第16講 物理研究方法專題復習

初中物理教學的一個重要任務，就是在傳授知識的同時，培養同學們正確的物理思想，掌握科學的研究方法.控制變量法、理想模型法、等效替代法、推理法、類比法、轉換法、圖象法等研究物理問題的方法，散見于初中物理課本.由于教材中沒有關于方法的系統介紹，所以同學們在遇到此類問題時，會感覺似是而非、無從下手.而這幾年中招考試，對這方面內容的考查呈現逐漸加強的趨勢，因此掌握這些研究方法是非常關鍵的.下面是初中物理課本中常用的研究方法.

第1節

重點考點

事物之間都是相互聯系的，物理量也不例外，當我們研究某個物理量與其他若干個物理量之間的關系時，為了確定這個物理量與其中一個物理量的關系，就需要控制其他物理量不變，來研究這個物理量與其中一個物理量變化的關系，這種方法就叫作“控制變量法”，初中物理教材中，很多物理概念的形成、規律的產生、實驗的設計等，都采用了控制變量法.

中考常見題型

例1 （2014.廣州）如圖1是“探究電壓一定時電流與電阻關系”的電路圖.

（1）按圖1所示電路圖在圖2中連接實物圖（電壓表選用0—3V量程）.

（2）正確連接電路后，實驗步驟如下： ①閉合開關，記錄定值電阻的阻值及電流表示數：

②斷開開關，換阻值不同的定值電阻：

③閉合開關，記錄定值電阻的阻值及電流表示數：

④重復②、③步驟.

按上述步驟操作，觀察到更換阻值不同的定值電阻，電壓表示數分別如圖3、4、5所示，圖5電壓表的示數為____.根據各電壓表顯示的正確示數，指出實驗的失誤之處____.

思路分析（1）根據實驗要求，滑動變阻器與定值電阻串聯，電壓表并聯在定值電阻兩端，電流表選擇小的量程，連接電路如圖6所示，

圖6

（2）圖5電壓表使用的量程為0～3V，分度值為0.1V，此時讀數為2.5V.對比前兩次電壓表示數可知，每次更換電阻后，未控制電阻兩端電壓相同，

參考答案：（1）如圖6. （2）2.5V每次更換電阻后，未控制電阻兩端電壓相同

例2 （2013.鹽城）微風吹過，金屬管風鈴發出悅耳的聲音，小明想探究管子發出聲音的頻率與管子長度、直徑的關系.他選取了材料與管壁厚度都相同、長度和直徑都不同的三根直管，將它們用細線懸掛，敲擊后，測出各自發出聲音的頻率，數據如表1.

（1）用刻度尺測量1號管長度如圖7所示，讀數是____cm.

（2）三根管中音調最低的是____號.

（3）根據表l中數據，能否得出“管子發出聲音的頻率隨長度、直徑的增大都會減小”的結論？請說明你的理由.

答： ____（填“能”或“不能”）.理由：____.

（4）小明發現懸掛的金屬管發出聲音時在做有規律的擺動，認為金屬管發出的聲音是由于擺動所產生的.請設計一簡單的實驗來檢驗小明的想法，簡要寫出實驗方案和判斷方法.

實驗方案：____；判斷方法：____.

思路分析：（1）用刻度尺測量l號管長度是20.50cm.（2）三根管中音調最低的是3號，因為它的頻率最小.（3）根據表1中數據，不能得出“管子發出聲音的頻率隨長度、直徑的增大都會減小”的結論，理由是沒有控制變量，表1中三根管的長度和直徑均不相同，所以無法判斷.

參考答案：（1）20.50 （2）3 （3）不能 沒有控制變量 （4）將金屬管懸掛，輕推使其擺動若能聽到其發聲，說明發聲是由擺動產生的，反之則不是由擺動產生的

小結：在初中物理課本中，用到“控制變量法”的實驗比較多，例如：

1.研究音調與頻率的關系、響度與振幅的關系.

2.研究滑動摩擦力的大小與壓力的大小和接觸面粗糙程度的關系.

3.研究壓力的作用效果與壓力大小和受力面積大小的關系.

4.研究電磁鐵的磁性與線圈匝數和電流大小的關系.

5.研究導體電阻大小跟導體的材料、長度、橫截面積的關系.

6.研究電流與電壓和電阻的關系（即歐姆定律）.

7.研究電流產生的熱量與電流、電阻的關系（即焦耳定律）.

8.研究物體動能的大小與質量和速度的關系.

9.研究物體重力勢能的大小與質量和高度的關系.

10.研究不同物質的吸熱能力，

第2節

轉換法

重點考點

在研究看不見的物質或現象時，可以通過研究該物質或現象所產生的可見的效果，由此進一步分析物質或現象，這種方法叫“轉換法”，值得注意的是，等效替代法雖然也包含有轉換法的思想，但其研究主體已發生轉移，而轉換法則是通過研究主體所產生的效果來上溯其原因的一種研究方法.

中考常見題型

例3 （2013.衡陽）某同學為了探究電磁鐵的磁性強弱與哪些因素有關，做了以下幾次實驗，實驗現象如圖8所示.請根據圖示現象回答下列問題：

（1）通過觀察圖8甲中A與B兩個電磁鐵，當通過線圈的電流相同、有無鐵芯相同時，電磁鐵線圈的匝數越多，它的磁性就越____.

（2）通過觀察圖8甲中B與C兩個電磁鐵，當通過線圈的電流相同、線圈的匝數相同時，____（填“有”或“無”）鐵芯的電磁鐵，它的磁性就強.

（3）通過觀察圖8乙與圖8丙，當線圈的匝數相同、有無鐵芯相同時，電磁鐵的電流越____，它的磁性就越強.

（4）結論：影響電磁鐵磁性強弱的因素有____.

思路分析：此題考查影響電磁鐵磁性強弱的因素，用到的研究方法有控制變量法和轉換法.（1）圖8甲中A、B兩電磁鐵，通過線圈的電流相同、有無鐵芯相同時，線圈的匝數越多，吸引大頭針數目越多，表明它的磁性就越強.（2）圖8甲中B、C兩電磁鐵，通過線圈的電流相同、線圈匝數相同時，有鐵芯的電磁鐵吸引大頭針數目多，表明它的磁性強.（3）線圈的匝數相同、有無鐵芯相同，圖8丙中滑動變阻器連入電路的電阻絲變短，電阻變小，電路中電流增大，電磁鐵吸引大頭針增多，電磁鐵的磁性增強，說明通過電磁鐵的電流越大，它的磁性就越強.（4）結論：影響電磁鐵磁性強弱的因素有通過電磁鐵的電流大小、線圈的匝數、有無鐵芯.

參考答案：（1）強 （2）有 （3）大 （4）通過電磁鐵的電流大小、線圈的匝數、有無鐵芯

例4 （2014.宜賓）某同學在體育活動中，從鉛球下落陷入沙坑的深度情況猜想到：物體的重力勢能可能與物體的質量、下落高度和運動路徑有關.于是設計了如圖9所示的實驗：用大小和形狀相同的A、B、C、D四個鉛球，其中A、C、D三球的質量為m，B球質量為1.5m，讓A、日兩球從距沙表面高H處靜止下落，C球從距沙表面高2H處靜止下落，D球從距沙表面高2H的光滑彎曲管道上端靜止滑入，最后從管道下端豎直地落下（球在光滑管道中運動的能量損失不計）.實驗測得A、B兩球陷入沙深度分別為h1和h2，，C、D兩球陷入沙深度均為h，且h1

（1）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過____來反映的.

（2）比較A、B兩球，發現B球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：____.

（3）比較A、C兩球，發現C球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：____.

（4）比較C、D兩球，發現兩球運動的路徑不同，但陷入沙坑深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑____（填“有關”或“無關”）.

思路分析：（1）本實驗中，鉛球的重力勢能大小是通過球陷入沙坑的深度來反映的.（2）比較A、B兩球，下落高度和運動路徑相同，B球質量大于A球質量，發現B球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大.（3）比較A、C兩球，兩球質量相同，下落路徑也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，發現C球陷入沙坑深度更大，由此可得出結論：當物體的質量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大.（4）比較C、D兩球，兩球的質量相同，下落高度也相同，兩球的運動路徑不同，發現兩球陷入沙坑深度相同，由此可得出結論：物體的重力勢能與物體運動的路徑無關，

參考答案：（1）球陷入沙坑的深度 （2）當下落高度一定時，物體的質量越大，重力勢能越大（3）當物體的質量相同時，下落高度越高，物體的重力勢能越大（4）無關

小結：在初中物理課本中，用到轉換法的實驗比較多，例如：

1.利用小球的振動來判斷發聲體在振動.

2.判斷電路中是否有電流時，可通過電路中的燈泡是否發光去確定.

3.通過擴散現象研究分子的熱運動.

4.電磁鐵的磁性強弱可通過它吸引大頭針的多少來確定.

5.判斷磁場是否存在時，可用小磁針放在其中看是否受力轉動來判斷.

6.利用小桌陷入海綿的深度判斷壓力的作用效果.

7.根據小球將木塊推動的遠近來判斷小球動能的大小.

重點考點

將某個物理量、物理裝置、物理狀態（或過程），用另外一個物理量、物理裝置、物理狀態（或過程）來替代，得到同樣的結論，這種方法叫“等效替代法”，在間接測量中，有許多物理量的測量都是利用了等效替代法，

中考常見題型

例5（2014.株洲）某同學利用“替代法”測量一粒花生米的密度，實驗過程如圖10所示.

（1）在下列空格中填寫適當內容.

①選擇一粒飽滿的花生米放人裝有適量水的透明玻璃杯中，發現花生米下沉至杯底，如圖10甲，此時花生米所受的浮力____（填“大于”“等于”或“小于”）重力.

②往杯中逐漸加鹽并攪拌，直至觀察到花生米____，隨即停止加鹽，如圖10乙.

③取出花生米，用調好的天平測杯子和鹽水的總質量，如圖10丙，天平的讀數為____g.

④將玻璃杯中的鹽水全部倒入量筒，如圖10丁，量筒的讀數為____mL

⑤利用密度公式計算出鹽水的密度，即為花生米的密度.

（2）實驗中若加鹽過量，可進行如下操作：____.

（3）實驗中遺漏了重要的一步，即____.

思路分析：此題利用替代法來測量花生米的密度，考查了對物體浮沉條件的應用及液體密度的測量，設計新穎，要能夠很好地解決，需熟練掌握有關基礎知識.（1）①花生米下沉，說明此時花生米所受的浮力小于重力；②往杯中逐漸加鹽并攪拌，直至觀察到花生米懸浮；③由圖丙知，天平的讀數為m=100g+20g+lg=121g；④由圖丁知，量筒的分度值為1mL，量筒的讀數為55mL.（2）實驗中若加鹽過量，可再向鹽水中加水.（3）要測量鹽水的密度，需測出其質量和體積，而要測其質量，除了測出鹽水和杯子的總質量，還需測出倒出鹽水后空杯子的質量，

參考答案：（1）①小于②懸浮③121④55（2）向鹽水中加水 （3）將玻璃杯中的鹽水全部倒入量筒，測出空杯子的質量

小結：在初中物理課本中，用到等效替代法的實驗有：

1.求由多個用電器組成的串、并聯電路的總電阻.

2.測量不規則小塊固體的體積時，用它排開水的體積替代固體的體積.

3.托里拆利實驗中，利用水銀柱產生的壓強與大氣壓相等測定大氣壓的數值，

第4節

重點考點

“理想模型法”是物理學中的一個重要的研究方法，運用這種方法的目的，就是為了摒棄次要條件，突出主要因素，對實際問題進行理想化、簡單化處理，從而方便對物理本質的研究，在物理學中，常常把實際研究對象或實際過程抽象成為理想模型.

中考常見題型

例6 （2013.荊州）實際上，電源自身是有電阻的，稱為“內電阻”，在電路中，一個實際電源相當于一個電源電壓相同的理想電源和內電阻串聯連接.為了測出電源電壓和內電阻，小明同學設計了如圖11所示的電路（電壓表和電流表均視為理想電表），實驗步驟如下：

（1）閉合開關S，移動滑動變阻器R。的滑片P到某處時，分別讀出電壓表示數為2.0V，電流表示數為0.50A.

（2）再向 ____（填“左”或“右”）移動滑片P到另一處時，電壓表示數變為2.5V，電流表示數變為0.25A.

（3）由有關公式求出電源電壓U=____V，內電阻r=____Ω.

思路分析：電源內部自身也有電阻，在實際應用時，我們忽略了電源本身的電阻對電路的影響，這樣做是為了便于進行有關電路的一些計算.此題以電源內電阻為依托，考查同學們的閱讀理解能力、計算能力和創新能力，解題時可認為在電源旁邊串聯一個電阻r.由于電壓表示數變大，所以應向右移動滑片P，使變阻器阻值變大，分壓變大.由題中（1）可知，U=0.50A .r+2.0V；由題中（2）可知，U=0.25A.r+2.5V.聯立兩式可解，電源電壓U=3V.內電阻r=2 n.

參考答案：（2）右 （3）3 2

小結：在初中物理課本中，用到理想模型法的實驗有：

1.在研究磁場的分布時，引入磁感線.

2.在研究光的傳播路徑和方向時，引入光線.

3.將光滑表面看作是沒有摩擦的理想表面.

4.電流表、電壓表也是一種理想模型，在實際應用時，不考慮電流表本身的電阻對電路的影響，而電壓表在接入電路時，則認為其“斷路”.

5.電源內部自身也有電阻，在實際應用時，不考慮電源本身電阻對電路的影響.

6.在研究分子運動時，將分子看作是小球，而不再考慮分子內部的實際結構，

第5節

類比法

重點考點

在研究某些較為抽象的物理問題時，往往用具體的、形象的事物來進行類比說明，找出共性的特點，使被研究對象變得易于理解，這種方法叫作“類比法”，進行類比的兩個對象應具備較多的共同點或相似之處.

中考常見題型

例7我們常常將看似無關的兩個事物或現象聯系起來，進行“類比”.“類比法”可以幫助我們理解概念、鞏固知識，以下是兩個“類比”學習案例：

（1）將如圖12所示的“水路”模型類比基本電路，可以發現：

①下面元件在電路中的作用與葉輪機在“水路”中的作用相當的是（

）.

A.電源

B.開關

C.用電器

D.導線

②類比“水路”模型中“水壓是使水管中的水定向運動形成水流的原因”，我們很容易理解電壓是使電路中____定向運動形成____的原因.

（2）運用“類比法”，我們還可以將實驗室交流發電機和直流電動機列表比較，請完成表2中的三處填空（將答案直接寫在橫線上）.

思路分析：此題以類比法為主線，考查的知識涉及電路的組成、電流的形成原因及交流發電機和直流電動機的對比.（1）①葉輪機在“水路”中的作用與用電器在電路中的作用相當，應選C.②電壓是使電路中電荷定向運動形成電流的原因，

參考答案：（1）①C②電荷電流（2）見表3.

小結：在初中物理課本中，用到類比法的過程還有：

1.用水波類比聲波.

2.在學習電流時，將它比作水流.

3.在研究原子的結構時時，可以類比太陽系的結構.

第6節

重點考點

“推理法”是在大量可靠事實的基礎上，以實際的實驗過程為原形，通過合理的推理總結出結論，從而深刻地揭示物理規律的本質.這種方法是物理學中進行研究的一種重要方法，

中考常見題型

例8 （2014.嘉興）理想實驗是科學研究中的一種重要方法，它是將實驗條件、過程在思維中以理想化的方式表現出來，如為了研究輕重不同的物體在真空中的下落快慢，科學家曾做過下面的實驗，

將大小相同的金、鉛、木三個實心小球，分別同時放入三種密度不同的介質中（ρ介質1>ρ介質2>ρ介質3），觀察比較三個小球下落的快慢，如圖13所示.

試回答下列問題：

（1）“下落的快慢”可以通過比較三個實心小球在同種介質的同一高度，由靜止同時釋放，下落到相同位置時所需的____得出.

（2）在上述實驗中，三個小球下落快慢的差異由大到小的介質依次是____.

（3）進一步推理可得，當三個小球在真空中下落時，它們下落快慢的差異將____.

思路分析：（1）運用控制變量法，使三個體積相同、不同材料的實心小球在同一介質的相同高度，同時由靜止釋放，比較下落到相同位置時所用的時間，可以判斷三個小球下落的快慢.（2）三個小球在不同介質的相同高度下落到相同位置時，比較小球之間相對距離的大小，即可比較出小球在不同介質中下落快慢的差異，介質1中小球之間距離大，說明小球下落快慢的差異大：介質3中小球之間距離小，說明小球下落快慢的差異小，因此三個小球下落快慢的差異由大到小的介質依次是介質1、介質2、介質3.（3）比較介質1、介質2、介質3發現，三種介質密度p介質1>p介質2>p介質3，密度越小，小球下落快慢的差異越小，當介質不存在，即為真空時，小球下落快慢的差異將消失，即為零.

參考答案：（1）時間 （2）介質1、介質2、介質3（3）為零

小結：在初中物理課本中，用到推理法的過程不多，例如：

1.研究真空中不能傳聲.

2.研究牛頓第一定律.

第7節

重點考點

“圖象法”是借助于圖象來研究物理問題，是物理學中對數據進行處理的常用方法，目的是使問題形象化.作圖的基本方法是描點法，即在坐標系中，先找出對應的點，用平滑的曲線（或直線）連接各點，從而直觀地反映出物理量之間的變化.

中考常見題型

例9（2014.青島）回顧實驗和探究（請將表4實驗報告中的空缺部分填寫完整）

思路分析：根據表格中數據描點連線即可作出水沸騰的圖象.根據表格信息可知水沸騰過程中，吸收熱量但溫度保持不1變，此時水的沸點是100℃.

參考答案：（1）水的沸騰圖象如圖15. 吸 100

小結：在初中物理課本中，用到圖象法的過程較多，例如：

1.研究同體的熔化過程.

2.研究水沸騰過程的特點.

3.研究同種物質質量與體積的關系.

4.研究重力與質量的關系.

5.研究電流與電壓的關系.

6.研究路程與時間的關系，

第8節

歸納分類法

重點考點

“歸納與分類”是研究事物的重要方法之一.在物理實驗中，經常要對實驗現象或實驗數據進行歸納總結.對于要分類的事物，應當進行仔細分析，找到它們之間相同之處與不同的特點，就不難正確進行分類了.歸納與分類是科學研究中最常用的方法，往往是從事物的某一特征出發，而不能有雙重標準.

例10在以“力”為主題的辯論賽中，正方和反方提出了許多觀點，小明把他們的觀點歸納整理如表5.你認為正確的觀點有____.（只填序號）

思路分析：此題將一些相近的物理概念加以歸納，由于涵蓋的知識點較多，所以在解題時很容易混淆，解答此類問題的關鍵是依靠平時的基本功，這就要求在學習中應不斷地進行歸納總結，及時掌握所學的知識.兩個物體相接觸，如果沒有相互擠壓，就不會有力的作用.兩個物體不接觸，例如兩塊互相靠近的磁鐵，相互間也有力的作用，力是兩個物體間的相互作用，因而不能脫離物體而單獨存在.由慣性定律可知，物體自身能夠保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，所以物體的運動不需要力來維持，力是改變物體運動狀態的原因.物體受不平衡力時，運動狀態改變.所述正確的觀點有2、4、5、7、10.

參考答案：2、4、5、7、10

上面八種方法是初中物理課本中常用的研究方法.值得一提的是，很多物理規律的形成、實驗過程的設計用到了多種研究方法，例如在研究物體動能的大小與質量和速度的關系實驗中，根據小球將木塊推動的遠近來判斷小球動能的大小，這是轉換法；在研究動能的大小與質量的關系時，要控制小球的速度相同，用到了控制變量法.同學們在平時的學習中應重視這些方法的使用過程，逐步提高對它們的應用能力，