[科普中國]-等效替代法

等效替代法是指在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒灡旧淼奶厥庀拗苹蛞驅(qū)嶒炂鞑牡认拗?，不可以或很難直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代的方法1。這種方法若運用恰當(dāng)，不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解。

簡介等效替代法是在保證某種效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實際的、陌生的、復(fù)雜的物理問題和物理過程用等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程代替來研究和處理的方法。

等效替代法是物理方法既是科學(xué)家研究問題的方法，也是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理中常用的方法，新課標(biāo)也要求學(xué)生掌握一些探究問題的物理方法。

掌握等效替代法及應(yīng)用，體會物理等效思想的內(nèi)涵，有助于提高考生的科學(xué)素養(yǎng)，初步形成科學(xué)的世界觀和方法論，為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。新高考的選拔愈來愈注重考生的能力和素質(zhì)，其命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查，等效思想和方法作為一種迅速解決物理問題的有效手段，仍將體現(xiàn)于高考命題的突破過程中。

分析步驟運用等效替代法處理問題的一般步驟為：

（1）分析原事物（需研究求解的物理問題）的本質(zhì)特性和非本質(zhì)特性。

（2）尋找適當(dāng)?shù)奶娲铮ㄊ煜さ氖挛铮员Ａ粼挛锏谋举|(zhì)特性，拋棄非本質(zhì)特性。

（3）研究替代物的特性及規(guī)律。

（4）將替代物的規(guī)律遷移到原事物中去。

（5）利用替代物遵循的規(guī)律、方法求解，得出結(jié)論。

應(yīng)用在探究平面鏡成像規(guī)律的實驗中，有兩處用了等效替代法。第一處用玻璃板替代了平面鏡。為什么這樣替代呢？因為用平面鏡不便于確定虛像的位置，我們用玻璃板替代平面鏡是為了獲得視覺上的等效。因兩者在成像特征上有共同之處——都能成像，不同之處是玻璃板是透明的，能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點，揭示規(guī)律。第二處用一根沒有點燃的蠟燭放在成像點，來替代所成的像。2

又如，在“驗證碰撞中的動量守恒”的實驗中，兩球碰撞后的速度不易直接測量，由于兩球做平拋運動下落的高度相同,決定運動的時間相同，因此，將速度的測量轉(zhuǎn)化為對水平位移的測量，就很容易測量。3

等效替代發(fā)還可應(yīng)用于：等效電路圖、物理合力、古代“曹沖稱象”。

主要方法一、理想模型法（建模法）：

即將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示。如用太陽系模型代表原子結(jié)構(gòu)，用簡單的線條代表杠桿等,引入光線、磁感線等。

二、放大法：

將微小的、不易觀察到的物理現(xiàn)象通過實驗手段轉(zhuǎn)化為明顯可見的實驗效果的物理方法。

三、控制變量法：

自然界發(fā)生的各種現(xiàn)象，往往是錯綜復(fù)雜的。決定某一個現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個或幾個因素用人為的方法控制起來，使它保持不變，然后來比較，研究其他兩個變量之間的關(guān)系，這種研究問題的科學(xué)方法就是“控制變量法”?？刂谱兞糠ㄊ亲匀豢茖W(xué)中最基本的方法歸納法的分支應(yīng)用。

四、實驗+推理法：

有一些物理現(xiàn)象，由于受實驗條件所限，無法直接驗證，需要我們先進(jìn)行實驗，再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論，這也是一種常用的科學(xué)方法。如將一只鬧鐘放在密封的玻璃罩內(nèi)，當(dāng)罩內(nèi)空氣被抽走時，鐘聲變小，由此推理出：真空不能傳聲。

五、轉(zhuǎn)換法

物理中將一些看不見，摸不著的物理現(xiàn)象所直接產(chǎn)生的看得見、摸得著的現(xiàn)象來間接認(rèn)識它們。如根據(jù)電流的熱效應(yīng)來認(rèn)識電流大小，根據(jù)磁場對磁體有力的作用來認(rèn)識磁場等。

六、類比法：

將幾個具有某些主要共性的新舊物理問題聯(lián)系起來，達(dá)到以舊帶新，化簡認(rèn)知難度的方法稱為類比法。

本詞條內(nèi)容貢獻(xiàn)者為:

陳波 - 副教授 - 中央財經(jīng)大學(xué)