實驗專題複習 初中物理常見的研究方法

2022-09-03 12:42:03 字數 3508 閱讀 9595

初中物理常見的研究方法

一、控制變數法:把乙個多因素影響某一物理量的問題,通過控制其中幾個因素不變,只讓其中乙個因素改變,從而轉化為多個單一因素影響某一物理量的問題的研究方法。這種方法在實驗資料的**上反映為:

某兩次試驗只有乙個條件不相同,若兩次試驗結果不同,則與該條件有關,否則無關。反過來,若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關,則應只使該因素不同,而其他因素均應相同。控制變數法是中學物理中最常用的方法。

例項:研究影響力的作用效果的因素

研究滑動摩檫力與哪些因素有關

研究液體內部的壓強

研究影響液體蒸發快慢的因素

研究物體吸熱與物質種類、質量、溫度的關係

研究影響電阻大小的因素

研究電流與電壓、電阻的關係

研究電功或電熱與哪些因素有關

研究通電導體在磁場中的受力與哪些因素有關

研究影響感應電流的方向因素

研究動能(或重力勢能)與哪些因素有關

【例題】某校研究性學習小組在**「液體蒸發的快慢與哪些因素有關」的過程中,根據生活經驗提出了以下兩種猜想:

猜想一:液體蒸發的快慢可能和物質的種類有關。

猜想二:液體蒸發的快慢和液體表面空氣流動的快慢有關。

針對猜想一,同學們設計的實驗及觀察到的現象如下:

在玻璃板上,同時用酒精和水塗乙個同樣大的圓斑,觀察發現酒精圓斑先乾了。

請你認真思考下列問題,並回答:

(1)同學們通過實驗得出的結論是:

(2)實驗中「塗同樣大的圓斑」其目的是:

(3)設計出研究猜想二的實驗方案:

二、推理法(理想實驗法):有一些物理現象,由於受實驗條件限制,無法直接驗證,需要我們在通常的情況下進行實驗,然後進行合理的推想,得出結論,達到認識事物本質的目的。這也是一種常用的科學方法——推理法。

由於推理法是用通常情況下完成的實驗代替了理想情況下才能完成的實驗,所以推理法有時也叫理想實驗法。初中物理教材中比較典型的例子是牛頓第一定律的得出。

【例題】人們常用推理的方法研究物理問題。在研究物體運動狀態與力的關係時,伽利略通過如圖甲所示的實驗和對實驗結果的推理得到如下結論:運動著的物體,如果不受外力作用,它的速度將保持不變,並且一直運動下去。

推理的方法同樣用在「研究聲音的傳播」實驗中。在如圖乙的試驗中,現有的實驗裝置總是很難將玻璃罩內抽成真空狀態,在這種情況下,你是怎樣通過實驗現象推理得出「聲音不能在真空中傳播」這一結論的?

【分析】在「研究聲音的傳播」實驗中,實驗現象是隨著罩內空氣的不斷抽出,聽到鈴聲越來越弱。但最後還是能聽到聲音,主要原因有:實驗裝置總是很難將玻璃罩內抽成真空狀態,以及周圍的固體還能傳聲。

這時推理就顯得很重要了,它能夠突破實驗條件的限制,抓住主要因素,忽略次要因素,得出結論。題目的示例,既給出了學生套用的格式,又降低了考題的難度。本實驗可以推理:

如果罩內被抽成真空,將不能聽到鈴聲,由此可以推出「聲音不能在真空中傳播」的結論。

三、轉換法:物理學中對於一些看不見、摸不著的現象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現象去認識,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。初中物理在研究概念、規律和實驗中多處應用了這種方法。

例項: 物體發生形變或運動狀態改變可證明此物受到力的作用

馬得堡半球實驗可證明大氣壓的存在

影子的形成可證明光沿直線傳播

奧斯特實驗可證明電流周圍有磁場

指南針指南北可證明地磁場的存在

擴散現象可證明分子做無規則運動

鉛塊實驗可證明分子間引力的存在

運動的物體能對外做功可證明它具有能

溫度計的工作原理

【例題】用下圖所示的實驗來研究流體壓強與流速的關係時,對著兩紙片中間吹氣

是為了你是通過觀察

來判斷紙片間壓強大小變化的。這種研究問題的方法叫做

【分析】對著兩紙片中間吹氣是為了加快兩紙片間空氣的流速,我們是通過觀察兩紙片相互靠近或遠離來判斷紙片間壓強大小變化的。由於氣體壓強我們看不見、摸不著,所以我們通過這種轉換法的方式感知它的存在。

四、等效法:等效是指不同的物理現象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規律方面是相同的。它們之間可以相互替代,而保證結論不變。

等效的方法是指面對乙個較為複雜的問題,提出乙個簡單的方案或設想,而使它們的效果完全相同,從而將問題化難為易,求得解決。

例項: 等效電路

等效電阻

分力與合力等效

用排水法測量不規則小塊固體的體積

轉換法: 電流大小燈泡亮度

磁場小磁針偏轉

等效法: 分力合力

小石塊體積排開水的體積;

小結: 「 等效法 」 中相互替代的兩個物理量種類通常相同,而「轉換法」中的兩個物理量只是有因果關係,其性質往往並不相同。

如圖所示,在桌面上豎立一塊玻璃板,把一支點燃的蠟燭放在玻璃板前面,可以看到玻璃板面出現蠟燭的像。要想研究玻璃板成像特點,關鍵的問題是設法確定像的位置。仔細想想,實驗時具體的做法是我們這樣確定像的位置,憑藉的是視覺效果的相同,因而可以說是採用了_________的科學方法。

【分析】虛像是無法用光屏承接的,因此虛像特點的研究成了實驗的乙個難題;為了準確的**平面鏡所成虛像的特點,實驗中用兩支完全相同的蠟燭和可透視的平面玻璃板,並採用等效法很好地解決了這一難題。答案:另外拿乙隻相同的蠟燭在玻璃板後面移動,直到看上去它跟像完全重合;等效替代。

五、模擬法:模擬在物理學中有著廣泛的應用。所謂模擬,實際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。

它是根據兩個(或兩類)物件之間在某些方面的相同或相似而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。從而可以幫助我們理解較複雜的實驗和較難的物理知識。

例項: 電壓與水壓

電流與水流

內能與機械能

原子結構與太陽系

六、模型法:實際中的事物都是錯綜複雜的,在用物理的規律對實際中的事物進行研究時,常需要對它們進行必要的簡化,忽略次要因素,以突出主要矛盾.用這種理想化的方法將實際中的事物進行簡化,便可得到一系列的物理模型。

例項: 研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模

研究連通器原理時用到液片模型

研究光現象時用到光線模型

研究磁現象時用到磁感線模型

力的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型

電路圖是實物電路的模型

注意: 模型法有時也包含有模擬法的思想,但它更突出的特點是力求將研究的物件抽象化、簡單化。

七、比較法:尋找兩件事物的相同和不同之處,就需要用到比較法,可以進行比較的事物和物理量很多,對不同或有聯絡的兩個物件進行比較,我們主要從中尋找它們的不同點和相同點,從而進一步揭示事物的本質屬性。

例項: 質量與重力的比較

壓力與重力的比較

串聯與併聯電路的比較

電流錶和電壓表用法的比較

串、並電路電壓、電流、電阻的比較

功率與效率的比較

電與磁的比較

研究某些物理知識或物理規律,往往要同時用到幾種研究方法。如在研究電阻的大小與哪些因素有關時,我們同時用到了觀察法(觀察電流錶的示數)、轉換法(把電阻的大小轉換成電流的大小,通過研究電流的大小來得到電阻的大小)、歸納法(將分別得出的電阻與材料、長度、橫截面積、溫度有關的資訊歸納在一起)、和控制變數法(在研究電阻與長度有關時控制了材料、橫截面積)等方法。

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