1、控制變量法:就是把一個(gè)多因素影響某一物理量的問題,通過控制某幾個(gè)因素不變,只讓其中一個(gè)因素改變,從而轉(zhuǎn)化為單一因素影響某一物理量問題的研究方法。
2、轉(zhuǎn)換法(放大法):對于一些看不見,摸不著的物理現(xiàn)象,或不易直接測量的物理量,用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用容易測量的物理量間接測量的方法。
3、等效替代法(等效法):在研究物理問題時(shí),有時(shí)為了使問題簡化,常用一個(gè)物理量來代替其他所有物理量,但不會(huì)改變物理效果。
4、理想模型法(抽象法、描述法):把復(fù)雜問題簡單化,將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示。
5、實(shí)驗(yàn)推理法(科學(xué)推理法、理想實(shí)驗(yàn)法):有一些物理現(xiàn)象,由于受實(shí)驗(yàn)條件所限,無法直接驗(yàn)證,需要我們先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論,這也是一種常用的科學(xué)方法。
擴(kuò)展資料
物理學(xué)中對于多因素(多變量)的問題,常常采用控制因素(變量)的方法,把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題。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)因素對事物的影響,分別加以研究,最后再綜合解決。
它是科學(xué)探究中的重要思想方法,廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中。
1、獨(dú)立變量,即一個(gè)量改變不會(huì)引起除因變量以外的其他量的改變。只有將某物理量由獨(dú)立變量來表達(dá),由它給出的函數(shù)關(guān)系才是正確的。
2、非獨(dú)立變量,一個(gè)量改變會(huì)引起除因變量以外的其他量改變。把非獨(dú)立變量看做是獨(dú)立變量,是確定物理量間關(guān)系的一大忌。
正確確定物理表達(dá)式中的物理量是常量還是變量,是獨(dú)立變量還是非獨(dú)立變量,不但是正確解答有關(guān)問題的前提和保障,而且還可以簡化解答過程。
參考資料來源:搜狗百科-控制變量法
參考資料來源:搜狗百科-轉(zhuǎn)換法
參考資料來源:搜狗百科-等效替代法
參考資料來源:搜狗百科-理想模型法
參考資料來源:搜狗百科-理想實(shí)驗(yàn)法
一、控制變量法 指在物理實(shí)驗(yàn)中往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響。
是在初中物理實(shí)驗(yàn)中用的最多的研究方法,如研究影響蒸發(fā)快慢的因素實(shí)驗(yàn);探究電流與電壓、電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn);探究電阻與那些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)?;探究動(dòng)能、重力勢能與那些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn); 最典型的例子是高中《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》的實(shí)驗(yàn),我們研究的方法是:先保持物體的質(zhì)量一定,研究加速度與力的關(guān)系,再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。 二、累積法 將微小量累積后測量求平均的方法,能減小相對誤差。
實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常涉及這一方法。例如,測一張紙的厚度可測100張紙的厚度再求一張紙的厚度;在《用單擺測定重力加速度》實(shí)驗(yàn)中,需要測定單擺周期,用秒表測一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測量30-50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數(shù))。
又如在《測定金屬電阻率》的實(shí)驗(yàn)中,若沒有螺旋測微器時(shí),也可把金屬在鉛筆上密繞若干圈,由線圈總長度來測出金屬絲的直徑。 三、轉(zhuǎn)換法 某些物理量不容易直接測量,或某些現(xiàn)象直接顯示有困難,可以采取把所要觀測的變量轉(zhuǎn)換成其它變量(力、熱、聲、光、電等物理量)的相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行間接觀察和測量,這就是轉(zhuǎn)換法,如磁鐵的磁性強(qiáng)弱可以通過吸引大頭針的多少來見接顯示;風(fēng)力的大小可以通過樹的彎曲成程度來觀察;又如卡文迪許《利用扭秤裝置測定萬有引力恒量實(shí)驗(yàn)》為例:其基本的思維方法便是等效轉(zhuǎn)換。
卡文迪許扭秤發(fā)生扭轉(zhuǎn)后,引力對T 形架的扭轉(zhuǎn)力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉(zhuǎn)力矩這就是等效轉(zhuǎn)換,間接地達(dá)到了無法達(dá)到的目的。本實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)換法還應(yīng)用于石英絲扭轉(zhuǎn)角度的測量上,這個(gè)角度不是直接測出的,而是利用平面鏡反射光在刻度尺上移動(dòng)的距離間接測出的。
轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法。是對事物本質(zhì)深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生的一種飛躍。
如變曲為直實(shí)際上就是該方法的應(yīng)用。理想化法:影響物理現(xiàn)象的因素往往復(fù)雜多變,實(shí)驗(yàn)中常可采用忽略某些次要因素或假設(shè)一些理想條件的辦法,以突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結(jié)果(通俗他說就是抓大放?。?/p>
例如在《用單擺測定重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)懸線不可伸長,懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過程的空氣阻力不計(jì);在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中把電壓表變成內(nèi)阻是無窮大的理想電壓表,電流表變成內(nèi)阻等于0的理想電流表等等實(shí)際都采用了理想化法。 四、放大法 在現(xiàn)象、變化、待測物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和放大對象的不同,放大所使用的物理方法也各異。例如,在《測定金屬電阻率》實(shí)驗(yàn)中所便用的螺旋測微器,主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對應(yīng)副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對長度的機(jī)械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長的指針把通電后線圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來。
又比如在《卡文迪許扭實(shí)驗(yàn)》,其測定萬有引力恒量的思路最后轉(zhuǎn)移到光點(diǎn)的移動(dòng)(跟“庫侖靜電力扭枰實(shí)驗(yàn)一樣),都是將微小形變放大方法的具體應(yīng)用。 五、平衡法 物理學(xué)中常常利用一個(gè)量的作用與另一個(gè)(或幾個(gè))量的作用相同、相當(dāng)或相反來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),制作儀器,進(jìn)行測量。
例如測量中的基本工具彈簧秤的設(shè)計(jì)是利用了力的平衡,天平的設(shè)計(jì)是根據(jù)力矩的平衡;溫度計(jì)是利用了熱的平衡。 六、留跡法 有些物理現(xiàn)象瞬間即逝,如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置,軌跡或圖像等,設(shè)法記錄下來,以便從容地測量、比較和研究。
例如:在《測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度》、《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》、《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》等實(shí)驗(yàn)中,就是通過紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(或重物)在不同時(shí)刻的位置,(位移)及所對應(yīng)的時(shí)刻,從而可從容計(jì)算小車在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出加速度;對于簡諧運(yùn)動(dòng),則是通過擺動(dòng)的漏斗漏出的細(xì)沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,從而很方便地研究簡諧運(yùn)動(dòng)的圖像;又如利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡等實(shí)際。都采用了留跡法。
七、模擬法 有時(shí)受客觀條件限制,不能對某些物理現(xiàn)象送行直接實(shí)驗(yàn)和測量,于是就人為地創(chuàng)造一定的模擬條件,在這樣模擬的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如在《電場中等勢線的描繪》實(shí)驗(yàn)中,因?yàn)閷o電場直接測量很困難,故采用易測量的電流場來模擬。
又如在確定磁場中磁感線的分布,因?yàn)榇鸥芯€實(shí)際不存在。我們就用鐵屑的分布來模擬磁感線的存在。
此外在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中還有比較法、替代法、補(bǔ)償法等。物理作為一門建立在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)之上的學(xué)科,由于中考和高考內(nèi)容日趨拓寬,知識(shí)交叉部分(特別實(shí)行理綜考試)越來越多,能力要求也就更加突出。
所以迫切需要摒棄“實(shí)驗(yàn)無關(guān)緊要”、“講比做好”等錯(cuò)誤觀念,認(rèn)真領(lǐng)悟?qū)嶒?yàn)中的研究方法,只有這樣,才能切實(shí)抓好實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作,另外對學(xué)生整體物理水平的提高有極大的幫助。所以,我們在平時(shí)的教學(xué)中一定要重視物理實(shí)驗(yàn)的研究方法,加強(qiáng)對學(xué)生的引導(dǎo),使他們真正領(lǐng)會(huì)物理實(shí)驗(yàn)方法。
物理學(xué)中部分研究方法試題歸納:一.對比(比較法):尋找?guī)讉€(gè)事物共同點(diǎn)或不同點(diǎn)的研究方法叫對比,這是一種常用的研究方法。
例研究不同色光混合及不同顏料混合;研究蒸發(fā)和沸騰的相同點(diǎn)和不同點(diǎn);研究凸透鏡和凹透鏡的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。在研究蒸發(fā)快慢的決定因素時(shí),在應(yīng)用控制變量的同時(shí),也采用了對比的方法,比較哪一個(gè)蒸發(fā)快。
例1:下面是小宇同學(xué)在物理學(xué)習(xí)中的幾個(gè)研究實(shí)例: (1)在學(xué)習(xí)汽化現(xiàn)象時(shí),研究蒸發(fā)與沸騰的異同點(diǎn) (2)根據(jù)熔化過程的不同,將固體分為晶體和非晶體兩類 (3)比較電流表與電壓表在使用過程中的相同點(diǎn)與不同點(diǎn) (4)在研究磁場時(shí),引入磁感線對磁場進(jìn)行描述 上述幾個(gè)實(shí)例中,采用的主要科學(xué)研究方法是“比較法”的為( )。 A.(1)、(3) B.(3)、(4) C.(2)、(3) D.(2)、(4)二.控制變量法當(dāng)研究的一個(gè)物理量與2個(gè)或2個(gè)以上的其它物理量有關(guān)時(shí),常采用只改變一個(gè)物理量,而使其余物理量保持不變,從而得出被研究物理量和改變量的關(guān)系。
如研究蒸發(fā)快慢決定因素;摩擦力大小決定因素;研究壓強(qiáng)和壓力、受力面積的關(guān)系;液體壓強(qiáng)和液體密度、深度的關(guān)系;浮力大小的決定因素。動(dòng)能大小和物體質(zhì)量、速度的關(guān)系;重力勢能大小和質(zhì)量、舉高高度的關(guān)系;物體吸熱多少和物質(zhì)種類、質(zhì)量、升高溫度三者之間的關(guān)系;電流和電壓及電阻之間的關(guān)系;電功和電流、電壓、及通電時(shí)間的關(guān)系。
例2中:①滑動(dòng)摩擦力大小跟哪些物理量有關(guān) ②牛頓在伽利略等人的基礎(chǔ)上得出牛頓第一定律③電流產(chǎn)生的熱量與哪些因數(shù)有關(guān)④研究磁場時(shí),引入磁感線應(yīng)用“控制變量法”進(jìn)行研究的是( )A.①和③ B.①和② C.②和④ D.③和④三.等效替代法根據(jù)作用效果相同的原理,作用在同一物體上的兩個(gè)力,我們可以用一個(gè)合力來代替它。這種“等效方法”是物理學(xué)中常用的研究方法之一,它可使我們將研究的問題得到簡化。
例3:以下幾種情況中,屬于這種“等效方法”的是( )A.在研究磁現(xiàn)象時(shí).用磁感線來描述看不見、摸不著的磁場B.在研究電現(xiàn)象時(shí),用電流產(chǎn)生的磁效應(yīng)來研究看不見,摸不著的電流C.兩個(gè)電阻并聯(lián)時(shí),可用并聯(lián)的總電阻來代替兩個(gè)電阻D.在研究電流的變化規(guī)律時(shí),用水壓和水流來類比電壓和電流例4:將一個(gè)7Ω的電阻替換某支路中2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻,在其他條件不變時(shí),該條支路中電流不變,說明一個(gè)7Ω的電阻與阻值為2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻對電流的阻礙作用是等效的,因此可用7Ω的電阻替代2Ω和5Ω串聯(lián)的電阻。在用如圖8所示電路測量未知電阻的實(shí)驗(yàn)中,用的就是等效替代法。
其中Rx只是待測電阻(阻值大約幾百歐),R是滑動(dòng)變阻器,R0是電阻箱(電阻箱的最大電阻大于Rx)。 請根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖把下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的空白填齊。
①按電路圖連好電路,并將電阻箱R0的阻值調(diào)至最大。②閉合開關(guān)S1前,滑片P置于 端(填“a”或“b”)。
③閉合開關(guān)S1。④閉合開關(guān) ,調(diào)節(jié)滑片戶,使電流表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?,記下此時(shí)電流表的示數(shù)I。
⑤先斷開開關(guān)______,再閉合開關(guān)______,保持______的電阻不變.調(diào)節(jié)______,使電流表的示數(shù)仍為I。⑥實(shí)驗(yàn)結(jié)果,待測電阻Rx的大小為 。
四.實(shí)驗(yàn)推理法(理想化實(shí)驗(yàn))人們常用推理的方法研究物理問題。在研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與力的關(guān)系時(shí),伽利略通過如圖(甲)所示的實(shí)驗(yàn)和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推理得到如下結(jié)論:運(yùn)動(dòng)著的物體,如果不受外力作用,它的速度將保持不變,并且一直運(yùn)動(dòng)下去。
推理的方法同樣可以用在“研究聲音的傳播”實(shí)驗(yàn)中。如圖(乙)所示的實(shí)驗(yàn)中,現(xiàn)有的抽氣設(shè)備總是很難將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài),在這種情況下,你是怎樣通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理得出“聲音不能在真空中傳播”這下結(jié)論的?例5:在研究真空能否傳聲的時(shí)候,把鬧鐘放在玻璃罩內(nèi),用抽所機(jī)逐漸抽出罩內(nèi)空氣,聽到鈴聲逐漸減小,實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到絕對真空,但可以通過鈴聲的變化趨勢,推測出聲音不能在真空中傳播,這種方法稱為“理想化實(shí)驗(yàn)”。
英國的物理學(xué)家牛頓曾經(jīng)研究過這樣一個(gè)問題:從高山上用不同的水平速度拋出物體,拋出速度大,落地就離山腳越遠(yuǎn),當(dāng)速度越來越大時(shí),物體將如何運(yùn)動(dòng)呢?當(dāng)時(shí)他無法使物體達(dá)到很大的速度,但他通過科學(xué)的推測得出了一個(gè)重要的結(jié)論。請你根據(jù)以上提示及牛頓當(dāng)年所繪制的草圖推測出這個(gè)結(jié)論: 。
現(xiàn)代科技領(lǐng)域中應(yīng)用這個(gè)結(jié)論制成了: 。伽利略等人利用相似的推理方法對力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系進(jìn)行了研究,牛頓在此基礎(chǔ)上總結(jié)出了著名的 定律。
五.轉(zhuǎn)換法對于看不見,摸不著的東西或不易直接觀察認(rèn)識(shí)的問題,我們可以通過它所產(chǎn)生的作用或其他途徑來認(rèn)識(shí)它,這是物理學(xué)中常用的一種方法—轉(zhuǎn)換法 例6:聲音是由發(fā)聲體振動(dòng)產(chǎn)生的,有些發(fā)聲體的振動(dòng)是人眼不易觀察的,如用手敲打桌面時(shí)聽到了聲音,但看不到桌面的振動(dòng),對于這種問題該采用什么方法來解決呢?答:例7:下面幾個(gè)研究實(shí)例,其中運(yùn)用的方法跟運(yùn)用電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的效應(yīng)的大小來研究電流大小這種方法相同的是( )A研究動(dòng)能的大小跟哪些因素有關(guān);B人們認(rèn)識(shí)自然界只有兩種電荷C用擴(kuò)散現(xiàn)象認(rèn)識(shí)分子的運(yùn)動(dòng)例8:愛因斯坦曾說過:“磁場大物理學(xué)家看來正如他坐的。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)要素
作為一種特定的研究方式,實(shí)驗(yàn)法有著三對基本要素。分別是:
·實(shí)驗(yàn)組與控制組;
·前測與后測;
·自變量與因變量。
任何一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)研究,一般都會(huì)涉及到這些基本要素。可以說,實(shí)驗(yàn)研究的這三種基本要素,構(gòu)成了實(shí)驗(yàn)研究所具有的獨(dú)特的語言。
(1)自變量與因變量
自變量是引起其他變量變化的變量,故也稱作原因變量。而因變量則稱作結(jié)果變量。在實(shí)驗(yàn)研究中,自變量又稱作實(shí)驗(yàn)刺激(experimental stimulus),而因變量則往往是研究所測量的變量。實(shí)驗(yàn)研究的中心目標(biāo)是探討變量之間的因果關(guān)系,其基本內(nèi)容是考察自變量對因變量的影響,即考察實(shí)驗(yàn)剌激對因變量的影響。與一般意義上的自變量有所不同的是,實(shí)驗(yàn)中的自變量通常都是二分變量,即它通常只有兩個(gè)取值:有和無,即給予實(shí)驗(yàn)刺激或不給予實(shí)驗(yàn)剌激。
(2)前測與后測
在一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,通常需要對因變量(或結(jié)果變量)進(jìn)行前后兩次相同的測量。第一次在給予實(shí)驗(yàn)剌激之前,稱為前測(pretest)。第二次則在給予實(shí)驗(yàn)剌激之后,稱為后測(posttest)。研究者通過比較前測和后測的結(jié)果,來衡量因變量在給予實(shí)驗(yàn)刺激前后所發(fā)生的變化,反映實(shí)驗(yàn)刺激(自變量)對因變量所產(chǎn)生的影響。這種測量既可以是一次問卷調(diào)查,也可以是一項(xiàng)測驗(yàn)。
(3)實(shí)驗(yàn)組與控制組
實(shí)驗(yàn)組(experimental group)是實(shí)驗(yàn)過程中接受實(shí)驗(yàn)剌激的那一組對象。即使是在最簡單的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中,也至少會(huì)有一個(gè)實(shí)驗(yàn)組??刂平M(control group)也稱為對照組,它是各方面與實(shí)驗(yàn)組都相同,但在實(shí)驗(yàn)過程中并不給予實(shí)驗(yàn)刺激的一組對象。控制組的作用是向人們顯示,如果不接受實(shí)驗(yàn)刺激那樣的處理,那么將會(huì)怎樣,與實(shí)驗(yàn)組形成比較。在實(shí)驗(yàn)研究過程中,研究者不僅觀察接受刺激的實(shí)驗(yàn)組,同時(shí)他們也觀察沒有接受實(shí)驗(yàn)剌激的控制組。并通過比較對這兩組對象的觀察結(jié)果,來分析和說明實(shí)驗(yàn)刺激的作用和影響。
試驗(yàn)設(shè)計(jì)的三個(gè)基本原則
(1)設(shè)置重復(fù):同一處理在試驗(yàn)中出現(xiàn)的次數(shù)稱為重復(fù)。重復(fù)的作用有二,一是降低試驗(yàn)誤差,擴(kuò)大試驗(yàn)的代表性;二是估計(jì)試驗(yàn)誤差的大小,判斷試驗(yàn)可靠程度。
(2)隨機(jī)化:試驗(yàn)單元的分配和各個(gè)試驗(yàn)進(jìn)行的次序都是隨機(jī)確定的,這個(gè)原理稱為隨機(jī)化。隨機(jī)化是試驗(yàn)分析使用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法的基石。隨機(jī)排列是指處理安排到哪一個(gè)試驗(yàn)單元是隨機(jī)的,不應(yīng)受人的主觀意識(shí)所影響。
(3)局部控制:是將整個(gè)試驗(yàn)空間分成若干個(gè)各自相對均勻的局部,每個(gè)局部叫做一個(gè)區(qū)組。將要比較的全部或部分處理安排在同一區(qū)組中,從而增加區(qū)組內(nèi)處理間的可比性,這種用區(qū)組來控制和減少試驗(yàn)誤差的方法,叫做局部控制。
控制變量法 探究電阻大小與材料、長度、粗細(xì)的關(guān)系;探究琴弦音調(diào)的高低與弦的材料、長度、粗細(xì)、松緊的關(guān)系。
轉(zhuǎn)換法 通過燈光的亮、暗判斷電流的大小 通過乒乓球被彈起的幅度判斷音叉振幅的大小
等效替換法 曹沖稱象 用電阻箱測未知電阻阻值
類比法 用水流來研究電流
注:轉(zhuǎn)換法與等效替換法的區(qū)別,轉(zhuǎn)換法是用一個(gè)物理量的現(xiàn)象來判斷另一個(gè)物理量,如亮暗判斷電流;而等效替換法相互替換的是同一個(gè)物理量,石塊的浮力替換象的浮力
類比法與轉(zhuǎn)換法的區(qū)別:轉(zhuǎn)換法有因果關(guān)系,即電流大,燈泡亮;而類比法之間沒有因果聯(lián)系,如水流的大小與電流的大小沒有關(guān)系。
中考物理實(shí)驗(yàn)探究題方法類試題研究 《初中物理考試命題導(dǎo)向研究》課題組 物理方法既是科學(xué)家研究問題的方法,也是學(xué)生在學(xué)習(xí)物理中常用的方法,新課標(biāo)也要求學(xué)生掌握一些探究問題的物理方法。
初中階段有哪些物理方法需要學(xué)生熟悉?在中考的實(shí)驗(yàn)探究題將以何種形式考查這些科學(xué)方法呢? 一、常見的物理研究方法 模型法:即將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示。如用太陽系模型代表原子結(jié)構(gòu),用簡單的線條代表杠桿等。
疊加放大法:物理學(xué)中常常把微小的、不易測量的同一物理量疊加放大,如用鏡面反射激光方法,來將音叉微小振動(dòng)的幅度放大等??刂谱兞糠ǎ鹤匀唤绨l(fā)生的各種現(xiàn)象,往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的。
決定某一個(gè)現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規(guī)律,必須設(shè)法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來,使它保持不變,然后來比較,研究其他變量之間的關(guān)系,這種研究問題的科學(xué)方法就是“控制變量法”。
初中物理實(shí)驗(yàn)大多都用到了這種方法,如通過導(dǎo)體的電流I受到導(dǎo)體電阻R和它兩端電壓U的影響,在研究電流I與電阻R的關(guān)系時(shí),需要保持電壓U不變;在研究電流I與電壓U的關(guān)系時(shí),需要保持電阻R不變。例題:(2007年深圳)小斌同學(xué)在做“探究斜面長度是否影響斜面的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)時(shí),他用彈簧秤拉同一木塊,沿高度相同、長度不同的斜面,從斜面底端勻速拉至斜面頂端,下表是他記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
請你計(jì)算出下列表格中“①”、“②”的機(jī)械效率(結(jié)果保留三個(gè)有效數(shù)字)。并將結(jié)果入答題卡中指定答題區(qū)域內(nèi)。
分析上表數(shù)據(jù),你得到的結(jié)論是:將同一重物沿粗糙程度相同的斜面移動(dòng)相同的高度,斜面長度越 ③ 時(shí),機(jī)械效率越 ④ 。(2007年莆田)探究杠桿平衡的條件(1)請將下列步驟填完整:a、調(diào)節(jié)杠桿兩端的螺母,使杠桿在____位置平衡;b、改變動(dòng)力或動(dòng)力臂的大??;c、調(diào)節(jié)_________________________的大小,使杠桿重新平衡(2)實(shí)驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)如下表:實(shí)驗(yàn)次數(shù) 動(dòng)力/N 動(dòng)力臂/cm 阻力/N 阻力臂/cm1 4 5 2 102 1.5 10 3 53 2 15 3 104 l 20 1 20 分析上表,用F1、F2、L1和L2分別表示動(dòng)力、阻力、動(dòng)力臂和阻力臂,杠桿平衡條件可表示為:___________________________。
實(shí)驗(yàn)+推理法:有一些物理現(xiàn)象,由于受實(shí)驗(yàn)條件所限,無法直接驗(yàn)證,需要我們先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論,這也是一種常用的科學(xué)方法。如將一只鬧鐘放在密封的玻璃罩內(nèi),當(dāng)罩內(nèi)空氣被抽走時(shí),鐘聲變小,由此推理出:真空不能傳聲。
例題:(2007年株洲)在機(jī)械制造中有一個(gè)給大飛輪定重心的工序,該工序的目的是使飛輪的重心發(fā)生微小的位移,以使它準(zhǔn)確位于軸心上。如圖13所示,一個(gè)質(zhì)量為M=80kg、半徑為R=0.6m的金屬大飛輪可在豎直平面內(nèi)繞軸心(圖中兩虛線的交點(diǎn))自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
用力推動(dòng)一下大飛輪,飛輪轉(zhuǎn)動(dòng)若干周后停止。多次試驗(yàn),發(fā)現(xiàn)飛輪邊緣上的標(biāo)記F總是停在圖示位置。
(1)根據(jù)以上情況,可以初步確定飛輪重心P可能在圖中 。A.軸心正下方的某一位置 B.軸心左側(cè)的某一位置 C.軸心右側(cè)的某一位置 (2)工人在飛輪邊緣上的某點(diǎn)E處,焊接上質(zhì)量為m=0.4 kg的金屬后,再用力推動(dòng)飛輪,當(dāng)觀察到 的現(xiàn)象時(shí),說明飛輪的重心已調(diào)整到軸心上了。
(3)請?jiān)趫D13中標(biāo)出E的位置。(4)試求調(diào)整前飛輪的重心P到軸心的距離l。
(提示:利用杠桿平衡條件) 轉(zhuǎn)換法:一些看不見,摸不著的物理現(xiàn)象,不好直接認(rèn)識(shí)它,我們常根據(jù)它們表現(xiàn)出來的看的見、摸的著的現(xiàn)象來間接認(rèn)識(shí)它們。如在物理教學(xué)過程中常常根據(jù)電流的熱效應(yīng)來認(rèn)識(shí)電流大小,根據(jù)磁場對磁體有力的作用來認(rèn)識(shí)磁場等。
等效法:在研究物理問題時(shí),有時(shí)為了使問題簡化,常用一個(gè)物理量來代替其他所有物理量,但不會(huì)改變物理效果。如用合力替代各個(gè)分力,用總電阻替代各部分電阻,浮力替代液體對物體的各個(gè)壓力等。
描述法:為了研究問題的方便,我們常用線條等手段來描述各種看不見的現(xiàn)象。如用光線來描述光,用磁感線來描述磁場,用力的圖示描述力等。
類比法:在認(rèn)識(shí)一些物理概念時(shí),我們常將它與生活中熟悉且有共同特點(diǎn)的現(xiàn)象進(jìn)行類比,以幫助我們理解它。如認(rèn)識(shí)電流大小時(shí),用水流進(jìn)行類比。
認(rèn)識(shí)電壓時(shí),用水壓進(jìn)行類比。二、在中考中出現(xiàn)的考題賞析 例題:(2005年安徽)建立物理模型是物理學(xué)習(xí)研究問題的一種重要方法。
例如:研究平靜水面產(chǎn)生的反射現(xiàn)象時(shí),可以將水面看成平面鏡。同理,定滑輪可以看成是__________。
解析:定滑輪可以看成等臂杠桿。(2005年長沙)物理學(xué)研究中常常用到“控制變量法”、“等效法”、“類比法”等科學(xué)方法。
在下列研究實(shí)例中,運(yùn)用了控制變量法的是( ) A.研究電流的形成原因時(shí),將電流與水流相比較,從分析水流的形成來入手分析電流的形成。B.研究電流的大小時(shí),根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)大小來判斷電流的大小。
C.研究多個(gè)電阻組成的電路時(shí),求出電路的總電阻,用總電阻產(chǎn)生的效果來代替所有電阻產(chǎn)生的總效果。D.研究電流與電壓大小關(guān)系時(shí),保持電阻大小不變,改變電阻兩端的電壓值,觀察電流如何隨電壓變化而變化。
解析:A為類比法。
物理中探究實(shí)驗(yàn)的方法有:一.對比(比較法):尋找?guī)讉€(gè)事物共同點(diǎn)或不同點(diǎn)的研究方法叫對比,這是一種常用的研究方法。
例研究不同色光混合及不同顏料混合;研究蒸發(fā)和沸騰的相同點(diǎn)和不同點(diǎn);研究凸透鏡和凹透鏡的相同點(diǎn)和不同點(diǎn)。在研究蒸發(fā)快慢的決定因素時(shí),在應(yīng)用控制變量的同時(shí),也采用了對比的方法,比較哪一個(gè)蒸發(fā)快。
二.控制變量法當(dāng)研究的一個(gè)物理量與2個(gè)或2個(gè)以上的其它物理量有關(guān)時(shí),常采用只改變一個(gè)物理量,而使其余物理量保持不變,從而得出被研究物理量和改變量的關(guān)系。如研究蒸發(fā)快慢決定因素;摩擦力大小決定因素;研究壓強(qiáng)和壓力、受力面積的關(guān)系;液體壓強(qiáng)和液體密度、深度的關(guān)系;浮力大小的決定因素。
動(dòng)能大小和物體質(zhì)量、速度的關(guān)系;重力勢能大小和質(zhì)量、舉高高度的關(guān)系;物體吸熱多少和物質(zhì)種類、質(zhì)量、升高溫度三者之間的關(guān)系;電流和電壓及電阻之間的關(guān)系;電功和電流、電壓、及通電時(shí)間的關(guān)系。三.等效替代法根據(jù)作用效果相同的原理,作用在同一物體上的兩個(gè)力,我們可以用一個(gè)合力來代替它。
這種“等效方法”是物理學(xué)中常用的研究方法之一,它可使我們將研究的問題得到簡化。四.實(shí)驗(yàn)推理法(理想化實(shí)驗(yàn))人們常用推理的方法研究物理問題。
在研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與力的關(guān)系時(shí),伽利略通過如圖實(shí)驗(yàn)和對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的推理得到如下結(jié)論:運(yùn)動(dòng)著的物體,如果不受外力作用,它的速度將保持不變,并且一直運(yùn)動(dòng)下去。推理的方法同樣可以用在“研究聲音的傳播”實(shí)驗(yàn)中。
實(shí)驗(yàn)中,現(xiàn)有的抽氣設(shè)備總是很難將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài),在這種情況下,你是怎樣通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推理得出“聲音不能在真空中傳播”這下結(jié)論的?五.轉(zhuǎn)換法對于看不見,摸不著的東西或不易直接觀察認(rèn)識(shí)的問題,我們可以通過它所產(chǎn)生的作用或其他途徑來認(rèn)識(shí)它,這是物理學(xué)中常用的一種方法—轉(zhuǎn)換法 六.類比的方法兩類不同事物之間某種關(guān)系上的相似叫類似,從兩類不同事物之間找出某些相似的關(guān)系的思維方法,叫類比。借助類比,常能創(chuàng)造性地解決一些十分陌生、十分困難的問題,在物理學(xué)中,現(xiàn)象、屬性、概念、規(guī)律、理論和描述手段等涉及的種種關(guān)系,都可以是類比的對象。
七、模型法①為了研究的需要,把物理實(shí)體或物理過程經(jīng)過科學(xué)抽象轉(zhuǎn)化為一定的模型,這種轉(zhuǎn)化忽略了一些次要因素,突出主要因素,所以這種模型叫“假想模型法”又叫“理想模型”。它是物理教學(xué)的基礎(chǔ),可使物理教學(xué)簡單化,形象直觀化,又可使具體問題普遍化,便于學(xué)生發(fā)揮抽象思維、形象思維、發(fā)散思維。
②建立模型可以幫助人們透過現(xiàn)象,忽略次要因素,從本質(zhì)認(rèn)識(shí)和處理問題;建立模型還可以幫助人們顯示復(fù)雜事物及過程,幫助人們研究不易甚到無法直接觀察的現(xiàn)象。例如:①研究分子、原子結(jié)構(gòu)時(shí),提出一種結(jié)構(gòu)模型的猜想——原子核式模型(行星模型);②研究撬棒撬石塊時(shí),把撬棒當(dāng)做是杠桿模型。
八、觀察法 觀察法是指人們在自然存在的條件下,對自然、實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和過程,通過人的感覺器官或借助科學(xué)儀器對有關(guān)物理現(xiàn)象,有目的、有計(jì)劃地進(jìn)行觀察、研究的一種基本方法。 所謂“自然存在的條件”,是指對觀察對象不加控制、不加干預(yù)、不影響其常態(tài),所謂“有目的、有計(jì)劃”,是指根據(jù)科學(xué)研究的任務(wù),對于觀察對象、觀察范圍、觀察條件和觀察方法作了明確的選擇,而不是觀察能作用于人感官的任何事物。
九、探究法:探究法是指用科學(xué)的方法深入探討、反復(fù)研究事物的本質(zhì)和規(guī)律它既是一種研究方法,也是一種學(xué)習(xí)方法十、累積法: 在測量的量很小時(shí),將很多規(guī)格、性質(zhì)相同的物體累加起來測量,然后除以個(gè)數(shù)算出平均值以減小誤差的方法就叫累積法。十一、比值法 17. 物理學(xué)常用“比值法”來定義物理量。
請你參照下面給出的題例再舉兩個(gè)例子 (需說明定義的物理量名稱及其數(shù)學(xué)表達(dá)式,講明是什么物理量與什么物理量的比值及這個(gè)比值的物理意義) 例 速度 ,是路程與時(shí)問的比值;它表示物體運(yùn)動(dòng)的快慢。 十二、分析歸納法歸納方法是透過現(xiàn)象抓本質(zhì),將一定的物理事實(shí)(現(xiàn)象、過程)歸入某個(gè)范疇,并找到支配的規(guī)律性。
完成這一歸納任務(wù)的方法是:在觀察和實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,通過審慎地考察各種事例,并運(yùn)用比較、分析、綜合、抽象、概括以及探究因果關(guān)系等一系列邏輯方法,推出一般性猜想或假說,然后再運(yùn)用演繹對其進(jìn)行修正和補(bǔ)充,直至最后得到物理學(xué)的普遍性結(jié)論。 十三、假設(shè)法物理解題中的假設(shè),從內(nèi)容要素看有參量假設(shè)、現(xiàn)象假設(shè)和過程假設(shè)等,從運(yùn)用策略看有極端假設(shè)、反面假設(shè)等.利用假設(shè),我們可以方便地對問題進(jìn)行分析、推理、判斷,恰當(dāng)?shù)剡\(yùn)用假設(shè),可以起到化拙為巧、化難為易的效果。
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