初中物理实验方法.pdf
初中物理实验方法初中物理实验方法初高中物理中涉及到的科学方法有很多,概括起来可分为三类,即物理方法、逻辑方法、非逻辑方法。物理方法包括:观察法、实验法、模型法、理想化法、等效法、“问题猜想实验理论”科学探究法等。逻辑方法包括:比较、分类、类比、分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等方法。非逻辑方法的理性思维如直觉、想象的研究方法。一、常见的实验方法和举例:控制变量法是初中用得最多的实验方法:研究音调响度影响因素、蒸发的影响因素、欧姆定律、焦耳定律、动能、势能影响因素、力的作用效果等;理想实验:真空中不能传声,牛顿第一定律(推理概括);模型法:用带箭头的线表示光线,用磁感线表示磁场;类比法:电流比作水流,电压比作水压;转换法:扩散现象研究分子热运动,电流的热效应研究电流,磁铁产生的作用认识磁场;等效替代法:研究合力与 2 个力的关系,串联电阻与总电阻的关系;二、各实验方法的具体内容:(一)控制变量法控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解决问题的方法之一。所谓控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系,可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来,使其保持不变,再比较、研究该物理量与该因素之间的关系,得出结论,然后再综合起来得出规律的方法。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。最终得出欧姆定律 I=U/R。此外,还例如,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探究精神,使学生学会分析问题、解决问题的能力。初中物理课本中,研究电压一定、电流和电阻的关系;电流的热效应与哪些因素有关;研究浮力大小与哪些因素有关;蒸发的快慢与哪些因素的有关;导体的电阻大小与哪些因素有关;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;研究电流做功的多少跟哪些因素有关系;压力的作用效果与哪些因素有关;动能、重力势能大小与哪些因素有关;研究电阻一定、电流与电压的关系;研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关等均应用了控制变量的研究方法。(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,学生想象不出来,通过把它转化为学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们;有的物理量不便于直接测量,有的物理现象不便于直接观察,通过转换为容易测量到与之相等或与之相关联的物理现象。这样的方法在科学上叫做“转换法”。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,我们可以根据它对放入磁场中的磁针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“伏安法”间接使用电流表、电压表测出 U、I 计算得出 P)、电阻(伏安法)、密度(天平测质量,量筒测体积)等。初中物理课本中,测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积;在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小,根据二力平衡的知识得出摩擦力;大气压强的测量(无法直接测出大气压的值,转换成求被大气压托起760mm 的水银柱的压强);测液体压强(将液体的压强转换成我们能看到的 U 形压强计左右液柱高度差的变化);通过电流的效应来判断电流的存在(无法直接看到电流);通过磁场的效应来证明磁场的存在(无法直接看到磁场);研究物体内能与温度的关系(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,将电热的多少转换成液柱上升的高度。在研究电功与什么因素有关的时候,将电功的多少转换成勾码上升的高度。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。在研究动能大小与什么因素有关时,通过观察木块在平面上滑动的距离来知道动能的大小,就是将动能的大小转换成了木块运动的远近。以上列举的这些问题均应用了转换的科学方法。(三)类比法在学习一些十分抽象的,看不见、摸不着的物理量时,学生很难理解。为了把要表达的物理问题说清楚,往往用具体的、有形的、学生所熟知的事物来类比,通过借助于一个比较熟悉的对象的某些特征,去理解和掌握另一个有相似性的对象的某些特征的方法叫类比法。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和光能。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。(四)等效替代法等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中,因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当,不仅能顺利得出结论,而且容易被学生接受和理解。在探究平面镜成像规律的实验中,用薄玻璃板替代了平面镜,因两者在成像特征上有共同之处,容易使学生接受,而玻璃板又是透明的,能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛,便于研究像的特点。在教学中,老师注重引导学生进行方法的总结,使学生在思维方式上受到启发,他们以后遇到有关的实验设计时,就会自觉地加以运用。比如在学习伏安法测电阻之后,要求学生设计一个实验,在上述实验中缺少电压表或电流表,其它器材不变,另有一个已知阻值的定值电阻供选用,要求测出未知电阻,应该怎么办?学生就可以用等效替代的思想进行设计了。(五)(函数)图象法图象是一个数学概念,用来表示一个量随另一个量的变化关系,很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况,因此图象在物理中有着广泛的应用。在实验中,运用图象来处理实验数据,探究内在的物理规律,具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中,就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况,学生在经历实验、得出数据的基础上,通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。在其他的实验中,也可以有意识地引导学生采用图象来处理数据。例如在探究串联电路中电流规律实验中,把各点作为横轴、电流为纵轴,作出的图象为水平直线,很直观表示出串联电路中各点电流相等的规律。这样学生非常容易理解和记忆。在探究通过电阻的电流跟电压的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力大小跟质量的关系等实验中都运用到图象法。这样把数形结合、图形与文字结合起来处理数据、描述物理规律,能很好地促进学生处理数据能力和分析问题能力的提高。(六)理想化方法理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法。可分为理想化模型和理想化实验。理想化模型就是指把复杂的问题简单化,把研究对象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理去再现原形的本质的东西,构成理想化的物理模型。例如探究杠杆平衡条件的实验,杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时,由于受到力的作用,都会引起或多或少的形变,然而在研究中把此时的形变忽略不计,这里就把杠杆经过理想化的处理,认为它无形变,视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡条件。理想化实验是一种科学的抽象方法。它既要以实验事实作基础,但又不能直接由实验得到结论。比如,在探究空气能传声的实验中,逐渐将真空罩内的空气抽出,听到罩内的闹钟的声音逐渐变弱(响度变小),于是我们推理得出将真空罩内的空气抽完(即真空),就听不到闹钟的声音了,从而得出空气能传声而真空不能传声的结论。这里采用的方法就是理想化,因为无论怎样抽气是不可能将真空罩内的空气抽完的。又如牛顿第一定律就是理想化实验得出的一条重要物理规律。如果老师在教学中注意很好地渗透这一方法,有利于培养学生的科学的思维方式,提高学生的创新能力。如何引导学生选择合适的研究方法,去发现问题和解决问题,是培养学生创新精神,提高学生素质的关键。老师在日常的教学过程中要多引导学生采取合适的方法去研究问题并进行归纳总结,可以达到“授之以渔”的目的。当然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。物理的研究方法无法细致的分类,只能根据题意看题中强调的是哪一个过程,来具体分析解答!
