對初中物理解題中常用方法的研究

高　珊

摘要：在初中物理解題中常常要用到多種科學研究方法，本文結合若干實例探討控制變量法、類比法、等效替代法、模型法、轉換法和實驗推理法在初中物理解題中的應用。

關鍵詞：科學研究方法；初中物理；解題

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A文章編號：1003-6148(2009)5(S)-0076-3

無論是科學家在探究未知領域時，還是人們在生活實踐中遇到未知事物要去發現，遇到新問題要去解決時，時常能夠有意識地嘗試運用科學原理和科學研究方法去處理。初中物理教材中的許多章節都有層次、有步驟地滲透了物理學的科學研究方法，使同學們學習物理知識的同時，也受到了科學精神的熏陶與科學方法的訓練，從而逐步掌握最基本和最主要的科學方

法。在此，筆者簡單介紹與歸納一些常見的研究方法，以供讀者參詳。

1 控制變量法

自然界發生的各種現象，往往是錯綜復雜的。某一現象的產生和變化的影響因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規律，必須設法把其中的一個或幾個因素用人為的方法控制起來，使它保持不變，然后來比較、研究其他幾個變量之間的關系，這種研究問題的科學方法就是“控制變量法”?？刂谱兞糠ㄊ墙滩闹凶畛Ｒ姷囊环N科學研究方法，學生較容易掌握，考試中出現的頻率也最高。

典型實例：（1）研究影響滑動摩擦力大小的因素；（2）研究影響力的作用效果的因素；（3）研究影響電阻大小的因素。

例1 某同學在探究“物體的動能與什么因素有關”的實驗中，設計了如圖1所示的實驗方案，并進行了以下三步實驗操作：

步驟一：讓鐵球甲從斜面上F點（較低點）滾下，打到一個小木塊上，推動木塊使木塊從位置A移動到位置B。

步驟二：讓鐵球甲從斜面上E點（較高點）滾下，打到相同的小木塊上，推動木塊使木塊從位置A移動到位置C。

步驟三：換一鐵球乙（m乙﹥m甲）從斜面上F點滾下，打到相同的小木塊上，推動木塊從位置A移動到位置D。

（1）步驟一和步驟三中都讓小球從同一點F滾下的目的是：__________；

（2）分析步驟一、二，得出的結論是：___________________；

（3）分析步驟一、三，得出的結論是：___________________。

答案：（1）保證小球到達水平面時具有相同的初速度；（2）同一小球質量相等時，速度越大，動能越大；（3）小球的速度相同時，質量越大，動能越大。

點評：這種實驗題是對控制變量法的一種常見考查，應對技巧主要是：在敘述實驗結論時，

注意控制好其他的變量，再回答所研究變量與研究對象的關系。若是一些需要選擇實驗數據的實驗題，同樣道理，應選擇其它因素的數據相同的一組實驗數據，然后進行分析歸納，得出該因素與實驗研究對象的關系。

例2 同一水平桌面上放有長方體木塊和鐵塊各一個。現在想探究木塊和鐵塊的下表面誰更粗糙，請你只利用一個量程滿足要求的彈簧測力計，設計實驗來驗證你的猜想。

（1）實驗步驟_____。（2）實驗結論_____。

答案：（1）將鐵塊放在木塊上，用彈簧測力計拉著它們在水平面上作勻速直線運動，記下此時的讀數F₁；再將木塊放在鐵塊上，用彈簧測力計拉著它們在水平面上作勻速直線運動，記下此時的讀數F₂;

（2）若F₁＞F₂，則說明鐵塊下表面比木塊下表面更光滑；若F₁＜F₂，則說明木塊下表面比鐵塊下表面更光滑；若F₁=F₂，則說明鐵塊下表面與木塊下表面一樣光滑。

點評：這種題型需要應用控制變量法去設計實驗，難點在于要注意控制其他因素相同，然后再研究某一因素與研究對象的關系。

2 類比法

為了把要表達的物理問題說清楚，往往用具體的、人們所熟知的事物來類比要說明的那些抽象的、陌生的事物，通過借助于一個比較熟悉的對象的某些特征，去理解和掌握另一個有相似性的對象的某些特征。這種研究問題的科學方法就是“類比法”。

典型實例：（1）研究電壓時，用水壓做類比；（2）研究分子的引力和斥力時，用伸長或壓縮的彈簧產生的彈力做類比；（3）電荷之間的相互作用與磁極間的相互作用的類比……

例3 如圖2所示，是認識浮力的探究實驗。

(1)將物體懸掛在彈簧測力計下端，如(a)實驗所示，物重G＝_____N。

(2)當用手向上托物體時，如(b)實驗所示，手對物體向上的支持力F₂＝______N。

(3)當物體浸入水后，如(c)實驗所示，將(c)實驗與(a)、(b)實驗對照。說明水對物體也有向上的托力，即浮力。水對物體的浮力F?。絖___N。

(4)該實驗是通過_______(只填序號)物理方法,建立起浮力概念的。

A.類比法B.模型法

C.控制變量法D.轉換法

答案 （1）5；（2）3；（3）2；（4）A

點評 運用類比法解題的關鍵是能根據原有的知識和經驗進行舉一反三，引申出新的物理知識或規律，再來解決新的問題。

3 等效替代法

等效替代法是指在研究某一個物理現象和規律時，因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質，而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。

典型實例 1.用合力去等效替代分力的作用效果；2.用總電阻去等效替代多個電阻；3.用等效替代的方法去測量定值電阻……

例4 用圖3甲所示的電路可以測量一個未知電阻的阻值，其中R_x為待測電阻，R為電阻箱，S為單刀雙擲開關，R₀為定值電阻。某同學用該電路進行實驗，主要步驟有：

A．把開關S接b點，調節電阻箱，使電流表的示數為I；

B．讀出電阻箱的示數R；

C．把開關S接a點，讀出電流表的示數為I；

D．根據電路圖連接實物，將電阻箱的阻值調至最大。

（1）上述步驟的合理順序是________（只填序號）。

（2）步驟A中電阻箱調好后示數如圖乙所示，則它的示數為_____Ω，若已知R₀的阻值為10Ω，待測電阻的阻值為_____Ω。

（3）本實驗所采用的物理思想方法可稱為__________（選填“控制變量法”或“等效替代法”）。

答案：（1）DCAB；（2）47，47 ；（3）等效替代法。

點評：在運用等效替代法設計電路去測未知電阻時，重在滲透等效替代的思想，使學生的思維能力得到提高。

4 模型法

現實中的事物都是錯綜復雜的，在用物理規律對實物進行研究時，常需要對它們進行必要的簡化，忽略次要因素，以突出主要因素。用這種理想化的方法將實物進行簡化，便可得到一系列的物理模型。

典型實例：（1）用光線來描述光；（2）用電路圖描述電路；（3）用力的示意圖來描述力……

例5 在探索微觀世界的過程中，科學家對原子的結構進行猜想和實驗，并提出了多種模型。在圖4所示的兩種模型中，______（選填“A”或“B”）是盧瑟福提出的原子核式模型。原子是由______和______組成的。

答案：B；電子；原子核

點評：初中階段除了熟知一些常見的理想模型（如原子核式結構模型、光線、磁感線等）外，還應該具有能簡單分析題中所創設的物理情境，選取合適物理模型的能力。

5 轉換法

在物理學中對一些不易觀察的現象或不易直接測量的物理量，通常用一些較直觀、易觀察的現象去認識，或用易測量的物理量間接測量，這種研究問題的方法叫轉換法。在初中物理概念、規律學習和實驗中經常應用這種方法。

典型實例：（1）用電流的三大效應去認識電流；（2）用擴散現象去認識分子的運動；（3）研究影響電熱大小的因素時，通過觀察煤油溫度的變化來判斷電阻產生電熱的多少；（4） 判斷電磁鐵的磁性強弱時，可以通過電磁鐵吸引大頭針的多少來確定。

例6 在研究平面鏡成像時，我們用一根未點燃的蠟燭來代替點燃蠟燭在鏡中的像，以確定像的位置，這種物理方法叫做（ ）

A．控制變量法B．類比法

C．模型法D．轉換法

答案：D。

6 實驗推理法

物理研究有些實驗不可能在實驗室內完成,需要人們以大量可靠的事實為基礎，以真實的實驗為原型，進行大膽的設想，推理得出結論，深刻地揭示出物理規律的本質，這是物理學研究的一種重要的思想方法——實驗推理法。

典型實例：（1） 研究真空中能否傳聲；（2）研究牛頓第一定律。

例7 牛頓曾研究過這樣一個問題：他發現人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個“大炮”的設想，圖5是他畫的“大炮”草圖——在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點就離山腳越遠。他推想：當射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動呢？牛頓通過科學的推理得出了一個重要的結論。這就是著名的“牛頓大炮”的故事，故事中牛頓實際也用到了理想實驗的研究方法。

（1）研究中牛頓基于的可靠事實是______。

（2）根據以上資料和牛頓的“大炮”草圖，推測牛頓當年的重要結論是_______________。如今，牛頓當年的推測已變成了現實，人們應用他的推論，利用現代科技制成了___________。

答案：（1）地球附近的物體都受到重力的作用，所以拋出去的石頭總會偏離擲出去的方向落向地面。（2）如果炮彈射出去的速度合適，它會圍繞地球作圓周運動；人造地球衛星。分析：我們假定水平射出去的炮彈不受重力的作用，如圖5所示，當炮彈水平射出后，由于地球不是一個平面而是圓的，炮彈會離地面越來越遠，站在地面的人看來，炮彈會向高處飛去，但事實上炮彈要受到重力的作用，這樣使它向前飛行遠離地面的同時，運動方向時刻會發生改變，向著地面下落，如果炮彈射出去的速度合適，它會圍繞地球作圓周運動。現代的人造地球衛星就利用了這個原理。

其實，物理學中科學研究方法還很多，如分析法、歸納法、演繹法、觀察法等等。中考試題中考查的方法僅是一部分。因此，掌握并靈活運用各種研究方法來解決遇到的問題是解題的關鍵。了解各種研究方法的特點、功能是解決研究方法類試題的首要條件。另外，有時研究一種物理知識或一個物理規律往往要同時用到幾種研究方法，故解題時只需抓住主要的研究方法即可。

(欄目編輯張正嚴)