谈物理教学中的转换法

李正文

摘 要：在中学物理实验中，有许多实验其设计构思十分巧妙，其中一些实验在物理理论的建立和发展中具有重要的意义，其间凝聚着科学家的智慧和创造。转换法在许多实验设计上和多种测量工具上都有非常巧妙的应用，但是在使用这些测量工具时应当注意它们的转换条件，否则就会出错。

关键词：物理学；电动势；策略

物理学是一门精确的定量化的科学。在物理实验中需要定量测量物理量，但许多物理特征过程或物理量要想直接观测有困难，可以把所要观测的变量转换成其他变量间接观测和测量，这就是转换法。转换法主要是根据力热光电等现象间的转换关系，用等效的思想，即从效果想当的角度进行实验及制作测量工具。

在中学物理学中常见测量工具中应用转换法的有：（1）弹簧测力计：把力的大小转换为弹簧伸长的长度。（2）水银气压计：利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等，把气压的大小转换为水银柱的高度。（3）温度计：利用液体的热胀冷缩的性质，把温度的大小转换为液柱的长度。（4）电流表：它是应用磁力矩和力矩平衡条件把电流的大小转换为指针的偏角的大小。（5）电压表：是把电压的大小转换为电流再转换为指针的偏转角。这些测量工具都将复杂的、抽象的、难于显示的物理量转化为方便的、直观的形式显示，是各种测量中常用的办法。但是，在使用这些测量工具时我们必须注意他们的制作原理和条件，否则测出来的结果可能是错误的。

我们来看看下列几个问题：

问题（一）：在宇宙飞船中下列哪些实验能进行（ ）

A.用托盘天平测物体的质量

B.用密度计测某种液体的密度

C.用水银气压计测飞船里的气压

D.用水银温度计测飞船里的气温

表面看来上述四个实验都可以做，但实际上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。这是因为在宇宙飞船中处于完全失重状态，托盘天平是利用力矩平衡条件来工作的，飞船中处于完全失重状态。这时，左右两边的质量不相等，天平也会平衡，所以测不了物体的质量。密度计是根据二力平衡浮力等于物体的重力来工作的，在宇宙飞船中密度计的重力为零，浸在液体中的物体也不受浮力，因此不能用密度计测液体的密度。水银气压计是利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等来工作的，在完全失重状态中水银柱不能产生压强，所以水银气压计也没有用了，只有温度计还能正常工作，所以能用水银温度计测飞船里的温度。

问题（二）：如图1所示，两个电容器串联接在200 V的电源上，两两电容器电容之比C1∶C2=2∶3每个电容器的耐压值均高于200 V，若用电压表测C两端的电压电压表稳定后读数是多少？

有的同学会毫不犹豫地运用串联电容器电压的分配跟电容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的读数自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1两端，电路无电流流过，而伏特表读数为0。且电容器C1两板因伏特表的接入而放电变为等电势U1=0，C2两端此时电压U2=200 V。

如果分别用两个相同伏特表分别与C1，C2并联，情况又如何呢。两伏特表与电源构成回路，回路中有电流；两伏特表串联，电流大小相等，每个表指针偏转相同，读数均为100伏，即C1，C2两电容器的电压均为100 V。

问题（三）：如图2所示，在磁感应强度B为0.2 T的匀强磁场中，有一边长为l=0.5米的金属框ABCD，CD间接串联一伏特表，当整个电路以v=10米每秒速度向右匀速移动时，AB两端电势差多大。伏特表的示数多少？

根据感生电动势公式U=ε=BVL=1V，所以AB两端之间的电势差为1 V，但实际伏特表的示数却为零。有的同学百思而不得其解，为什么AB间有电压而伏特表的示数为零呢？甚至怀疑公式U=ε=BVL的正确性，怀疑AB间是否真的有电势差。但是，从产生感应电流的条件看，闭合电路中磁通量发生变化才会产生感生电流，该回路中磁通量没有发生变化回路中没有感生电流，所以伏特表无示数。从等效电路来看，AB、CD均切割磁感线而产生感生电动势，相当于两电动势相等的电源反方向串联在电路中，电路中无电流，因此伏特表指针不偏转无示数。

从上述几例中，我们可以发现各测量工具把一个物理量转换为另一个物理量进行测量是有一定条件的。所以认识测量物理量中的转化及转化条件，对于了解测量仪器的原理和使用对于理解和掌握物理概念、物理规律都有重要意义。例如，在研究动能的大小与哪些因素有关时，用物块水平移动的距离的大小来表示动能的大小，也是一种转化。

转化是解决问题的一种重要策略。以上转化形式在日常生活和生产实践中也常常遇到。例如，汽车速度表，自来水表和电能表等。认识测量物理量的转化，可培养思维的灵活性和处理问题时的变通性，促进学习迁移，实现知识向能力转化。endprint

摘 要：在中学物理实验中，有许多实验其设计构思十分巧妙，其中一些实验在物理理论的建立和发展中具有重要的意义，其间凝聚着科学家的智慧和创造。转换法在许多实验设计上和多种测量工具上都有非常巧妙的应用，但是在使用这些测量工具时应当注意它们的转换条件，否则就会出错。

关键词：物理学；电动势；策略

物理学是一门精确的定量化的科学。在物理实验中需要定量测量物理量，但许多物理特征过程或物理量要想直接观测有困难，可以把所要观测的变量转换成其他变量间接观测和测量，这就是转换法。转换法主要是根据力热光电等现象间的转换关系，用等效的思想，即从效果想当的角度进行实验及制作测量工具。

在中学物理学中常见测量工具中应用转换法的有：（1）弹簧测力计：把力的大小转换为弹簧伸长的长度。（2）水银气压计：利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等，把气压的大小转换为水银柱的高度。（3）温度计：利用液体的热胀冷缩的性质，把温度的大小转换为液柱的长度。（4）电流表：它是应用磁力矩和力矩平衡条件把电流的大小转换为指针的偏角的大小。（5）电压表：是把电压的大小转换为电流再转换为指针的偏转角。这些测量工具都将复杂的、抽象的、难于显示的物理量转化为方便的、直观的形式显示，是各种测量中常用的办法。但是，在使用这些测量工具时我们必须注意他们的制作原理和条件，否则测出来的结果可能是错误的。

我们来看看下列几个问题：

问题（一）：在宇宙飞船中下列哪些实验能进行（ ）

A.用托盘天平测物体的质量

B.用密度计测某种液体的密度

C.用水银气压计测飞船里的气压

D.用水银温度计测飞船里的气温

表面看来上述四个实验都可以做，但实际上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。这是因为在宇宙飞船中处于完全失重状态，托盘天平是利用力矩平衡条件来工作的，飞船中处于完全失重状态。这时，左右两边的质量不相等，天平也会平衡，所以测不了物体的质量。密度计是根据二力平衡浮力等于物体的重力来工作的，在宇宙飞船中密度计的重力为零，浸在液体中的物体也不受浮力，因此不能用密度计测液体的密度。水银气压计是利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等来工作的，在完全失重状态中水银柱不能产生压强，所以水银气压计也没有用了，只有温度计还能正常工作，所以能用水银温度计测飞船里的温度。

问题（二）：如图1所示，两个电容器串联接在200 V的电源上，两两电容器电容之比C1∶C2=2∶3每个电容器的耐压值均高于200 V，若用电压表测C两端的电压电压表稳定后读数是多少？

有的同学会毫不犹豫地运用串联电容器电压的分配跟电容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的读数自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1两端，电路无电流流过，而伏特表读数为0。且电容器C1两板因伏特表的接入而放电变为等电势U1=0，C2两端此时电压U2=200 V。

如果分别用两个相同伏特表分别与C1，C2并联，情况又如何呢。两伏特表与电源构成回路，回路中有电流；两伏特表串联，电流大小相等，每个表指针偏转相同，读数均为100伏，即C1，C2两电容器的电压均为100 V。

问题（三）：如图2所示，在磁感应强度B为0.2 T的匀强磁场中，有一边长为l=0.5米的金属框ABCD，CD间接串联一伏特表，当整个电路以v=10米每秒速度向右匀速移动时，AB两端电势差多大。伏特表的示数多少？

根据感生电动势公式U=ε=BVL=1V，所以AB两端之间的电势差为1 V，但实际伏特表的示数却为零。有的同学百思而不得其解，为什么AB间有电压而伏特表的示数为零呢？甚至怀疑公式U=ε=BVL的正确性，怀疑AB间是否真的有电势差。但是，从产生感应电流的条件看，闭合电路中磁通量发生变化才会产生感生电流，该回路中磁通量没有发生变化回路中没有感生电流，所以伏特表无示数。从等效电路来看，AB、CD均切割磁感线而产生感生电动势，相当于两电动势相等的电源反方向串联在电路中，电路中无电流，因此伏特表指针不偏转无示数。

从上述几例中，我们可以发现各测量工具把一个物理量转换为另一个物理量进行测量是有一定条件的。所以认识测量物理量中的转化及转化条件，对于了解测量仪器的原理和使用对于理解和掌握物理概念、物理规律都有重要意义。例如，在研究动能的大小与哪些因素有关时，用物块水平移动的距离的大小来表示动能的大小，也是一种转化。

转化是解决问题的一种重要策略。以上转化形式在日常生活和生产实践中也常常遇到。例如，汽车速度表，自来水表和电能表等。认识测量物理量的转化，可培养思维的灵活性和处理问题时的变通性，促进学习迁移，实现知识向能力转化。endprint

摘 要：在中学物理实验中，有许多实验其设计构思十分巧妙，其中一些实验在物理理论的建立和发展中具有重要的意义，其间凝聚着科学家的智慧和创造。转换法在许多实验设计上和多种测量工具上都有非常巧妙的应用，但是在使用这些测量工具时应当注意它们的转换条件，否则就会出错。

关键词：物理学；电动势；策略

物理学是一门精确的定量化的科学。在物理实验中需要定量测量物理量，但许多物理特征过程或物理量要想直接观测有困难，可以把所要观测的变量转换成其他变量间接观测和测量，这就是转换法。转换法主要是根据力热光电等现象间的转换关系，用等效的思想，即从效果想当的角度进行实验及制作测量工具。

在中学物理学中常见测量工具中应用转换法的有：（1）弹簧测力计：把力的大小转换为弹簧伸长的长度。（2）水银气压计：利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等，把气压的大小转换为水银柱的高度。（3）温度计：利用液体的热胀冷缩的性质，把温度的大小转换为液柱的长度。（4）电流表：它是应用磁力矩和力矩平衡条件把电流的大小转换为指针的偏角的大小。（5）电压表：是把电压的大小转换为电流再转换为指针的偏转角。这些测量工具都将复杂的、抽象的、难于显示的物理量转化为方便的、直观的形式显示，是各种测量中常用的办法。但是，在使用这些测量工具时我们必须注意他们的制作原理和条件，否则测出来的结果可能是错误的。

我们来看看下列几个问题：

问题（一）：在宇宙飞船中下列哪些实验能进行（ ）

A.用托盘天平测物体的质量

B.用密度计测某种液体的密度

C.用水银气压计测飞船里的气压

D.用水银温度计测飞船里的气温

表面看来上述四个实验都可以做，但实际上只有D可以完成，A、B、C都不能完成。这是因为在宇宙飞船中处于完全失重状态，托盘天平是利用力矩平衡条件来工作的，飞船中处于完全失重状态。这时，左右两边的质量不相等，天平也会平衡，所以测不了物体的质量。密度计是根据二力平衡浮力等于物体的重力来工作的，在宇宙飞船中密度计的重力为零，浸在液体中的物体也不受浮力，因此不能用密度计测液体的密度。水银气压计是利用水银柱产生的压强与气体产生的压强相等来工作的，在完全失重状态中水银柱不能产生压强，所以水银气压计也没有用了，只有温度计还能正常工作，所以能用水银温度计测飞船里的温度。

问题（二）：如图1所示，两个电容器串联接在200 V的电源上，两两电容器电容之比C1∶C2=2∶3每个电容器的耐压值均高于200 V，若用电压表测C两端的电压电压表稳定后读数是多少？

有的同学会毫不犹豫地运用串联电容器电压的分配跟电容成反比得出U1=UC2/（C1+C2）=120 V，伏特表的读数自然也就是120伏。殊不知伏特表并入C1两端，电路无电流流过，而伏特表读数为0。且电容器C1两板因伏特表的接入而放电变为等电势U1=0，C2两端此时电压U2=200 V。

如果分别用两个相同伏特表分别与C1，C2并联，情况又如何呢。两伏特表与电源构成回路，回路中有电流；两伏特表串联，电流大小相等，每个表指针偏转相同，读数均为100伏，即C1，C2两电容器的电压均为100 V。

问题（三）：如图2所示，在磁感应强度B为0.2 T的匀强磁场中，有一边长为l=0.5米的金属框ABCD，CD间接串联一伏特表，当整个电路以v=10米每秒速度向右匀速移动时，AB两端电势差多大。伏特表的示数多少？

根据感生电动势公式U=ε=BVL=1V，所以AB两端之间的电势差为1 V，但实际伏特表的示数却为零。有的同学百思而不得其解，为什么AB间有电压而伏特表的示数为零呢？甚至怀疑公式U=ε=BVL的正确性，怀疑AB间是否真的有电势差。但是，从产生感应电流的条件看，闭合电路中磁通量发生变化才会产生感生电流，该回路中磁通量没有发生变化回路中没有感生电流，所以伏特表无示数。从等效电路来看，AB、CD均切割磁感线而产生感生电动势，相当于两电动势相等的电源反方向串联在电路中，电路中无电流，因此伏特表指针不偏转无示数。

从上述几例中，我们可以发现各测量工具把一个物理量转换为另一个物理量进行测量是有一定条件的。所以认识测量物理量中的转化及转化条件，对于了解测量仪器的原理和使用对于理解和掌握物理概念、物理规律都有重要意义。例如，在研究动能的大小与哪些因素有关时，用物块水平移动的距离的大小来表示动能的大小，也是一种转化。

转化是解决问题的一种重要策略。以上转化形式在日常生活和生产实践中也常常遇到。例如，汽车速度表，自来水表和电能表等。认识测量物理量的转化，可培养思维的灵活性和处理问题时的变通性，促进学习迁移，实现知识向能力转化。endprint