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物理学是一门以实验为基础的科学，在探究和解决某些问题时，往往离不开实验。而在实验探究过程中，为了使实验效果更加明显，更容易归纳出正确的实验结论，往往要采用很多科学方法。同样，在解决有关电功率的计算问题时，也离不开科学方法的应用。下面通过具体的例子，谈谈在《电功率》这一章中进行实验探究和相关计算过程中采用的几种科学方法。
一、控制变量法和转换法
例1在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”这个问题时，小明、小虎和小超提出了猜想：“电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻及通电时间有关”，大家决定通过实验对这个问题进行研究。
（1）怎样比较通电导体产生热量的多少呢？他们决定将一段电阻丝浸没在液体中，用电阻丝通电产生的热量给液体加热，如图1所示，通过比较质量相等的同种液体__________来比较电阻丝发热量的多少，这是科学研究的一种常用方法。下列研究实例中也采用了这种研究方法的是_________（填序号）。
①敲鼓时鼓面是否振动：可以通过在鼓面上撒一些纸屑，观察纸屑是否振动来认识；
②学习电压：可以通过对比水压来认识；
③电路中是否有电流：可以通过观察电路中电流表的指针是否偏转来认识。
（2）在实验中，选择煤油为被加热液体，而没有选择水，这是什么缘故（写出一条理由即可）。
（3）小明设计了如图2所示的电路，其中R1≠R2，此电路是为了研究通电导体产生热量与_______的关系。他选择一段铜丝作为电阻R1，一段镍铬丝作为电阻R2（R2> R1），如图3所示。通电一段时间后发现浸有R1的液体温度几乎不变，而浸有R2的液体升温明显。通过分析，他发现问题出在铜丝上，这是因为：________，改进的办法是 _______________。
解析：（1）如图1所示，通过比较质量相等的同种液体升高的温度来比较电阻丝发热量的多少，这种方法是转换法。在研究实例中：①③应用了转换法，而②应用了类比法。
（2）选择煤油为被加热液体，是因为一般情况下水含有杂质，是导体（或相同质量的水和煤油相比，吸收相同的热时，水升温不明显）。
（3）小明设计的电路是为了应用控制变量法来研究通电导体产生的热量与电阻的关系。通电一段时间后，R2所在液体升温明显的原因是：铜丝的电阻很小，产生的热量太少。改进的办法是：另选一段阻值比R2小的镍铬丝作为R1。
方法点精：不易直接测量的物理量可借助其他辅助仪器，通过设计使之转换为易测量的物理量，这种方法就是转换法。而在应用控制变量法进行实验时，首先要把不变的因素控制好，然后再通过实验观察，总结出当因素改变时，被研究的物理量发生怎样的变化。控制变量法是初中物理实验中最常用且非常有效的探索物理规律的科学方法，也是我们应该掌握的一种基本物理研究方法。
二、等效替代法
例2在图4所示的电路中，滑动变阻器R的阻值变化范围为0~10?赘 ，电阻R1、R2的电阻值分别为12?赘和8?赘。
（1）当开关S1、S2均断开时，电压表V1、V2的示数分别为6V和3V，求电源电压和滑动变阻器的电功率；
（2）当开关S1、S2均闭合，并将滑片滑至最左端时，求各电表的示数及在1min内电阻R2产生的热量。
解析：本题属于动态电路问题，解题时应对动态过程的始末进行分析，通过画等效电路图来简化电路、分析电路连接方式，提炼出各物理量之间的关系。当然还要注意对电路动态过程中的信息进行收集，变动为静、活用规律、寻找联系、建立相关等式或列方程，借助数学工具去解决。
答案：（1）当开关S1、S2均断开时，变阻器R与电阻R1串联，等效电路如图5所示。
电源电压U=U1+U2=6V+3V=9V，
滑动变阻器的电功率P= U2 I2=3V×0.5A=1.5W。
（2）当开关S1、S2均闭合，并将滑片移至最左端时，电阻R1和电压表V1被短路，变阻器R=10?赘， 与电阻R2并联，等效电路图如图6所示。
所以电压表V1的示数为0V，电压表V2测的是电源电压，示数为9V。
电流表的示数
1min内电阻R2产生的热量Q= 607.5J。
方法点精：所谓等效替代法，就是在保证效果相同的前提下，将陌生、复杂的问题变换成熟悉、简单的模型进行分析和研究的思维方法，它在物理学中应用广泛。而画等效电路图的方法就是应用等效替代法的一个典型实例。
三、比较法
例3“节约能源”是21世纪可持续发展的重要国策。下面我们通过比较普通白炽灯和节能灯使用一年的费用来选择符合提倡“节约能源”国策的灯。假设每盏灯每天用电5小时，每年以360天计算。电费价格是0.50元/ kW·h。
A.一支功率为60W的白炽灯价格为1元。
B.一支功率为11W的节能型日光灯（如图7）价格为10元，但能提供与60W白炽灯一样的亮度。
根据计算你认为选择哪种灯既省钱又节能？
解析：白炽灯每年消耗的电能W=Pt=0.06kW×5h×360=108kW·h，电费为108kW·h×0.50元=54元，总费用为54元+1元=55元；节能型日光灯每年消耗的电能W=Pt=0.011kW×5h×360=19.8kW·h，电费为19.8kW·h×0.50元=9.9元，总费用为9.9元+10元=19.9元。通过比较可知，使用节能型日光灯比使用白炽灯的费用低得多，而且节能。
方法点精：比较，就是将两个事物进行对比，或将某一事物的不同时期进行对比，找出不同，从而为解决问题提供佐证。比较法是人们在日常生活中辨别事物优劣的常用方法，运用比较法来分析物理问题，有利于提高同学们的辩证思维能力。
编辑/王一鸣
一、控制变量法和转换法
例1在探究“电流通过导体产生的热量与哪些因素有关”这个问题时，小明、小虎和小超提出了猜想：“电流通过导体产生的热量与通过导体的电流、导体的电阻及通电时间有关”，大家决定通过实验对这个问题进行研究。
（1）怎样比较通电导体产生热量的多少呢？他们决定将一段电阻丝浸没在液体中，用电阻丝通电产生的热量给液体加热，如图1所示，通过比较质量相等的同种液体__________来比较电阻丝发热量的多少，这是科学研究的一种常用方法。下列研究实例中也采用了这种研究方法的是_________（填序号）。
①敲鼓时鼓面是否振动：可以通过在鼓面上撒一些纸屑，观察纸屑是否振动来认识；
②学习电压：可以通过对比水压来认识；
③电路中是否有电流：可以通过观察电路中电流表的指针是否偏转来认识。
（2）在实验中，选择煤油为被加热液体，而没有选择水，这是什么缘故（写出一条理由即可）。
（3）小明设计了如图2所示的电路，其中R1≠R2，此电路是为了研究通电导体产生热量与_______的关系。他选择一段铜丝作为电阻R1，一段镍铬丝作为电阻R2（R2> R1），如图3所示。通电一段时间后发现浸有R1的液体温度几乎不变，而浸有R2的液体升温明显。通过分析，他发现问题出在铜丝上，这是因为：________，改进的办法是 _______________。
解析：（1）如图1所示，通过比较质量相等的同种液体升高的温度来比较电阻丝发热量的多少，这种方法是转换法。在研究实例中：①③应用了转换法，而②应用了类比法。
（2）选择煤油为被加热液体，是因为一般情况下水含有杂质，是导体（或相同质量的水和煤油相比，吸收相同的热时，水升温不明显）。
（3）小明设计的电路是为了应用控制变量法来研究通电导体产生的热量与电阻的关系。通电一段时间后，R2所在液体升温明显的原因是：铜丝的电阻很小，产生的热量太少。改进的办法是：另选一段阻值比R2小的镍铬丝作为R1。
方法点精：不易直接测量的物理量可借助其他辅助仪器，通过设计使之转换为易测量的物理量，这种方法就是转换法。而在应用控制变量法进行实验时，首先要把不变的因素控制好，然后再通过实验观察，总结出当因素改变时，被研究的物理量发生怎样的变化。控制变量法是初中物理实验中最常用且非常有效的探索物理规律的科学方法，也是我们应该掌握的一种基本物理研究方法。
二、等效替代法
例2在图4所示的电路中，滑动变阻器R的阻值变化范围为0~10?赘 ，电阻R1、R2的电阻值分别为12?赘和8?赘。
（1）当开关S1、S2均断开时，电压表V1、V2的示数分别为6V和3V，求电源电压和滑动变阻器的电功率；
（2）当开关S1、S2均闭合，并将滑片滑至最左端时，求各电表的示数及在1min内电阻R2产生的热量。
解析：本题属于动态电路问题，解题时应对动态过程的始末进行分析，通过画等效电路图来简化电路、分析电路连接方式，提炼出各物理量之间的关系。当然还要注意对电路动态过程中的信息进行收集，变动为静、活用规律、寻找联系、建立相关等式或列方程，借助数学工具去解决。
答案：（1）当开关S1、S2均断开时，变阻器R与电阻R1串联，等效电路如图5所示。
电源电压U=U1+U2=6V+3V=9V，
滑动变阻器的电功率P= U2 I2=3V×0.5A=1.5W。
（2）当开关S1、S2均闭合，并将滑片移至最左端时，电阻R1和电压表V1被短路，变阻器R=10?赘， 与电阻R2并联，等效电路图如图6所示。
所以电压表V1的示数为0V，电压表V2测的是电源电压，示数为9V。
电流表的示数
1min内电阻R2产生的热量Q= 607.5J。
方法点精：所谓等效替代法，就是在保证效果相同的前提下，将陌生、复杂的问题变换成熟悉、简单的模型进行分析和研究的思维方法，它在物理学中应用广泛。而画等效电路图的方法就是应用等效替代法的一个典型实例。
三、比较法
例3“节约能源”是21世纪可持续发展的重要国策。下面我们通过比较普通白炽灯和节能灯使用一年的费用来选择符合提倡“节约能源”国策的灯。假设每盏灯每天用电5小时，每年以360天计算。电费价格是0.50元/ kW·h。
A.一支功率为60W的白炽灯价格为1元。
B.一支功率为11W的节能型日光灯（如图7）价格为10元，但能提供与60W白炽灯一样的亮度。
根据计算你认为选择哪种灯既省钱又节能？
解析：白炽灯每年消耗的电能W=Pt=0.06kW×5h×360=108kW·h，电费为108kW·h×0.50元=54元，总费用为54元+1元=55元；节能型日光灯每年消耗的电能W=Pt=0.011kW×5h×360=19.8kW·h，电费为19.8kW·h×0.50元=9.9元，总费用为9.9元+10元=19.9元。通过比较可知，使用节能型日光灯比使用白炽灯的费用低得多，而且节能。
方法点精：比较，就是将两个事物进行对比，或将某一事物的不同时期进行对比，找出不同，从而为解决问题提供佐证。比较法是人们在日常生活中辨别事物优劣的常用方法，运用比较法来分析物理问题，有利于提高同学们的辩证思维能力。
编辑/王一鸣