物理研究方法專題復(fù)習(xí)

高虹燕

控制變量法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法、推理法、理想模型法等研究物理問題的方法.幫助我們解決了很多實(shí)驗(yàn)中遇到的難題，我們應(yīng)重視學(xué)習(xí)科學(xué)探究方法和科學(xué)家的探索精神，形成初步的科學(xué)探究能力.下面我們一起來學(xué)習(xí)初中物理中常用的研究方法.

控制變量法

事物之間都是相互聯(lián)系的.物理量也不例外，當(dāng)我們研究某個(gè)物理量與其他若干個(gè)因素（物理量）之間的相互關(guān)系時(shí)，為了確定這個(gè)物理量與其中一個(gè)因素的關(guān)系.就需要控制其他因素不變，來研究這個(gè)物理量與其中一個(gè)因素變化的關(guān)系，這種方法就叫作控制變量法.

人教版八年級(jí)物理教材中，用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)主要有五個(gè)：

1.研究音調(diào)與頻率的關(guān)系、響度與振幅的關(guān)系.

2.研究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關(guān)系.

3.研究壓力的作用效果與壓力的大小和受力面積大小的關(guān)系.

4.研究物體動(dòng)能的大小與質(zhì)量和速度的關(guān)系.

5.研究物體重力勢(shì)能的大小與質(zhì)量和高度的關(guān)系.

倒1 （2019.河南）在探究“影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素”的實(shí)驗(yàn)中，裝置如圖1所示，鋁塊和木塊的外形相同，一端帶有定滑輪的長木板固定不動(dòng)，鋁塊通過細(xì)線與彈簧測力計(jì)相連.（忽略滑輪的摩擦）

（1）圖甲中，將鋁塊放在水平木板上，豎直向上拉彈簧測力計(jì).當(dāng)鋁塊沿水平方向做____運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋁塊所受滑動(dòng)摩擦力大小等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)F1，則F1=____ N.

（2）比較甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)，可以得出：在______相同時(shí)，____ 越大.滑動(dòng)摩擦力越大.

（3）圖乙實(shí)驗(yàn)完成后，利用原有器材，還可進(jìn)一步探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系，請(qǐng)你簡要說明實(shí)驗(yàn)方案：____ .

（4）請(qǐng)你判斷：圖丙中，鋁塊水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所受滑動(dòng)摩擦力____（填“大于”“小于”或“等于”）圖甲中鋁塊所受滑動(dòng)摩擦力.

解析：（1）豎直向上拉彈簧測力計(jì)，通過定滑輪使鋁塊沿水平方向做勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，鋁塊在水平方向上受到平衡力的作用，鋁塊所受滑動(dòng)摩擦力大小等于彈簧測力計(jì)的示數(shù)，彈簧測力計(jì)的示數(shù)為1.6 N.即木塊受到的滑動(dòng)摩擦力大小為16 N.（2）分析比較甲、乙兩次實(shí)驗(yàn)可知.滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力大小有關(guān)，在接觸面粗糙程度相同時(shí)，壓力越大，滑動(dòng)摩擦力越大.（3）要探究滑動(dòng)摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關(guān)系，需控制壓力相同，使接觸面的粗糙程度不同.（4）由圖丙可知，鋁塊在木板上運(yùn)動(dòng)時(shí).壓力和接觸面的粗糙程度均不變，故圖丙中鋁塊水平運(yùn)動(dòng)時(shí)所受滑動(dòng)摩擦力等于圖甲中鋁塊所受滑動(dòng)摩擦力.

答案：（1）勻速直線1.6（2）接觸面粗糙程度壓力 （3）將木塊與鋁塊互換位置，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，比較兩次彈簧測力計(jì)的示數(shù) （4）等于

轉(zhuǎn)換法

在研究看不見的物質(zhì)或現(xiàn)象時(shí)，可以通過研究該物質(zhì)或現(xiàn)象所產(chǎn)生的可見效果.進(jìn)一步分析物質(zhì)或現(xiàn)象，這種方法叫作轉(zhuǎn)換法.值得注意的是.等效替代法雖然也包含有轉(zhuǎn)換法的思想，但其研究主體已發(fā)生轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)換法則是通過研究主體所產(chǎn)生的效果來上溯其原因的一種研究方法，

人教版八年級(jí)物理教材中.用到轉(zhuǎn)換法的實(shí)驗(yàn)主要有三個(gè)：

1.利用小球振動(dòng)來判斷發(fā)聲體在振動(dòng).

2.利用小桌陷入海綿的深度來判斷壓力的作用效果.

3.根據(jù)小球?qū)⒛緣K推動(dòng)的遠(yuǎn)近來判斷小球動(dòng)能的大小，

等效替代法

將某個(gè)物理量、物理裝置、物理狀態(tài)（或過程），用另外一個(gè)物理量、物理裝置、物理狀態(tài)（或過程）來替代，得到同樣的結(jié)論，這種方法叫作等效替代法，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.

人教版八年級(jí)物理教材中，用到等效替代法的實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)：

1.測量不規(guī)則小塊固體的體積時(shí)，用它排開水的體積替代固體的體積.

2.托里拆利實(shí)驗(yàn)中，利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓相等測定大氣壓的數(shù)值.

推理法

推理法是在大量可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上，以實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程為原形，通過合理的推理總結(jié)出結(jié)論.從而深刻地揭示物理規(guī)律的本質(zhì)，這種方法是物理學(xué)中進(jìn)行研究的一種重要方法.

人教版八年級(jí)物理教材中.用到推理法的實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)：

1.研究真空不能傳聲.

2.研究牛頓第一定律.

例2 （2019.樂山）小秋為探究“運(yùn)動(dòng)與力的關(guān)系”.設(shè)計(jì)了如圖2所示的斜面實(shí)驗(yàn).讓同一小車滑到接觸面分別為毛巾、棉布和木板的水平面上.觀察小車在水平面上滑行的距離.

（1）為了使小車滑到水平面時(shí)的初速度相同.實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)讓小車從同一斜面的____滑下.這種研究問題的方法是____法.

（2）比較甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)阻力越小，小車滑行的距離就越____（填“遠(yuǎn)”或“近”），說明小車運(yùn)動(dòng)的速度改變得越（填“快”或“慢”）.

（3）伽利略對(duì)類似的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了分析，并進(jìn)一步推測：如果水平面光滑，小車在運(yùn)動(dòng)時(shí)不受阻力，則小車將在水平面上____ .說明運(yùn)動(dòng)的物體 ____（填“需要”或“不需要”）力來維持.

（4）牛頓在伽利略等人的研究成果上概括出了牛頓第一定律.該定律____.

A.能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證

B.不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證，所以不能確定這個(gè)定律是否正確

C.是在大量經(jīng)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上，通過進(jìn)一步的推理概括得出的

解析：（1）為了使小車在滑到水平面時(shí)的初速度相同，在實(shí)驗(yàn)中應(yīng)讓小車從同一斜面的同一高度由靜止開始滑下，這里采取的研究方法是控制變量法.（2）實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)：小車在毛巾表面上滑行的距離最短.在木板上滑行的距離最遠(yuǎn)，說明小車受到的阻力越小，速度減小得越慢，滑行得越遠(yuǎn).（3）進(jìn)一步推理可知，若水平面絕對(duì)光滑，即小車不受摩擦力，則小車將做勻速直線運(yùn)動(dòng).說明運(yùn)動(dòng)的物體不需要力來維持.（4）牛頓第一定律是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上通過進(jìn)一步推理概括出來的.不能用實(shí)驗(yàn)來直接驗(yàn)證，但它是個(gè)正確的定律，故C正確.

答案：（1）同一高度控制變量 （2）遠(yuǎn)慢 （3）做勻速直線運(yùn)動(dòng)不需要 （4）C

理想模型法

理想模型法是物理學(xué)中的一個(gè)重要的研究方法，運(yùn)用這種方法的目的是為了摒棄次要條件，突出主要因素，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行理想化、簡單化處理，從而方便對(duì)物理本質(zhì)的研究.在物理學(xué)中，常常把實(shí)際研究對(duì)象或?qū)嶋H過程抽象成為理想模型.

人教版八年級(jí)物理教材中，用到理想模型法的實(shí)驗(yàn)主要有兩個(gè)：

1.在研究光的傳播路徑和方向時(shí)，引入光線

2.將光滑表面看作是沒有摩擦的理想表面.

小結(jié)：上面五種方法是初中物理課本中常用到的研究方法，值得一提的是.很多物理規(guī)律的形成、實(shí)驗(yàn)過程的設(shè)計(jì)用到了多種研究方法，例如，在研究物體動(dòng)能的大小與質(zhì)量和速度的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中.根據(jù)小球?qū)⒛緣K推動(dòng)的遠(yuǎn)近來判斷小球動(dòng)能的大小，這是轉(zhuǎn)換法：在研究動(dòng)能的大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí).要控制小球的速度不變.用到了控制變量法.同學(xué)們?cè)谄綍r(shí)的學(xué)習(xí)中應(yīng)重視這些方法的使用過程，逐步提高對(duì)它們的應(yīng)用能力.

責(zé)任編輯 蔡華杰