“等效替代法”在解题中的应用

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。它是保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。

【例一】(06淮安市)

如图1所示，为研究视力矫正问题，小明和小华同学用凸透镜和光屏模拟眼睛，凸透镜看做眼睛的___________，光屏看做__________。

(1)小华将蜡烛、凸透镜、光屏放在水平的桌面上，调整蜡烛、凸透镜、光屏的位置和高度，使烛焰中心，透镜中心、光屏中心位于同一直线上，且三者高度相同。点燃蜡烛，将近视眼镜放在烛焰和凸透镜之间，移动光屏的位置，直至光屏上出现烛焰清晰的像。取走眼镜，屏上的像变模糊了，再向凸透镜方向移动光屏至某一位置时，屏上的像又变清晰了。以上现象说明：

①________________

②________________

(2)小明将远视眼镜放在烛焰和凸透镜之间，移动光屏的位置，直至光屏上出现烛焰清晰的像。取走眼镜，屏上的像变模糊了，此时要使屏上的像变清晰，应向________(选填“凸透镜”、“远离凸透镜”或“竖直向下”)方向移动光屏，因为远视眼镜对光线具有____________作用。

［解析］在凸透镜前加放一凹透镜后，由于凹透镜对光线有发散作用，使得光屏上的像远离凸透镜；若在凸透镜前叠放一凸透镜后，由于凸透镜对光线有会聚作用，使光屏上的像靠拢凸透镜。

［答案］晶状体视网膜①近视眼镜对光线具有发散作用(近视眼镜是凹透镜) ②近视眼睛的会聚能力比普通眼睛强(近视眼成的像在视网膜前)远离凸透镜会聚

［点评］本题通过叠加等效的方法模拟近视眼和远视眼的成像特征以及如何配戴相应的镜片校正视力，使人能清楚地看到物体。

【例二】(07南京市)

在“探究平面镜成像的特点”实验中，某同学用玻璃板、相同的两个棋子a和b、刻度尺、白纸、橡皮泥等器材进行实验，如图2所示。

(1)在寻找棋子a的像的位置时，眼睛应该在棋子______ (选填“a”或“b”)这一侧观察，移动玻璃板后的棋子b，使它与棋子a在玻璃板中所成的像重合；

(2)实验中使用刻度尺，是为了测量______；

(3)移开棋子b，用白纸做屏幕放在该位置，直接观察白纸，通过现象可知平面镜所成的像是虚像。

［解析］在研究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板代替平面镜做实验，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后的棋子，使之和玻璃板中的像重合，达到等效替代的目的，通过测量，揭示出平面镜成像的规律。

［答案］ (1)a(2)像和物到玻璃板的距离 (3)白纸上没有棋子的像

［点评］本题通过视觉等效的方法，把看得见、摸不着的像用真实的物体代替，通过测量归纳出平面镜的成像特点。

【例三】(07连云港市)

物理兴趣小组的同学利用星期天开展一次登山活动，想利用所学的物理知识测量花果山的高度。若已知在竖直方向每升高10m大气压强减小δp，且山下的大气压强为p0。他们随身携带了注射器（有刻度部分的容积为v）、弹簧测力计、细线、刻度尺等。到达山顶后，他

们首先排尽针筒内的空气并用橡皮帽封住其小孔，进行了如图所示的实验。（实验中针筒与活塞之间的摩擦不计）

（1）为了测量山顶的大气压强，你认为实验中应测出的物理量有（指出物理量的名称并用相应的符号表示）：；

（2）山顶的大气压强p＝（用所测量的物理量及已知量表示）；

（3）花果山的高度h＝（用所测量的物理量及已知量表示）。

［解析］大气压随高度的增加而减少，且在一定的范围内成线性变化，运用弹簧测力计、刻度尺、注射器等器材，在山顶上测出注射器全部刻度的总长l、拉动活塞时的拉力f，推算出山顶上的大气压为p= 。再根据大气压随高度的增加而减少的规律，推算出山的高h= 。

［答案］⑴拉力f、有刻度部分的长度l

⑵（3）

［点评］本题通过组合等效的方法，测量拉动注射活塞时的拉力和注射器全刻线的长度，来代替不能直接测量的（实验器材的限制）山顶上的大气压值以及山的高度，把测大气压的值和大气压随高度的变化规律有机地组合起来，达到等效替代测量的目的。