初中物理常见的研究方法

初中物理常见的研究方法认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大。因此我们不仅要让学生掌握基本的物理概念和规律，了解物理学的知识体系，同时也要介绍物理方法，指导学生学运用正确的物理方法研究问题、分析问题、解决问题。新课程提出的多维目标中，过程与方法是其中的一个重要纬度目标。巴甫洛夫也认为，类比法、等效法、转换法、控制变量法、模型法、推理法、比值定义法、多因式乘积法、放大法、积累法、图象法、图表法、猜想法等。下面我们介绍其中一些常见的研究方法。初中物理中用到的科学方法有许多，例如观察法、实验法、比较法、归纳法、分类法、一、控制变量法：就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制其中几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。书中实例:研究影响力的作用效果的因素研究滑动摩檫力与哪些因素有关研究液体内部的压强研究影响液体蒸发快慢的因素研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系研究影响电阻大小的因素研究电流与电压、电阻的关系研究电功或电热与哪些因素有关研究通电导体在磁场中的受力与哪些因素有关研究影响感应电流的方向因素研究动能（或重力势能）与哪些因素有关……ABCDEFGH例1：探究决定电阻大小的因素分析数据，得出结论：（1）导体的电阻跟导体的材料有关；（2）导体的材料、横截面积，都相同时，导体越长，电阻越大；（3）导体的材料、长度都相同时，导体的横截面积越小，电阻越大；（4）导体被加热后，它的温度升高，电流表示数变小，表明导体的电阻变大，这说明导体的电阻还跟温度有关，对大多数导体来说，温度越高电阻越大。例2：某校研究性学习小组在探究“液体蒸发的快慢与哪些因素有关”的过程中，根据生活经验提出了以下两种猜想：猜想一：液体蒸发的快慢可能和物质的种类有关。猜想二：液体蒸发的快慢和液体表面空气流动的快慢有关。针对猜想一，同学们设计的实验及观察到的现象如下：在玻璃板上，同时用酒精和水涂一个同样大的圆斑，观察发现酒精圆斑先干了。请你认真思考下列问题，并回答：（1）同学们通过实验得出的结论是：（2）实验中“涂同样大的圆斑”其目的是：（3）设计出研究猜想二的实验方案：蒸发的快慢与液体种类有关控制变量，使之在相同的条件下进行比较在两个表面积相同的同种液体条件下，比较不同空气流动快慢时的蒸发情况例3:小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短、及弦的材料有关。于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确。下表是她在实验室控制的琴弦条件。•如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用表中编号为__________的琴弦（只填写字母代号）。•探究过程通常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；③提出问题（或猜想）；④得出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是：__________（只填写数字代号）。•在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：__________。分析：想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，应控制弦的粗细、长短相同，只让弦的材料不同，据此找到弦D和E；第2问考查探究问题的方法，答案为③①②④；第3问把学生的思路引向了整个初中物理学习的内容，同学们可以从力、声、热、光、电、磁、能等方面回答。二、推理法（理想实验法）有一些物理现象，由于受实验条件限制，无法直接验证，需要我们在通常的情况下进行实验，然后进行合理的推想，得出结论，达到认识事物本质的目的。这也是一种常用的科学方法——推理法。由于推理法是用通常情况下完成的实验代替了理想情况下才能完成的实验，所以推理法有时也叫理想实验法。初中物理教材中比较典型的例子是牛顿第一定律的得出。例：人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时，伽利略通过如图甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体，如果不受外力作用，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。小车在不同表面上的运动毛巾表面棉布表面木板表面abc推理的方法同样用在“研究声音的传播”实验中。在如图乙的试验中，现有的实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？【分析】在“研究声音的传播”实验中，实验现象是随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越来越弱。但最后还是能听到声音，主要原因有：实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，以及周围的固体还能传声。这时推理就显得很重要了，它能够突破实验条件的限制，抓住主要因素，忽略次要因素，得出结论。题目的示例，既给出了学生套用的格式，又降低了考题的难度。本实验可以推理：如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声，由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。三、转换法：物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。书中实例:物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用马得堡半球实验可证明大气压的存在影子的形成可证明光沿直线传播奥斯特实验可证明电流周围有磁场指南针指南北可证明地磁场的存在扩散现象可证明分子做无规则运动铅块实验可证明分子间引力的存在运动的物体能对外做功可证明它具有能……温度计的工作原理例：用下图所示的实验来研究流体压强与流速的关系时，对着两纸片中间吹气是为了，你是通过观察来判断纸片间压强大小变化的。这种研究问题的方法叫做。加快两纸片间空气的流速两纸片相互靠近或远离转换法【分析】对着两纸片中间吹气是为了加快两纸片间空气的流速，我们是通过观察两纸片相互靠近或远离来判断纸片间压强大小变化的。由于气体压强我们看不见、摸不着，所以我们通过这种转换法的方式感知它的存在。四、等效法：等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易，求得解决。书中实例:等效电路等效电阻分力与合力等效……用排水法测量不规则小块固体的体积请观察：转换法:电流大小灯泡亮度磁场小磁针偏转等效法:分力合力小石块体积排开水的体积;小结：“等效法”中相互替代的两个物理量种类通常相同，而“转换法”中的两个物理量只是有因果关系，其性质往往并不相同。放大法？累积法？〖例〗如图所示，在桌面上竖立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是设法确定像的位置。仔细想想，实验时具体的做法是__________。我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了_________的科学方法。【分析】虚像是无法用光屏承接的，因此虚像特点的研究成了实验的一个难题；为了准确的探究平面镜所成虚像的特点，实验中用两支完全相同的蜡烛和可透视的平面玻璃板，并采用等效法很好地解决了这一难题。答案：另外拿一只相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合；等效替代。五、类比法：类比在物理学中有着广泛的应用。所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。从而可以帮助我们理解较复杂的实验和较难的物理知识。书中实例:电压与水压电流与水流内能与机械能……原子结构与太阳系例：为了让同学们理解把几个电阻串联起来和并联起来对总电阻的影响，老师作了这样的一个“类比”：某学校的同学想从小河的南岸到北岸参加植树活动，他们利用若干块相同的木板搭成如图所示的三种桥梁，请大家想一想，要想让全校的学生安全地过河，按哪一种方法搭建的桥梁最方便快捷呢？而哪一种方法又是最不合理的呢？同学们肯定会很快地判断出：第三种方法是最方便快捷的，因为它的桥面最宽；而第二种方法是最不合理的，因为它不仅没有增加桥面的宽度，反而加长了桥面的长度！现在我们将上例中的每一块木板当成一个电阻，则第二种方法相当于将三个电阻联，第三种方法相当于将三个电阻联，于是同学们就很容易通过对比三种桥的效果得出这样的结论：把几个电阻串联起来，相当于增加了导体的，所以总电阻（填“变大”、“变小”、“不变”）；把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的，所以总电阻（填“变大”、“变小”、“不变”）。请你也试着举一个这样的“类比”研究科学问题的例子：。【分析】第二种方法相当于将三个电阻串联，第三种方法相当于将三个电阻并联。对比三种桥的效果可以得出这样的结论：把几个电阻串联起来，相当于增加了导体的长度，所以总电阻变大；把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的横截面积，所以总电阻变小。这样的“类比”研究科学问题的例子除了上文提到的还有：波纹在水面的传播类比声波的形成；研究声波时，可以用弹簧做类比实验，将弹簧平放于桌面，来回运作，会形成密部和疏部；细水管喝水比粗吸管喝水时间要慢，就好比粗的导体中电阻比细导体的电阻小；大气的压强就好象无数的雨点打在伞上一样；……六、模型法：实际中的事物都是错综复杂的，在用物理的规律对实际中的事物进行研究时，常需要对它们进行必要的简化，忽略次要因素，以突出主要矛盾．用这种理想化的方法将实际中的事物进行简化，便可得到一系列的物理模型。书中实例:研究肉眼观察不到的原子结构时建立原子核式结构模研究连通器原理时用到液片模型研究光现象时用到光线模型研究磁现象时用到磁感线模型力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型电路图是实物电路的模型……注意：模型法有时也包含有类比法的思想，但它更突出的特点是力求将研究的对象抽象化、简单化。〖例〗芜湖长江大桥是座目前我国科技含量较高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁。大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图所示），其作用是____________________。（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。这些缝隙是（）A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故B．来往车辆过多，造成路面损毁C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图丁所示的模型。①可以看出它用到了的相关知识。其中O是__________，代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。请分析原因。③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？（说出一种方法即可）④你知道吗？在上述的研究中，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：建立模型。建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？请举一例具体说明。（本题实例除外）【分析】本题以芜湖长江大桥为载体，将声、热、杠杆等知识有机的融合，考查学生综合利用知识的能力。特别是注重了对物理学研究方法的考查，使学生在做题过程中学会了忽略次要因素，抓住主要问题的建立模型法。题目最后一问让学生再举例子说明在初中物理学习中，在研究哪些问题时也用到了这种方法？容易激活学生的思维，促使学生对知识的回忆和重新整合。答案：①用以隔音，减少火车行驶时产生的噪