物理研究方法分类解析（一）

刘希

一、控制变量法：就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法。中学物理课本中，蒸发的快慢与哪些因素有关；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。

例1 小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关。于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确。下表是她在实验室控制的琴弦条件。

如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用表中编号为_________的琴弦（只填写字母代号）。

探究过程通常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；⑧提出问题（或猜想）；④得出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是：_________（只填写数字代号）。在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，一，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：_________。

解析：想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，应控制弦的粗细、长短相同，只有弦的材料不同，据此找到弦D和E；第2问考查探究问题的方法，答案为③①②④；第3问把学生的思路引向了整个初中物理学习的内容，同学们可以从力、声、热、光、电、磁、能等方面回答。如：研究影响力的作用效果的因素；研究滑动摩檫力与哪些因素有关；研究液体内部的压强；研究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系；研究影响液体蒸发快慢的因素；研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系；研究影响电阻大小的因素；研究电流与电压、电阻的关系；研究电功或电热与哪些因素有关；研究通电导体在磁场中的受力与哪些因素有关；研究影响感应电流的方向因素；研究动能（或重力势能）与哪些因素有关，等等。

二、等效替代法：等效法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易。例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效以及平面镜成像的实验利用两个完全相同的蜡烛，验证物与像的大小相同等等。

例2 如右图所示，两个小孩能提起一桶水，一个大人同样能提起这桶水。这现象表明_________。

解析：两个小孩将两个力同时作用在水桶上可以将水桶提起，而大人的一个力作用在水桶上也可以将水桶提起。由此看来小孩的两个力和大人一个力的作用效果是相同的。

三、推理法：是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推想，得出结论，达到认识事物本质的目的。当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理，或说是在作出推论，例如当你家的狗在叫的时候，你可能会推想有人在你家的门外；要作出这一推论，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。

例3 人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时，伽利略通过如图甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体，如果不受外力作用，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。

推理的方法同样用在“研究声音的传播”实验中。在如图乙的试验中，现有的实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？

解析：在“研究声音的传播”实验中，实验现象是随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越来越弱。但最后还是能听到声音，主要原因有：实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，以及周围的固体还能传声。这时推理就显得很重要了，它能够突破实验条件的限制，抓住主要因素，忽略次要因素，得出结论。题目的示例，既给出了学生套用的格式，又降低了考题的难度。本实验可以推理：如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声，由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。