在初中物理实验中,测量实验占有很大比例。中学测量实验分为两大类,直接测量和间接测量。我们来看看两种测量方法的定义。
直接测量:是指直接从测量仪表的读数获取被测量量值的方法。
特点:无需通过数学模型的计算,通过测量可直接得出结果。
实例:长度、时间、电流、电压……等物理量的测量。
直接测量相对简单,其原理都是通过被测量与标准量进行比较从而得出结论。
间接测量:将一个被测量转化为若干可直接测量的量进行测量,然后再依据由定义或规律导出的函数进行计算或作图,从而获得测量结果的测量方法。
特点:需要通过数学模型的计算才能间接地得出结果。
实例:测量重力(摩擦)力的大小、托里拆利实验、伏安法测电阻……等物理量的测量。
间接测量的实验设计比较复杂,一般要应用多种物理方法思想,这就给老师们带来诸多困惑,在解决具体问题时不易给学生讲清楚。比如:
例题:用如图所示的装置探究摩擦力跟压力大小的关系:
……
(4)摩擦力的测量属于间接测量,包含有转换和等效的思想。下列事例中的原理与此相同的有_______。
A.用弹簧测力计测量物体重力的大小
B.用玻璃瓶中的玻璃管里水柱的变化显示瓶子的形变
C.用量筒测量不规则小石块的体积
D.用托里拆利实验测量大气压强
参考答案:AD
对本题的参考答案,很多老师有疑问,认为应该选择B、C两个选项,理由是该实验设计应用了转换法和等效替代法。
我们先来解题。题目要求“下列事例中的原理与此相同的有”,那么,我们就得弄明白摩擦力的测量原理是什么。如图所示:
对研究对象——木块,进行受力分析,当木块做匀速直线运动时,有:
f=FN
显然,摩擦力的测量原理是二力平衡。在四个选项中,A选项用弹簧测力计测量物体重力的大小和D选项用托里拆利实验测量大气压强,其原理都是二力平衡,所以,正确选项是A、D。
之所以有老师会认为应该选择B、C,是因为题目中有“包含有转换和等效的思想”,而B选项正是应用了转换法,C选项则是典型的等效替代法。
在摩擦力的测量实验中,把不易直接测量的摩擦力通过二力平衡转化为测量拉力,的确是应用了转换法的思想,二力平衡中摩擦力的大小等于拉力的大小,则是应用了等效替代法的思想。但思想不是方法,正如我们老年人都有毛泽东思想但我们肯定不是毛泽东一样。
摩擦力的测量方法是间接测量,在实验设计中应用了转换法和等效替代法的思想,但是不能把摩擦力的测量方法归属于转换法和等效替代法。希望老师们在教学中能甄别这一点。
一己之见,希望能对您的教学有所帮助。