資源簡介

轉換、擴大法
解題方法
1.方法介紹
物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量，通常用一些直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉換法。所謂“轉換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現象轉換成可見、易見的現象，將陌生、復雜的問題轉換成熟悉、簡單的問題，將難以測量或測準的物理量轉換為能夠測量或測準的物理量的方法。初中物理中在研究概念規律和實驗時常常應用這種方法。
用到轉換法的一些例子如下。
(1)物體發生形變或運動狀態改變可證明物體受到力的作用；
(2)馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在；
(3)霧的出現可以證明空氣中含有水蒸氣；
(4)影子的形成可以證明光沿直線傳播；
(5)月食現象可證明月亮不是光源；
(6)奧斯特實驗證明電流周圍存在磁場；
(7)指南針指南北可證明地磁場的存在；
(8)擴散現象可證明分子在做無規則運動；
(9)鉛塊實驗可證明分子間存在著引力；
(10)運動的物體能對外做功可證明它具有能；
(11)可以通過電磁鐵吸引鐵釘數目多少來判斷電磁鐵的磁性強弱；
(12)可以通過海綿的凹陷程度判斷壓力的作用效果；
(13)可以通過敲動音叉引起乒乓球彈開來說明發聲體在振動。
擴大法又稱放大法，物理學中常常把微小的、不易測量或觀察的物理量擴大。例如，乒乓球靠近發聲的音叉，用乒乓球彈開來體現音叉的振動效果。
2.實例分析
液體對飲料瓶底的壓力效果因瓶底較為堅硬而不易觀察，將塑料瓶底換成柔軟的橡皮膜，可觀察到如圖9-1 所示的現象。這種研究問題的方法叫作 (選填“控制變量法”或“轉換法” )。
分析
將塑料瓶底換成柔軟的橡皮膜，可觀察到橡皮膜在水的壓力作用下向下凸出。這種研究問題的方法叫作轉換法。
答案
轉換法
典例精講
例題1
如圖9-2所示，兩個實驗體現出的共同的物理研究方法是 ( )。
A.極限法 B.放大法
C.控制變量法 D.等效替代
思路提示
圖 (a)中桌面變化很小，不易觀察，用平面鏡反射裝置放大桌面微小的變化量；圖 (b)中玻璃瓶的形變很小，也不易觀察，通過細管的液面變化來反映玻璃瓶的形變量。
例題2
小明想用放大法演示鋼尺受熱膨脹時的微小形變，設計了如圖9-3 所示的裝置。AB是粗細均勻的鋼尺，COD 是可繞 O 點轉動的指針裝置。以下說法錯誤的是 ( )。
A.鋼尺膨脹時指針會逆時針轉動
B.COD可以看作一個費力杠桿
C.如果使放大的效果更加明顯可以增加 CO 的長度
D.溫度計的內徑做得很細也是一種放大法
思路提示
鋼尺膨脹后體積變大，但肉眼不易分辨。用酒精燈對鋼尺進行加熱的過程中，鋼尺受熱膨脹，長度增加，推動C點向右轉動，同時帶動指針逆時針轉動。
例題3
通常情況下，分子是看不見、摸不著的，但我們可以通過研究一些看得到的宏觀現象來認識它，這種方法叫作轉換法。例如，我們通過 的事實，證明分子是運動的；通過 的事實，證明分子之間有引力。請你再舉出一個利用這種方法研究問題的例子。 。
思路提示
①物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量，通常用直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉換法。
②擴散現象說明分子在不停地做無規則運動，物體很難被拉伸或壓縮說明分子間存在相互的引力和斥力。想要了解物體磁性的強弱，我們可以通過觀察它吸引大頭針的多少來判斷。
例題4
圖9-4為探究“物體動能的大小跟哪些因素有關”的實驗。實驗步驟如下。
(1)讓同一鋼球從斜面上不同的高度由靜止滾下，觀察木塊被撞擊后移動的距離。
(2)讓不同質量的鋼球從斜面上相同的高度由靜止滾下，觀察木塊被撞擊后移動的距離。
回答下列問題。
①步驟 (1)是為了研究動能大小與 的關系。
②步驟 (2)是為了研究動能大小與 的關系。
③物理研究方法有許多，如等效替代法、類比法、控制變量法等，本實驗用到了控制變量法和轉換法，該實驗中用 來表示小球動能的大小就是轉換法。
思路提示
影響物體動能大小的兩個因素：物體的速度和質量。小球的動能不易觀察，但我們可以通過木塊被撞擊后移動的距離來表示小球動能的大小。
例題5
如圖9-5所示，在探究“液體內部壓強規律”的實驗中，
(1)將壓強計的金屬盒放入水中，通過觀察 U 形管兩側液面的 來判斷探頭所處位置水壓強的大小，這種方法叫轉換法。本實驗還用到了 法。
(2) 比較圖 (b)和圖 (c),可以得出 。
(3)比較圖 (c)和圖 (d)，可以得出同種液體里，液體的壓強隨 的增加而增大。
思路提示
①掌握轉換法在實驗中的應用：實驗中通過U形管兩側液面的高度差來判斷液體壓強的大小；本實驗除了用到轉換法之外，還用到了控制變量法。
②判斷圖 (b)和圖 (c)相同的量和不同的量，并通過比較U形管兩側液面的高度差得出結論：在同一深度，液體向各個方向的壓強相等。
③判斷圖 (c)和圖 (d)相同的量和不同的量，并通過比較U形管兩側液面的高度差得出結論：同一種液體里，液體的壓強隨深度的增加而增大。
例題6
在探究壓力的作用效果與哪些因素有關的實驗中使用了相同的瓶子、水和海綿，如圖9-6所示。
(1)實驗中通過觀察 來比較壓力的作用效果。
(2)比較 兩圖可知，壓力一定時，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯。
(3) 比較 (a)、(c) 兩圖, 可知 。
(4)該實驗用到的研究物理問題的方法有 和 。
思路提示
①壓力作用效果用物體形變大小來反映。
②影響壓力作用效果的因素是壓力的大小和受力面積的大小，探究壓力的作用效果和壓力大小的關系時就要保證受力面積不變。
③要探究壓力的作用效果和受力面積的關系時就要保證壓力的大小不變。
④一個物理量受到多個因素影響時，探究物理量和其中某個因素的關系時，控制其他因素不變，這種方法叫控制變量法。
例題7
如圖9-7所示，一個盛水燒杯放置在電磁鐵上，水面上飄浮有一空心鐵球。閉合開關S后，電磁鐵上端為 極 (選填“南”或“北”)。若將滑動變阻器的滑片 P 向右滑動，則水對燒杯底的壓強將 (選填“增大”“減小”或“不變”)。根據水面的升降可以判斷電磁鐵磁性的變化，這種方法就是物理學研究中常用的 。(選填“控制變量法”“類比法”或“轉換法” )
思路提示
①由圖9-7 可知電流由下方流入螺線管，則由右手螺旋定則可知螺線管的磁極；由滑片的移動可知電路中電流的變化，則可知螺線管磁性強弱的變化，從而可知小鐵球所受磁場力的變化，由平衡關系可知小鐵球浮沉變化情況及液面的升降，由此判斷水對燒杯底的壓強。
②轉換法是中學物理中把直接測量有困難的量轉換成便于測量的量來研究的一種重要方法，也就是借助某些物體的特性來研究看不到或不易觀察到物質。
針對訓練
1.通常情況下，分子運動看不見、摸不著，但我們可以通過研究一些看得到的宏觀現象來研究它的運動情況。在學習分子熱運動的知識時，我們通過研究墨水在冷、熱水中擴散的快慢可以知道分子運動快慢與溫度的關系，這種方法在科學研究上叫作“轉換法”，下面是小紅同學在學習中遇到的四個研究實例，其中采取“轉換法”的是 ( )。
A.研究物體重力勢能大小與高度的關系時，保證物體的質量一定
B.研究電流時，將電流比做水流
C.將撬棒抽象為繞固定點轉動的硬棒
D.通過觀察電磁鐵是否吸引大頭針，來判斷電磁鐵有無磁性
2.下列實例中沒有應用轉換法的是 ( )。
A.物體發生形變或運動狀態改變可證明此物受到力的作用
B.真空鈴實驗證明聲音的傳播需要介質
C.馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在
D.霧的出現可證明空氣中含有水蒸氣
3.如圖9-8所示，實驗小組在開展探究“重力勢能的大小跟哪些因素有關”的實驗時，小組各成員發表了如下觀點。
小明：本實驗應用的科學方法是轉換法；
小芳：教材上取大小不同的金屬小球不好，最好是取兩個質量不同，但體積相同的小球；
小張：在研究重力勢能跟質量的關系時，實驗方法是從不同的高度自由釋放同一個小球，然后觀察沙坑深度。
上述觀點正確的同學是 ( )。
A.小明和小芳 B.小明和小張 C.小芳和小張 D.都正確
4.在學習聲音的相關知識時，小明同學做了如下實驗。在鼓面上撒一些米粒，他用木槌敲擊鼓面時，既能聽到鼓聲，又能觀察到米粒 ；他加大敲擊的力度，通過觀察，可得到的實驗結論是 。米粒在實驗中所起的作用是 ，這種研究物理問題的方法叫 (選填“控制變量法”“類比法”或“轉換法”)。
5.在如圖9-9所示的電路中，AB 和CD 均為鎳鉻合金線。閉合開關后，通過觀察 ，可以比較出合金線電阻的大小，這種研究方法叫 (填“等效替代法”或“轉換法”)。這個實驗裝置是研究電阻大小與導體 的關系。
6.在如圖9-10所示的實驗中，敲響左邊的音叉，右邊完全相同的音叉也會發聲，并且把乒乓球彈起。(1)這充分驗證了：
① ;
② ;
(2)實驗中乒乓球起了什么作用 。這種思維方法叫作 。(選填“等效法” “控制變量法”“轉換法”或“類比法” )
7.如圖9-11 (a)所示，該圖為探究通電螺線管磁場分布實驗的示意圖，我們用 來顯示通電螺線管磁場的分布，用 來確定通電螺線管磁場的方向和極性，這里運用了 (選填“控制變量法”或“轉換法”)。通過實驗可以看到通電螺線管的磁場與條形磁鐵的磁場相似。在圖9-11 (b)中，通電后螺線管的a端是通電螺線管的 極。
8.如圖9-12所示，在觀察奧斯特實驗時，小明注意到置于通電直導線下方小磁針的N極向紙內偏轉。該實驗探究的是通電直導線周圍是否存在 。實驗中小磁針的作用是檢測磁場是否存在，這里用到的一種重要的科學研究方法是 法 (選填“類比”“轉換” “控制變量”或“等效替代”)。小明推測：若一束電子沿著水平方向平行地飛過磁針上方時，小磁針也將發生偏轉。請你說出小明推測的依據： ，這時小磁針的N極會向 (選填“紙內”或“紙外” )偏轉。
9.圖9-13 是“探究電流做功與哪些因素有關”的實驗電路圖。
(1)實驗設計利用了能量轉化的原理，即電流在做功過程中電能轉化為物體的 能。
(2)實驗時，利用 ， 通過觀察 變化的大小，就可判斷電流做功的多少。
(3)電路將兩個阻值不同的電阻絲串聯，目的是控制通過電阻絲的 和 相同，他采用的研究方法叫作 法。這是用來研究電流做功跟 (選填“電流”或“電壓” ) 的關系。
10.利用一個紙杯、塑料片、水和大頭針，設計一個實驗，證明大氣壓強的存在。請你寫出實驗步驟和實驗現象。

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