话说物理学中的“等效替代”思考方法

物理学中的“等效替代”思考方法在物理学中，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果，这种方法就是“等效替代法”。“曹冲称象”就是利用重量相等的石头与大象所起的作用效果（船的吃水深度）相当来知道大象重量的：三国的时候，孙权送给曹操一头大象，曹操很高兴，带领儿子和大臣们一同观赏。称曹冲称象赞之余，曹操问道：“你们谁能称出这只大象有多重？”曹冲称象“这……这得造一杆大秤……”有人说。马上有人反问：“谁有那么大力气把你纽提起来呢？”又有个官员出了个馊主意：“干脆把象宰了，一块一块称就在这时，有一个孩子胸有成竹地说：“我有办法。”曹操和众大臣回头一看，说话者原来是曹操的小儿子曹冲，他当时只有6岁，也跟着大家看象来了。小曹冲慢条斯理地说：把大象牵到一条大船上，船就要沉下去一些，在船身齐水面的地方画一条线。再把大象赶上岸，船又会浮起来一些.然后再把石头一筐一筐地抬到船上，等船下沉到画线的地方为止。然后把石头一筐一筐称过，这些石头的总重就跟大象一样重。”曹操满意地点头微笑，派人照着曹冲出的主意去做，最终把大象的重量称出来了。“他山之石，可以攻玉”曹冲的这种用“船”当秤的办法，至今仍很有用：轮船船头上所标的“吃水线”，就是根据船”吃水”“他山之石，可以攻玉”⑴用“路程”代替“距离”：《物理》（八上）P4]2“用超声测位仪向海底垂直发射声波,经过4s后听到回声。此处海底有多深？”解答此题时，需澄清“距离”与“路程”的概念：距离——两点之间的线段长度，是静．态．的（客观存在）！路程——物体运动的路线长度是动．态．可变的（可有可无）！按照“同一性”法则，我们用公式s=vt只能计算出“声波传播的路程”!“海底深度”是根据“声波单向传播的路程与海底深度刚好重合”而推理得出的：力=丄s力=丄s:2声12卩声订声一12X1500m/SX4s=300Om即海底深度并非是算出的，而是用“声波单向传播的路程”代替的！⑵在“研究平面镜成像的特点”实验中，为了得知像的大小，我们利用了一根能．与像．重．合．的蜡烛来代．替．像．——因为我们无法直．接．测出像的大小！蜡烛的像没有漏斗怎么办？溢水法蜡烛的像没有漏斗怎么办？溢水法⑶“用漏斗吹乒乓”演示“气体压强跟流速的关系”时，可剪下饮料瓶颈代替漏斗;⑷实际上，测不规则固体体积时采用的“溢水法”也属“等效替代”——固体与所排挤的液体体积相等！⑸用“液体体积”代替“瓶子容积”：《物理》（八上）Pn64“，一个容积为2.5L的塑料瓶，用它装水，最多能装多少kg?”解答此题时，需澄清“容积”与“体积”的概念：容积——容器内．部．空间的大小；体积——物体外．部．所占空间的大小。根据“同一性”法则，要求出水的质量，需要先知道水的体积V。而V却只能根据水水“当容器中盛满液体时，液体体积刚好与容器的容积重合”而用V替代，即V=V!容． 水容・°・m=pV=lxl03kg/m3x2.5xl0-3m3=2.5kg水水水⑸，怎样测葫芦的容积？（往葫芦里倒满水，再量出或算出水的体积即可！W=V水容爱迪生巧难阿普顿发明家爱迪生曾经有个助手。名叫阿普顿，他毕业于普林斯顿大学数学系，又在德国深造了一年，自以为了不起，甚至觉得比爱迪生还强很多，但事实教育了他。有一次，爱迪生拿了一个有孔的废灯泡，问阿普顿“灯泡的容积是多少”。阿普顿拿着这个梨形灯泡打量了一番，心想，虽然这个问题计算起来非常复杂，但是凭着自己的数学本领，多用些时间，还是可以求出来的。于是阿普顿拿起皮尺这么测，那么量；接着就用钢笔这么画，那么算，弄得满头大汗。过了好半天，爱迪生问：“求出来了吗？”“办法有了，已经算了一半。”阿普顿自信地回答。爱迪生走过来一看，在阿普顿面前放着许多草稿纸，上面写满了密密麻麻的等式。爱迪生看了微笑着说：“何必这么复杂呢？你用这个办法吧！”说着他用水装满了灯泡，然后交给阿普顿悦：“去，把灯泡里的水倒入量筒里量量。”这时阿普顿恍然大悟，羞得满面通红，不得不佩服爱迪生处理实际问题的才能。

⑹将一个70的电阻替换某支路中20和50串联电阻，在其他条件不变的情况下，该支路中电流不变，说明一个70的电阻与阻值为20和50串联的电阻对电流的阻碍作用是等效的，所以，可用70的电阻替代20和50串联的电阻。在用如图所示电路测量未知电阻的实验中，用的就是等效替代法。其中R待测电X阻（阻值大约几百欧），R是滑动变阻器，R0是电阻箱（电阻箱的最大电阻大于R）0x请你根据实验电路图把下列主要实验步骤中的空白填齐：按电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调到最大。闭合开关S］前，滑片P置于 端,闭合开关S1闭合开关 ，调节滑片P,使电流表指针指在适当的位置，记下此时的示数I。先断开开关 ，在闭合开关 ，保持 的电阻不变，调节 ，使电流表的示数仍为I。在此实验中，若将电流表改为电压表，其它器材不变，画出用等效替代法测量R阻X值的电路图（要求所设计的电路连接好后，只．能．通．过．开．关．改．变．电．路．的．连．接．情．况．）。用“等效替代法”测电阻⑴Rx©S用“等效替代法”测电阻⑴Rx©S3R S1用“等效替代法”测电阻（II） v⑻天平的称量原理中也包含着“等效替代”法：如右图，天平横梁（包括盘）可视为一根等．臂．杠．杆．当天平横梁平衡时，有FL v⑻天平的称量原理中也包含着“等效替代”法：如右图，天平横梁（包括盘）可视为一根等．臂．杠．杆．当天平横梁平衡时，有FL=FL这里①左左右右横梁左端受到的力F实为物体对盘的压力F左相互作用力的特点 平衡力的特点,F F G物压盘 盘支物 物横梁右端受到的力F实为砝码对盘的压力F右 码压盘相互作用力的特点 平衡力的特点‘F F G码压盘 盘支码 码・•・①式可变为G•L=G•L又L=L ・・・G=G物左码右 左右 物码天平的称量原理解剖物压盘显然同理，m=m物码⑼用测力计测物重时也利用了“等效替代”法F物拉计相互作用力的特点F计拉物平衡力的特点甲G物⑼用测力计测物重时也利用了“等效替代”法F物拉计相互作用力的特点F计拉物平衡力的特点甲G物⑽用合力替代各个分力；乙（11）浮力替代液体对物体各个表面的压力;F向下=p向下•s上表=p水