物理研究方法分類解析（一）

劉希

一、控制變量法：就是把一個多因素影響某一物理量的問題，通過控制某幾個因素不變，只讓其中一個因素改變，從而轉(zhuǎn)化為多個單一因素影響某一物理量的問題的研究方法。這種方法在實驗數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次實驗只有一個條件不相同，若兩次實驗結(jié)果不同，則與該條件有關(guān)，否則無關(guān)。反過來，若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關(guān)，則應(yīng)只使該因素不同，而其他因素均應(yīng)相同?？刂谱兞糠ㄊ侵袑W(xué)物理中最常用的方法。中學(xué)物理課本中，蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)；滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)；液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)；研究浮力大小與哪些因素有關(guān)；壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)；滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)；動能、重力勢能大小與哪些因素有關(guān)；導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)；研究電阻一定、電流與電壓的關(guān)系；研究電壓一定、電流和電阻的關(guān)系；研究電流做功的多少跟哪些因素有關(guān)系；電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)；研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)系等均應(yīng)用了這種科學(xué)方法。

例1 小蘭在觀察提琴、吉他、二胡等弦樂器的弦振動時，猜測：即使在弦張緊程度相同的條件下，發(fā)聲的音調(diào)高低還可能與弦的粗細(xì)、長短及弦的材料有關(guān)。于是她想通過實驗來探究一下自己的猜想是否正確。下表是她在實驗室控制的琴弦條件。

如果小蘭想探究弦發(fā)聲的音調(diào)與弦的材料的關(guān)系，你認(rèn)為她應(yīng)該選用表中編號為_________的琴弦（只填寫字母代號）。

探究過程通常采用下列一些步驟：①實驗研究；②分析歸納；⑧提出問題（或猜想）；④得出結(jié)論等。你認(rèn)為小蘭要完成本探究的全過程，所采取步驟的合理順序應(yīng)該是：_________（只填寫數(shù)字代號）。在上述探究過程中，總要控制某些因素，使它們保持不變，一，進(jìn)而尋找出另外一些因素的關(guān)系，這種研究方法叫做“控制變量法”。請你再寫出一個初中物理中用到這種方法的實驗名稱：_________。

解析：想探究弦發(fā)聲的音調(diào)與弦的材料的關(guān)系，應(yīng)控制弦的粗細(xì)、長短相同，只有弦的材料不同，據(jù)此找到弦D和E；第2問考查探究問題的方法，答案為③①②④；第3問把學(xué)生的思路引向了整個初中物理學(xué)習(xí)的內(nèi)容，同學(xué)們可以從力、聲、熱、光、電、磁、能等方面回答。如：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(guān)；研究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)；研究琴弦發(fā)聲的音調(diào)與弦粗細(xì)、松緊、長短的關(guān)系；研究影響液體蒸發(fā)快慢的因素；研究物體吸熱與物質(zhì)種類、質(zhì)量、溫度的關(guān)系；研究影響電阻大小的因素；研究電流與電壓、電阻的關(guān)系；研究電功或電熱與哪些因素有關(guān)；研究通電導(dǎo)體在磁場中的受力與哪些因素有關(guān)；研究影響感應(yīng)電流的方向因素；研究動能（或重力勢能）與哪些因素有關(guān)，等等。

二、等效替代法：等效法是常用的科學(xué)思維方法。等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的。它們之間可以相互替代，而保證結(jié)論不變。等效的方法是指面對一個較為復(fù)雜的問題，提出一個簡單的方案或設(shè)想，而使它們的效果完全相同，從而將問題化難為易。例如我們學(xué)過的等效電路、等效電阻、分力與合力等效以及平面鏡成像的實驗利用兩個完全相同的蠟燭，驗證物與像的大小相同等等。

例2 如右圖所示，兩個小孩能提起一桶水，一個大人同樣能提起這桶水。這現(xiàn)象表明_________。

解析：兩個小孩將兩個力同時作用在水桶上可以將水桶提起，而大人的一個力作用在水桶上也可以將水桶提起。由此看來小孩的兩個力和大人一個力的作用效果是相同的。

三、推理法：是在觀察實驗的基礎(chǔ)上，忽略次要因素，進(jìn)行合理的推想，得出結(jié)論，達(dá)到認(rèn)識事物本質(zhì)的目的。當(dāng)你在對觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行解釋的時候就是在進(jìn)行推理，或說是在作出推論，例如當(dāng)你家的狗在叫的時候，你可能會推想有人在你家的門外；要作出這一推論，你就需要把現(xiàn)象（狗的叫聲）與以往的知識經(jīng)驗，即有陌生人來時狗會叫結(jié)合起來，這樣才能得出符合邏輯的答案。

例3 人們常用推理的方法研究物理問題。在研究物體運(yùn)動狀態(tài)與力的關(guān)系時，伽利略通過如圖甲所示的實驗和對實驗結(jié)果的推理得到如下結(jié)論：運(yùn)動著的物體，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(xiàn)有的實驗設(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，你是怎樣通過實驗現(xiàn)象推理得出“聲音不能在真空中傳播”這一結(jié)論的？

解析：在“研究聲音的傳播”實驗中，實驗現(xiàn)象是隨著罩內(nèi)空氣的不斷抽出，聽到鈴聲越來越弱。但最后還是能聽到聲音，主要原因有：實驗設(shè)備總是很難將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài)，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(jié)論。題目的示例，既給出了學(xué)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(nèi)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(jié)論。