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研究物理的科学方法有许多,经常用到的有观察法、实验法、比较法、类比法、等效法、转换法、控制变量法、模型法、科学推理法等。研究某些物理知识或物理规律,往往要同时用到几种研究方法。

如在研究电阻的大小与哪些因素有关时,我们同时用到了观察法(观察电流表的示数)、转换法(把电阻的大小转换成电流的大小、通过研究电流的大小来得到电阻的大小)、归纳法(将分别得出的电阻与材料、长度、横截面积、温度有关的信息归纳在一起)和控制变量法(在研究电阻与长度有关时控制了材料、横截面积)等方法。可见,物理的科学方法问题无法细致的分类。只能根据题意看题中强调的是哪一过程,来分析解答。

下面我们将一些重要的实验方法进行一下分析。

一、控制变量法

物理学研究中常用的一种研究方法——控制变量法。

所谓控制变量法,就是在研究和解决问题的过程中,对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制,使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化,最终解决所研究的问题。
可以说任何物理实验,都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究。如:导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系,中学物理实验难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系,而是在分别控制导体的电阻与导体两端的电压不变的情况下,研究导体中的电流跟这段导体两端的电压和导体的电阻的关系,分别得出实验结论。通过学生实验,让学生在动脑与动手,理论与实践的结合上找到这“两个关系”,最终得出欧姆定律I=U/R。为了研究导体的电阻大小与哪些因素有关, 控制导体的长度和材料不变,研究导体电阻与横截面积的关系。为了研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关,保证压力相同时,研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。
利用控制变量法研究物理问题,注重了知识的形成过程,有利于扭转重结论、轻过程的倾向,有助于培养学生的科学素养,使学生学会学习。中学物理课本中,蒸发的快慢与哪些因素的有关;滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;液体压强与哪些因素有关;研究浮力大小与哪些因素有关;压力的作用效果与哪些因素有关;滑轮组的机械效率与哪些因素有关;动能、重力势能大小与哪些因素有关;导体的电阻与哪些因素有关;研究电阻一定、电流与电压的关系;研究电压一定、电流和电阻的关系;研究电流做功的多少跟哪些因素有关系;电流的热效应与哪些因素有关;研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等均应用了这种科学方法。

二、转换法

一些比较抽象的看不见、摸不着的物质的微观现象,要研究它们的运动等规律,使之转化为学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们。这种方法在科学上叫做“转换法”。

如:分子的运动,电流的存在等,如:空气看不见、摸不到,我们可以根据空气流动(风)所产生的作用来认识它;分子看不见、摸不到,不好研究,可以通过研究墨水的扩散现象去认识它;电流看不见、摸不到,判断电路中是否有电流时,我们可以根据电流产生的效应来认识它;磁场看不见、摸不到,我们可以根据它产生的作用来认识它。再如,有一些物理量不容易测得,我们可以根据定义式转换成直接测得的物理量。在由其定义式计算出其值,如电功率(我们无法直接测出电功率,只能通过P=UI利用电流表、电压表测出U、I计算得出P)、电阻、密度等。 中学物理课本中,测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积,我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度,在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小,大气压强的测量(无法直接测出大气压的值,转换成求被大气压压起的水银柱的压强),测硬币的直径时转换成测刻度尺的长度,测液体压强(我们将液体的压强转换成我们能看到的液柱高度差的变化),通过电流的效应来判断电流的存在(我们无法直接看到电流),通过磁场的效应来证明磁场的存在(我们无法直接看到磁场),研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化);在研究电热与电流、电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度。在我们研究电功与什么因素有关的时候,我们将电功的多少转换成砝码上升的高度。
密度、功率、电功率、电阻、压强(大气压强)等物理量都是利用转换法测得的。在我们回答动能与什么因素有关时,我们回答说小球在平面上滑动的越远则动能越大,就是将动能的大小转换成了小球运动的远近。以上列举的这些问题均应用了这种科学方法。

例:

1、分子运动看不见、摸不着,不好研究,但科学家可以通过研究墨水的扩散现象去认识它,这种方法在科学上叫做“转换法’。下面是小明同学在学习中遇到的四个研究实例,其中采取的方法与刚才研究分子运动的方法相同的是(  )
A、利用磁感应线去研究磁场问题
B、电流看不见、摸不着,判断电路中是否有电流时,我们可通过电路中的灯泡是否发光去确定
C、研究电流与电压、电阻关系时,先使电阻不变去研究电流与电压的关系:然后再让电压不变去研究电流与电阻的关系
D、研究电流时,将它比做水流
解析:B。

 

三、放大法

在有些实验中,实验的现象我们是能看到的,但是不容易观察。我们就将产生的效果进行放大再进行研究。

比如音叉的振动很不容易观察,所以我们利用小泡沫球将其现象放大。观察压力对玻璃瓶的作用效果时我们将玻璃瓶密闭,装水,插上一个小玻璃管,将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管液面的变化。

 

四、积累法

在测量微小量的时候,我们常常将微小的量积累成一个比较大的量。比如在测量一张纸的厚度的时候,我们先测量100张纸的厚度在将结果除以100,这样使测量的结果更接近真实的值就是采取的积累法。要测量出一张邮票的质量、测量出心跳一下的时间,测量出导线的直径,均可用积累法来完成。

 

五、类比法

在我们学习一些十分抽象的,看不见、摸不着的物理量时,由于不易理解我们就拿出一个大家能看见的与之很相似的量来进行对照学习。如电流的形成、电压的作用通过以熟悉的水流的形成,水压使水管中形成了水流进行类比,从而得出电压是形成电流的原因的结论。学生在学习电学知识时,在老师的引导下,联想到:水压迫使水沿着一定的方向流动,使水管中形成了水流;类似的,电压迫使自由电荷做定向移动使电路中形成了电流。抽水机是提供水压的装置;类似的,电源是提供电压的装置。水流通过涡轮时,消耗水能转化为涡轮的动能;类似的,电流通过电灯时,消耗的电能转化为内能。我们学习分子动能的时候与物体的动能进行类比;学习功率时,将功率和速度进行类比。

例:

1、某同学在学习电学知识时,在老师的引导下,联想力学实验现象,进行比较并找出了一些相类似的规律,其中不准确的是(  )

A、水压使水管中形成水流;类似地,电压使电路中形成电流
B、抽水机是提供水压的装置;类似地,电源是提供电压的装置
C、抽水机工作时消耗水能;类似地,电灯发光时消耗电能
D、水流通过涡轮时,消耗水能转化为涡轮的动能;类似地,电流通过电灯时,消耗电能转化为内能和光能
解析:C。通过类比,用大家熟悉的水流、水压的直观认识,使得看不见、摸不着的抽象的电流、电压等知识跃然纸面,栩栩如生。

 

六、理想化物理模型

实际现象和过程一般都十分复杂的,涉及到众多的因素,采用模型方法对学习和研究起到了简化和纯化的作用。但简化后的模型一定要表现出原型所反映出的特点、知识。
模型法有较大的灵活性。每种模型有限定的运用条件和运用的范围。中学课本中很多知识都应用了这个方法,比如有:液柱(比如在求液体对竖直的容器底的压强的时候,我们就选了一个液柱作为研究的对象简化,简化后的模型依然保留原来的特点和知识)、光线(在我们学习光线的时候光线是一束的,而且是看不见的,我们使用一条看的见的实线来表示就是将问题简化,利用了理想化模型)、液片(在我们研究连通器的特点,求大气压时我们都在某一位置取了一个液面,研究该液面所受到的压强和压力,也是将问题简化,利用理想化模型法)、光沿直线传播(在我们学习中我们知道真正的空气是各处都不均匀的,比如越往上空气越稀薄,在比如因为空气各处不均匀形成了风,而在光是沿直线传播一节中我们将问题简化,只取一个简单的模型,一条光线在均匀的介质中传播)、匀速直线运动(生活中很少有一个物体真正的做匀速直线运动,在我们研究问题的时候匀速直线运动只是一个模型)、磁感线(磁感线是不存在的一条线,但是我们为了便于研究磁场我们人为的引入了一条线,将我们研究的问题简化)。

例:

1、在我们学习物理知识的过程中,运用物理模型进行研究的是(  )
A、建立速度概念
B、研究光的直线传播
C、用磁感应线描述磁场
D、分析物体的质量
解析:B、C。

 

七、科学推理法

当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理,或说是在做出推论。例如当你家的狗在叫的时,你可能会推想有人在你家的门外,要做出这一推论,你就需要把现象(狗的叫声)与以往的知识经验,即有陌生人来时狗会叫结合起来,这样才能得出符合逻辑的答案。
如:在进行牛顿第一定律的实验时,当我们把物体在越光滑的平面运动的就越远的知识结合起来我们就推理出,如果平面绝对光滑物体将永远做匀速直线运动。如:在做真空不能传声的实验时,当我们发现空气越少,传出的声音就越小时,我们就推理出,真空是不能传声的。

 

八、等效替代法

比如在研究合力时,一个力与两个力使弹簧发生的形变是等效的,那么这一个力就替代了两个力所以叫等效替代法,在研究串、并联电路的总电阻时,也用到了这样的方法。在平面镜成像的实验中我们利用两个完全相同的蜡烛,验证物与像的大小相同,因为我们无法真正的测出物与像的大小关系,所以我们利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小。

 

九、归纳法

是通过样本信息来推断总体信息的技术。

要做出正确的归纳,就要从总体中选出的样本,这个样本必须足够大而且具有代表性。在我们买葡萄的时候就用了归纳法,我们往往先尝一尝,如果都很甜,就归纳出所有的葡萄都很甜的,就放心的买上一大串。比如铜能导电,银能导电,锌能导电则归纳出金属能导电。在实验中为了验证一个物理规律或定理,反复的通过实验来验证他的正确性然后归纳、分析整理得出正确的结论。在阿基米德原理中,为了验证F=G,我们分别利用石块和木块做了两次实验,归纳、整理均得出F=G,于是我们验证了阿基米德原理的正确性,使用的正是这种方法。在验证杠杆的平衡条件中,我们反复做了三次实验来验证F1×L1=F2×L2也是利用这种方法。一切发声体都在振动结论的得出(在实验中对多种结论进行分析整理并得出最后结论时),都要用到这一方法。在验证导体的电阻与什么因素有关的时候,经过多次的实验我们得出了导体的电阻与长度,材料,横截面积,温度有关,也是将实验的结论整理到一起后归纳总结得出的。在所有的科学实验和原理的得出中,我们几乎都用到了这种方法。

 

十、比较法(对比法)

当你想寻找两件事物的相同和不同之处,就需要用到比较法,可以进行比较的事物和物理量很多,对不同或有联系的两个对象进行比较,我们主要从中寻找它们的不同点和相同点,从而进一步揭示事物的本质属性。如,比较蒸发和沸腾的异同点。如,比较汽油机和柴油机的异同点 如,电动机和热机;如,电压表和电流表的使用利用比较法不仅加深了对它们的理解和区别,使同学们很快地记住它们,还能发现一些有趣的东西。

 

十一、分类法

把固体分为晶体和非晶体两类、导体和绝缘体。

 

十二、观察法

物理是一门以观察、实验为基础的学科。人们的许多物理知识是通过观察和实验认真地总结和思索得来的。著名的马德堡半球实验,证明了大气压强的存在。在教学中,可以根据教材中的实验,如长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量实验中,要求学生认真细致的观察,进行规范的实验操作,得到准确的实验结果,养成良好的实验习惯,培养实验技能。大部分均利用的是观察法。

 

十三、比值定义法

例:密度、压强、功率、电流等概念公式采取的都是这样的方法。

 

十四、多因式乘积法

例:电功、电热、热量等概念公式采取的都是这样的方法。

十五、逆向思维法

例:由电生磁想到磁生电。

 

以上这些方法,还只是在初中物理的学习中会遇到和使用的一些科学方法,列举出来,希望能够给大家一些帮助。也希望大家都来关注这方面的问题,多了解和掌握一些科学方法,灵活运用,以便于指导我们的学习,工作和生活。

 

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