初中物理常用的科学研究方法.docx
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初中物理常用的科学研究方法
初中物理常用的科学研究方法
研究物理的科学方法有许多，初中物理中常用的有：
观察法、实验法、控制变量法、等效法、模型法、转换法、类比法、比较法等等，但这些知识都散布在初中物理课本各处，为了帮助考生更好的掌握这一部分知识，下面就此做一个汇总。
1控制变量法
控制变量法就是当一个物理量受到多个物理因素的影响和制约时，为了明确这个物理量与其中某个因素的关系，往往需要先控制其它的另几个因素不影响被研究的物理量的方法。
举例：
（1）探究滑动摩擦力大小与哪些物理量有关；
（2）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；
（3）探究电流产生的热量与哪些因素有关；
（4）探究压力的作用效果跟哪些因素有关；
（5）探究影响电阻大小的因素；
2等效替代法
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。
举例：
（1）要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是设法确定像的位置，实验时具体的做法是另外拿一只相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合；我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了等效替代的科学方法
（2）确定物体的重心，把重力的作用点看作在重心上。
（3）在研究物体受几个力作用的情况时，引入“合力”的概念。
（4）在研究串联、并联电路时，引入“总电阻”的概念。
（5）用排液法测物体的体积。
3建立模型法
建立模型法就是把物理实体或物理过程经过科学抽象转化为一定的模型，运用这种方法的目的，是为了摒弃次要条件，突出主要因素，从而方便对物体本质的研究。
举例：
（1）在物理学中，可以用一条带箭头的直线来表示光的传播路径和方向，这条想象的线叫做光线。
（2）在研究磁体的磁场时，引入的“磁感线”；
（3）原子结构的核式模型。
4转换法
对于不易研究或不好直接研究的物理问题，而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法叫转换法。
举例：
（1）分子运动看不见、摸不着，通过研究墨水的扩散现象来认识它。
（2）用小磁针研究磁场方向。
（3）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去确定。
（4）用磁体吸引大头针数目的多少来说明磁性的强弱。
（5）温度计通过液体体积的变化来测量温度。
（6）电流表通过通电线圈在磁场里受力偏转来测量电流
（7）电压表通过通电线圈在磁场里受力偏转来测量电压。
5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。
举例：
（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。
（2）研究电流时，将它比做水流；
（3）用水波类比声波等等。
6观察比较法
在对各种物理现象、物理实验进行观察的基础上，和认定的标准（或对象）进行比较，得出结论的方法叫观察比较法。
举例：
（1）在学习汽化现象时，研究蒸发与沸腾的异同点；
（2）运用参照物判断物体运动情况；
（3）比较电流表与电压表在使用过程中的相同点与不同点；
7推理法
推理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作出科学的预见。
举例：
（1）研究声音不能在真空中传播
（2）牛顿第一运动定律的得出
（3）自然界只有两种电荷”这一结论的得出
8模拟法
模拟法是指通过易表现的事物或现象来反映不易表现的事物或现象。
它是揭示事物本质特征的一种间接而有效的方法。
模拟对象与被模拟对象之间有本质上的共同性或形式上的相似性。
例如：
在磁体周围均匀地散布细铁屑，通过细铁屑的规则排列，形象地模拟磁体周围的磁感线就是采用这一物理研究方法。
中考物理研究方法题大扫描
江苏丰县广宇中英文学校 刘庆贺 渠敬华
《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。
因此，注意考察研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。
实验的思想、控制变量、模型、等效、归纳、分类、转换、类比、猜想等，是初中物理常用的研究方法。
现结合各地中考试题谈谈物理中的研究方法问题。
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：
某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，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。
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。
控制条件
编号
琴弦的材料
琴弦的长度/cm
琴弦的横截面积/mm2
A
钢
20
B
钢
20
C
尼龙丝
30
D
铜
40
E
尼龙丝
40
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；③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，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，只让弦的材料不同，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；
·研究滑动摩擦力与哪些因素有关；
·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、物理模型法
实际中的事物都是错综复杂的，在用物理的规律对实际中的事物进行研究时，常需要对它们进行必要的简化，忽略次要因素，以突出主要矛盾。
用这种理想化的方法将实际中的事物进行简化，便可得到一系列的物理模型。
例2．我们的家乡——芜湖，一直以来就是长江下游重要的商贸港口城市。
芜湖长江大桥，这座目前我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁的建成，使得芜湖这座古老的城市又焕发出强烈的时代气息。
大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。
（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图1所示），其作用是。
（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。
这些缝隙是（）
A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故
B．来往车辆过多，造成路面损毁
C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡
D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩
（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图2丁所示的模型，①可以看出它用到了的相关知识。
其中O是，代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。
②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。
请分析原因。
③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？
（说出一种方法即可）
⑷你知道吗？
在上述的研究中，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：
建立模型。
建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。
想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？
请举一例具体说明。
（第本题实例除外）
分析：
本题以芜湖长江大桥为载体，将声、热、杠杆等知识有机的融合，考查学生综合利用知识的能力。
特别是注重了对物理学研究方法的考查，使学生在做题过程中学会了忽略次要因素，抓住主要问题的建立模型法。
题目最后一问让学生再举例子说明在初中物理学习中，在研究哪些问题时也用到了这种方法？
容易激活学生的思维，促使学生对知识的回忆和重新整合。
答案：
⑴用以隔音，减少火车行驶时产生的噪音污染；⑵Ｄ；⑶①杠杆、支点、Ｆ１；②增加桥塔的高度，可以增大拉力的力臂。
根据杠杆的平衡条件，钢索所承受的拉力也随之减小；③使用新型轻质材料减小桥梁自重等；⑷研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。
电路图是实物电路的模型。
力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。
实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程（柴油机、汽油机模型等）。
研究连通器原理时用到液片模型。
三、转换法
物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫转换法。
初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。
例3．爱因斯坦说过：
“磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。
”磁场虽然看不见、摸不着，但可以通过对小磁针的作用证明其存在。
在物理学中还有其他一些现象也是这样，如用可证明的存在。
解析：
首先通过阅读，明确磁场是无形的，而小磁针是有形的。
用有形的、看得见、摸得着的事物证明无形的、看不见、摸不着的物体，是转换的思想。
然后就要在头脑中搜寻学习过的物理内容，筛选出应用这个思想获取的知识点，确定答案。
大家可以从力、热、光、电、磁、分子原子、能量等方面进行思考。
参考答案如下：
物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用。
苹果落地可证明重力存在。
马得堡半球实验可证明大气压的存在。
雾的出现可证明空气中含有水蒸气。
影的形成光沿直线传播
月食现象可证明月亮不是光源。
奥斯特实验可证明电流周围有磁场
指南针指南北可证明地磁场的存在
用手机能打电话可证明电磁波的存在
扩散现象可证明分子做无规则运动
铅块实验可证明分子间引力的存在
运动的物体能对外做功可证明它具有能
四、猜想法
猜想也称想象或幻想，是用已知的物理知识对某些未知的事物作出科学的预测。
它是人的思维的最高境界，合理的想象往往是人类创造发明的源泉。
例4．在科幻小说《往日之光》中，作者鲍勃。
肖幻想了一种慢透光玻璃，讲述了一段美丽动人的故事。
“想象有一种玻璃，光在这种玻璃中运动的速度极慢，通过半厘米厚需要10年，比蜗牛的速度还慢得多。
当一块慢透光玻璃制出来时，望上去总是一片漆黑，因为还没有光穿过它。
把这种玻璃放在风景秀丽的林中、湖边，带者这些美丽的景致的光陷入慢透光玻璃中，10年也出不来。
把在这种地方放了10年的玻璃镶在城市住宅的窗户上，那么，在下一个10年的过程中，这个窗子外面便仿佛呈现出林中湖泊的美景。
各种动物无声的前来饮水，空中百鸟飞翔，日夜在交替，季节在变化。
身居闹市，犹如别墅。
”
这确实是一个有意思的幻想，但关键是要降住飞驰的光。
科学技术发展到今天，部分科幻已经开始变成现实。
⑴本文作者进行科学幻想的依据是什么？
⑵在生活和学习中，你一定也有许多奇思妙想吧，简要写出一种想象及其依据。
解析：
试题情景优美，充满幻想，给人启迪。
题目第一问表面上看是考学生，实际上给学生以方法：
提醒学生幻想要有依据，不能胡乱猜想。
最后一问更能激发学生的思维，只要联系所学知识，再插上想象的翅膀，不难得出答案。
参考答案：
⑴依据是光在不同的介质中传播速度不同。
⑵想象在常温下制成超导体。
依据是超导材料与温度有关；
人想法固定在空中不用乘坐任何交通工具，就可以周游世界。
依据是地球在自转，运动是相对的；
让水在常温下沸腾，产生大量气泡，不用洗衣粉就能洗衣服。
依据是沸点与气压有关，只要设法降低水面上方的气压，就可使水在常温下沸腾。
五、等效法
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，求得解决。
例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效。
例5．下列四组连线完全正确的一组是（）
解析：
本题容量较大。
既有科学史知识、常用器具的原理、能量转化知识的考查，也有科学研究方法的考查，综合性较强。
正确答案是D。
蒸发和沸腾现象有许多相同和相似的地方，通过比较能更深刻地认识这两个概念，所以用的是比较法。
因为滑动摩擦力大小与压力和接触面的粗糙程度两个因素都有关系，所以实验时，先控制压力不变，研究滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度的关系；再控制接触面的粗糙程度不变，研究滑动摩擦力大小与压力的关系。
这样就可得出滑动摩擦力大小与压力和接触面的粗糙程度的关系了。
这里用的是控制变量法。
研究物体在受到两个以上的力的作用时，为了简化和方便，用另外一个力单独作用在那个物体上，并且让它作用的效果与那两个力共同作用的效果相同，那么这一个力就可以代替那两个力了，并且我们把它称为合力。
这里用的是等效法。
六、类比法
类比在物理学中有着广泛的应用。
所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。
它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。
物理教学中类比方法可以帮助学生理解较复杂的实验和较难的物理知识。
例6．19世纪末，汤姆逊发现了电子，将人们的视线引人到了原子的内部，由此，科学家们提出了多种关于原子结构的模型。
通过学习，你认为原子结构与下列事物结构最接近的是（ ）
A.西红柿B.西瓜C.面包D.太阳系
解析：
大家首先要在头脑中再现学习过的原子结构的模型，再与所给的四个选项比较，确定结构最接近的事物是太阳系.这里原子核可以类比于太阳，核外电子类比于行星，它们在空间结构和运动方式上都是相似的。
七、比较法
是通过观察，分析，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基本方法。
例7．发电机和电动机的区别很多，比如它们的原理不同，请你再举出一条，填入后面的空格内：
解析：
回忆学过的有关发电机和电动机的内容，并进行比较，会得到它们的结构不同;用途不同；能量转换不同。
八、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。
例8．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3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3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。
综上，对研究方法的学习和考查体现着一种新的教学理念，它有利于培养学生的科学探究精神、实践能力、和创新意识。
随着新课程标准的逐步实施，研究方法题是今后中考命题的热点，应引起师生的重视。
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