初中物理研究方法的整合

李華英

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-7661（2016）13-0045-03

物理學(xué)中的思想方法是求解物理問題的根本所在。通過學(xué)習(xí)并嘗試運(yùn)用各種物理學(xué)研究方法解決問題，可以使同學(xué)們養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，不斷地提高科學(xué)素養(yǎng)。其次《課程標(biāo)準(zhǔn)》要求學(xué)生在學(xué)習(xí)物理過程中，領(lǐng)會(huì)物理概念、規(guī)律和方法，近幾年來各省市的中考試題也加強(qiáng)了對物理研究方法的考查。但這些知識(shí)又散布在初中物理課本各處，為了幫助學(xué)生們更好的掌握這一部分知識(shí)，下面我就將物理學(xué)中這些常用的思想方法分類講解，希望能給到同學(xué)們啟示。

一、控制變量法

對于多個(gè)因素影響某一物理量的問題，在進(jìn)行探究時(shí)，每一次只改變其中的某一個(gè)因素，而控制其余幾個(gè)因素不變，從而研究被改變的這個(gè)因素對某一物理量是否有影響，最終把多個(gè)因素的問題變成多個(gè)單一因素的問題，這種研究方法叫控制變量法。這是初中物理中最常用的探索問題和分析解決問題的科學(xué)方法。

初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有：1.影響液體蒸發(fā)快慢與哪些因素有關(guān)；2.滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)；3.液體壓強(qiáng)的大小與哪些因素有關(guān)4.研究浮力大小與哪些因素有關(guān)；5.壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)；6.滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)；7.動(dòng)能、重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)；8.導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)；9.探究電阻一定時(shí)，電流與電壓的關(guān)系；10.探究電壓一定時(shí)，電流與電阻的關(guān)系；11.探究電流通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生熱的多少跟什么因素有關(guān)；12.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)；13.探索磁場對電流的作用規(guī)律；14.研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象；15.比熱容的引入。

【典例】

1.由于電壓和電阻兩者都可能影響電流大小，用實(shí)驗(yàn)研究它們的關(guān)系時(shí)，可以先保持電壓不變，探究電流和電阻的關(guān)系；然后保持電阻不變，探究電流和電壓的關(guān)系，最后總結(jié)得出了歐姆定律，這種研究問題的方法叫“控制變量法”。在以下問題的研究中（1）滑動(dòng)摩擦力大小與哪些因素有關(guān)；（2）牛頓在伽利略等人研究成果的基礎(chǔ)上得出牛頓第一定律；（3）電流產(chǎn)生的熱量與哪些因素有關(guān)；（4）研究磁場時(shí)，引入磁感線；應(yīng)用了“控制變量法”進(jìn)行研究的是（ ）

A.（1）（3） B.（1）（2） C.（2）（4） D.（3）（4）

解析：（2）是應(yīng)用了實(shí)驗(yàn)推理法，（4）應(yīng)用了理想模型法，所以答案為A。

二、轉(zhuǎn)換法

物理學(xué)中，對于一些比較抽象的看不見、摸不著的物質(zhì)的微觀現(xiàn)象，要研究它們的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，使之轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟知的看得見、摸得著的宏觀現(xiàn)象來認(rèn)識(shí)它們。這種研究方法就叫轉(zhuǎn)換法。

初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有：1.空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動(dòng)（風(fēng)）所產(chǎn)生的作用來認(rèn)識(shí)它；2.分子看不見、摸不到，不好研究，可以通過研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)它；3.電流看不見、摸不到，判斷電路中是否有電流時(shí)，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來認(rèn)識(shí)它；4.磁場看不見、摸不到，我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來認(rèn)識(shí)它；5.再如，有一些物理量不容易測得，我們可以根據(jù)定義式轉(zhuǎn)換成直接測的物理量。在由其定義式計(jì)算出其值，如電功率（我們無法直接測出電功率只能通過P=UI利用電流表、電壓表測出U、I計(jì)算得出P）、電阻、密度等。6.測不規(guī)則小石塊的體積我們轉(zhuǎn)換成測排開水的體積；7.我們測曲線的長短時(shí)轉(zhuǎn)換成細(xì)棉線的長度；8.在測量滑動(dòng)摩擦力時(shí)轉(zhuǎn)化成測拉力的大小；9.大氣壓的測量（無法直接測出大氣壓的值，轉(zhuǎn)化成求被大氣壓壓起的水銀柱的壓強(qiáng)）；10.測量硬幣的直徑時(shí)轉(zhuǎn)化成測刻度尺的長度；11.測液體壓強(qiáng)（我們將液體的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成我們能看到的液柱高度差的變化）；12.通過電流的效應(yīng)來判斷電流的存在（我們無法直接看到電流）；13.通過磁場的效應(yīng)來證明磁場的存在（我們無法直接看到磁場）；14.研究物體內(nèi)能與溫度的關(guān)系（我們無法直接感知內(nèi)能的變化，只能轉(zhuǎn)換成測出溫度的改變來說明內(nèi)能的變化）；15.在研究電熱與電流、電阻的因素時(shí)，我們將電熱的多少轉(zhuǎn)換成液柱上升的高度。

【典例】

1.分子運(yùn)動(dòng)著看不見、摸不著、不好研究，但科學(xué)家可以通過研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象來認(rèn)識(shí)它，下面是小紅同學(xué)在學(xué)習(xí)中遇到的四個(gè)研究實(shí)例，其中采取的方法與剛才研究分子運(yùn)動(dòng)的方法相同的是（ ）。

A.研究電流與電阻、電壓關(guān)系時(shí)，先使電阻不變?nèi)パ芯侩娏髋c電壓的關(guān)系；然后再讓電壓不變?nèi)パ芯侩娏髋c電阻的關(guān)系。

B.用小磁針研究磁場方向。

C.電流看不見、摸不著，判斷電路中是否有電流時(shí)，我們可以通過電路中的燈泡是否發(fā)光來確定。

D.研究電流時(shí)，將它比作水流。

解析：A答案應(yīng)用的是控制變量法；D答案應(yīng)用的是類比法。所以正確答案：B C

三、等效法

在物理實(shí)驗(yàn)中有許多物理特征、過程和物理量要想直接觀察和測量很困難，這時(shí)往往把所需要觀測的變量換成其它間接的可觀察和測量的變量進(jìn)行研究，這種研究方法就是等效法。也可以這樣說：“等效替代法”就是在特定的某種意義上，在保證效果是相同的前提下，將陌生的、復(fù)雜的、難處理的問題替換成熟悉的、容易的、易處理問題的一種方法。

初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有：1.在研究物體同時(shí)受幾個(gè)力作用時(shí)，引入合力（力的 合成）；2.曹沖稱象；3.串并聯(lián)電路中，引入總電阻；4.阿基米德原理表達(dá)式：F浮=G排；5.平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中用了兩根等長的蠟燭；6.物體的重心

【典例】

例：某同學(xué)在做“探究平面鏡成像的特點(diǎn)”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將一塊玻璃板豎直架在一把直尺的上面，取兩段相同的蠟燭A和B，講A和B一前一后豎直在直尺上。實(shí)驗(yàn)過程中，眼睛是始終再蠟燭A的一側(cè)觀察。

（1）點(diǎn)燃蠟燭A，調(diào)節(jié)蠟燭B的位置，當(dāng)_____________，B的位置即為A的像所在的位置。

（2）實(shí)驗(yàn)時(shí)，直尺的作用是便于比較像與物體_____________關(guān)系；兩段蠟燭相同是為了比較像與物的_____________關(guān)系。

（3）用平面鏡代替玻璃板，上述實(shí)驗(yàn) （選填“能”或“不能”）進(jìn)行，因?yàn)?。

解析：拿一支相同的蠟燭B在玻璃板后面移動(dòng)，直到看上去它跟蠟燭A的像完全重合，好像蠟燭B也被點(diǎn)燃了，這時(shí)蠟燭B就可以代替蠟燭A的像的位置和大小。這就是等效替代法在實(shí)驗(yàn)中的具體運(yùn)用。采用玻璃板做實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)椴ＡО寮饶芟衿矫骁R一樣成像，又能透過玻璃板看到后面的物體，便于確定蠟燭A的像的位置，比較像與物體的大小。直尺能過測量到玻璃板的距離，也能測出像到玻璃板的距離，從而比較像與物體到玻璃板距離的關(guān)系。

答案：（1）蠟燭B和蠟燭A的像完全重合；（2）到玻璃板的距離；大小；（3）不能，不能確定蠟燭A的像的位置。

四、科學(xué)推理法、理想實(shí)驗(yàn)法（實(shí)驗(yàn)推理法）

理想實(shí)驗(yàn)是實(shí)驗(yàn)與抽象思維的完美結(jié)合，它以真實(shí)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，經(jīng)過合理推理，將研究對象加以“純化（理想化）”，略去無關(guān)或次要因素的影響，概括出事物的本質(zhì)規(guī)律。因此，理想實(shí)驗(yàn)法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過科學(xué)的概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。且這種方法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上用已知的規(guī)律對未知的自然現(xiàn)象及規(guī)律做出科學(xué)的預(yù)見。

初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有：1.牛頓第一定律；2.真空不能傳聲；3.自然界存在兩種電荷。

【典例】

1.研究物理問題時(shí)經(jīng)常用到科學(xué)的研究方法。如探究“真空能否傳聲”就是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上進(jìn)行理想推理而得出結(jié)論，研究以下問題的方法與此方法相同的是（ ）

A.分子熱運(yùn)動(dòng) B.牛頓第一定律

C.電阻上的電流與兩端電壓的關(guān)系

D.磁場用磁感線來描述

解析：擴(kuò)散現(xiàn)象是由于分子微觀運(yùn)動(dòng)而形成的，但分子很小，不可能用肉眼直接觀察到分子的運(yùn)動(dòng)，這時(shí)可以通過轉(zhuǎn)換法，由觀察擴(kuò)散實(shí)驗(yàn)的宏觀現(xiàn)象直接反映分子的熱運(yùn)動(dòng)。研究電流與電壓和電阻的關(guān)系采用了控制變量法；研究磁場的分布規(guī)律時(shí)，依照鐵屑在磁場中排列的情況，畫出一些有方向的曲線，實(shí)際上磁場周圍并沒有這些曲線，這是為了研究問題的方便，人們采用的理想模型法。

答案：B

五、類比法

如果對一個(gè)物理現(xiàn)象或過程與另一物理現(xiàn)象或過程進(jìn)行比較，找到若干相同或相似之處，并以此為依據(jù)，把其中某一對象的有關(guān)知識(shí)或結(jié)論推移到另一對象中去，得到后一對象的結(jié)論，這就是類比法。換句話說就是在學(xué)習(xí)一些十分抽象的，看不見、摸不著的物理量時(shí)，由于不易理解就拿出一個(gè)大家都能看見的與之很相似的量來進(jìn)行對照學(xué)習(xí)。如：電流的形成、電壓的作用通過以熟悉的水流的形成，水壓使水管中形成了水流進(jìn)行類比，從而得出電壓是形成電流的原因的結(jié)論。學(xué)生在學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí)，在老師的引導(dǎo)下，聯(lián)想到：水壓迫使水沿著一定的方向流動(dòng)，使水管中形成了水流；類似的，電壓迫使自由電荷做定向移動(dòng)使電路中形成了電流。抽水機(jī)是提供水壓的裝置；類似的，電源提供電壓的裝置。水流通過哦輪時(shí)，消耗水能轉(zhuǎn)化為哦輪的動(dòng)能；類似的，電流通過電燈時(shí)，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。我們學(xué)習(xí)分子動(dòng)能的時(shí)候與物體的動(dòng)能進(jìn)行類比；學(xué)習(xí)功率時(shí)，將功率和速度進(jìn)行類比。通過類比，用大家熟悉的水流、水壓的直觀認(rèn)識(shí)，使得看不見、摸不著的抽象的電流、電壓等知識(shí)躍然紙面，栩栩如生。

初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有：1.電流比作水流；2.電壓比作水壓；3.聲波比作水波；4.分子的動(dòng)能比作物體的動(dòng)能；5.功率的定義比作速度的定義。

【典例】

1.我們在學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)時(shí)，發(fā)現(xiàn)大氣與液體有相似的性質(zhì)，因此對照液體壓強(qiáng)知識(shí)來學(xué)習(xí)大氣壓強(qiáng)，這種學(xué)習(xí)方法叫（ ）。

A.比較法 B.模型法

C.控制變量法 D.類比法

解析：物理中涉及這種方法的內(nèi)容很多。例如用水流（水壓）類比電流（電壓）；用水波類比聲波等等。答案： D