初中物理教学中等效替代法的应用

张树兰

摘要：新课标中明确提出了初中物理教学应坚持以学生为中心，培养学生独立自主和创新能力，不断提升学生解决问题的综合素质。初中物理教学中，一个较为典型的解决问题方法——等效替代法，不但可以有效的将复杂的物理问题简单化，而且对于培养学生解决物理问题兴趣具有显著作用。本文在介绍等效替代法概念及作用的基础上，举例说明了其在初中物理教学中的实践应用，并就其应用过程中应注意的问题进行了说明。

关键词：等效替代法;初中物理教学;应用

一、等效替代法概念及作用

对于等效替代法来说，其作为一种科学的思维方法，指的是从事物间的等同效果出发，通过一定的替换来学习和研究物理现象、过程、规律的一种方法[2]。在初中物理教学中，通过使用等效替代法可以将复杂的物理现象和过程转化为简单的、等效的问题，使得人们对物理现象更加容易熟悉和理解，便于对物理问题的处理和研究。

将等效替代法融入初中物理问题分析与解决过程中，既有利于疑难复杂的物理现象和问题的简单化，又对于学生运用知识的灵活性、解决问题技能的迁移性等具有积极作用。在初中物理教学中，逐步培养和发展学生的等效替代思维，可以有效促进学生能够更加明确和深刻的理解物理实质，对于初中物理教学任务和目标的实现具有显著效果。此外，应用等效替代法还有助于学生综合素质能力的提升以及科学思维方法的培养，对于后期学生各方面的学习奠定了坚实的基础。

二、等效替代法在初中物理教学中的实践应用

等效替代法中心思想是保持效果相等，因此在初中物理教学中等效替代法的应用实例较多，下面列举几个应用实例进行说明，具体有：

1.在浮力教学中应用

初中物理教学关于浮力教学中，以“曹冲称象”为典型案例（如图1所示），这其中就是利用了等效替代法原理。曹冲之所以采用这种方法对大象进行称重，主要是由于当时称量工具量程不够，因此其利用了等效、化整为零的原理，通过控制住水的密度和船的吃水深度，使用石头替代大象，测量出石头的重量即为大象的体重。

图1  “曹冲称象”示意图

2.在平面镜成像中应用

在解决平面镜成像问题中，采用等效替代方法[3]，将原先的平面使用玻璃板替代（如图2所示），既可获得与平面镜基本相近的成像效果，又可以透过玻璃板同时观察到A蜡烛的成像与B蜡烛。通过平面镜成像实验，可以比较物和像的大小位置等，巧妙地解决了确定像的位置和大小的问题。

在平面镜成像中使用等效替代方法的巧妙之处在于利用两个完全相同的蜡烛，探究物与像的大小相同。这其中利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代像的大小，巧妙地解决了像和物的大小关系。

图2  平面镜成像示意图

3.在长度测量中应用

对于直线长度通常可以直接采用直尺进行测量，而对于曲线的长度受检测工具只有直尺影响，无法实现直接测量，必须通过采取等效替代方法（如图3所示）[4]。例如，在对铁路长度进行测量时，由于铁路通常呈现出曲线形状，利用等效替代原理，采用弯曲的棉线与铁路轨道完成吻合。使用棉线丈量结束后，将棉线拉直，再使用直尺对棉线长度进行测量，即可以得出铁路长度。

图3    曲线等效替代法测量示意图

4.在电阻测量中应用

初中物理教材中关于电阻测量方法以伏安法为主，而若相关测量器材不足，则无法有效的测量电阻[5]。基于此，采用等效替代法原理可以对电阻实现有效测量。

如图4所示电阻，其组成为单刀双掷开关为S，电阻箱R，定值电阻为R0，测量的电阻为Rx。根据Rx与R0关系，在同等电源电压下，若电流值相同，则其电阻值也相同。可见，保持电源电压值不变，改变R0，使电流值I相同，依据电阻值公式R=U/I，其中U、I相同时，则电阻R也相同。

结合图4所示，根据图示将实物进行连接，调节电阻箱的电阻值至最大，通过开关S，与a、b两点连接，在a点时，对电流表显示值I进行记录;在b点时，对电阻箱进行调节，使其电流表显示值为I，同时对电阻箱的显示值R进行记录，此时R的显示值即为Rx的电阻值。

图4电阻等效替代法测量示意图

5.在不规则固体密度测量中应用

在现实中常常存在着一些不规则固体物质，安装规则固体密度测试方法无法对不规则固体物质密度进行测试和计算。基于此，可以采取等效替代法原理，按照图5所示装置实现对不规则固体物质进行密度测试。

图5不规则固体密度等效替代法測量示意图

具体方法：首先，将两个已调好零刻度的弹簧测力计悬挂在铁架台下，将一溢水杯和另一空杯用细线拴在测力计下，向溢水杯中加入一定量的水，使水满过溢水口流入空杯中;其次，若水不再溢出时，记录弹簧测力计示数G1和G2;再次，将不规则固体物质使用细线拴住放入溢水杯中，确保固体全部被浸没，使用另一水杯将溢出水接住，若水不再流出时，记录弹簧测力计示数G3和G4;最后，利用溢出水的体积替代不规则固体物质的体积，通过固体密度公式直接算出不规则固体物质密度。

三、应用等效替代法注意事项

在初中物理教学中，应用等效替代法可以简化诸多复杂问题，但是其也存在着一定不足，因此应用过程中需注意几点，主要包括[6]：（1）等效替代的实现必须是在对物理定义全面理解的基础上开展;（2）处理部分复杂物理问题时，应严格对物理问题进行审题，避免出现条件疏忽，导致等效替代错误。

总而言之，等效替代法在初中物理教学中的应用，对于简化复杂物理问题，培养学生思维判断能力和提升教学质量与效果具有显著作用。

参考文献：

[1]赵法强，初中物理教学中等效替代法的应用[J].中学生数理化，2015年第3期：68

[2]王建苹，初中物理教学中等效替代法的应用[J].中学物理，2014年6月，44-45

[3]黄国保，透析等效替代法在平面镜成像实验的应用[J].湖南中学物理，2013年07期

[4]钱小平，等故眷代法在而中物理鮮题中的启用[J].数理化解题研究，2015年7月下，第14期：50

[5]吴广春，汤明庚，“等效替代法”在物理学习中的应用[J].初中生世界，2011年，Z3期

[6]朱和鹏，邱明武，等效替代法在物理学习中的应用[J].数理化学习，2013年第4期：24