[科普中国]-等效替代法

等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法1。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。

简介等效替代法是在保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。

等效替代法是物理方法既是科学家研究问题的方法，也是学生在学习物理中常用的方法，新课标也要求学生掌握一些探究问题的物理方法。

掌握等效替代法及应用，体会物理等效思想的内涵，有助于提高考生的科学素养，初步形成科学的世界观和方法论，为终身的学习、研究和发展奠定基础。新高考的选拔愈来愈注重考生的能力和素质，其命题愈加明显地渗透着物理思想、物理方法的考查，等效思想和方法作为一种迅速解决物理问题的有效手段，仍将体现于高考命题的突破过程中。

分析步骤运用等效替代法处理问题的一般步骤为：

（1）分析原事物（需研究求解的物理问题）的本质特性和非本质特性。

（2）寻找适当的替代物（熟悉的事物），以保留原事物的本质特性，抛弃非本质特性。

（3）研究替代物的特性及规律。

（4）将替代物的规律迁移到原事物中去。

（5）利用替代物遵循的规律、方法求解，得出结论。

应用在探究平面镜成像规律的实验中，有两处用了等效替代法。第一处用玻璃板替代了平面镜。为什么这样替代呢？因为用平面镜不便于确定虚像的位置，我们用玻璃板替代平面镜是为了获得视觉上的等效。因两者在成像特征上有共同之处——都能成像，不同之处是玻璃板是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点，揭示规律。第二处用一根没有点燃的蜡烛放在成像点，来替代所成的像。2

又如，在“验证碰撞中的动量守恒”的实验中，两球碰撞后的速度不易直接测量，由于两球做平抛运动下落的高度相同,决定运动的时间相同，因此，将速度的测量转化为对水平位移的测量，就很容易测量。3

等效替代发还可应用于：等效电路图、物理合力、古代“曹冲称象”。

主要方法一、理想模型法（建模法）：

即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。如用太阳系模型代表原子结构，用简单的线条代表杠杆等,引入光线、磁感线等。

二、放大法：

将微小的、不易观察到的物理现象通过实验手段转化为明显可见的实验效果的物理方法。

三、控制变量法：

自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较，研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。控制变量法是自然科学中最基本的方法归纳法的分支应用。

四、实验+推理法：

有一些物理现象，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要我们先进行实验，再进行合理推理得出正确结论，这也是一种常用的科学方法。如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声。

五、转换法

物理中将一些看不见，摸不着的物理现象所直接产生的看得见、摸得着的现象来间接认识它们。如根据电流的热效应来认识电流大小，根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场等。

六、类比法：

将几个具有某些主要共性的新旧物理问题联系起来，达到以旧带新，化简认知难度的方法称为类比法。

本词条内容贡献者为:

陈波 - 副教授 - 中央财经大学