初中物理研究方法匯總
控制變量法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為:某兩次實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)條件不相同,若兩次實(shí)驗(yàn)結(jié)果不同,則與該條件有關(guān),否則無(wú)關(guān)。反過(guò)來(lái),若要研究的問(wèn)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。控制變量法是中學(xué)物理中最常用的方法,也是中考出題最多的方法。
首先,在初中物理實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。
具體做法是根據(jù)研究目的,運(yùn)用一定的手段(控制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等)主動(dòng)干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過(guò)程,在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律。
例如,在探索、研究導(dǎo)電體的電阻的大小同導(dǎo)電體的哪些特性有關(guān)時(shí),可先故意將橫截面積、長(zhǎng)度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中,分別觀察燈泡發(fā)光的亮度,并提出問(wèn)題:剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能否說(shuō)明電阻大小與導(dǎo)電體的某個(gè)特性有關(guān)?學(xué)生經(jīng)過(guò)思考與討論,得到的結(jié)論當(dāng)然是否定的。再用橫截面積和長(zhǎng)度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中,觀察小燈泡的亮度,并讓學(xué)生思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f(shuō)明電阻大小同導(dǎo)電體的某種特性有關(guān),結(jié)論同樣是不能。這時(shí)就可不失時(shí)機(jī)地提出下一個(gè)問(wèn)題:“那么,我們應(yīng)該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn),以研究導(dǎo)電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢?”同時(shí)向?qū)W生出示課前準(zhǔn)備好的幾根金屬絲讓他們選擇。學(xué)生經(jīng)過(guò)思考并相互討論后,有的回答:應(yīng)取兩根橫截面積相同、但長(zhǎng)度不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn);有的同學(xué)說(shuō):應(yīng)取兩根長(zhǎng)度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn);還有的說(shuō)應(yīng)取長(zhǎng)度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較。這時(shí),可適時(shí)說(shuō)明上述幾種方法都可以,同時(shí)指出要研究電阻的大小同導(dǎo)電物質(zhì)的長(zhǎng)度、橫截面積、材料種類這三個(gè)因素任何一個(gè)因素間的關(guān)系,就要人為地控制另外兩個(gè)因素,使它們相等,并指出這種實(shí)驗(yàn)的方法就是“控制變量法”,再讓學(xué)生運(yùn)用這一方法系統(tǒng)地進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn),使學(xué)生在實(shí)際操作過(guò)程中去體驗(yàn)這一科學(xué)方法。
在初中物理教學(xué)中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中,都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法,如在引導(dǎo)學(xué)生探索“導(dǎo)電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系,最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān),最終得出力的三要素”等實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都用到了這一科學(xué)方法,使學(xué)生對(duì)“控制變量法”不斷加深理解,并逐步達(dá)到有意識(shí)地去應(yīng)用的目的。
其次,在利用物理知識(shí)去分析和解決一些實(shí)際問(wèn)題時(shí),如能靈活運(yùn)用“控制變量法”進(jìn)行分析,有時(shí)可起到事半功倍的效果。
在初中物理中,可用”控制變量”去分析和解決的實(shí)際問(wèn)題是很多的,這就為這一科學(xué)方法的教學(xué)和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。
例如,有這樣一道題:質(zhì)量相同的水和煤油,吸收相同的熱量,誰(shuí)的溫度升高較大?對(duì)于這一道習(xí)題,初看起來(lái)似乎有一定的難度,因?yàn)檫@樣簡(jiǎn)短的一句話中包含了四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量,也就是說(shuō),要比較誰(shuí)的溫度升高較大,就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量(質(zhì)量、熱量、比熱容)對(duì)它的綜合影響,如果沒(méi)有一種科學(xué)的分析方法,要解決這樣一個(gè)實(shí)際問(wèn)題,不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力,且準(zhǔn)確率不高。但如能對(duì)學(xué)生加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo),讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗(yàn)中常用的科學(xué)方法來(lái)解決這道實(shí)際問(wèn)題,經(jīng)過(guò)思考及同學(xué)間的相互討論,許多同學(xué)便會(huì)想到用”控制變量法”結(jié)合公式Q=cmΔt來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題,思路是這樣的:因?yàn)檫@個(gè)問(wèn)題要解決的是Δt(升高的溫度)的大小,所以先將此公式變成Δt=Q/cm的形式,再分析題目發(fā)現(xiàn),m(質(zhì)量)、Q(熱量)相同,即這個(gè)問(wèn)題中Δt僅取決于c(比熱容),且從Δt=Q/cm這一關(guān)系式中可以看出,Δt與c成反比,而水的比熱容大于煤油的比熱容,因此很容易得出這個(gè)問(wèn)題的答案是:“煤油升高的溫度比水大”。
可見(jiàn),在解決物理問(wèn)題時(shí),如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析,確實(shí)能起到提高解題速度與準(zhǔn)確率的良好效果.更為重要的是,通過(guò)這一實(shí)際問(wèn)題的解決過(guò)程,使學(xué)生對(duì)如何應(yīng)用”控制變量法”等科學(xué)方法去分析、解決問(wèn)題作了有益的嘗試。在初中物理(如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué))中,可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問(wèn)題還很多,這就為靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問(wèn)題提供了保證。
初中物理研究方法:轉(zhuǎn)換法
一些比較抽象的看不見(jiàn)、摸不著的物質(zhì)的微觀現(xiàn)象,要研究它們的運(yùn)動(dòng)等規(guī)律,使之轉(zhuǎn)化為學(xué)生熟知的看得見(jiàn)、摸得著的宏觀現(xiàn)象來(lái)認(rèn)識(shí)它們。這種方法在科學(xué)上叫做“轉(zhuǎn)換法”。如:分子的運(yùn)動(dòng),電流的存在等。
如:空氣看不見(jiàn)、摸不到,我們可以根據(jù)空氣流動(dòng)(風(fēng))所產(chǎn)生的作用來(lái)認(rèn)識(shí)它;分子看不見(jiàn)、摸不到,不好研究,可以通過(guò)研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)它;電流看不見(jiàn)、摸不到,判斷電路中是否有電流時(shí),我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)它;磁場(chǎng)看不見(jiàn)、摸不到,我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來(lái)認(rèn)識(shí)它。
再如,有一些物理量不容易測(cè)得,我們可以根據(jù)定義式轉(zhuǎn)換成直接測(cè)得的物理量。在由其定義式計(jì)算出其值,如電功率(我們無(wú)法直接測(cè)出電功率只能通過(guò)P=UI利用電流表、電壓表測(cè)出U、I計(jì)算得出P)、電阻、密度等。
中學(xué)物理課本中,測(cè)不規(guī)則小石塊的體積,我們轉(zhuǎn)換成測(cè)排開(kāi)水的體積;我們測(cè)曲線的長(zhǎng)短時(shí),轉(zhuǎn)換成細(xì)棉線的長(zhǎng)度;在測(cè)量滑動(dòng)摩擦力時(shí),轉(zhuǎn)換成測(cè)拉力的大小;大氣壓強(qiáng)的測(cè)量,無(wú)法直接測(cè)出大氣壓的值,轉(zhuǎn)換成求被大氣壓壓起的水銀柱的壓強(qiáng);測(cè)硬幣的直徑時(shí),轉(zhuǎn)換成測(cè)刻度尺的長(zhǎng)度;測(cè)液體壓強(qiáng),我們將液體的壓強(qiáng)轉(zhuǎn)換成我們能看到的液柱高度差的變化;
通過(guò)電流的效應(yīng)來(lái)判斷電流的存在(我們無(wú)法直接看到電流);通過(guò)磁場(chǎng)的效應(yīng)來(lái)證明磁場(chǎng)的存在(我們無(wú)法直接看到磁場(chǎng));研究物體內(nèi)能與溫度的關(guān)系,我們無(wú)法直接感知內(nèi)能的變化,只能轉(zhuǎn)換成測(cè)出溫度的改變來(lái)說(shuō)明內(nèi)能的變化;在研究電熱與電流、電阻的因素時(shí),我們將電熱的多少轉(zhuǎn)換成液柱上升的高度;在我們研究電功與什么因素有關(guān)的時(shí)候,我們將電功的多少轉(zhuǎn)換成砝碼上升的高度。
密度、功率、電功率、電阻、壓強(qiáng)(大氣壓強(qiáng))等物理量都是利用轉(zhuǎn)換法測(cè)得的。
在我們回答動(dòng)能與什么因素有關(guān)時(shí),我們回答說(shuō)小球在平面上滑動(dòng)的越遠(yuǎn)則動(dòng)能越大,就是將動(dòng)能的大小轉(zhuǎn)換成了小球運(yùn)動(dòng)的遠(yuǎn)近。以上列舉的這些問(wèn)題均應(yīng)用了這種科學(xué)方法。
例:分子運(yùn)動(dòng)看不見(jiàn)、摸不著,不好研究,但科學(xué)家可以通過(guò)研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)它,這種方法在科學(xué)上叫做“轉(zhuǎn)換法”。下面是小明同學(xué)在學(xué)習(xí)中遇到的四個(gè)研究實(shí)例,其中采取的方法與剛才研究分子運(yùn)動(dòng)的方法相同的是:( )
A.利用磁感應(yīng)線去研究磁場(chǎng)問(wèn)題;
B.電流看不見(jiàn)、摸不著,判斷電路中是否有電流時(shí),我們可通過(guò)電路中的燈泡是否發(fā)光去確定;
C.研究電流與電壓、電阻關(guān)系時(shí),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;
D.研究電流時(shí),將它比做水流。
注意:等效法與轉(zhuǎn)換法很相似,有什么區(qū)別呢?
請(qǐng)觀察:
轉(zhuǎn)換法: 電流大小 ---- 燈泡亮度;
磁場(chǎng)---- 小磁針偏轉(zhuǎn)
等效替代法: 分力 ---- 合力
小石塊體積---- 排開(kāi)水的體積;
小結(jié): “等效替代法” 中相互替代的兩個(gè)量種類 相同,大小相等 ,而“轉(zhuǎn)換法”中的兩個(gè)物理量有因果關(guān)系,并且性質(zhì)往往發(fā)生了改變。
初中物理研究方法:放大法
物理學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。物理學(xué)家研究物理問(wèn)題時(shí),需要利用各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備來(lái)進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)。在物理實(shí)驗(yàn)中常常遇到一些微小物理量的測(cè)量。物理工作者為提高被測(cè)物理量精度,常選用特殊的測(cè)量裝置將被測(cè)物理量放大后再進(jìn)行測(cè)量。我們把提高測(cè)量精度、使物理量的數(shù)值變大、作用時(shí)間延長(zhǎng)、作用空間擴(kuò)展的方法叫做物理量的放大法。下面按物理學(xué)內(nèi)容把放大方法分類如下:
(1)數(shù)值變大:
在有些實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象我們是能看到的,但是不容易觀察。我們就將產(chǎn)生的效果進(jìn)行放大再進(jìn)行研究。比如產(chǎn)生聲音的振動(dòng)很不容易觀察,所以我們利用小泡沫球?qū)⑵洮F(xiàn)象放大。觀察壓力對(duì)玻璃瓶的作用效果時(shí)我們將玻璃瓶密閉,裝水,插上一個(gè)小玻璃管,將玻璃瓶的形變引起的液面變化放大成小玻璃管液面的變化。
在測(cè)量微小量的時(shí)候,我們常常將微小的量積累成一個(gè)比較大的量、比如在測(cè)量一張紙的厚度的時(shí)候,我們先測(cè)量100張紙的厚度在將結(jié)果除以100,這樣使測(cè)量的結(jié)果更接近真實(shí)的值就是采取的積累放大法。
要測(cè)量出一張郵票的質(zhì)量、測(cè)量出心跳一下的時(shí)間,測(cè)量出導(dǎo)線的直徑,均可用積累法來(lái)完成。
(2)時(shí)間延長(zhǎng):
伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)的是“沖淡引力”。實(shí)際上,是把物體下降一定高度的時(shí)間予以拉長(zhǎng),也就是放大。
在物理實(shí)驗(yàn)中,很多個(gè)實(shí)驗(yàn)題目需要測(cè)定周期大小。由于測(cè)量周期多數(shù)使用秒表來(lái)測(cè)定,由于用秒表測(cè)量單個(gè)周期的誤差較大,一般采用一次測(cè)量n次周期的時(shí)間,若為t,則周期T=t/n,也就是說(shuō)采用時(shí)間累積放大法,既解決了可測(cè)問(wèn)題,又提高了測(cè)量的精度。
(3)空間擴(kuò)展:
使被測(cè)物通過(guò)光學(xué)裝置放大視角形成放大像,便于觀察判別,從而提高測(cè)量精度。例如放大鏡、顯微鏡、望遠(yuǎn)鏡等。
初中物理研究方法:類比法
在我們學(xué)習(xí)一些十分抽象的,看不見(jiàn)、摸不著的物理量時(shí),由于不易理解我們就拿出一個(gè)大家能看見(jiàn)的與之很相似的量來(lái)進(jìn)行對(duì)照學(xué)習(xí)。如電流的形成、電壓的作用通過(guò)以熟悉的水流的形成,水壓使水管中形成了水流進(jìn)行類比,從而得出電壓是形成電流的原因的結(jié)論。學(xué)生在學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí),在老師的引導(dǎo)下,聯(lián)想到:水壓迫使水沿著一定的方向流動(dòng),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(dòng)使電路中形成了電流。抽水機(jī)是提供水壓的裝置;類似的,電源是提供電壓的裝置。水流通過(guò)渦輪時(shí),消耗水能轉(zhuǎn)化為渦輪的動(dòng)能;類似的,電流通過(guò)電燈時(shí),消耗的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。
我們學(xué)習(xí)分子動(dòng)能的時(shí)候與物體的動(dòng)能進(jìn)行類比;學(xué)習(xí)功率時(shí),將功率和速度進(jìn)行類比。
例:某同學(xué)在學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)時(shí),在老師的引導(dǎo)下,聯(lián)想力學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,進(jìn)行比較并找出了一些相類似的規(guī)律,其中不準(zhǔn)確的是:( )
A.水壓使水管中形成水流;類似地,電壓使電路中形成電流;
B.抽水機(jī)是提供水壓的裝置;類似地,電源是提供電壓的裝置;
C.抽水機(jī)工作時(shí)消耗水能;類似地,電燈發(fā)光時(shí)消耗電能;
D.水流通過(guò)渦輪時(shí),消耗水能轉(zhuǎn)化為渦輪的動(dòng)能:類似地,電流通過(guò)電燈時(shí),消耗電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。
通過(guò)類比,用大家熟悉的水流、水壓的直觀認(rèn)識(shí),使得看不見(jiàn)、摸不著的抽象的電流、電壓等知識(shí)躍然紙面,栩栩如生。
初中物理研究方法:理想化物理模型法
理想化方法是指在物理教學(xué)中通過(guò)想象建立模型和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一種科學(xué)方法。可分為理想化模型和理想化實(shí)驗(yàn)。
理想化模型就是指把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,把研究對(duì)象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理想化處理去再現(xiàn)原形的本質(zhì)的東西,構(gòu)成理想化的物理模型。例如探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn),杠桿就是一種理想化的模型。杠桿在使用時(shí),由于受到力的作用,都會(huì)引起或多或少的形變,然而在研究中把此時(shí)的形變忽略不計(jì),這里就把杠桿經(jīng)過(guò)理想化的處理,認(rèn)為它無(wú)形變,視為一個(gè)硬棒,從而使學(xué)生在研究時(shí)不被細(xì)枝末節(jié)的因素影響,順利地得出杠桿平衡條件。
如何引導(dǎo)學(xué)生選擇合適的研究方法,去發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和解決問(wèn)題,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新精神,提高學(xué)生素質(zhì)的關(guān)鍵。老師在日常的教學(xué)過(guò)程中要多引導(dǎo)學(xué)生采取合適的方法去研究問(wèn)題并進(jìn)行歸納總結(jié),可以達(dá)到“授之以漁”的目的。當(dāng)然研究某些物理知識(shí)或物理規(guī)律,往往要同時(shí)用到幾種研究方法。如在研究電阻的大小與哪些因素有關(guān)時(shí),我們同時(shí)用到了觀察法(觀察電流表的示數(shù))、轉(zhuǎn)換法(把電阻的大小轉(zhuǎn)換成電流的大小、通過(guò)研究電流的大小來(lái)得到電阻的大小)、歸納法(將分別得出的電阻與材料、長(zhǎng)度、橫截面積、溫度有關(guān)的信息歸納在一起)、和控制變量法(在研究電阻與長(zhǎng)度有關(guān)時(shí)控制了材料、橫截面積)等方法。物理的研究方法無(wú)法細(xì)致的分類,只能根據(jù)題意看題中強(qiáng)調(diào)的是哪一個(gè)過(guò)程,來(lái)具體分析解答。
實(shí)際現(xiàn)象和過(guò)程一般都十分復(fù)雜的,涉及到眾多的因素,采用模型方法對(duì)學(xué)習(xí)和研究起到了簡(jiǎn)化和純化的作用。但簡(jiǎn)化后的模型一定要表現(xiàn)出原型所反映出的特點(diǎn)、知識(shí)。模型法有較大的靈活性。每種模型有限定的運(yùn)用條件和運(yùn)用的范圍。
中學(xué)課本中很多知識(shí)都應(yīng)用了這個(gè)方法,比如有:
液柱、(比如在求液體對(duì)豎直的容器底的壓強(qiáng)的時(shí)候,我們就選了一個(gè)液柱作為研究的對(duì)象簡(jiǎn)化,簡(jiǎn)化后的模型依然保留原來(lái)的特點(diǎn)和知識(shí))
光線、(在我們學(xué)習(xí)光線的時(shí)候光線是一束的,而且是看不見(jiàn)的,我們使用一條看的見(jiàn)的實(shí)線來(lái)表示就是將問(wèn)題簡(jiǎn)化,利用了理想化模型)
液片、(在我們研究連通器的特點(diǎn),求大氣壓時(shí)我們都在某一位置取了一個(gè)液面,研究該液面所受到的壓強(qiáng)和壓力,也是將問(wèn)題簡(jiǎn)化,利用理想化模型法)
光沿直線傳播;(在我們學(xué)習(xí)中我們知道真正的空氣是各處都不均勻的,比如越往上空氣越稀薄,在比如因?yàn)榭諝飧魈幉痪鶆蛐纬闪孙L(fēng),而在光是沿直線傳播一節(jié)中我們將問(wèn)題簡(jiǎn)化,只取一個(gè)簡(jiǎn)單的模型,一條光線在均勻的介質(zhì)中傳播)
勻速直線運(yùn)動(dòng);(生活中很少有一個(gè)物體真正的做勻速直線運(yùn)動(dòng),在我們研究問(wèn)題的時(shí)候勻速直線運(yùn)動(dòng)只是一個(gè)模型)
磁感線(磁感線是不存在的一條線,但是我們?yōu)榱吮阌谘芯看艌?chǎng)我們?nèi)藶榈囊肓艘粭l線,將我們研究的問(wèn)題簡(jiǎn)化。)
例:在我們學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中,運(yùn)用物理模型進(jìn)行研究的是:( )
A.建立速度概念; B.研究光的直線傳播;
C.用磁感應(yīng)線描述磁場(chǎng); D.分析物體的質(zhì)量。
初中物理研究方法:科學(xué)推理法
推理法是根據(jù)已知物理現(xiàn)象和規(guī)律,通過(guò)想象和推理對(duì)未知的現(xiàn)象做出科學(xué)的推理和預(yù)見(jiàn).推理法是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,忽略次要因素,進(jìn)行合理的推理,得出結(jié)論,達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的目的。
理想實(shí)驗(yàn)是研究物理規(guī)律的一種重要的思想方法,它以大量的可靠的事實(shí)為基礎(chǔ),以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原形,通過(guò)合理的推理得出物理規(guī)律。
當(dāng)你在對(duì)觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行解釋的時(shí)候就是在進(jìn)行推理,或說(shuō)是在做出推論,例如當(dāng)你家的狗在叫的時(shí),你可能會(huì)推想有人在你家的門外,要做出這一推論,你就需要把現(xiàn)象(狗的叫聲)與以往的知識(shí)經(jīng)驗(yàn),即有陌生人來(lái)時(shí)狗會(huì)叫結(jié)合起來(lái)。這樣才能得出符合邏輯的答案。
如:在進(jìn)行牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),當(dāng)我們把物體在越光滑的平面運(yùn)動(dòng)的就越遠(yuǎn)的知識(shí)結(jié)合起來(lái)我們就推理出,如果平面絕對(duì)光滑物體將永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng)。
如:在做真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)時(shí),當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)空氣越少,傳出的聲音就越小時(shí),我們就推理出,真空是不能傳聲的。
初中物理研究方法:等效替代法
替代等效法亦稱“等效法”,是科學(xué)研究中常用的思維方法之一。掌握等效方法及應(yīng)用,體會(huì)物理等效思想的內(nèi)涵,有助于提高考生的科學(xué)素養(yǎng),初步形成科學(xué)的世界觀和方法論,為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。新高考的選拔愈來(lái)愈注重考生的能力和素質(zhì),其命題愈加明顯地滲透著物理思想、物理方法的考查,等效思想和方法作為一種迅速解決物理問(wèn)題的有效手段,仍將體現(xiàn)于高考命題的突破過(guò)程中。
等效方法是在保證某種效果(特性和關(guān)系)相同的前提下,將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問(wèn)題和物理過(guò)程轉(zhuǎn)化為等效的、簡(jiǎn)單的、易于研究的物理問(wèn)題和物理過(guò)程來(lái)研究和處理的方法。
運(yùn)用等效方法處理問(wèn)題的一般步驟為:
(1)分析原事物(需研究求解的物理問(wèn)題)的本質(zhì)特性和非本質(zhì)特性。
(2)尋找適當(dāng)?shù)奶娲?熟悉的事物),以保留原事物的本質(zhì)特性,拋棄非本質(zhì)特性。
(3)研究替代物的特性及規(guī)律。
(4)將替代物的規(guī)律遷移到原事物中去。
(5)利用替代物遵循的規(guī)律、方法求解,得出結(jié)論。
例:在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中,有一質(zhì)量為m的帶電小球,用長(zhǎng)為L(zhǎng)的細(xì)線懸于O點(diǎn),當(dāng)小球平衡時(shí),細(xì)線和豎直方向成θ角,現(xiàn)給小球一個(gè)沖量,沖量的方向和細(xì)線垂直,使小球恰能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。問(wèn):
①小球做圓周運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中,在哪個(gè)位置有最小速度?并求這個(gè)速度值。
②施加的沖量值至少為多大?
解題方法與技巧:要求在豎直平面運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中最小速度及所在位置,一般先要分析小球的受力情況,分析其運(yùn)動(dòng)性質(zhì),若是曲線運(yùn)動(dòng),則往往要根據(jù)能量關(guān)系來(lái)確定動(dòng)能變化。此過(guò)程中,小球受線的拉力、重力和電場(chǎng)力,拉力不做功,重力和電場(chǎng)力方向相互垂直,所做的功是正是負(fù)不能確定,由于重力和電場(chǎng)力都是恒力,則可以用它們的合力來(lái)代替之,分析其等效合外力對(duì)小球做功的情況,若等效合力做正功,則小球動(dòng)能增大,反之小球動(dòng)能減少。
提升:分力和其合力是等效替代關(guān)系,此題用等效場(chǎng)力代替重力和電場(chǎng)力,將小球在重力場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為類似于只在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般情況,將問(wèn)題大大簡(jiǎn)化。
提升:分力和其合力是等效替代關(guān)系,此題用等效場(chǎng)力代替重力和電場(chǎng)力,將小球在重力場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為類似于只在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般情況,將問(wèn)題大大簡(jiǎn)化。
比如在研究合力時(shí),一個(gè)力與兩個(gè)力使彈簧發(fā)生的形變是等效的,那么這一個(gè)力就替代了兩個(gè)力所以叫等效替代法,在研究串、并聯(lián)電路的總電阻時(shí),也用到了這樣的方法。在平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中我們利用兩個(gè)完全相同的蠟燭,驗(yàn)證物與像的大小相同,因?yàn)槲覀儫o(wú)法真正的測(cè)出物與像的大小關(guān)系,所以我們利用了一個(gè)完全相同的另一根蠟燭來(lái)等效替代物體的大小。
初中物理研究方法:歸納法
歸納法是通過(guò)樣本信息來(lái)推斷總體信息的技術(shù)。要做出正確的歸納,就要從總體中選出的樣本,這個(gè)樣本必須足夠大而且具有代表性。在我們買葡萄的時(shí)候就用了歸納法,我們往往先嘗一嘗,如果都很甜,就歸納出所有的葡萄都很甜的,就放心的買上一大串。
比如銅能導(dǎo)電,銀能導(dǎo)電,鋅能導(dǎo)電則歸納出金屬能導(dǎo)電。在實(shí)驗(yàn)中為了驗(yàn)證一個(gè)物理規(guī)律或定理,反復(fù)的通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證他的正確性然后歸納、分析整理得出正確的結(jié)論。
在阿基米德原理中,為了驗(yàn)證F浮=G排,我們分別利用石塊和木塊做了兩次實(shí)驗(yàn),歸納、整理均得出F浮=G排,于是我們驗(yàn)證了阿基米德原理的正確性,使用的正是這種方法。
在驗(yàn)證杠桿的平衡條件中,我們反復(fù)做了三次實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證F1×L1=F2×L2也是利用這種方法。
一切發(fā)聲體都在振動(dòng)結(jié)論的得出(在實(shí)驗(yàn)中對(duì)多種結(jié)論進(jìn)行分析整理并得出最后結(jié)論時(shí)),都要用到這一方法。
在驗(yàn)證導(dǎo)體的電阻與什么因素有關(guān)的時(shí)候,經(jīng)過(guò)多次的實(shí)驗(yàn)我們得出了導(dǎo)體的電阻與長(zhǎng)度,材料,橫截面積,溫度有關(guān),也是將實(shí)驗(yàn)的結(jié)論整理到一起后歸納總結(jié)得出的。
在所有的科學(xué)實(shí)驗(yàn)和原理的得出中,我們幾乎都用到了這種方法。
初中物理研究方法:比較法
當(dāng)你想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(jìn)行比較的事物和物理量很多,對(duì)不同或有聯(lián)系的兩個(gè)對(duì)象進(jìn)行比較,我們主要從中尋找它們的不同點(diǎn)和相同點(diǎn),從而進(jìn)一步揭示事物的本質(zhì)屬性。
如,比較蒸發(fā)和沸騰的異同點(diǎn);
如,比較汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同點(diǎn);
如,電動(dòng)機(jī)和熱機(jī);
如,電壓表和電流表的使用。
利用比較法不僅加深了對(duì)它們的理解和區(qū)別,使同學(xué)們很快地記住它們,還能發(fā)現(xiàn)一些有趣的東西。
例如: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(guò)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(guò)程中的相同點(diǎn)與不同點(diǎn);(4)在研究磁場(chǎng)時(shí),引入磁感線對(duì)磁場(chǎng)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)。
初中物理研究方法:圖象法
圖象是一個(gè)數(shù)學(xué)概念,用來(lái)表示一個(gè)量隨另一個(gè)量的變化關(guān)系,很直觀。由于物理學(xué)中經(jīng)常要研究一個(gè)物理量隨另一個(gè)物理量的變化情況,因此圖象在物理中有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中,運(yùn)用圖象來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),探究?jī)?nèi)在的物理規(guī)律,具有獨(dú)特之處。如:在探究固體熔化時(shí)溫度的變化規(guī)律和水的沸騰情況的實(shí)驗(yàn)中,就是運(yùn)用圖象法來(lái)處理數(shù)據(jù)的。它形象直觀地表示了物質(zhì)溫度的變化情況,學(xué)生在經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)、得出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)描點(diǎn)、連線繪出圖象就能準(zhǔn)確地把握住晶體和非晶體的熔化特點(diǎn)、液體的沸騰特點(diǎn)了。
在其他的實(shí)驗(yàn)中,也可以有意識(shí)地采用圖象來(lái)處理數(shù)據(jù)。例如在探究串聯(lián)電路中電流規(guī)律實(shí)驗(yàn)中,把各點(diǎn)作為橫軸、電流為縱軸,作出的圖象為水平直線,很直觀表示出串聯(lián)電路中各點(diǎn)電流相等的規(guī)律。這樣有助于理解和記憶。在探究通過(guò)電阻的電流跟電阻兩端電壓的關(guān)系、同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系、重力大小跟質(zhì)量的關(guān)系等實(shí)驗(yàn)中都運(yùn)用到圖象法。這樣把數(shù)形結(jié)合、圖形與文字結(jié)合起來(lái)處理數(shù)據(jù)、描述物理規(guī)律,能很好地促進(jìn)學(xué)生處理數(shù)據(jù)能力和分析問(wèn)題能力的提高。
利用圖象這種特殊且形象的數(shù)學(xué)語(yǔ)言工具,來(lái)表達(dá)各種物理現(xiàn)象的過(guò)程和規(guī)律,這種方法叫圖像法。
物理圖象不僅可以使抽象的概念直觀形象,動(dòng)態(tài)變化過(guò)程清晰,物理量之間的關(guān)系明確,還能表示出用語(yǔ)言難以表達(dá)的內(nèi)涵。
所有用公式表示出來(lái)的物理量之間的定量關(guān)系,都可以用圖象的方式呈現(xiàn)。
看過(guò)“初中物理研究方法”
