轉換法

【熱點解讀】

物理學中對于不容易直接觀察的現象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直

觀的現象去認識，或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫做轉換法。

愛因斯坦說過：“磁場在物理學家看來正如他坐的椅子一樣實在。”磁場雖然看不

見、摸不著，但可以通過對小磁針的作用來證明其存在0在物理學中還有其他一些現象也

是這樣，物體發生形變活運動狀態發生變化可以證明此物體受到力的作用，如蘋果落地、

行星繞恒星運動可證明萬有引力存在；運動的物體能對外做功可證明它具有能：擴散現象

可證明分子在無規則運動；鉛塊實驗可證明分子間引力的存在，液體固體難壓縮可以證明

分子斥力的存在；馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在；靜電力指針的偏角度大小說明了

電勢差的變化量；奧斯特實驗可證明電流周圍有磁場等等。

轉換法是一種較高層次的思維方法，是對事物本質深刻認識的基礎上才產生的一種

飛躍，如變曲為直就是該方法的應用。轉換法可分為參量轉換法和能量轉換法兩種。

1.參量轉換法

待測的物理量通常與其他的物理量之間存在某種特定的物理聯系，利用這種聯系，

可實現各參量間的轉換，達到測量的目的。參量轉換的方法貫穿于整個物理實驗之中。

2.能量轉換法

能量轉換測量法是某種形式的物理量，通過能量變化器，變成另一種形式物理量的

測量方法。隨著各種新型功能材料的不斷涌現，如熱敏、光敏、濕敏材料以及這些材料性

能的不斷提高，形形色色的敏感器件和傳感器應運而生，為物理實驗測量方法的改進提供

了很好的條件。考慮到電學參量具有方便、快速的特點，電學易于生產，而且常常具有通

用性，所以許多能量轉換法都是使待測物理量通過各種傳感器和敏感器件轉換成電學參量

來進行測量的。最常見的有光電轉換、磁電轉換、熱電轉換、力電轉換等.

在設計和安排實驗時，當預先估計不能達到要求時，常常另辟蹊徑，把一些不可能

測量的物理量轉換成可測量的物理量。合理地使用轉換法是物理實驗獲得成功的一種必要

手段，尤其是設計探究型實驗，當某個物理量不容易直接測量或者不具備測量條件時，巧

妙地使用轉換法能夠收到事半功倍的效果。

【限時檢測】（建議用時：30分鐘）

1.某物理興趣小組利用圖甲所示裝置驗證機械能守恒定律。光電門。固定在電磁鐵P的正

下方，接通電磁鐵，將小球吸在尸處，斷開電源，小球由靜止開始下落，通過光電門。時，

光電計時器記錄小球通過光電門。的時間為3.00ms。用刻度尺測出P、Q兩點間的高度差

為59.70cmo

I23主尺cm4

01020游標尺

乙

(1)若用游標卡尺測量小球的直徑d時，示數如圖乙所示，貝i」d=mm。

(2)小球經過。時的速度大小v=m/So(結果保留三位有效數字)

(3)若小球的質量為0.1kg,則在小球從P運動到Q的過程中，小球動能的增加量△&=

J,重力勢能的減少量=J,在實驗誤差允許范圍內，△紇機械能

守恒定律得到驗證。(已知當地的重力加速度大小g=9.8m/s2,結算保留三位有效數字)

(4)小組同學想到另外一種驗證機械能守恒定律的方法，調整Q的位置，測出P到Q的高度

差人算出小球經過。時對應的速度大小吃以〃為橫軸、儼為縱軸，若聲一^圖線為一直

線，且其斜率接近于，則機械能守恒定律得到驗證。(重力加速度大小為g)

2.某同學利用如圖甲所示的實驗裝置來測定氣墊導軌上滑決的加速度，滑塊上安裝有遮光

(1)該同學利用10分度的游標卡尺測出滑塊上安裝的遮光條的寬度乩測量結果如圖乙所示，

則d=cm；

(2)與光電門配套的數字毫秒計測出了遮光條通過光電門1所用的時間加|=0.025s,通過光

電門2所用的時間為42=0.010s,則滑塊通過光電門1時滑塊的速度大小為叨=m/s；

⑶該同學利用刻度尺測出兩光電門之間的距離為/=0.50m,則滑塊的加速度大小為

a=m/s2,,

3.某實驗小組為了測量滑塊與水平軌道間的動摩擦因數，設計如圖(a)所示的實驗裝置,

彈簧左側固定在擋板A上，處于原長的彈簧右端位于C,彈簧與滑塊接觸但不拴接，滑塊上

安裝了寬度為d的遮光板，軌道5處裝有光電門。

(1)實驗的主要步驟如下：

□用游標卡尺測量遮光片的寬度"，如圖(b)所示，d=cm；

口將滑塊向左壓縮彈簧，由靜止釋放滑塊，同時記錄遮光片通過光電門的時間

口測量并記錄光電門與滑塊停止運動位置之間的距離x；

口改變彈簧壓縮量，多次重復步驟口和口。

(2)實驗收集的數據并處理如下。

序號123456

時間f/s0.040.050.060.080.100.12

距離

17.0110.887.574.262.731.88

x/cm

□實驗小組根據表中數據在-圖中已描繪出五個點，請描繪出余下點并作出F—%圖像

□根據所作圖像，可得滑塊與水平軌道間的動摩擦因數為，（gmiOm/s2,結果保留

兩位有效數字）。

4.如圖所示，某實驗小組的同學將足夠長的木板固定在水平桌面上，帶有寬度為d的遮光

條的滑塊，從光電門的右側以某一初速度向左運動，經過一段時間后滑塊靜止在光電門的左

側某位置，改變滑塊的初速度，重復以上操作步驟，重力加速度為g,就可以測量出滑

塊與木板之間的動摩擦因數。則:

光鑿遮光條

?_____1

Z//ZZ///Z/Z////Z////Z///////

⑴為了完成測量，應該辜談測量的物理有（選填選項前的字母）。

A.滑塊和遮光條的初速度%B.滑塊和遮光條的總質量〃

C.遮光條經過光電門的擋光時間4D.滑塊停止的位置與光電門間的距離/

（2）根據（1）題中直接測量的物理量，可得滑塊與木板之間的動摩擦因數為.

（3）如果將圖中的長木板的左端適當墊高將光電門固定在長木板的底端，讓帶有遮光條的滑

塊在左側適當位置由靜止釋放，與光電門之間的水平距離為L,滑塊經過光電門的擋光時間

為改變長木板的傾角，調整釋放點的位置，保持釋放點與光電門之間的水平距離L不變，

如圖所示。重復以上步驟，貝I：

□釋放位置距離水平桌面的高度為〃=（用"、々、和，表示）。

根據該實驗多次操作得到的實驗數據，作出實驗圖像。如果用橫坐標表示釋放點的位置高

度h,為了使圖像的是一條直線，那么縱坐標表示的是（均采用國際單位）。如

果僅將長木板換用其他材料的長板，其他條件均不改變，則圖像的斜率將（選

填“變大，，、“變小,，或“不變，，）。

5.某學習小組做“探究功與速度變化的關系”的實驗如圖所示，圖中小車是在一條橡皮筋作

用下彈出的，沿木板滑行，橡皮筋對小車做的功記為沙。當用2條、3條……完全相同的橡

皮筋并在一起進行第2次、第3次……實驗時(每次實驗中橡皮筋伸長的長度都保持一致)，

每次實驗中小車獲得的速度根據打點計時器所打在紙帶上的點進行計算。

(1)除了圖中已有的實驗器材外，還需要導線、開關、刻度尺和(填“交流”或"直流”)

電源。

(2)實驗中，小車會受到摩擦力的作用，可以使木板適當傾斜來平衡摩擦力，則下面操作正確

的是()

A.放開小車，能夠自由下滑即可

B.放開小車，能夠勻速下滑即可

C.放開拖著紙帶的小車，能夠自由下滑即可

D.放開拖著紙帶的小車，能夠勻速下滑即可

(3)若木板水平放置，小車在兩條橡皮筋作用下運動，當小車速度最大時，關于橡皮筋所處的

狀態與小車所在的位置，下列說法正確的是()

A.橡皮筋處于原長狀態

B.橡皮筋仍處于伸長狀態

C.小車在兩個鐵釘的連線處

D.小車已過兩個鐵釘的連線

(4)在正確操作的情況下，打在紙帶上的點并不都是均勻的，為了測量小車獲得的速度，應選

用紙帶的部分進行測量(根據如圖所示的紙帶回答)。

[ASCDEF_G//

?????????

6.(1)小潘同學用如圖所示的實驗裝置，通過改變橡皮筋條數改變做功倍數來完成課本中功

與速度變化關系的實驗，該實驗除了圖甲中已有的器材外，下列選項中還必須用到的有

A.天平B.刻度尺C.學生電源D.彈簧測力計

(2)小潘在完成上述功與速度變化的關系實驗中(填“需要”或“不需要”)平衡小車受到

的阻力。

(3)小潘同學某次實驗中得到如圖乙所示的一段紙帶(圖中兩計數點間有四個點未畫出)，交

流電的頻率為50Hz,根據得到的紙帶，。點位置刻度尺的讀數為,根據紙帶的特點

你認為小潘同學可能正在做下列哪個實驗。

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