初中物理研究方法的整合

李華英

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2016）13-0045-03

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

一、控制變量法

對于多個因素影響某一物理量的問題，在進行探究時，每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對某一物理量是否有影響，最終把多個因素的問題變成多個單一因素的問題，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方法。

初中物理涉及的實驗主要有：1.影響液體蒸發(fā)快慢與哪些因素有關(guān)；2.滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)；3.液體壓強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.滑輪組的機械效率與哪些因素有關(guān)；7.動能、重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)；8.導體的電阻大小與哪些因素有關(guān)；9.探究電阻一定時，電流與電壓的關(guān)系；10.探究電壓一定時，電流與電阻的關(guān)系；11.探究電流通過導體時產(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，用實驗研究它們的關(guān)系時，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，引入磁感線；應用了“控制變量法”進行研究的是（ ）

A.（1）（3） B.（1）（2） C.（2）（4） D.（3）（4）

解析：（2）是應用了實驗推理法，（4）應用了理想模型法，所以答案為A。

二、轉(zhuǎn)換法

物理學中，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，要研究它們的運動規(guī)律，使之轉(zhuǎn)化為學生熟知的看得見、摸得著的宏觀現(xiàn)象來認識它們。這種研究方法就叫轉(zhuǎn)換法。

初中物理涉及的實驗主要有：1.空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動（風）所產(chǎn)生的作用來認識它；2.分子看不見、摸不到，不好研究，可以通過研究墨水的擴散現(xiàn)象去認識它；3.電流看不見、摸不到，判斷電路中是否有電流時，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應來認識它；4.磁場看不見、摸不到，我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來認識它；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轉(zhuǎn)換成細棉線的長度；8.在測量滑動摩擦力時轉(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）；10.測量硬幣的直徑時轉(zhuǎn)化成測刻度尺的長度；11.測液體壓強（我們將液體的壓強轉(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，我們將電熱的多少轉(zhuǎn)換成液柱上升的高度。

【典例】

1.分子運動著看不見、摸不著、不好研究，但科學家可以通過研究墨水的擴散現(xiàn)象來認識它，下面是小紅同學在學習中遇到的四個研究實例，其中采取的方法與剛才研究分子運動的方法相同的是（ ）。

A.研究電流與電阻、電壓關(guān)系時，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，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，將它比作水流。

解析：A答案應用的是控制變量法；D答案應用的是類比法。所以正確答案：B C

三、等效法

在物理實驗中有許多物理特征、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。

初中物理涉及的實驗主要有：1.在研究物體同時受幾個力作用時，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.阿基米德原理表達式：F浮=G排；5.平面鏡成像的實驗中用了兩根等長的蠟燭；6.物體的重心

【典例】

例：某同學在做“探究平面鏡成像的特點”實驗時，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。實驗過程中，眼睛是始終再蠟燭A的一側(cè)觀察。

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

（2）實驗時，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，上述實驗 （選填“能”或“不能”）進行，因為 。

解析：拿一支相同的蠟燭B在玻璃板后面移動，直到看上去它跟蠟燭A的像完全重合，好像蠟燭B也被點燃了，這時蠟燭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驗中的具體運用。采用玻璃板做實驗，是因為玻璃板既能像平面鏡一樣成像，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??；（3）不能，不能確定蠟燭A的像的位置。

四、科學推理法、理想實驗法（實驗推理法）

理想實驗是實驗與抽象思維的完美結(jié)合，它以真實的科學實驗為基礎，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，理想實驗法是在實驗基礎上經(jīng)過科學的概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。且這種方法是在實驗基礎上用已知的規(guī)律對未知的自然現(xiàn)象及規(guī)律做出科學的預見。

初中物理涉及的實驗主要有：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.研究物理問題時經(jīng)常用到科學的研究方法。如探究“真空能否傳聲”就是在實驗基礎上進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.分子熱運動 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：擴散現(xiàn)象是由于分子微觀運動而形成的，但分子很小，不可能用肉眼直接觀察到分子的運動，這時可以通過轉(zhuǎn)換法，由觀察擴散實驗的宏觀現(xiàn)象直接反映分子的熱運動。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，依照鐵屑在磁場中排列的情況，畫出一些有方向的曲線，實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

如果對一個物理現(xiàn)象或過程與另一物理現(xiàn)象或過程進行比較，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。換句話說就是在學習一些十分抽象的，看不見、摸不著的物理量時，由于不易理解就拿出一個大家都能看見的與之很相似的量來進行對照學習。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行類比，從而得出電壓是形成電流的原因的結(jié)論。學生在學習電學知識時，在老師的引導下，聯(lián)想到：水壓迫使水沿著一定的方向流動，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使電路中形成了電流。抽水機是提供水壓的裝置；類似的，電源提供電壓的裝置。水流通過哦輪時，消耗水能轉(zhuǎn)化為哦輪的動能；類似的，電流通過電燈時，消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。我們學習分子動能的時候與物體的動能進行類比；學習功率時，將功率和速度進行類比。通過類比，用大家熟悉的水流、水壓的直觀認識，使得看不見、摸不著的抽象的電流、電壓等知識躍然紙面，栩栩如生。

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

【典例】

1.我們在學習大氣壓強時，發(fā)現(xiàn)大氣與液體有相似的性質(zhì)，因此對照液體壓強知識來學習大氣壓強，這種學習方法叫（ ）。

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