控制變量法是初中物理實(shí)驗(yàn)中常用的探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法之一。所謂控制變量法是指為了研究物理量同影響它的多個(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系,可將除">

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物理主要的科學(xué)實(shí)驗(yàn)方法有哪些?如控制變量法....

2024-05-02 16:27:02教育資訊199

一、控制變量法

控制變量法是初中物理實(shí)驗(yàn)中常用的探索問(wèn)題和分析解決問(wèn)題的科學(xué)方法之一。所謂控制變量法是指為了研究物理量同影響它的多個(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系,可將除了這個(gè)因素以外的其它因素人為地控制起來(lái),使其保持不變,再比較、研究該物理量與該因素之間的關(guān)系,得出結(jié)論,然后再綜合起來(lái)得出規(guī)律的方法。

這種方法在整個(gè)初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用比較普遍。例如在人教版實(shí)驗(yàn)教科書(shū)《物理》(八年級(jí)上冊(cè))第一章第一節(jié)關(guān)于探究聲是怎樣傳播的實(shí)驗(yàn)中,就開(kāi)始滲透控制變量的思想。因?yàn)楣腆w、液體和氣體都是傳聲的介質(zhì),我們逐一研究它們分別可以傳聲時(shí),就必須控制其它兩個(gè)因素。如果在進(jìn)行該實(shí)驗(yàn)時(shí)就給學(xué)生恰當(dāng)?shù)攸c(diǎn)撥,提出:“把兩張課桌緊緊地挨在一起,一個(gè)同學(xué)輕敲桌面,另一個(gè)同學(xué)把耳朵貼在另一張桌子上,聽(tīng)到的敲擊聲為什么就能認(rèn)為是桌子傳來(lái)而不是空氣傳來(lái)的?”引導(dǎo)學(xué)生去分析比較,就能使學(xué)生體驗(yàn)到控制變量的思想。在接著的探究影響音調(diào)、響度等因素的實(shí)驗(yàn)中,把控制變量的思想對(duì)學(xué)生給予簡(jiǎn)要的介紹,就會(huì)使學(xué)生逐步領(lǐng)悟到控制變量法的實(shí)質(zhì)要領(lǐng),為以后的探究實(shí)驗(yàn)作好方法上的準(zhǔn)備。

在初中物理中,探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素、電流跟電壓電阻的關(guān)系、影響電熱功率大小的因素、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素、影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素、決定壓力作用效果的因素等等實(shí)驗(yàn),運(yùn)用了控制變量法。

二、等效替代法

等效替代法是指在研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律中,因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質(zhì),而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來(lái)替代的方法。這種方法若運(yùn)用恰當(dāng),不僅能順利得出結(jié)論,而且容易被學(xué)生接受和理解。


三、轉(zhuǎn)換法

有的物理量不便于直接測(cè)量,有的物理現(xiàn)象不便于直接觀察,通過(guò)轉(zhuǎn)換為容易測(cè)量到與之相等或與之相關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象,從而獲得結(jié)論的方法。譬如,在研究電熱的功率與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,電流通過(guò)阻值不等的兩根電阻絲產(chǎn)生的熱量無(wú)法直接觀測(cè)和比較,而我們通過(guò)轉(zhuǎn)換為讓煤油吸熱,觀察煤油溫度變化情況,從而推導(dǎo)出那個(gè)電阻放熱多。教學(xué)時(shí)不妨設(shè)計(jì)一問(wèn):為什么研究電熱的功率與電阻大小的關(guān)系時(shí),還用到似乎與實(shí)驗(yàn)無(wú)關(guān)的煤油呢?引發(fā)學(xué)生的思考和討論,在小結(jié)出該實(shí)驗(yàn)中煤油的作用的基礎(chǔ)上,進(jìn)而再問(wèn):該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癫挥妹河投挠闷渌绞絹?lái)觀察電阻通電后的發(fā)熱情況?這樣促使學(xué)生思維得以發(fā)散,轉(zhuǎn)換的思維方法得到訓(xùn)練,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力也隨著提高了。


四、類(lèi)比法

類(lèi)比法是一種推理方法。為了把要表達(dá)的物理問(wèn)題說(shuō)清楚明白,往往用具體的、有形的、人們所熟知的事物來(lái)類(lèi)比要說(shuō)明的那些抽象的、無(wú)形的、陌生的事物,通過(guò)借助于一個(gè)比較熟悉的對(duì)象的某些特征,去理解和掌握另一個(gè)有相似性的對(duì)象的某些特征。如:在研究電壓的作用時(shí),借助于看得見(jiàn)而學(xué)生比較熟悉的“水壓形成水流”的實(shí)驗(yàn)作類(lèi)比,來(lái)揭示電壓是形成電流的原因。又比如在研究通電螺線管的磁場(chǎng)的實(shí)驗(yàn)中,為準(zhǔn)確記憶通電螺線管的北極與電流方向的關(guān)系,以緊握的右拳頭類(lèi)比為螺線管,四指為線圈并指向電流的方向,則大拇指所指的一端為北極。這樣形象直觀很容易被學(xué)生理解記憶牢固。
五、圖象法

圖象是一個(gè)數(shù)學(xué)概念,用來(lái)表示一個(gè)量隨另一個(gè)量的變化關(guān)系,很直觀。由于物理學(xué)中經(jīng)常要研究一個(gè)物理量隨另一個(gè)物理量的變化情況,因此圖象在物理中有著廣泛的應(yīng)用。在實(shí)驗(yàn)中,運(yùn)用圖象來(lái)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),探究?jī)?nèi)在的物理規(guī)律,具有獨(dú)特之處。如:在探究固體熔化時(shí)溫度的變化規(guī)律和水的沸騰情況的實(shí)驗(yàn)中,就是運(yùn)用圖象法來(lái)處理數(shù)據(jù)的。它形象直觀地表示了物質(zhì)溫度的變化情況,學(xué)生在親歷實(shí)驗(yàn)自主得出數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上,通過(guò)描點(diǎn)、連線繪出圖象就能準(zhǔn)確地把握住晶體和非晶體的熔化特點(diǎn)、液體的沸騰特點(diǎn)了。


六、理想化方法

理想化方法是指在物理教學(xué)中通過(guò)想象建立模型和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的一種科學(xué)方法。可分為理想化模型和理想化實(shí)驗(yàn)。

理想化模型就是指把復(fù)雜的問(wèn)題簡(jiǎn)單化,把研究對(duì)象的一些次要因素舍去,抓住主要因素,對(duì)實(shí)際問(wèn)題進(jìn)行理想化處理去再現(xiàn)原形的本質(zhì)的東西,構(gòu)成理想化的物理模型。這是一種重要的物理研究方法。例如探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn),杠桿就是一種理想化的模型。杠桿在使用時(shí),由于受到力的作用,都會(huì)引起或多或少的形變,然而在研究中把此時(shí)的形變忽略不計(jì),這里我們就把杠桿經(jīng)過(guò)理想化的處理,認(rèn)為它無(wú)形變,視為一個(gè)硬棒,從而使學(xué)生在研究時(shí)不被細(xì)枝末節(jié)的因素影響,順利地得出杠桿平衡原理。

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