一、比較法 將待測(cè)物理量與選做標(biāo)準(zhǔn)單位的物理量進(jìn)行比較的方法叫比較法。
如測(cè)量物體長(zhǎng)度,用天平稱(chēng)量質(zhì)量,用電橋測(cè)電阻等。有時(shí)光有標(biāo)準(zhǔn)量具還不夠,還需要配置比較系統(tǒng),使被測(cè)量量與標(biāo)準(zhǔn)量實(shí)現(xiàn)比較。
如:測(cè)量金屬在某溫度下的比熱容。因?yàn)榻饘俚谋葻崛蓦S溫度的升高而變大,可以找一個(gè)在該溫度下比熱容的金屬材料,用比較法測(cè),把兩者做成形狀相同的樣品,加熱到一定溫度讓其自然冷卻,作降溫曲線(xiàn)(T-t曲線(xiàn))由牛頓冷卻定律即可得解。
比較法是物理實(shí)驗(yàn)中最普通、最基本的實(shí)驗(yàn)方法,也是實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。 二、替代法 用已知的標(biāo)準(zhǔn)量去代替未知的待測(cè)量,以保持狀態(tài)和效果相同,從而推出待測(cè)量的方法叫替代法。
如用合力替代各個(gè)分力,用總電阻替代各部分電阻,浮力替代液體對(duì)物體的各個(gè)壓力等。 三、累積法 又稱(chēng)疊加法。
將微小量累積后測(cè)量求平均的方法,能減小相對(duì)誤差。實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常涉及這一方法。
如在《用單擺測(cè)定重力加速度》實(shí)驗(yàn)中,需要測(cè)定單擺周期,用秒表測(cè)一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測(cè)定30-50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數(shù))。 四、控制法 在中學(xué)許多物理實(shí)驗(yàn)中,往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響。
如通過(guò)導(dǎo)體的電流I受到導(dǎo)體電阻R和它兩端電壓U的影響,在研究電流I與電阻R的關(guān)系時(shí),需要保持電壓U不變;在研究電流I與電壓U的關(guān)系時(shí),需要保持電阻R不變。 五、留跡法 有些物理現(xiàn)象瞬間即逝,如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置、軌跡或圖像等,用留跡法記錄下來(lái),以便從容地測(cè)量、比較和研究。
如在《測(cè)定勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的加速度》、《驗(yàn)證牛頓第不運(yùn)動(dòng)定律》、《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》等實(shí)驗(yàn)中,就是通過(guò)紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(chē)(或重物)在不同時(shí)刻的位置(位移)及所對(duì)應(yīng)的時(shí)刻,從而可從容計(jì)算小車(chē)在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出速度;對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng),則是通過(guò)擺動(dòng)的漏斗漏出的細(xì)沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置,從而很方便地研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像;利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡等實(shí)驗(yàn)都采用了留跡法。 六、放大法 在現(xiàn)象、變化、待測(cè)物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。
根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和放大對(duì)象的不同,放大所使用的物理方法也各異。例如:在《測(cè)定金屬電阻率》實(shí)驗(yàn)中所使用的螺旋測(cè)微器:主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對(duì)應(yīng)副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對(duì)長(zhǎng)度的機(jī)械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長(zhǎng)的指針把通電后線(xiàn)圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來(lái)。
七、補(bǔ)償法 補(bǔ)償法是找一種效應(yīng)與之相抵消,從而對(duì)被測(cè)物理量進(jìn)行測(cè)量的方法。由于被測(cè)量的作用在測(cè)量中被抵消,故表示標(biāo)準(zhǔn)量與被測(cè)量作用之差的儀表示數(shù)為0,所以又稱(chēng)零示法。
八、轉(zhuǎn)換法 某些物理量不容易直接測(cè)量,或某些現(xiàn)象直接顯示有困難,可以采取把所要觀測(cè)的變量轉(zhuǎn)換成其它變量(力、熱、聲、光、電等物理量的相互轉(zhuǎn)換)進(jìn)行間接觀察和測(cè)量,這就是轉(zhuǎn)換法。如卡文迪許《利用扭秤裝置測(cè)定萬(wàn)有引力恒量實(shí)驗(yàn)》:其基本的思維方法便是等效轉(zhuǎn)換。
卡文迪許扭秤發(fā)生扭轉(zhuǎn)后,引力對(duì)T形架的扭轉(zhuǎn)力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉(zhuǎn)力矩這就是等效轉(zhuǎn)換,間接地達(dá)到了無(wú)法達(dá)到的目的。又如轉(zhuǎn)換法還應(yīng)用于石英絲扭轉(zhuǎn)角度的測(cè)量、根據(jù)電流的熱效應(yīng)來(lái)認(rèn)識(shí)電流大小、根據(jù)磁場(chǎng)對(duì)磁體有力的作用來(lái)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)等上。
轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法,是對(duì)事物本質(zhì)深刻認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生的一種飛躍。 九、理想化法 影響物理現(xiàn)象的因素往往復(fù)雜多變,實(shí)驗(yàn)中??刹捎煤雎阅承┐我蛩鼗蚣僭O(shè)一些理想條件的辦法,以突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結(jié)果。
如在《用單擺測(cè)定重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中(假設(shè)懸線(xiàn)不可伸長(zhǎng))懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過(guò)程的空氣阻力不計(jì),在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中把電壓表變成內(nèi)阻是無(wú)窮大的理想電壓表,電流表變成內(nèi)阻等于0的理想電流表等實(shí)驗(yàn)都采用了理想化法。 十、模型法 有時(shí)受客觀條件限制,不能對(duì)某些物理現(xiàn)象進(jìn)行直接實(shí)驗(yàn)和測(cè)量,于是就人為地創(chuàng)造一定的模型,在模型的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
但要求模型和原型必須具有一定的相似性。如在《電場(chǎng)中等勢(shì)線(xiàn)的描繪》實(shí)驗(yàn)中,因?yàn)閷?duì)靜電場(chǎng)直接測(cè)量很“困難”,故采用易測(cè)量的電流場(chǎng)來(lái)模擬。
又如在確定磁場(chǎng)中磁感線(xiàn)的分布,因?yàn)榇鸥芯€(xiàn)實(shí)際不存在。我們就用鐵屑的分布來(lái)模擬磁感線(xiàn)的存在。
如用太陽(yáng)系模型代表原子結(jié)構(gòu),用簡(jiǎn)單的線(xiàn)條代表杠桿等。以上僅是中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中常用的方法,有時(shí)在一個(gè)實(shí)驗(yàn)中同時(shí)會(huì)用到多種方法。
同時(shí),具體用運(yùn)中還會(huì)遇到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)果的處理方法等,在此不再贅述。 記得采納哦。
一、控制變量法:通過(guò)固定某幾個(gè)因素轉(zhuǎn)化為多個(gè)單因素影響某一量大小的問(wèn)題。
1、影響蒸發(fā)快慢的因素; 2、壓力作用效果與哪些因素有關(guān);
3、研究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān); 4、影響電阻大小的因素;
5、研究電流與電壓、電阻的關(guān)系(歐姆定律); 6、電磁鐵磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān);
7、探索磁場(chǎng)對(duì)電流的作用規(guī)律; 8、研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象; 9、研究焦耳定律。
二、等效法:將一個(gè)物理量,一種物理裝置或一個(gè)物理狀態(tài)(過(guò)程),用另一個(gè)相應(yīng)量來(lái)替代,得到同樣的結(jié)論的方法。
1、在研究物體受幾力時(shí),引入合力。 2、曹沖稱(chēng)象。
3、在研究多個(gè)用電器組成的電路中,引入總電阻。
三、模型法:以理想化的辦法再現(xiàn)原型的本質(zhì)聯(lián)系和內(nèi)在特性的一種簡(jiǎn)化模型。
1、在研究光學(xué)時(shí),引入“光線(xiàn)”概念。
2、在研究磁場(chǎng)時(shí),引入磁感線(xiàn)對(duì)磁場(chǎng)進(jìn)行描述。 3、理想電表。
四、轉(zhuǎn)換法(間接推斷法)
累積法:把不能觀察到的效應(yīng)(現(xiàn)象)通過(guò)自身的積累成為可觀測(cè)的宏觀物或宏觀效應(yīng)。
1、用壓緊鉛柱的方法來(lái)顯示分子面的引力作用。
2、在研究分子運(yùn)動(dòng)時(shí),利用擴(kuò)散現(xiàn)象來(lái)研究。
3、根據(jù)電流所產(chǎn)生的效應(yīng)認(rèn)識(shí)電流。
4、根據(jù)磁鐵產(chǎn)生的作用來(lái)認(rèn)識(shí)磁場(chǎng)。
五、類(lèi)比法:根據(jù)兩個(gè)對(duì)象之間在某些方面的相似或相同,把其中某一對(duì)象的有關(guān)知識(shí)、結(jié)論推移到另一個(gè)對(duì)象中去的一種邏輯方法。
1、水壓--電壓
2、抽水機(jī)提供水壓類(lèi)似電源提供電壓。
3、用速度的定義公式引入壓強(qiáng)公式。
六、比較法:找出研究對(duì)象之間的相同點(diǎn)或相異點(diǎn)的一種邏輯方法。
1、研究蒸發(fā)和沸騰的異同點(diǎn)。
2、比較電壓表與電流表在使用過(guò)程中的相同點(diǎn)和相異點(diǎn)。
3、比較電動(dòng)機(jī)與發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理的相同點(diǎn)和異同點(diǎn)。
4、汽油機(jī)和柴油機(jī)的相同點(diǎn)和異同點(diǎn)。
七、歸納法:從一系列個(gè)別現(xiàn)象的判斷概括出一般性判斷的邏輯的方法。
1、從氣、液、固的擴(kuò)散實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象,得出結(jié)論:一切物體的分子都在作無(wú)規(guī)則的運(yùn)動(dòng)。
2、物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)規(guī)律(如串、并聯(lián)電路中電流、電壓的特點(diǎn)等)幾乎都用了此法。
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在《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中,科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo),又是重要的教學(xué)方式之一。
在探究科學(xué)規(guī)律的過(guò)程中,學(xué)生通過(guò)動(dòng)手動(dòng)腦,通過(guò)物理學(xué)知道“再發(fā)現(xiàn)”過(guò)程,體驗(yàn)到科學(xué)探究的樂(lè)趣,學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法,領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神,掌握科學(xué)學(xué)習(xí)的策略和科學(xué)的思維方法,從而提高他們的科學(xué)素質(zhì)。下面就與大家一起來(lái)探討物理教學(xué)中常用的一些科學(xué)方法。
一、猜想法 在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過(guò)程中,猜想這一步驟有著舉足輕重的地位,它是物理智慧中最活躍的成分,對(duì)學(xué)生猜想能力的培養(yǎng),也是物理探究過(guò)程中的一個(gè)重要環(huán)節(jié),而且猜想決定了科學(xué)探究的方向,因此,在物理教學(xué)的過(guò)程中,引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)合理地猜想就顯得格外重要。首先,猜想要有一定經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)作為基礎(chǔ)。
在進(jìn)行科學(xué)猜想能力方面的教學(xué)時(shí),可先針對(duì)問(wèn)題讓學(xué)生展開(kāi)想象的翅膀,鼓勵(lì)學(xué)生把所有可能的情況都大膽地說(shuō)出來(lái),然后讓學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)和生活經(jīng)驗(yàn)逐一進(jìn)行分析,想想生活中有哪些事實(shí)支持它,它和已有知識(shí)是否一致,排除那些與經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)相矛盾的想法,留下的就可能是科學(xué)的猜想了,沒(méi)有一定的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn),猜想恐怕只能是無(wú)本之木,無(wú)源之水。所以在教學(xué)中為了避免學(xué)生胡猜亂想,讓學(xué)生說(shuō)出猜想的理由、事實(shí)依據(jù)是很有效的避免課堂混亂的手段,也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的方法之一。
二、控制變量法 “控制變量法”是初中物理中常用的探究問(wèn)題的科學(xué)方法。由于影響物理研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的,而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作用的。
所以要想精確地把握研究對(duì)象的各種特性,弄清事物變化的原因和規(guī)律,必須人為的制造一些條件,便于問(wèn)題的研究。例如當(dāng)一個(gè)物理量與幾個(gè)因素有關(guān)時(shí),我們一般是分別研究這個(gè)物理量與各個(gè)因素之間的關(guān)系,再進(jìn)行綜合分析得出結(jié)論。
這樣就必須在研究物理量同其中一個(gè)因素之間的關(guān)系時(shí),將另外幾個(gè)因素人為地控制起來(lái),使它們保持不變,以便觀察和研究該物理量與這個(gè)因素之間的關(guān)系。這就是“控制變量”的方法。
在初中物理教學(xué)中有許多概念或規(guī)律的探索過(guò)程,都要用到控制變量法。例如,在八年級(jí)剛接觸物理時(shí),有一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)是探究“聲音怎樣從發(fā)聲的物體傳到遠(yuǎn)處?”。
讓一個(gè)學(xué)生在桌子一端敲擊桌面,另一個(gè)學(xué)生在另一端聽(tīng)聲音,一次貼在桌面上聽(tīng),一次只是貼近桌面。發(fā)現(xiàn)兩次都可以聽(tīng)到聲音,引導(dǎo)學(xué)生分析這兩次聲音分別是通過(guò)桌子和空氣傳來(lái)的,從而說(shuō)明聲音要靠介質(zhì)傳播。
同時(shí)讓學(xué)生比較兩次聽(tīng)到的聲音大小,從而認(rèn)識(shí)到聲音在固體中比在空氣中傳播得快,即固體的傳聲能力強(qiáng)。在這里,老師一定要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中需要控制的變量就是聽(tīng)聲音的距離和敲擊桌面的力度要相同,使學(xué)生體驗(yàn)到控制變量的思想,為以后的探究實(shí)驗(yàn)作好方法上的準(zhǔn)備。
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。通過(guò)控制變量法,可以讓我們很方便的研究出某個(gè)物理量與多個(gè)因素之間的定性或定量關(guān)系,從而能得出普遍的規(guī)律。
三、等效替代法 有一個(gè)廣為人知的歷史故事──曹沖稱(chēng)象。他運(yùn)用的就是一種等效替代的思想,他是用石頭替代了大象,巧妙地測(cè)出了大象的重力。
當(dāng)然,這里還用到了“化整為零”的思想。很多偉人也經(jīng)常會(huì)用等效法來(lái)使研究問(wèn)題簡(jiǎn)化,例如,愛(ài)迪生用圍成一圈的平面鏡的反射光等效多個(gè)太陽(yáng)造成了無(wú)影燈,他的助手阿普頓在苦苦計(jì)算燈泡的容積時(shí),愛(ài)迪生卻告訴他只需要把燈泡裝滿(mǎn)水,測(cè)量水的體積即為燈泡的容積。
還有阿基米德在洗澡時(shí)發(fā)現(xiàn)了鑒別王冠真假的方法,從而也導(dǎo)致了一個(gè)重要的原理──阿基米德原理的發(fā)現(xiàn)??梢哉f(shuō)“等效替代”的思想是物理實(shí)驗(yàn)成功的最根本、最重要的思路,物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。
例如,測(cè)量不規(guī)則固體的體積,就是利用物體浸沒(méi)在液體中時(shí),物體體積與物體排開(kāi)的液體的體積相等的原理,將用替代。在有量筒或量杯時(shí),可采用“排液補(bǔ)差法”或叫“等量空間占據(jù)法”測(cè)量。
沒(méi)有量筒或量杯時(shí),可用彈簧秤和水,通過(guò)測(cè)量浮力大小,結(jié)合阿基米德原理計(jì)算(全部浸沒(méi)),也可以用天平測(cè)排水的質(zhì)量(全部浸沒(méi)),再利用密度知識(shí)來(lái)計(jì)算。當(dāng)無(wú)法直接測(cè)物體的質(zhì)量時(shí),就可以用漂浮的方法利用的原理,測(cè)出也就知道了,物體的質(zhì)量也就可求了。
這種質(zhì)量或體積的替代測(cè)量方法一般多見(jiàn)于測(cè)量物質(zhì)密度的方法中。還有許多物理量的測(cè)量都用到了等效替代法。
四、轉(zhuǎn)換法 所謂“轉(zhuǎn)換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見(jiàn)、不易見(jiàn)的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見(jiàn)、易見(jiàn)的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問(wèn)題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡(jiǎn)單的問(wèn)題;將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法。彈簧測(cè)力計(jì)的原理也隱含了一個(gè)間接測(cè)量原則。
即用可直接量度的量去間接表現(xiàn)那些不便直接觀察不便直接測(cè)量的量。在這里,彈簧的長(zhǎng)度變化是可以直接觀察直接測(cè)量的,而力的大小是看不到摸不著的,但是力的大小卻和彈簧長(zhǎng)度的變化有關(guān)系,所以我們就可以用彈簧的伸長(zhǎng)量來(lái)量度力的大小。
不僅測(cè)力計(jì)是這樣的,溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)、氣壓表(高度計(jì))、電流表、電壓表。
1.分析、概括一類(lèi)物理現(xiàn)象的共同特征和本質(zhì)屬性。如力等概念。
2.抽象出物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某種屬性,得到表征物質(zhì)或運(yùn)動(dòng)的某種性質(zhì)的物理量,如密度、速度、電阻、磁感強(qiáng)度等概念
3.用理想化方法進(jìn)行科學(xué)抽象,建立概念。如質(zhì)點(diǎn)的概念。
4.抓住新舊概念的邏輯聯(lián)系,在已有概念的基礎(chǔ)上建立新概念,例如由速度、速度的改變等概念建立加速度概念。
5.用類(lèi)比的方法建立概念,借助已有的物理概念,運(yùn)用類(lèi)比的方法建立新的物理概念,如類(lèi)比水壓引入電壓,類(lèi)比光波引入物質(zhì)波,類(lèi)比重力勢(shì)能引入電勢(shì)能等。
6.用等效的方法建立概念,等效的方法也是一種建立物理概念的基本思維方法,例如把變速運(yùn)動(dòng)等效為勻速運(yùn)動(dòng),引入“平均速度”的概念.
1、控制變量法:比如“實(shí)驗(yàn)探究擺鐘擺動(dòng)的快慢跟哪些因素有關(guān)”
2、轉(zhuǎn)換法:比如“探究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)”
3、等效替代法:在高中用得較多
4、科學(xué)實(shí)驗(yàn)法:簡(jiǎn)稱(chēng)實(shí)驗(yàn)法,比如“伏安法測(cè)電阻”或“伏安法測(cè)小燈泡的大功率”
5、理想實(shí)驗(yàn)法:牛頓第一定律的得出(伽利略的理想實(shí)驗(yàn))
6、歸納法:比如“探究杠桿平衡的條件”
7、類(lèi)比法:比如“對(duì)電流(或電壓)的認(rèn)識(shí)”(用水流類(lèi)比電流、用水壓類(lèi)比電壓)
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