在初中物理實驗中,測量實驗佔有很大比例。中學測量實驗分為兩大類,直接測量和間接測量。我們來看看兩種測量方法的定義。
直接測量:是指直接從測量儀表的讀數獲取被測量量值的方法。
特點:無需通過數學模型的計算,通過測量可直接得出結果。
實例:長度、時間、電流、電壓……等物理量的測量。
直接測量相對簡單,其原理都是通過被測量與標準量進行比較從而得出結論。
間接測量:將一個被測量轉化為若干可直接測量的量進行測量,然後再依據由定義或規律導出的函數進行計算或作圖,從而獲得測量結果的測量方法。
特點:需要通過數學模型的計算才能間接地得出結果。
實例:測量重力(摩擦)力的大小、託裡拆利實驗、伏安法測電阻……等物理量的測量。
間接測量的實驗設計比較複雜,一般要應用多種物理方法思想,這就給老師們帶來諸多困惑,在解決具體問題時不易給學生講清楚。比如:
例題:用如圖所示的裝置探究摩擦力跟壓力大小的關係:
……
(4)摩擦力的測量屬於間接測量,包含有轉換和等效的思想。下列事例中的原理與此相同的有_______。
A.用彈簧測力計測量物體重力的大小
B.用玻璃瓶中的玻璃管裡水柱的變化顯示瓶子的形變
C.用量筒測量不規則小石塊的體積
D.用託裡拆利實驗測量大氣壓強
參考答案:AD
對本題的參考答案,很多老師有疑問,認為應該選擇B、C兩個選項,理由是該實驗設計應用了轉換法和等效替代法。
我們先來解題。題目要求「下列事例中的原理與此相同的有」,那麼,我們就得弄明白摩擦力的測量原理是什麼。如圖所示:
對研究對象——木塊,進行受力分析,當木塊做勻速直線運動時,有:
f=FN
顯然,摩擦力的測量原理是二力平衡。在四個選項中,A選項用彈簧測力計測量物體重力的大小和D選項用託裡拆利實驗測量大氣壓強,其原理都是二力平衡,所以,正確選項是A、D。
之所以有老師會認為應該選擇B、C,是因為題目中有「包含有轉換和等效的思想」,而B選項正是應用了轉換法,C選項則是典型的等效替代法。
在摩擦力的測量實驗中,把不易直接測量的摩擦力通過二力平衡轉化為測量拉力,的確是應用了轉換法的思想,二力平衡中摩擦力的大小等於拉力的大小,則是應用了等效替代法的思想。但思想不是方法,正如我們老年人都有毛澤東思想但我們肯定不是毛澤東一樣。
摩擦力的測量方法是間接測量,在實驗設計中應用了轉換法和等效替代法的思想,但是不能把摩擦力的測量方法歸屬於轉換法和等效替代法。希望老師們在教學中能甄別這一點。
一己之見,希望能對您的教學有所幫助。