜成像特点探究实验中,利用等大的蜡烛来代替像,以便更好的研究像的特点等。
例3:(2010年湖北省黄冈市)小明了解到用刻度尺测物体长度时会有一些因素引起测量误差,其中刻度尺的温度变化也是引起误差的原因之一.他想通过实验研究刻度尺长度随温度变化的情况。

(1)小明找来两把完全相同,长为20cm的钢尺,一把放在冰箱充分冷冻,一把放在阳光下长时间曝晒,再将两把钢尺互相测量,结果发现两把钢尺的长度几乎没有差异,请写出造成这种结果的原因(写出1条即可):_______________;
(2)他重新设计了如上图所示的装置研究物体长度随温度变化的情况.装置中AB是粗细均匀的铜棒,COD是可绕O点转动的指针。实验时,A端固定不动,指针C端紧靠在铜棒B端,当用酒精灯给AB加热时,小明可以通过观察 分析金属棒受热时长度的变化.装置中指针设计成CO段比OD段短,这对实验现象起到了 作用;
(3)请你根据小明的实验提出一个值得探究的问题: _________________。
解析:(1)属于开放性试题,钢尺的长度几乎没有差异,可能是工具的原因,也可能是自身的变化小等;(2)要观察微小的变化,应该通过转换的方法,把微小的变化进行放大,以便观察,这里采用了转换法,通过指针的偏转来认识钢尺的变化,起到了

答案:(1)两把钢尺长度变化太小,简单的测量工具无法测量出微小的变化;(2)指针示数变化,放大;(3)物体在温度变化时,物体的长度变化是否与材料有关?
点评:实验中采取正确的方法是实验成败的关键,同时要培养发散思维的能力,并以次来解决开放性的试题。
例4:(2010年湖北省武汉市)回顾实验和探究:

(1)上图是研究动能大小与什么因素有关的实验。实验中通过_______知道动能的大小。
两次实验是为了研究动能与速度的关系。
(2)在研究“牛顿第一定律”时,让小车每次都从斜面_______位置由静止滑下,先后滑到毛巾、棉布、木板表面。其中让小车运动状态最难改变的是_______ 表面。
解析:(1)要研究动能的大小与哪些因素有关,首先就要知道怎样“看出”动能的大小。物体具有动能的大小是无法直接“看出”的。我们可以利用能量与做功的关系,把物体具有能量的大小转换为它能够对外做功的大小反映出来。这就用到了转换法。通过比较做功的多少,即推动A距离的远近来认识动能大小;(2)利用控制变量法探究,每次都从同一高度滑下,使水平初始速度相同,改变水平面的粗糙程度,木板的阻力最小,因此运动状态最难改变。
答案:(1) A运动的距离,甲、丙;(2)同一,木板。
点评:实验探究中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识,这样能清楚所研究的物理量的变化程度。
三、近年中考真题演练
1.(2008年山东省泰安市)我们在学习物理知识过程中也学到了许多科学方法,其中有等效替代法、控制变量法、类比法、实验推理法和建立理想模型法等。例如:①用合力表示作用在一个物体上的两个力;②用磁感线描述磁场;③在实验事实的基础上,经过科学推理得出牛顿第一定律;④用总电阻表示同一段电路上并联的两个电阻;⑤借助水压学习电压。上述方法属于“等效替代法”的是( )。
A.①和②B.①和⑤
C.②和③D.①和④
2.(2009年贵州省黔东南州)有些物理量的大小不易直接观测,但它变化时引起其他量的变化却容易直接观测,用易观测的量显示不易观测的量是测量物理量的一种思路。例如:温度计是利用液柱长度的变化来显示温度高低的。请你也举出一个例子,并进行分析。
3.(2008年江苏省南通市)某物理兴趣小组的同学设计了如下图所示的实验装置,当用力挤压装满水的玻璃瓶,会看到细玻璃管内的水面明显上升。这是利用细玻璃管内水面的变化来放大玻璃瓶的微小形变。下列实验中也用到这种放大思想的是( )。

A. 将不同的电阻丝分别接到同一电路中,通过比较电流的大小来比较电阻的大小
B. 将发声的音叉靠近乒乓球,通过乒乓球被弹开显示音叉在振动
C. 让不同的纸锥从相同高度同时下落,通过落地的先后判断运动的快慢情况
D. 将小铁屑均匀洒在磁体周围,通过观察铁屑的分布情况来认识磁场的分布情况
4.(2009年安徽省芜湖市)19世纪中后期,物理学中引入了新的、革命性的概念“场”。
(1)爱因斯坦说过,“场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。”的确如此,磁场虽然看不见、摸不着,但可以通过它对放入其的________产生力的作用来认识它。
(2)像这样,用易观测的物理现象或物理量来认识或显示不易观测的物理现象或物理量是物理学常用的一种研究方法。请再举一例并简要说明。
5.(2007年海南省)在探究“平面镜成像的特点”的实验中,用透明玻璃板代替不透明的平面镜做实验,使为了,用一根与物等长的、没点燃的蜡烛代替像来与物比较大小,这里运用了_______的科学方法。
参考答案:
1.D。
2. 弹簧测力计是利用弹簧长度的变化来显示力的大小等。
3.D。
4.(1)磁体;(2)电流看不见、摸不着,但是可以根据电流的效应来认识它。
5. 便于观察像的特点;等效。

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