发布时间:2023-09-21 10:02:19
绪论:一篇引人入胜的初中物理替代法,需要建立在充分的资料搜集和文献研究之上。搜杂志网为您汇编了三篇范文,供您参考和学习。

一、控制变量法
控制变量法在初中物理实验探究过程中最常用的方法。控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法。当一个物理量与多个因素有关时,为了确定这个物理量与某个因素的关系,就要控制其他因素不变,只改变这个因素,看所研究的物理量与这个因素的变化关系,这种研究方法就是控制变量法。
例如在探究影响导体电阻的大小的因素的实验中,影响导体电阻大小的因素有导体的长度、横截面积、材料这三个变量,怎样才能确定其中一个因素对导体电阻的影响及影响程度呢?这就需要用控制变量法。如下一练习题:两个同学在做探究影响导体的电阻的大小实验时他准备在电路中接入待研究的电阻丝,电源电压恒定,待用电阻丝规格如下表:
1、要研究电阻与材料的关系应选择序号___和___的两组电阻丝
2、选择2和3两组电阻丝能研究电阻和___的关系
3、将2和4号电阻丝接入两个完全相同的电路发现接有4号电阻丝的电路中的电流表示数大于接有2号的电路中电流表的示数,可得出的结论是:_______
4、这种方法在初中物理中经常用到,以下实验中与此方法不同的是()
A液体蒸发的快慢与哪些因素有关
B动能与质量和速度的关系
C电流与电压和电阻的关系
D电流时用水流类比
在初中物理中用到控制变量法的实验除了上题中提到的A、B、C三个选项的实验外,还有如下实验:研究不同物质的吸热能力、研究电磁铁的磁性与线圈匝数和电流大小的关系、研究物体运动的快曼、研究滑动摩擦力与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系、研究压力的作用效果与压力大小和受力面积大小的关系、研究液体压强的大小与液体的密度和深度的关系等等。
二、转换法
有某些物质或现象我们看不见摸不着,但是可以通过研究该物质或现象所产生的可见效果,对物质和现象进行进一步的分析的方法叫做转换法。
在声音的产生和传播这一节课中,音叉的振动我们看不清楚,把正在振动的音叉放入水中溅起水花可来认识它。电流看不见但我们可以通过它表现出来年的热效应和磁效应来认识它;磁场看不到可以通过放入其中的小磁针转动方向发生偏转来认识。
例如下面的一个习题:磁场是一种看不见的特殊物质,我们可以通过磁场对小磁针的作用效果来认识他。这是科学研究的一种常用方法。下列选项中不是采用这种研究方法的是()
A比较温度高低,通过液体受热后的体积变化
B学习了电压,通过水压来认识它
C电磁铁磁性的强弱可以观察吸引的大头针的数目
D电路是否有电流可以观察电流表指针是否发生偏转
在下列问题的研究中还可以用到转化法:通过扩散现象来研究分子的运动;研究物理的动能与质量和速度的关系时通过木块被撞击后移动的距离来判断动能的大小等等。
三、等效替代法
当两个物理量或两个物理过程产生的效果相同时就可以利用其中的一个物理量来代替另一个物理量,或利用一个物理过程来代替另一个物理过程的方法叫等效替代法。等效法是物理方法中应用广泛的重要方法,是科学研究中常用的一种思维方法。在效果等同的前提下,把实际的、复杂的物理过程变成理想的简单的等效过程来处理,可加深对物理概念、规律的理解。
例如用等效替代法测电阻:实验设计方案如图1所示:电源电压保持不变,S是单刀双掷开关、R'是电阻箱、R0是已知阻值的电阻、Rx是待测电阻。
实验步骤:
①将开关S拨到a,读出电流表的示数为I;
②再将开关S拨到b,调节电阻箱R'的阻值,使电流表的示数为I,读出电阻箱的阻值为R,则被测电阻Rx的阻值为R。另外,在研究平面镜成像的实验中也用到等效替代法。
等效替代法还可以在如下实验探究中:排水法测小块固体的体积;求多个电阻组成的串联、并联电路的总电阻等等。
四、理想化法
现在大力提倡素质教育,掌握科学的研究方法是中学生必备的素质。我认为,掌握科学的研究方法比单纯的记住一个现象、一种结果、一项规律更重要,对学生的可持续发展尤为重要。这就要求教师在教学过程中注重对学生科学研究方法的指导,现就初中物理教学中常用的科学研究方法及实例归类总结。物理学的研究方法有许多种,如控制变量法、转化法、实验推理法、等效替代法、理想模型法、归纳法、类比法、比较法、图像法等。
一、控制变量法
在研究物理问题时,某一物理量往往受到多种因素的影响,为了确定其中一个因素对被研究对象的影响情况,首先,要控制其它因素不变,也就是排除其它干扰因素,只改变这一因素,观察该因素的变化对被研究对象的影响情况,找出内在的规律,这就是控制变量法。控制变量法是探究性实验中最常用的方法。初中物理应用实例:
研究压力的作用效果(压强)与压力和受力面积的关系;
研究物体的动能与质量和速度的关系;
研究电流与电阻和电压之间的关系即欧姆定律;
研究电磁铁磁性的强弱与线圈匝数和电流大小的关系。
二、转化法
有些物质的形态通常是看不见的,可以通过该物质产生的各种效应来研究,也就是通过间接的方法来研究该物质。例如,风是看不见的,我们可以通过观察风产生的效应如被风刮起的尘土、树叶、烟、旗面、水波来判断风向、风速。这种研究问题方法就是转化法。初中物理应用实例:大气压是看不见、摸不着的,我们可以通过研究大气压产生的现象来认识它;电流是看不见、摸不着的,我们可以通过观察电路中的灯泡是否发光、发光亮度来判断电路中是否有电流以及电流的大小;磁场是看不见、摸不着的,我们可以通过观察其中的小磁针的北极所指的方向来判断磁场方向;在磁体周围撒一些铁屑来判断磁体周围的磁场分布情况;判断电磁铁的磁性强弱时,我们可以通过观察电磁铁能够吸引大头针的多少来确定;音叉发声时的振动不易观察,我们可以把正在发声的音叉接触水面,通过观察水面的振动来判断,也可以把正在发声的音叉靠近并接触用细线吊起的乒乓球,通过乒乓球的振动来判断。在研究响度与振幅的关系时,可以在鼓面上放一些塑料泡沫颗粒,用大小不同的力敲击鼓面时通过观察塑料泡沫颗粒的振动的高度来判断鼓面的振幅。
三、实验推理法
有些特定实验条件不易达到或不能达到,我们可以通过使现有的实验条件逐渐接近要达到的特定实验条件,通过现有的实验规律进行科学推理,得出特定条件下的结论。这种研究问题的方法就是实验推理法。初中物理应用实例:在研究牛顿第一定律时,通过大量实验得出,在水平面上运动的小车,如果受到的摩擦阻力逐渐减小,小车的运动速度变化会逐渐减少,据此可以推理得出:假如在水平面上运动的小车不受摩擦阻力,小车的运动速度将保持不变,小车将做匀速直线运动;在研究真空能否传声时,把正在发声的电铃放入玻璃罩内,用抽气机把玻璃罩内的空气逐渐抽出,听到的铃声逐渐减小,根据这一规律可以推理得出:假如玻璃罩内被抽成真空,在周围的人将听不到铃声,据此得出“真空不能传声”的结论。
四、等效替代法
某些物体的物理量由于受到实验本身的特殊限制或因实验器材的条件限制,不可以或很难直接进行测量,可以通过测量与之有相同效果的物体的物理量来进行研究,从而得出相同的结论,这种研究问题的方法就是等效替代法,这种方法可以使要研究的问题简单化、直观化,易于理解,便于操作。初中物理应用实例:在著名的“曹冲称象”故事中,大象的质量太大,在当时的条件下不便于直接测量,可以测量与之效果相同的石块的总质量,从而得出大象的质量;在电路中,一个电阻可以等效于几个电阻,几个电阻也可以等效于一个电阻,如串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都是利用了等效的思想;在力的合成与分解中,若干个分力可以等效于一个合力,一个力也可以分解为作用效果相同的若干个分力。
五、理想模型法
理想模型法就是指把复杂的问题简单化,摒弃次要因素,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法,有时为了更加形象的描述所要研究的物理现象、物理问题,还需要引入一些虚拟的内容,借此来形象、直观地表述物理情景。初中物理应用实例:光线、磁感线都是虚拟假定出来的,但却能形象、直观地表述物理情景与事实,方便地解决问题,通过磁感线研究磁场的分布,通过光线研究光传播的路径和方向;洪水季节,江河中的水有时会透过大坝的底层从大坝外的地面冒出来,形成“管涌”,“管涌”的物理模型就是连通器;杠杆是一种理想模型,杠杆在实际使用时,都会发生形变,这个形变可以忽略不计。因此,我们就把杠杆理想化,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原理。
六、归纳法
在研究某一现象的规律时,不可能也没有必要把与之有关的所有现象都列举出来,而是通过大量与某一现象有关的事实,从中找出共同的规律,这种研究问题的方法就是归纳法。初中物理应用实例:声音是由物体振动产生的;光在同一中均匀介质中沿直线传播;光的反射规律;光的折射规律;平面镜成像特点;凸透镜成像规律;分子运动论;晶体的熔化特点;液体的沸腾特点;牛顿第一定律,阿基米德原理;液体压强规律;杠杆的平衡条件;功的原理;欧姆定律;焦耳定律,磁极间的相互作用规律;电磁感应;能量守恒定律。
七、类比法
有些物理现象、概念比较抽象,对学生来说比较陌生、难于理解和记忆,我们可以通过学生熟知的事物来类比,找出类似的规律,类比的对象要有相同或相似之处,这种研究问题的方法就是类比法。初中物理应用实例:用水流类比电流;用水压类比电压;用抽水机类比电源;用速度类比功率。
八、比较法
初中物理教材中,很多物理概念的形成、规律的产生、实验的设计等等,都采用了控制变量法.控制变量法是初中物理知识中最重要最常见的研究方法,同学们一定要认真对待.
例1 (2006年三明)某物理学习小组,选择如图1所示的四个透镜进行探究实验(其中A、B和C、D是两组形状相同的凸透镜,它们分别用玻璃、塑料和水晶制作而成):
(1) 为了探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系,小组同学应选择图1中的哪两个凸透镜做实验?答:____(选填字母序号).器材确定后,接着小组同学让一束与主光轴平行的光,分别经过两凸透镜后会聚于焦点处,如图1的甲、乙所示.
比较两次实验的现象,可以得到的结论是:凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越____.
(2) 如果选择A、B两个透镜,他们还可以探究凸透镜的焦距大小与____的关系.
分析与解答:(1) 探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系时,应选择材料相同的凸透镜,因此应选择A、C两个凸透镜做实验.比较两次实验的现象,可以得到的结论是:凸透镜表面越凸,凸透镜的焦距越小(或短).(2) A、B两个透镜的球形表面弯曲程度相同,但材料不同,因此可以探究凸透镜的焦距大小与材料的关系.
例2 在探究导体的电阻跟哪些因素有关时,某老师引导学生作了如下的猜想:
猜想1:导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;
猜想2:导体的电阻可能跟导体的长度有关;
猜想3:导体的电阻可能跟导体的材料有关.
图2是他们进行实验探究的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝.a、b、c长度均是1 m,d的长度是0.5 m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c的材料相同,但c的横截面积大于a;a、d的材料和横截面积都相同.
(1) 在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把M、N跟____的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数,分析比较这两根金属丝电阻的大小.
(2) 依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属丝电阻的大小,可探究电阻跟____的关系,其结论是:____.
(3) 以上方法在研究物理问题时经常用到,被称为控制变量法.试根据学过的物理知识再列出两例用这种方法研究的问题:____.
(4) 一般说来,所有物体都有电阻,探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关.请用一个废灯泡的灯芯设计一个实验来研究这个问题,要求:① 说出方法;② 画出电路图.
分析与解答:导体的长度、横截面积、材料和温度是本实验中的四个变量,因此,要研究电阻与其中一个变量的关系,需要控制其他三个量不变.
(1) 研究电阻跟横截面积的关系时,应控制长度、材料、温度不变,由题设条件,应依次把M、N跟a、c的两端连接.
(2) a、d的材料、横截面积相同,显见,比较它们电阻的大小,可探究电阻跟长度的关系.其结论是:在导体的材料、横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体电阻跟长度成正比等).
(3) 控制变量法应用十分普遍,除此之外还有:研究电流与电压、电阻的关系;研究压强与压力、受力面积的关系等.
(4) 略.
例3 滑动摩擦力在研究相关物体运动情况时起着重要的作用.通过实验探究已经知道,滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关,也与接触面之间的压力有关.有些同学猜想“滑动摩擦力可能还与接触面的大小有关”.请你从以下器材中选出部分器材,设计实验对此猜想进行检验.
器材:a. 斜面 b. 带钩的正方体木块 c. 带钩的长方体木块 d. 表面平整的长木板 e. 几条毛巾 f. 直尺 g. 弹簧测力计 h. 硬纸板
(1) 你所需要的实验器材(用器材前面的字母表示):____.
(2) 简述主要的实验步骤:____.
分析与解答:本题中提出问题的方法叫“假说”,设计实验的思想是控制变量法.因此在设计实验时,一定要保证接触面粗糙程度和压力不变,仅让接触面的大小发生变化.(1) 实验器材为c、d、g.(2) 实验步骤为:① 将长方体木块平放在水平放置的长木板上,用弹簧测力计拉着它匀速前进,观察并记录这时弹簧测力计的示数;② 将长方体木块侧放在长木板上,用弹簧测力计拉着它匀速前进,观察并记录这时弹簧测力计的示数;③ 比较两次弹簧测力计的示数,即可初步检验上述猜想;④ 重复几次上述3个步骤.
在初中物理课本中,用到控制变量法的实验比较多,例如:
1. 研究滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系;
2. 研究物体的动能的大小与质量和速度的关系;
3. 研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小的关系;
4. 研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流大小的关系;
5. 研究导体电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积的关系;
6. 研究电流与电压、电阻的关系(即欧姆定律);
7. 研究不同物质的吸热能力.
在研究看不见的物质或现象时,可以通过研究该物质或现象所产生的可见的效果,由此进一步分析物质或现象,这种方法叫转换法.值得注意的是,等效替代法虽然也包含有转换法的思想,但其研究主体已发生转移,而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上溯其原因的一种研究方法.
例4 在体育课上练习投掷铅球时,小楠想借此探究重力势能的大小与哪些因素有关.请你帮他完成设计过程.
(1) 你将选择哪些实验器材?
(2) 写出实验步骤.
(3) 说出实验中判断重力势能大小的方法.
分析与解答:此题将同学们所熟悉的体育课场景转化为物理情景,同学们一般会想到利用铅球陷入沙子的深浅程度来判断重力势能的大小,这种方法就是转换法的应用.(1) 质量不同的两个铅球(也可添加刻度尺).(2) 根据课本知识可知,重力势能的大小与重力和高度有关,所以在设计实验步骤时应考虑这两方面,并注意控制变量法的使用.实验步骤为:① 让同一铅球从不同的高度落下;② 使质量不同的两个铅球从同一高度落下.(3) 观察沙子凹陷程度,凹陷程度越大,则重力势能越大.
例5 (2006年南京)小明和小华做“探究导体电阻大小与长度的关系”的实验.他们准备在图3中的A、B两点间接入待研究的电阻丝,电源电压恒定,忽略灯丝电阻受温度变化的影响,待用电阻丝的规格如下表.
(1) 他们应选择序号为____的两根电阻丝来探究.
(2) 正确选择后,他们将所选电阻丝分别接入A、B两点间,闭合开关,通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小.实验中,两次电流表指针均有偏转,但第二次的示数小于第一次的示数,说明第二次接入电路的电阻丝的阻值____(填“较大”或“较小”),同时小华发现第二次实验中灯泡不亮,你认为原因是____.
(3) 以上(2)中判断电阻大小关系的方法在初中物理中经常用到,以下描述中能体现这种方法的是().
A. 水压使水管中形成水流,类似地,电压使电路中形成电流
B. 根据物质在常态下的形状和体积是否固定,可将物质分为三态
C. 通过观察木块被运动物体撞击后移动距离的大小,可比较运动物体动能的大小
D. 研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系,应控制接触面粗糙程度相同
(4) 科学研究表明:在导体的材料、横截面积和温度相同的条件下,导体电阻的大小与长度成正比.你认为他们用上述(2)中的方案能否得到这个结论?请用欧姆定律加以解释.
(5) 若电流表损坏,换用一只电压表,仍然利用上述器材来探究导体电阻的大小与长度是否成正比,请画出一个能反映该实验原理的电路图.(电阻丝用电阻符号表示,导线根数不限)
分析与解答:此题考查设计实验、分析与论证、评估等方面的能力.在第(3)问中用到了转换法.另外在设计探究过程中,还应注意控制变量法这一最常用物理研究方法的应用.(1) 因为是“探究导体电阻大小与长度的关系”,所以应选择序号为2和4的两根电阻丝.(2) 由于第二次电流表的示数变小了,说明第二次接入电路的电阻丝的阻值较大;第二次实验中灯泡不亮,是因为灯泡两端的电压太小,实际功率太小,不足以发光.(3) 此实验中判断电阻大小关系的方法用到了转换法,只有选项C用到了这种方法.(4) 不能得到这个结论.根据欧姆定律可知,在电压一定的条件下,通过导体的电流与导体的电阻成反比,而此方案不能控制电阻丝两端的电压一定.(5) 如图4.
在初中物理课本中,用到转换法的实验比较多,例如:
1. 利用小球的振动来判断发声体在振动;
2. 判断电路中是否有电流时,可通过电路中的灯泡是否发光去确定;
3. 通过扩散现象研究分子的热运动;
4. 电磁铁的磁性强弱可通过它吸引大头针的多少来确定;
5. 判断磁场是否存在时,可用小磁针放在其中看是否转动来判断;
6. 利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果;
7. 根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小.
将某个物理量、物理装置、物理状态(或过程),用另外一个物理量、物理装置、物理状态(或过程)来替代,得到同样的结论,这种方法叫“等效替代法”.在间接测量中,有许多物理量的测量都利用了等效替代法.
例6 (2007年大连)图5是探究平面镜成像规律的实验装置.
(1) 用玻璃板代替平面镜,主要是利用玻璃板透明的特点,便于____.
(2) 如果有3 mm厚和2 mm厚的两块玻璃板,应选择____mm厚的玻璃板做实验.
(3) 如果玻璃板没有放正,将对实验产生什么影响?____.
(4) 使点燃的蜡烛在两个不同的位置,分别测出了物距和像距相等的两组数据,得出实验结论之一:“像距与物距相等”.你认为这种方法是否合理?____.理由是:____.
分析与解答:“探究平面镜成像的规律”是光学中的一个重要实验,该实验中为了明确像和物体的大小、距离等关系,用到了等效替代法,即用一根同样大小的未点燃的蜡烛和玻璃后面已燃蜡烛的像去重合,从而替代已燃蜡烛的像.在第(1)问中用玻璃板代替平面镜,主要是为了看到玻璃板后面的蜡烛.在第(2)问中,由于玻璃板的两个表面都会成像,实验中应尽量选择较薄的玻璃,减小两个像的距离,从而减小误差.在第(3)问中,如果玻璃板没有放正,倾斜了,所成的像在白纸上方或下方,不利于找到像的位置.在第(4)问中,寻找规律时一般最少有三组数据.答案是:(1) 透过玻璃看到像,进而找到并画出像的位置 (2) 2 (3) 有可能找不到像 (4) 不合理 两组数据太少
例7 (2007年玉溪)“曹冲称象”的故事流传至今,最为人称道的是曹冲采用的方法,他把船上的大象换成石头,而其他条件保持不变,使两次的效果(船体浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石头的重.人们把这种方法叫“等效替代法”.请尝试利用“等效替代法”解决下面的问题.
【探究目的】粗略测量待测电阻Rx的值.
【探究器材】待测电阻Rx、一个标准的电阻箱(符号为)、若干开关、干电池、导线和一个刻度不准确但灵敏度良好的电流表(电流表量程足够大).
【设计实验和进行实验】
(1) 画出你设计的实验电路图.
(2) 将下面的实验步骤补充完整,并用字母表示需要测出的物理量.
第一步:开关断开,并按设计的电路图连接电路;____.
(3) 写出Rx的表达式:Rx=____.
分析与解答:题中明确指出用“等效替代法”解决问题,因此设计实验时应设法利用电阻箱的阻值来替代待测电阻的阻值,这是解题的关键.
(1) 电路图如图6所示.(2) 第二步:闭合开关S1,观察并记录电流表的指针偏转位置;第三步:断开开关S1,闭合开关S2,调节电阻箱电阻大小,观察电流表的指针,使它指向前面记录的位置;第四步:读出此时电阻箱电阻大小R.(3) Rx=R.
在初中物理课本中,用到等效替代法的实验有:
1. 探究多个用电器组成的串、并联电路的总电阻;
2. 测量不规则小块固体的体积时,用它排开水的体积替代固体的体积;
3. 托里拆利实验中,利用水银柱产生的压强与大气压相等测定大气压的数值.
理想模型是物理学中的一个重要的研究方法,运用这种方法的目的,就是为了摒弃次要因素,突出主要因素,对实际问题进行理想化、简单化处理,从而方便对物理本质的研究.在物理学中,常常把实际研究对象或实际过程抽象成为理想模型或物理模型.
例8 物理学常常把实际的研究对象或实际的过程抽象成物理模型.如用铡刀铡草时,可以把铡刀看做是一个能够绕轴转动的硬杆,而不必考虑刀的形状、刀的材质,在物理学中把它称为“杠杆”,这时“杠杆”就是铡刀的物理模型.汛期,江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来,形成“管涌”.初中物理讲过的什么装置可以作为“管涌”的物理模型?自行车的车把可以控制车的方向,它的物理模型又是什么?
分析与解答:江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来,说明大坝的底层有洞穴连通,所以管涌的物理模型是连通器.当转动自行车的车把时,可以使车把和车子的前叉一起转动,达到控制方向的作用,车把和前叉构成一个轮轴.
在初中物理课本中,用到理想模型法的实验有:
1. 在研究磁场的分布时,引入磁感线;
2. 在研究光的传播路径和方向时,引入光线;
3. 将光滑表面看做是没有摩擦的理想表面;
4. “电流表”、“电压表”也是一种理想模型,在实际应用时,不考虑电流表本身的电阻对电路的影响;而电压表在接入电路时,则认为其“断路”.
在研究某些较为抽象的物理问题时,往往用具体的、形象的事物来进行类比说明,找出共性的特点,使得被研究对象变得易于理解,这种方法叫做类比法.进行类比的两个对象应具备较多的共同点或相似之处.
例9 自从汤姆逊发现了电子,人们开始研究原子内部结构.科学家提出了许多原子结构的模型,在20世纪上半叶,最为大家接受的原子结构与图7中哪个图最相似?()
分析与解答:此题考查对原子内部结构的掌握情况.原子由原子核与电子组成,其中原子核位于原子的中央,电子在周围绕原子核高速运动.因此原子的结构与太阳系的结构最为相似,在理解原子的结构时可以类比太阳系的结构.正确答案是D.
在初中物理课本中,用到类比法的还有:
1. 用水波类比声波;
2. 在学习电流时,将它比作水流;
3. 在研究分子的作用力时,用弹簧的作用力进行类比.
推理法是在大量可靠事实的基础上,以实际的实验过程为原形,通过合理的推理总结出结论,从而深刻地揭示物理规律的本质.这种方法是物理学中进行研究的一种重要方法.
例10 图8所示是伽利略著名的斜面理想实验,实验设想的步骤有:
① 减小第二个斜面的倾角,小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.
② 两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.
③ 继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续的匀速运动.
④ 如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.
(1) 请将上述步骤按照正确的顺序排列:____(只要填写序号).
(2) 在上述设想步骤中,有的属于可靠事实,有的则是理想化的推论.下面关于这些事实和推论的分类正确的是().
A. ①是事实,②③④是推论
B. ②是事实,①③④是推论
C. ③是事实,①②④是推论
D. ④是事实,①②③是推论
分析与解答:(1) 分析实验过程,可得出正确的顺序排列是②④①③;(2) 步骤②中的现象是可以观察到的事实,而步骤①、③、④中的结论都必须建立在光滑斜面的基础上,所以这些步骤是推论.正确选项是B.
此题用到了控制变量法、理想模型法和推理法.步骤③中讲到“继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面做持续的匀速运动”,这一过程是在前面三个步骤(即步骤②④①)的基础上通过合理的推理得出的,这里用到了推理法.
在初中物理课本中,用到推理法的过程不多,例如:
1. 研究真空中不能传声;
2. 研究牛顿第一定律.
借助于图象来研究物理问题,是物理学中对数据进行处理的常用方法,目的是使问题形象化.作图最基本的方法是描点法,即在坐标系中,先找出对应的点,用平滑的曲线(或直线)连接各点,从而直观地反映出物理量之间的变化.
例11 某初中科技活动小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计,他们选了甲、乙两种规格不同的弹簧进行测试,绘出如图9所示的图象,图中只有OA段和OB段是弹性形变.若他们要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧____;若要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选用弹簧____.从图象中你还可以获得的信息有:____.
分析与解答:此题应结合图象与弹簧的有关性质综合分析.从图象中可以看出,在弹性限度内,弹簧乙所能承受的拉力更大,所以要制作量程较大的弹簧测力计,应选用弹簧乙;在受到相同的拉力时,弹簧甲的伸长量更大,所以要制作精确程度较高的弹簧测力计,应选用弹簧甲,因为它的刻度间隔大.从图象中还可以获得的信息有:在弹性限度内,弹簧的伸长量与拉力成正比.
例12 在“观察水的沸腾”实验中,当水温升到90 ℃时,随着加热过程,每隔1 min记录一次水的温度.某同学记录的数据如下表.
(1) 根据记录,在图10中画出水的沸腾图象.
(2) 试根据实验现象归纳水沸腾时的特点:____.
分析与解答:根据实验数据,采用描点法作出水的沸腾图象可直观地反映出水温随时间变化的特点.(1) 见图11.(2) 水沸腾时的特点有:由液体变为气体;沸腾时继续吸热;沸腾时水的温度保持不变等.
在初中物理课本中,用到图象法的过程较多,例如:
1. 研究固体的熔化过程;
2. 研究水的沸腾过程的特点;
3. 研究同种物质质量与体积的关系;
4. 研究重力与质量的关系.
归纳与分类是研究事物的重要方法之一.在物理实验中,经常要对实验现象或实验数据进行归纳总结,比如上例中的第(2)问,就用到了归纳法.对于要分类的事物,应当进行仔细的分析,找到它们之间相同之处与不同的特点,就不难正确地进行分类了.归纳与分类是科学研究中最常用的方法,归纳与分类往往是从事物的某一特征出发,而不能有双重标准.
例13 有下列光学器具:照相机、潜望镜、幻灯机、穿衣镜、放大镜、牙医内窥镜.可以把它们分成两类:
一类包括____,其特征为____.二类包括____,其特征为____.