初中物理研究方法的整合

李华英

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2016）13-0045-03

物理学中的思想方法是求解物理问题的根本所在。通过学习并尝试运用各种物理学研究方法解决问题，可以使同学们养成良好的思维习惯，不断地提高科学素养。其次《课程标准》要求学生在学习物理过程中，领会物理概念、规律和方法，近几年来各省市的中考试题也加强了对物理研究方法的考查。但这些知识又散布在初中物理课本各处，为了帮助学生们更好的掌握这一部分知识，下面我就将物理学中这些常用的思想方法分类讲解，希望能给到同学们启示。

一、控制变量法

对于多个因素影响某一物理量的问题，在进行探究时，每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对某一物理量是否有影响，最终把多个因素的问题变成多个单一因素的问题，这种研究方法叫控制变量法。这是初中物理中最常用的探索问题和分析解决问题的科学方法。

初中物理涉及的实验主要有：1.影响液体蒸发快慢与哪些因素有关；2.滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；3.液体压强的大小与哪些因素有关4.研究浮力大小与哪些因素有关；5.压力的作用效果与哪些因素有关；6.滑轮组的机械效率与哪些因素有关；7.动能、重力势能的大小与哪些因素有关；8.导体的电阻大小与哪些因素有关；9.探究电阻一定时，电流与电压的关系；10.探究电压一定时，电流与电阻的关系；11.探究电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关；12.研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关；13.探索磁场对电流的作用规律；14.研究电磁感应现象；15.比热容的引入。

【典例】

1.由于电压和电阻两者都可能影响电流大小，用实验研究它们的关系时，可以先保持电压不变，探究电流和电阻的关系；然后保持电阻不变，探究电流和电压的关系，最后总结得出了欧姆定律，这种研究问题的方法叫“控制变量法”。在以下问题的研究中（1）滑动摩擦力大小与哪些因素有关；（2）牛顿在伽利略等人研究成果的基础上得出牛顿第一定律；（3）电流产生的热量与哪些因素有关；（4）研究磁场时，引入磁感线；应用了“控制变量法”进行研究的是（ ）

A.（1）（3） B.（1）（2） C.（2）（4） D.（3）（4）

解析：（2）是应用了实验推理法，（4）应用了理想模型法，所以答案为A。

二、转换法

物理学中，对于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。这种研究方法就叫转换法。

初中物理涉及的实验主要有：1.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；2.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；3.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；4.磁场看不见、摸不到，我们可以根据它产生的作用来认识它；5.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。6.测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积；7.我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度；8.在测量滑动摩擦力时转化成测拉力的大小；9.大气压的测量（无法直接测出大气压的值，转化成求被大气压压起的水银柱的压强）；10.测量硬币的直径时转化成测刻度尺的长度；11.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）；12.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）；13.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）；14.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）；15.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。

【典例】

1.分子运动着看不见、摸不着、不好研究，但科学家可以通过研究墨水的扩散现象来认识它，下面是小红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.研究电流与电阻、电压关系时，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。

B.用小磁针研究磁场方向。

C.电流看不见、摸不着，判断电路中是否有电流时，我们可以通过电路中的灯泡是否发光来确定。

D.研究电流时，将它比作水流。

解析：A答案应用的是控制变量法；D答案应用的是类比法。所以正确答案：B C

三、等效法

在物理实验中有许多物理特征、过程和物理量要想直接观察和测量很困难，这时往往把所需要观测的变量换成其它间接的可观察和测量的变量进行研究，这种研究方法就是等效法。也可以这样说：“等效替代法”就是在特定的某种意义上，在保证效果是相同的前提下，将陌生的、复杂的、难处理的问题替换成熟悉的、容易的、易处理问题的一种方法。

初中物理涉及的实验主要有：1.在研究物体同时受几个力作用时，引入合力（力的 合成）；2.曹冲称象；3.串并联电路中，引入总电阻；4.阿基米德原理表达式：F浮=G排；5.平面镜成像的实验中用了两根等长的蜡烛；6.物体的重心

【典例】

例：某同学在做“探究平面镜成像的特点”实验时，将一块玻璃板竖直架在一把直尺的上面，取两段相同的蜡烛A和B，讲A和B一前一后竖直在直尺上。实验过程中，眼睛是始终再蜡烛A的一侧观察。

（1）点燃蜡烛A，调节蜡烛B的位置，当_____________，B的位置即为A的像所在的位置。

（2）实验时，直尺的作用是便于比较像与物体_____________关系；两段蜡烛相同是为了比较像与物的_____________关系。

（3）用平面镜代替玻璃板，上述实验 （选填“能”或“不能”）进行，因为 。

解析：拿一支相同的蜡烛B在玻璃板后面移动，直到看上去它跟蜡烛A的像完全重合，好像蜡烛B也被点燃了，这时蜡烛B就可以代替蜡烛A的像的位置和大小。这就是等效替代法在实验中的具体运用。采用玻璃板做实验，是因为玻璃板既能像平面镜一样成像，又能透过玻璃板看到后面的物体，便于确定蜡烛A的像的位置，比较像与物体的大小。直尺能过测量到玻璃板的距离，也能测出像到玻璃板的距离，从而比较像与物体到玻璃板距离的关系。

答案：（1）蜡烛B和蜡烛A的像完全重合；（2）到玻璃板的距离；大小；（3）不能，不能确定蜡烛A的像的位置。

四、科学推理法、理想实验法（实验推理法）

理想实验是实验与抽象思维的完美结合，它以真实的科学实验为基础，经过合理推理，将研究对象加以“纯化（理想化）”，略去无关或次要因素的影响，概括出事物的本质规律。因此，理想实验法是在实验基础上经过科学的概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法。且这种方法是在实验基础上用已知的规律对未知的自然现象及规律做出科学的预见。

初中物理涉及的实验主要有：1.牛顿第一定律；2.真空不能传声；3.自然界存在两种电荷。

【典例】

1.研究物理问题时经常用到科学的研究方法。如探究“真空能否传声”就是在实验基础上进行理想推理而得出结论，研究以下问题的方法与此方法相同的是（ ）

A.分子热运动 B.牛顿第一定律

C.电阻上的电流与两端电压的关系

D.磁场用磁感线来描述

解析：扩散现象是由于分子微观运动而形成的，但分子很小，不可能用肉眼直接观察到分子的运动，这时可以通过转换法，由观察扩散实验的宏观现象直接反映分子的热运动。研究电流与电压和电阻的关系采用了控制变量法；研究磁场的分布规律时，依照铁屑在磁场中排列的情况，画出一些有方向的曲线，实际上磁场周围并没有这些曲线，这是为了研究问题的方便，人们采用的理想模型法。

答案：B

五、类比法

如果对一个物理现象或过程与另一物理现象或过程进行比较，找到若干相同或相似之处，并以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去，得到后一对象的结论，这就是类比法。换句话说就是在学习一些十分抽象的，看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解就拿出一个大家都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，电源提供电压的装置。水流通过哦轮时，消耗水能转化为哦轮的动能；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。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。

初中物理涉及的实验主要有：1.电流比作水流；2.电压比作水压；3.声波比作水波；4.分子的动能比作物体的动能；5.功率的定义比作速度的定义。

【典例】

1.我们在学习大气压强时，发现大气与液体有相似的性质，因此对照液体压强知识来学习大气压强，这种学习方法叫（ ）。

A.比较法 B.模型法

C.控制变量法 D.类比法

解析：物理中涉及这种方法的内容很多。例如用水流（水压）类比电流（电压）；用水波类比声波等等。答案： D