時(shí)間:2023-06-13 16:27:18
序論:好文章的創(chuàng)作是一個(gè)不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇初中物理等效替代法范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質(zhì),帶來更深刻的閱讀感受。
科學(xué)方法是連接知識(shí)和能力的紐帶。“掌握一種科學(xué)方法勝過解答十個(gè)問題。”對(duì)研究方法的學(xué)習(xí)和考查體現(xiàn)著一種新的教學(xué)理念,同學(xué)們只有真正掌握了研究方法,才能有效解決實(shí)際問題,真正提高自己的創(chuàng)新意識(shí)和能力。
《新課程標(biāo)準(zhǔn)》要求,在突出科學(xué)探究內(nèi)容的同時(shí),重視研究方法的指導(dǎo),使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中,逐漸拓寬視野,初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。因此初中物理論文初中物理論文,考查研究物理問題的方法,成為當(dāng)前和今后中考的熱點(diǎn)。
初中物理常用的研究方法有:控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、推理法、模型法、類比法等。
一、控制變量法
所謂控制變量法,就是在研究和解決問題的過程中,對(duì)影響事物變化規(guī)律的因素和條件加以人為控制,只改變某個(gè)變量的大小,而保證其它的變量不變,最終解決所研究的問題。控制變量法是中學(xué)物理中最常用的方法,也是中考出題最多的方法。
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的實(shí)驗(yàn)有:
理想斜面實(shí)驗(yàn)、探究力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系、探究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素、探究影響壓力的作用效果的因素、探究影響液體壓強(qiáng)大小的因素、探究影響浮力大小的因素、蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)、探究影響滑輪組的機(jī)械效率的因素、探究影響動(dòng)能大小的因素、探究影響重力勢(shì)能大小的因素、探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素、驗(yàn)證歐姆定律、探究影響電流做功多少的因素、探究影響電流的熱效應(yīng)的因素、探究影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素、比熱容概念的引入等
二、等效替代法
在物理實(shí)驗(yàn)中有許多物理特征、過程和物理量要想直接觀察和測(cè)量很困難,這時(shí)往往把所需觀測(cè)的變量換成其它間接的可觀察和測(cè)量的變量進(jìn)行研究,這種研究方法就是等效法。
等效替代法是常用的科學(xué)思維方法。等效是指不同的物理現(xiàn)象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規(guī)律方面是相同的。它們之間可以相互替代,而保證結(jié)論不變。等效的方法是指面對(duì)一個(gè)較為復(fù)雜的問題,提出一個(gè)簡單的方案或設(shè)想,而使它們的效果完全相同,從而將問題化難為易,求得解決。
初中物理課本中應(yīng)用這種方法的有:
1、探究平面鏡成像特點(diǎn)時(shí)用另一支蠟燭在玻璃板后面去等效像2、等效電路 3、串并聯(lián)總電阻 4、多個(gè)分力與合力等效 5、物體的重心等論文參考文獻(xiàn)格式。
三、轉(zhuǎn)換法
對(duì)于不易研究或不好直接研究的物理問題,而是通過研究其表現(xiàn)出來的現(xiàn)象、效應(yīng)、作用效果間接研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。
初中物理中應(yīng)用了這種方法的有:
1.研究物體內(nèi)能與溫度的關(guān)系(我們無法直接感知內(nèi)能的變化,只能轉(zhuǎn)換成測(cè)出溫度的改變來說明內(nèi)能的變化);
2.在研究電熱與電流、電阻的關(guān)系時(shí),將電熱的多少轉(zhuǎn)換成溫度計(jì)液柱上升的高度;
3.我們?cè)谘芯侩姽εc什么因素有關(guān)的時(shí)候,將電功轉(zhuǎn)換成砝碼上升的高度;
4.在我們回答動(dòng)能與什么因素有關(guān)時(shí),我們將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為小木塊在平面上被推動(dòng)的距離,距離越遠(yuǎn)則動(dòng)能越大。
5.證明聲音是由振動(dòng)產(chǎn)生的,敲擊音叉后放入水中,水花四濺。
注意:等效法與轉(zhuǎn)換法很相似,它們的區(qū)別是“等效替代法” 中相互替代的兩個(gè)量種類相同,大小相等 ,而“轉(zhuǎn)換法”中的兩個(gè)物理量有因果關(guān)系,并且性質(zhì)往往發(fā)生了改變?nèi)?/p>
轉(zhuǎn)換法: 電流大小用燈泡亮度體現(xiàn); 磁場(chǎng)的強(qiáng)弱用小磁針偏轉(zhuǎn)的幅度體現(xiàn)
等效替代法: 分力相疊加是合力 ;小石塊體積用排開水的體積代替
四、理想模型法
實(shí)際現(xiàn)象和過程一般都十分復(fù)雜,涉及到眾多因素,采用模型方法可起到簡化和純化的作用.忽略次要因素,從復(fù)雜事物中抽象出理想模型,合理近似的反應(yīng)所研究事物的本質(zhì)特征,這種研究問題的方法叫理想模型法.
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1.光線(光線是看不見的,我們使用一條看得見的實(shí)線來表示,就將問題簡化利用了理想化模型)
2.磁感線
3.電路圖是實(shí)物電路的模型
4.力的示意圖或力的圖示是實(shí)際物體和作用力的模型。
5.實(shí)驗(yàn)室常用手搖交流發(fā)電機(jī)及掛圖來研究交流發(fā)電機(jī)的原理和工作過程
6.研究連通器原理時(shí)用到液片模型。
7.研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模型。
五、科學(xué)推理法
推理法是根據(jù)已知物理現(xiàn)象和規(guī)律,通過想象和推理對(duì)未知的現(xiàn)象做出科學(xué)的推理和預(yù)見.推理法是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,忽略次要因素初中物理論文初中物理論文,進(jìn)行合理的推理,得出結(jié)論,達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的目的。理想實(shí)驗(yàn)是研究物理規(guī)律的一種重要的思想方法,它以大量的可靠的事實(shí)為基礎(chǔ),以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原形,通過合理的推理得出物理規(guī)律.
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1、聲音不能在真空中傳播用推理法得出
2、研究物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與力的關(guān)系時(shí),推理得出慣性定律。
六.類比法
類比法是指將兩個(gè)相似的事物做對(duì)比,從已知對(duì)象具有的某種性質(zhì)推出未知對(duì)象具有相應(yīng)性質(zhì)的方法.類比法在物理中有廣泛的應(yīng)用。所謂類比,實(shí)際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。它是根據(jù)兩個(gè)(或兩類)對(duì)象之間在某些方面的相同或相似而推出它們?cè)谄渌矫嬉部赡芟嗤蛳嗨频囊环N邏輯思維。在物理教學(xué)中,類比方法可以幫助理解較復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)和較難的物理知識(shí)。
在初中物理課本中,應(yīng)用這種方法的有
1、用水流類比電流 2、用水壓類比電壓 3、用水波類比聲波 4、用太陽系的結(jié)構(gòu)類比原子的結(jié)構(gòu)。
一、控制變量法
控制變量法在初中物理實(shí)驗(yàn)探究過程中最常用的方法。控制變量法是解決復(fù)雜問題的一種有效方法。當(dāng)一個(gè)物理量與多個(gè)因素有關(guān)時(shí),為了確定這個(gè)物理量與某個(gè)因素的關(guān)系,就要控制其他因素不變,只改變這個(gè)因素,看所研究的物理量與這個(gè)因素的變化關(guān)系,這種研究方法就是控制變量法。
例如在探究影響導(dǎo)體電阻的大小的因素的實(shí)驗(yàn)中,影響導(dǎo)體電阻大小的因素有導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料這三個(gè)變量,怎樣才能確定其中一個(gè)因素對(duì)導(dǎo)體電阻的影響及影響程度呢?這就需要用控制變量法。如下一練習(xí)題:兩個(gè)同學(xué)在做探究影響導(dǎo)體的電阻的大小實(shí)驗(yàn)時(shí)他準(zhǔn)備在電路中接入待研究的電阻絲,電源電壓恒定,待用電阻絲規(guī)格如下表:
1、要研究電阻與材料的關(guān)系應(yīng)選擇序號(hào)___和___的兩組電阻絲
2、選擇2和3兩組電阻絲能研究電阻和___的關(guān)系
3、將2和4號(hào)電阻絲接入兩個(gè)完全相同的電路發(fā)現(xiàn)接有4號(hào)電阻絲的電路中的電流表示數(shù)大于接有2號(hào)的電路中電流表的示數(shù),可得出的結(jié)論是:_______
4、這種方法在初中物理中經(jīng)常用到,以下實(shí)驗(yàn)中與此方法不同的是()
A液體蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)
B動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系
C電流與電壓和電阻的關(guān)系
D電流時(shí)用水流類比
在初中物理中用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)除了上題中提到的A、B、C三個(gè)選項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)外,還有如下實(shí)驗(yàn):研究不同物質(zhì)的吸熱能力、研究電磁鐵的磁性與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系、研究物體運(yùn)動(dòng)的快曼、研究滑動(dòng)摩擦力與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關(guān)系、研究壓力的作用效果與壓力大小和受力面積大小的關(guān)系、研究液體壓強(qiáng)的大小與液體的密度和深度的關(guān)系等等。
二、轉(zhuǎn)換法
有某些物質(zhì)或現(xiàn)象我們看不見摸不著,但是可以通過研究該物質(zhì)或現(xiàn)象所產(chǎn)生的可見效果,對(duì)物質(zhì)和現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的分析的方法叫做轉(zhuǎn)換法。
在聲音的產(chǎn)生和傳播這一節(jié)課中,音叉的振動(dòng)我們看不清楚,把正在振動(dòng)的音叉放入水中濺起水花可來認(rèn)識(shí)它。電流看不見但我們可以通過它表現(xiàn)出來年的熱效應(yīng)和磁效應(yīng)來認(rèn)識(shí)它;磁場(chǎng)看不到可以通過放入其中的小磁針轉(zhuǎn)動(dòng)方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)來認(rèn)識(shí)。
例如下面的一個(gè)習(xí)題:磁場(chǎng)是一種看不見的特殊物質(zhì),我們可以通過磁場(chǎng)對(duì)小磁針的作用效果來認(rèn)識(shí)他。這是科學(xué)研究的一種常用方法。下列選項(xiàng)中不是采用這種研究方法的是()
A比較溫度高低,通過液體受熱后的體積變化
B學(xué)習(xí)了電壓,通過水壓來認(rèn)識(shí)它
C電磁鐵磁性的強(qiáng)弱可以觀察吸引的大頭針的數(shù)目
D電路是否有電流可以觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)
在下列問題的研究中還可以用到轉(zhuǎn)化法:通過擴(kuò)散現(xiàn)象來研究分子的運(yùn)動(dòng);研究物理的動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系時(shí)通過木塊被撞擊后移動(dòng)的距離來判斷動(dòng)能的大小等等。
三、等效替代法
當(dāng)兩個(gè)物理量或兩個(gè)物理過程產(chǎn)生的效果相同時(shí)就可以利用其中的一個(gè)物理量來代替另一個(gè)物理量,或利用一個(gè)物理過程來代替另一個(gè)物理過程的方法叫等效替代法。等效法是物理方法中應(yīng)用廣泛的重要方法,是科學(xué)研究中常用的一種思維方法。在效果等同的前提下,把實(shí)際的、復(fù)雜的物理過程變成理想的簡單的等效過程來處理,可加深對(duì)物理概念、規(guī)律的理解。
例如用等效替代法測(cè)電阻:實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖1所示:電源電壓保持不變,S是單刀雙擲開關(guān)、R'是電阻箱、R0是已知阻值的電阻、Rx是待測(cè)電阻。
實(shí)驗(yàn)步驟:
①將開關(guān)S撥到a,讀出電流表的示數(shù)為I;
②再將開關(guān)S撥到b,調(diào)節(jié)電阻箱R'的阻值,使電流表的示數(shù)為I,讀出電阻箱的阻值為R,則被測(cè)電阻Rx的阻值為R。另外,在研究平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中也用到等效替代法。
等效替代法還可以在如下實(shí)驗(yàn)探究中:排水法測(cè)小塊固體的體積;求多個(gè)電阻組成的串聯(lián)、并聯(lián)電路的總電阻等等。
四、理想化法
二、轉(zhuǎn)換法
對(duì)于微觀規(guī)律、抽象概念以及不便直接測(cè)量的物理量,教師可以通過宏觀表現(xiàn)出來的現(xiàn)象及其他方面的現(xiàn)象進(jìn)行分析,從而把微觀的宏觀化、抽象的具體化、間接的直接化,這有利于提高學(xué)生解決和處理具體事務(wù)的能力,養(yǎng)成尋找巧妙解決問題方案的習(xí)慣。如判斷電流的存在,學(xué)生可從電流的效應(yīng)來分析、判斷磁場(chǎng)的情況,也可以通過放入其中的小磁針的偏轉(zhuǎn)來分析;又如比較壓力作用的效果,學(xué)生可以通過下陷的深度來判定。
三、理想模型法
理想模型法就是對(duì)事物形象化,抓住事物的主要矛盾及矛盾的主要方面,去掉次要因素而建立起來的一種物理模型,它可使事物形象化,突出其主要特性。如用光線、磁感線可以形象地描繪光和磁場(chǎng),但實(shí)際中并不存在光線和磁場(chǎng)線;又如光滑表面、無內(nèi)阻電源、杠桿、理想滑輪組抓住了事物的主要特征,而分子模型及固、液、氣分子結(jié)構(gòu)模型、原子結(jié)構(gòu)模型則對(duì)事物的特性作了粗略處理。因此,為了使學(xué)生形成形象處理物理問題、抓住矛盾的主要方面及主要矛盾的意識(shí),教師就必須引導(dǎo)學(xué)生借鑒物理模型的規(guī)律快速處理相關(guān)問題。
四、等效替代法
等效替代法是指用一個(gè)量等效替代一個(gè)或兩個(gè)以上量的方法,以便建立一些新的概念,并簡潔表達(dá)其規(guī)律,同時(shí)也可將一些不便直接測(cè)量的物理量變得可操作化。如總電阻、合力概念的建立;又如在測(cè)量不規(guī)則固體的體積時(shí),學(xué)生可以采用排水法等效測(cè)量出排出的水的體積,然后算出固體的體積;再如在托利拆利實(shí)驗(yàn)中,學(xué)生可以將大氣化的數(shù)值用水銀柱壓強(qiáng)值等效替代。當(dāng)學(xué)生掌握了等效替代法,在處理物理問題時(shí)便可尋找出多種途徑和方法,有利于培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維,拓寬學(xué)生的思維空間。
五、推理法
在現(xiàn)實(shí)中,受重力、摩擦力和空氣阻力的影響,很多物理規(guī)律不能直接由實(shí)驗(yàn)證實(shí),經(jīng)常會(huì)使人們對(duì)事物的認(rèn)識(shí)簡單化和錯(cuò)誤化。如力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系,在科學(xué)史上經(jīng)歷了漫長、激烈的爭斗,最后,牛頓采用推理法建立了牛頓第一定律,因而推理法也是研究物理學(xué)的一種基本方法。教學(xué)中,教師可以通過其他實(shí)例進(jìn)行推理、分析,以便使學(xué)生擺脫傳統(tǒng)思維的束縛,發(fā)展抽象思維和創(chuàng)新思維。如在探究真空不能傳聲、在光滑表面上物體所受的滑動(dòng)摩擦力為零等時(shí),學(xué)生就可以采用推理法來進(jìn)行分析和推理。
一、控制變量法
所謂控制變量法就是指一個(gè)物理量受到多個(gè)物理因素的影響和制約。那么在討論這個(gè)物理量與其中某個(gè)因素的關(guān)系時(shí),只讓這個(gè)因素發(fā)生變化,需要先控制其他幾個(gè)因素不變,確定相關(guān)物理量之間的關(guān)系,這種方法叫控制變量法。比如在“探究影響電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)中。學(xué)生猜想:①可能跟電流大小有關(guān);②可能跟線圈匝數(shù)多少有關(guān)。要驗(yàn)證猜想①跟電流大小有關(guān),只改變通過電磁鐵線圈中電流的大小,要控制線圈的匝數(shù)不變;要驗(yàn)證猜想②可能跟線圈匝數(shù)多少有關(guān),就應(yīng)該只改變電磁鐵線圈的匝數(shù),而要控制通過電磁鐵線圈電流大小不變。最后我們利用電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量來分析判斷出它們之間的關(guān)系。
初中物理涉及的實(shí)驗(yàn)主要有:
1.探究影響液體蒸發(fā)快慢的因素有哪些;
2.探究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān);
3.探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān);
4.探究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān);
5.探究液體浮力的大小與哪些因素有關(guān);
6.探究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān);
7.探究動(dòng)能、重力勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān);
8.探究物體溫度升高(或降低)時(shí),吸收(或放出)的熱量與哪些因素有關(guān);
9.探究研究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓以及導(dǎo)體電阻的關(guān)系;
10.探究探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素;
11.探究研究電流做功的多少跟哪些因素有關(guān);
12.探究探究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)。
二、轉(zhuǎn)換法
在物理學(xué)中對(duì)一些不易觀察的物理現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量,通常用一些較直觀、易觀察的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí),或用易測(cè)量的物理量間接測(cè)量,這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。在初中物理概念、規(guī)律學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常應(yīng)用這種方法。比如說電流看不見、摸不著,不易研究它的大小,但是我們可以通過電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的三大效應(yīng)(熱效應(yīng)、磁效應(yīng)、化學(xué)效應(yīng))來研究它的存在及大??;磁場(chǎng)看不見、摸不著,我們可以通過觀察放入其中的小磁針的偏轉(zhuǎn)情況來判斷磁場(chǎng)的存在;空氣看不見、摸不著,我們可以根據(jù)空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的作用效果來認(rèn)識(shí)它。
三、類比法
從兩類不同事物之間找出某些相同或相似的量的思維方法,為了把要表述的物理事物說得清楚明白,往往用具體的、易理解的、人們所熟知的事物來類比那些抽象的、不易理解的、陌生的事物。比如在物理教材中用水流來類比電流;用水壓來類比電壓;用抽水機(jī)類比電源;用速度概念類比機(jī)械功率及電功率概念等。
四、等效替代法
等效替代法簡稱“等效法”,所謂“等效法”就是在特定的某種意義上,在保證效果相同的前提下,將陌生的、復(fù)雜的、難處理的問題轉(zhuǎn)換成熟悉的、容易的、易處理的一種方法。初中物理教材中,在二力的合成中用合力等效代替分力;研究串、并聯(lián)電路中電阻關(guān)系時(shí)引入等效電阻的概念;在電路分析中可以把不易分析的復(fù)雜電路簡化成較為簡單的等效電路。
五、建立理想模型法
為了研究的需要,把物理實(shí)體或物理過程經(jīng)過科學(xué)抽象轉(zhuǎn)化為一定的模型,這種轉(zhuǎn)化忽略了一些次要因素,突出主要因素,它使物理教學(xué)簡單化、形象直觀化,易于學(xué)生理解。如:磁場(chǎng)是客觀存在的一種特殊物質(zhì),而“磁感線”并不存在,為了描述磁場(chǎng)而引入的“磁感線”是假想的物理模型;光是客觀存在的,為了研究光的傳播路徑和方向而引入“光線”,也是“假想模型法”;用圖示的方法表示力;電路圖是實(shí)物電路的模型;“管涌”是連通器模型;杠桿模型;輪軸模型;斜面模型等等。
六、科學(xué)推理法
有些物理實(shí)驗(yàn)結(jié)論或規(guī)律單憑物理實(shí)驗(yàn)是無法完成的,它需要大量可靠事實(shí)為基礎(chǔ),以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原形,通過大膽、科學(xué)、合理的推理得出結(jié)論,深刻地解釋物理規(guī)律的本質(zhì),是物理學(xué)研究的一種重要的思想方法。例如在進(jìn)行牛頓第一定律的實(shí)驗(yàn)時(shí),根據(jù)把物體放在越光滑的平面上就運(yùn)動(dòng)的越遠(yuǎn)的知識(shí),我們可以推理出:如果平面絕對(duì)光滑且不受其他摩擦阻力,物體將永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動(dòng);在做真空是否能傳聲的實(shí)驗(yàn)時(shí),當(dāng)我們發(fā)現(xiàn)裝置中空氣越少,傳出的聲音就越小時(shí),我們可以推理出:真空是不能傳聲的。
其實(shí)物理研究方法不僅僅是以上所談,還有觀察法、實(shí)驗(yàn)法、歸納法、累積法、微小放大法、比較法、比值法、圖像法等等。
學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過程中,逐漸拓寬視野,初步感受科學(xué)研究方法帶來的思維靈感火花,能夠從中領(lǐng)略物理學(xué)科的奧妙,從而感受“另類思維”給他們帶來“柳暗花明又一村”的效果。
參考文獻(xiàn):
[1]陳兵.初中物理學(xué)習(xí)方法淺析[J].新課程,2010(12).
初中物理教材中,很多物理概念的形成、規(guī)律的產(chǎn)生、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)等等,都采用了控制變量法.控制變量法是初中物理知識(shí)中最重要最常見的研究方法,同學(xué)們一定要認(rèn)真對(duì)待.
例1 (2006年三明)某物理學(xué)習(xí)小組,選擇如圖1所示的四個(gè)透鏡進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)(其中A、B和C、D是兩組形狀相同的凸透鏡,它們分別用玻璃、塑料和水晶制作而成):
(1) 為了探究凸透鏡的焦距大小與透鏡球形表面彎曲程度的關(guān)系,小組同學(xué)應(yīng)選擇圖1中的哪兩個(gè)凸透鏡做實(shí)驗(yàn)?答:____(選填字母序號(hào)).器材確定后,接著小組同學(xué)讓一束與主光軸平行的光,分別經(jīng)過兩凸透鏡后會(huì)聚于焦點(diǎn)處,如圖1的甲、乙所示.
比較兩次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象,可以得到的結(jié)論是:凸透鏡表面越凸,凸透鏡的焦距越____.
(2) 如果選擇A、B兩個(gè)透鏡,他們還可以探究凸透鏡的焦距大小與____的關(guān)系.
分析與解答:(1) 探究凸透鏡的焦距大小與透鏡球形表面彎曲程度的關(guān)系時(shí),應(yīng)選擇材料相同的凸透鏡,因此應(yīng)選擇A、C兩個(gè)凸透鏡做實(shí)驗(yàn).比較兩次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象,可以得到的結(jié)論是:凸透鏡表面越凸,凸透鏡的焦距越?。ɑ蚨蹋?(2) A、B兩個(gè)透鏡的球形表面彎曲程度相同,但材料不同,因此可以探究凸透鏡的焦距大小與材料的關(guān)系.
例2 在探究導(dǎo)體的電阻跟哪些因素有關(guān)時(shí),某老師引導(dǎo)學(xué)生作了如下的猜想:
猜想1:導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的橫截面積有關(guān);
猜想2:導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的長度有關(guān);
猜想3:導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的材料有關(guān).
圖2是他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的器材,演示板上固定了四條金屬電阻絲.a、b、c長度均是1 m,d的長度是0.5 m;a、b的橫截面積相同,材料不同;a、c的材料相同,但c的橫截面積大于a;a、d的材料和橫截面積都相同.
(1) 在探究電阻跟橫截面積的關(guān)系時(shí),可依次把M、N跟____的兩端連接,閉合開關(guān),記下電流表的示數(shù),分析比較這兩根金屬絲電阻的大小.
(2) 依次把M、N跟a、d的兩端連接,閉合開關(guān),記下電流表示數(shù),分析比較a、d兩根金屬絲電阻的大小,可探究電阻跟____的關(guān)系,其結(jié)論是:____.
(3) 以上方法在研究物理問題時(shí)經(jīng)常用到,被稱為控制變量法.試根據(jù)學(xué)過的物理知識(shí)再列出兩例用這種方法研究的問題:____.
(4) 一般說來,所有物體都有電阻,探究過程中,又有同學(xué)提出猜想4:電阻還可能跟溫度有關(guān).請(qǐng)用一個(gè)廢燈泡的燈芯設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來研究這個(gè)問題,要求:① 說出方法;② 畫出電路圖.
分析與解答:導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度是本實(shí)驗(yàn)中的四個(gè)變量,因此,要研究電阻與其中一個(gè)變量的關(guān)系,需要控制其他三個(gè)量不變.
(1) 研究電阻跟橫截面積的關(guān)系時(shí),應(yīng)控制長度、材料、溫度不變,由題設(shè)條件,應(yīng)依次把M、N跟a、c的兩端連接.
(2) a、d的材料、橫截面積相同,顯見,比較它們電阻的大小,可探究電阻跟長度的關(guān)系.其結(jié)論是:在導(dǎo)體的材料、橫截面積相同時(shí),導(dǎo)體越長,電阻越大(或?qū)w電阻跟長度成正比等).
(3) 控制變量法應(yīng)用十分普遍,除此之外還有:研究電流與電壓、電阻的關(guān)系;研究壓強(qiáng)與壓力、受力面積的關(guān)系等.
(4) 略.
例3 滑動(dòng)摩擦力在研究相關(guān)物體運(yùn)動(dòng)情況時(shí)起著重要的作用.通過實(shí)驗(yàn)探究已經(jīng)知道,滑動(dòng)摩擦力與接觸面的粗糙程度有關(guān),也與接觸面之間的壓力有關(guān).有些同學(xué)猜想“滑動(dòng)摩擦力可能還與接觸面的大小有關(guān)”.請(qǐng)你從以下器材中選出部分器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)此猜想進(jìn)行檢驗(yàn).
器材:a. 斜面 b. 帶鉤的正方體木塊 c. 帶鉤的長方體木塊 d. 表面平整的長木板 e. 幾條毛巾 f. 直尺 g. 彈簧測(cè)力計(jì) h. 硬紙板
(1) 你所需要的實(shí)驗(yàn)器材(用器材前面的字母表示):____.
(2) 簡述主要的實(shí)驗(yàn)步驟:____.
分析與解答:本題中提出問題的方法叫“假說”,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思想是控制變量法.因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí),一定要保證接觸面粗糙程度和壓力不變,僅讓接觸面的大小發(fā)生變化.(1) 實(shí)驗(yàn)器材為c、d、g.(2) 實(shí)驗(yàn)步驟為:① 將長方體木塊平放在水平放置的長木板上,用彈簧測(cè)力計(jì)拉著它勻速前進(jìn),觀察并記錄這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù);② 將長方體木塊側(cè)放在長木板上,用彈簧測(cè)力計(jì)拉著它勻速前進(jìn),觀察并記錄這時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù);③ 比較兩次彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù),即可初步檢驗(yàn)上述猜想;④ 重復(fù)幾次上述3個(gè)步驟.
在初中物理課本中,用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)比較多,例如:
1. 研究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關(guān)系;
2. 研究物體的動(dòng)能的大小與質(zhì)量和速度的關(guān)系;
3. 研究壓力的作用效果與壓力的大小和受力面積大小的關(guān)系;
4. 研究電磁鐵的磁性與線圈的匝數(shù)和電流大小的關(guān)系;
5. 研究導(dǎo)體電阻大小跟導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系;
6. 研究電流與電壓、電阻的關(guān)系(即歐姆定律);
7. 研究不同物質(zhì)的吸熱能力.
在研究看不見的物質(zhì)或現(xiàn)象時(shí),可以通過研究該物質(zhì)或現(xiàn)象所產(chǎn)生的可見的效果,由此進(jìn)一步分析物質(zhì)或現(xiàn)象,這種方法叫轉(zhuǎn)換法.值得注意的是,等效替代法雖然也包含有轉(zhuǎn)換法的思想,但其研究主體已發(fā)生轉(zhuǎn)移,而轉(zhuǎn)換法則是通過研究主體所產(chǎn)生的效果來上溯其原因的一種研究方法.
例4 在體育課上練習(xí)投擲鉛球時(shí),小楠想借此探究重力勢(shì)能的大小與哪些因素有關(guān).請(qǐng)你幫他完成設(shè)計(jì)過程.
(1) 你將選擇哪些實(shí)驗(yàn)器材?
(2) 寫出實(shí)驗(yàn)步驟.
(3) 說出實(shí)驗(yàn)中判斷重力勢(shì)能大小的方法.
分析與解答:此題將同學(xué)們所熟悉的體育課場(chǎng)景轉(zhuǎn)化為物理情景,同學(xué)們一般會(huì)想到利用鉛球陷入沙子的深淺程度來判斷重力勢(shì)能的大小,這種方法就是轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用.(1) 質(zhì)量不同的兩個(gè)鉛球(也可添加刻度尺).(2) 根據(jù)課本知識(shí)可知,重力勢(shì)能的大小與重力和高度有關(guān),所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時(shí)應(yīng)考慮這兩方面,并注意控制變量法的使用.實(shí)驗(yàn)步驟為:① 讓同一鉛球從不同的高度落下;② 使質(zhì)量不同的兩個(gè)鉛球從同一高度落下.(3) 觀察沙子凹陷程度,凹陷程度越大,則重力勢(shì)能越大.
例5 (2006年南京)小明和小華做“探究導(dǎo)體電阻大小與長度的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).他們準(zhǔn)備在圖3中的A、B兩點(diǎn)間接入待研究的電阻絲,電源電壓恒定,忽略燈絲電阻受溫度變化的影響,待用電阻絲的規(guī)格如下表.
(1) 他們應(yīng)選擇序號(hào)為____的兩根電阻絲來探究.
(2) 正確選擇后,他們將所選電阻絲分別接入A、B兩點(diǎn)間,閉合開關(guān),通過觀察燈泡的亮暗或電流表的示數(shù)來比較電阻絲電阻的大小.實(shí)驗(yàn)中,兩次電流表指針均有偏轉(zhuǎn),但第二次的示數(shù)小于第一次的示數(shù),說明第二次接入電路的電阻絲的阻值____(填“較大”或“較小”),同時(shí)小華發(fā)現(xiàn)第二次實(shí)驗(yàn)中燈泡不亮,你認(rèn)為原因是____.
(3) 以上(2)中判斷電阻大小關(guān)系的方法在初中物理中經(jīng)常用到,以下描述中能體現(xiàn)這種方法的是().
A. 水壓使水管中形成水流,類似地,電壓使電路中形成電流
B. 根據(jù)物質(zhì)在常態(tài)下的形狀和體積是否固定,可將物質(zhì)分為三態(tài)
C. 通過觀察木塊被運(yùn)動(dòng)物體撞擊后移動(dòng)距離的大小,可比較運(yùn)動(dòng)物體動(dòng)能的大小
D. 研究滑動(dòng)摩擦力大小與壓力大小的關(guān)系,應(yīng)控制接觸面粗糙程度相同
(4) 科學(xué)研究表明:在導(dǎo)體的材料、橫截面積和溫度相同的條件下,導(dǎo)體電阻的大小與長度成正比.你認(rèn)為他們用上述(2)中的方案能否得到這個(gè)結(jié)論?請(qǐng)用歐姆定律加以解釋.
(5) 若電流表損壞,換用一只電壓表,仍然利用上述器材來探究導(dǎo)體電阻的大小與長度是否成正比,請(qǐng)畫出一個(gè)能反映該實(shí)驗(yàn)原理的電路圖.(電阻絲用電阻符號(hào)表示,導(dǎo)線根數(shù)不限)
分析與解答:此題考查設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與論證、評(píng)估等方面的能力.在第(3)問中用到了轉(zhuǎn)換法.另外在設(shè)計(jì)探究過程中,還應(yīng)注意控制變量法這一最常用物理研究方法的應(yīng)用.(1) 因?yàn)槭恰疤骄繉?dǎo)體電阻大小與長度的關(guān)系”,所以應(yīng)選擇序號(hào)為2和4的兩根電阻絲.(2) 由于第二次電流表的示數(shù)變小了,說明第二次接入電路的電阻絲的阻值較大;第二次實(shí)驗(yàn)中燈泡不亮,是因?yàn)闊襞輧啥说碾妷禾?,?shí)際功率太小,不足以發(fā)光.(3) 此實(shí)驗(yàn)中判斷電阻大小關(guān)系的方法用到了轉(zhuǎn)換法,只有選項(xiàng)C用到了這種方法.(4) 不能得到這個(gè)結(jié)論.根據(jù)歐姆定律可知,在電壓一定的條件下,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比,而此方案不能控制電阻絲兩端的電壓一定.(5) 如圖4.
在初中物理課本中,用到轉(zhuǎn)換法的實(shí)驗(yàn)比較多,例如:
1. 利用小球的振動(dòng)來判斷發(fā)聲體在振動(dòng);
2. 判斷電路中是否有電流時(shí),可通過電路中的燈泡是否發(fā)光去確定;
3. 通過擴(kuò)散現(xiàn)象研究分子的熱運(yùn)動(dòng);
4. 電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可通過它吸引大頭針的多少來確定;
5. 判斷磁場(chǎng)是否存在時(shí),可用小磁針放在其中看是否轉(zhuǎn)動(dòng)來判斷;
6. 利用小桌陷入海綿的深度判斷壓力的作用效果;
7. 根據(jù)小球?qū)⒛緣K推動(dòng)的遠(yuǎn)近來判斷小球動(dòng)能的大小.
將某個(gè)物理量、物理裝置、物理狀態(tài)(或過程),用另外一個(gè)物理量、物理裝置、物理狀態(tài)(或過程)來替代,得到同樣的結(jié)論,這種方法叫“等效替代法”.在間接測(cè)量中,有許多物理量的測(cè)量都利用了等效替代法.
例6 (2007年大連)圖5是探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置.
(1) 用玻璃板代替平面鏡,主要是利用玻璃板透明的特點(diǎn),便于____.
(2) 如果有3 mm厚和2 mm厚的兩塊玻璃板,應(yīng)選擇____mm厚的玻璃板做實(shí)驗(yàn).
(3) 如果玻璃板沒有放正,將對(duì)實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生什么影響?____.
(4) 使點(diǎn)燃的蠟燭在兩個(gè)不同的位置,分別測(cè)出了物距和像距相等的兩組數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論之一:“像距與物距相等”.你認(rèn)為這種方法是否合理?____.理由是:____.
分析與解答:“探究平面鏡成像的規(guī)律”是光學(xué)中的一個(gè)重要實(shí)驗(yàn),該實(shí)驗(yàn)中為了明確像和物體的大小、距離等關(guān)系,用到了等效替代法,即用一根同樣大小的未點(diǎn)燃的蠟燭和玻璃后面已燃蠟燭的像去重合,從而替代已燃蠟燭的像.在第(1)問中用玻璃板代替平面鏡,主要是為了看到玻璃板后面的蠟燭.在第(2)問中,由于玻璃板的兩個(gè)表面都會(huì)成像,實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量選擇較薄的玻璃,減小兩個(gè)像的距離,從而減小誤差.在第(3)問中,如果玻璃板沒有放正,傾斜了,所成的像在白紙上方或下方,不利于找到像的位置.在第(4)問中,尋找規(guī)律時(shí)一般最少有三組數(shù)據(jù).答案是:(1) 透過玻璃看到像,進(jìn)而找到并畫出像的位置 (2) 2 (3) 有可能找不到像 (4) 不合理 兩組數(shù)據(jù)太少
例7 (2007年玉溪)“曹沖稱象”的故事流傳至今,最為人稱道的是曹沖采用的方法,他把船上的大象換成石頭,而其他條件保持不變,使兩次的效果(船體浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石頭的重.人們把這種方法叫“等效替代法”.請(qǐng)嘗試?yán)谩暗刃娲ā苯鉀Q下面的問題.
【探究目的】粗略測(cè)量待測(cè)電阻Rx的值.
【探究器材】待測(cè)電阻Rx、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻箱(符號(hào)為)、若干開關(guān)、干電池、導(dǎo)線和一個(gè)刻度不準(zhǔn)確但靈敏度良好的電流表(電流表量程足夠大).
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
(1) 畫出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖.
(2) 將下面的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整,并用字母表示需要測(cè)出的物理量.
第一步:開關(guān)斷開,并按設(shè)計(jì)的電路圖連接電路;____.
(3) 寫出Rx的表達(dá)式:Rx=____.
分析與解答:題中明確指出用“等效替代法”解決問題,因此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)設(shè)法利用電阻箱的阻值來替代待測(cè)電阻的阻值,這是解題的關(guān)鍵.
(1) 電路圖如圖6所示.(2) 第二步:閉合開關(guān)S1,觀察并記錄電流表的指針偏轉(zhuǎn)位置;第三步:斷開開關(guān)S1,閉合開關(guān)S2,調(diào)節(jié)電阻箱電阻大小,觀察電流表的指針,使它指向前面記錄的位置;第四步:讀出此時(shí)電阻箱電阻大小R.(3) Rx=R.
在初中物理課本中,用到等效替代法的實(shí)驗(yàn)有:
1. 探究多個(gè)用電器組成的串、并聯(lián)電路的總電阻;
2. 測(cè)量不規(guī)則小塊固體的體積時(shí),用它排開水的體積替代固體的體積;
3. 托里拆利實(shí)驗(yàn)中,利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓相等測(cè)定大氣壓的數(shù)值.
理想模型是物理學(xué)中的一個(gè)重要的研究方法,運(yùn)用這種方法的目的,就是為了摒棄次要因素,突出主要因素,對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行理想化、簡單化處理,從而方便對(duì)物理本質(zhì)的研究.在物理學(xué)中,常常把實(shí)際研究對(duì)象或?qū)嶋H過程抽象成為理想模型或物理模型.
例8 物理學(xué)常常把實(shí)際的研究對(duì)象或?qū)嶋H的過程抽象成物理模型.如用鍘刀鍘草時(shí),可以把鍘刀看做是一個(gè)能夠繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的硬桿,而不必考慮刀的形狀、刀的材質(zhì),在物理學(xué)中把它稱為“杠桿”,這時(shí)“杠桿”就是鍘刀的物理模型.汛期,江河中的水有時(shí)會(huì)透過大壩的底層從壩外的地面冒出來,形成“管涌”.初中物理講過的什么裝置可以作為“管涌”的物理模型?自行車的車把可以控制車的方向,它的物理模型又是什么?
分析與解答:江河中的水有時(shí)會(huì)透過大壩的底層從壩外的地面冒出來,說明大壩的底層有洞穴連通,所以管涌的物理模型是連通器.當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)自行車的車把時(shí),可以使車把和車子的前叉一起轉(zhuǎn)動(dòng),達(dá)到控制方向的作用,車把和前叉構(gòu)成一個(gè)輪軸.
在初中物理課本中,用到理想模型法的實(shí)驗(yàn)有:
1. 在研究磁場(chǎng)的分布時(shí),引入磁感線;
2. 在研究光的傳播路徑和方向時(shí),引入光線;
3. 將光滑表面看做是沒有摩擦的理想表面;
4. “電流表”、“電壓表”也是一種理想模型,在實(shí)際應(yīng)用時(shí),不考慮電流表本身的電阻對(duì)電路的影響;而電壓表在接入電路時(shí),則認(rèn)為其“斷路”.
在研究某些較為抽象的物理問題時(shí),往往用具體的、形象的事物來進(jìn)行類比說明,找出共性的特點(diǎn),使得被研究對(duì)象變得易于理解,這種方法叫做類比法.進(jìn)行類比的兩個(gè)對(duì)象應(yīng)具備較多的共同點(diǎn)或相似之處.
例9 自從湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子,人們開始研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu).科學(xué)家提出了許多原子結(jié)構(gòu)的模型,在20世紀(jì)上半葉,最為大家接受的原子結(jié)構(gòu)與圖7中哪個(gè)圖最相似?()
分析與解答:此題考查對(duì)原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掌握情況.原子由原子核與電子組成,其中原子核位于原子的中央,電子在周圍繞原子核高速運(yùn)動(dòng).因此原子的結(jié)構(gòu)與太陽系的結(jié)構(gòu)最為相似,在理解原子的結(jié)構(gòu)時(shí)可以類比太陽系的結(jié)構(gòu).正確答案是D.
在初中物理課本中,用到類比法的還有:
1. 用水波類比聲波;
2. 在學(xué)習(xí)電流時(shí),將它比作水流;
3. 在研究分子的作用力時(shí),用彈簧的作用力進(jìn)行類比.
推理法是在大量可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上,以實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程為原形,通過合理的推理總結(jié)出結(jié)論,從而深刻地揭示物理規(guī)律的本質(zhì).這種方法是物理學(xué)中進(jìn)行研究的一種重要方法.
例10 圖8所示是伽利略著名的斜面理想實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)設(shè)想的步驟有:
① 減小第二個(gè)斜面的傾角,小球在該斜面上仍然要達(dá)到原來的高度.
② 兩個(gè)對(duì)接的斜面,讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下,小球?qū)L上另一個(gè)斜面.
③ 繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成水平面,小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動(dòng).
④ 如果沒有摩擦,小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r(shí)的高度.
(1) 請(qǐng)將上述步驟按照正確的順序排列:____(只要填寫序號(hào)).
(2) 在上述設(shè)想步驟中,有的屬于可靠事實(shí),有的則是理想化的推論.下面關(guān)于這些事實(shí)和推論的分類正確的是().
A. ①是事實(shí),②③④是推論
B. ②是事實(shí),①③④是推論
C. ③是事實(shí),①②④是推論
D. ④是事實(shí),①②③是推論
分析與解答:(1) 分析實(shí)驗(yàn)過程,可得出正確的順序排列是②④①③;(2) 步驟②中的現(xiàn)象是可以觀察到的事實(shí),而步驟①、③、④中的結(jié)論都必須建立在光滑斜面的基礎(chǔ)上,所以這些步驟是推論.正確選項(xiàng)是B.
此題用到了控制變量法、理想模型法和推理法.步驟③中講到“繼續(xù)減小第二個(gè)斜面的傾角,最后使它成水平面,小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動(dòng)”,這一過程是在前面三個(gè)步驟(即步驟②④①)的基礎(chǔ)上通過合理的推理得出的,這里用到了推理法.
在初中物理課本中,用到推理法的過程不多,例如:
1. 研究真空中不能傳聲;
2. 研究牛頓第一定律.
借助于圖象來研究物理問題,是物理學(xué)中對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的常用方法,目的是使問題形象化.作圖最基本的方法是描點(diǎn)法,即在坐標(biāo)系中,先找出對(duì)應(yīng)的點(diǎn),用平滑的曲線(或直線)連接各點(diǎn),從而直觀地反映出物理量之間的變化.
例11 某初中科技活動(dòng)小組的同學(xué)們準(zhǔn)備自己動(dòng)手制作彈簧測(cè)力計(jì),他們選了甲、乙兩種規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測(cè)試,繪出如圖9所示的圖象,圖中只有OA段和OB段是彈性形變.若他們要制作量程較大的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選用彈簧____;若要制作精確程度較高的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選用彈簧____.從圖象中你還可以獲得的信息有:____.
分析與解答:此題應(yīng)結(jié)合圖象與彈簧的有關(guān)性質(zhì)綜合分析.從圖象中可以看出,在彈性限度內(nèi),彈簧乙所能承受的拉力更大,所以要制作量程較大的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選用彈簧乙;在受到相同的拉力時(shí),彈簧甲的伸長量更大,所以要制作精確程度較高的彈簧測(cè)力計(jì),應(yīng)選用彈簧甲,因?yàn)樗目潭乳g隔大.從圖象中還可以獲得的信息有:在彈性限度內(nèi),彈簧的伸長量與拉力成正比.
例12 在“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中,當(dāng)水溫升到90 ℃時(shí),隨著加熱過程,每隔1 min記錄一次水的溫度.某同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)如下表.
(1) 根據(jù)記錄,在圖10中畫出水的沸騰圖象.
(2) 試根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納水沸騰時(shí)的特點(diǎn):____.
分析與解答:根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),采用描點(diǎn)法作出水的沸騰圖象可直觀地反映出水溫隨時(shí)間變化的特點(diǎn).(1) 見圖11.(2) 水沸騰時(shí)的特點(diǎn)有:由液體變?yōu)闅怏w;沸騰時(shí)繼續(xù)吸熱;沸騰時(shí)水的溫度保持不變等.
在初中物理課本中,用到圖象法的過程較多,例如:
1. 研究固體的熔化過程;
2. 研究水的沸騰過程的特點(diǎn);
3. 研究同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系;
4. 研究重力與質(zhì)量的關(guān)系.
歸納與分類是研究事物的重要方法之一.在物理實(shí)驗(yàn)中,經(jīng)常要對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié),比如上例中的第(2)問,就用到了歸納法.對(duì)于要分類的事物,應(yīng)當(dāng)進(jìn)行仔細(xì)的分析,找到它們之間相同之處與不同的特點(diǎn),就不難正確地進(jìn)行分類了.歸納與分類是科學(xué)研究中最常用的方法,歸納與分類往往是從事物的某一特征出發(fā),而不能有雙重標(biāo)準(zhǔn).
例13 有下列光學(xué)器具:照相機(jī)、潛望鏡、幻燈機(jī)、穿衣鏡、放大鏡、牙醫(yī)內(nèi)窺鏡.可以把它們分成兩類:
一類包括____,其特征為____.二類包括____,其特征為____.
控制變量法是初中物理實(shí)驗(yàn)中常用的探索問題和分析解決問題的科學(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)因素以外的其他因素人為地控制起來,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,最后綜合起來得出規(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《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)就給予學(xué)生恰當(dāng)點(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,聽到的敲擊聲為什么就能認(rèn)為是桌子傳來而不是空氣傳來的?”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)做好方法上的準(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實(shí)驗(yàn),都運(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。例如,在探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,用玻璃板替代了平面鏡,因兩者在成像特征上有共同之處,容易使學(xué)生接受,而玻璃板又是透明的,能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭,便于研究像的特點(diǎn),揭示出規(guī)律。在學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)過程的基礎(chǔ)上,教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方法的總結(jié),使他們?cè)谒季S方式上受到啟發(fā),這樣當(dāng)他們以后遇到有關(guān)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)時(shí),就會(huì)自覺地加以運(yùn)用。比如在學(xué)習(xí)伏安法測(cè)電阻之后,要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn):在上述實(shí)驗(yàn)中缺少電壓表或電流表,其他器材不變,另有一個(gè)已知阻值的定值電阻供選用,要求測(cè)出未知電阻,應(yīng)該怎么辦?學(xué)生此時(shí)就可以用等效替代的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)。
三、轉(zhuǎn)換法
物理學(xué)中對(duì)于多因素(多變量)的問題,常常采用控制因素(變量)的方法,把多因素的問題變成多個(gè)單因素的問題。每一次只改變其中的某一個(gè)因素,而控制其余幾個(gè)因素不變,從而研究被改變的這個(gè)因素對(duì)事物的影響,分別加以研究,最后再綜合解決,這種方法叫控制變量法。它是科學(xué)探究中的重要思想方法,廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中。
在初中常見實(shí)例如:探究琴弦發(fā)聲的音調(diào)與弦粗細(xì)、松緊、長短的關(guān)系等;探究影響力的作用效果的因素;探究滑動(dòng)摩擦力與哪些因素有關(guān);探究二力平衡的條件;探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān);探究液體內(nèi)部的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān);探究浮力的大小與哪些因素有關(guān);探究動(dòng)能(或重力勢(shì)能)與哪些因素有關(guān)等;探究影響液體蒸發(fā)快慢的因素;探究物體吸熱與物質(zhì)種類、質(zhì)量、溫度變化的關(guān)系等;探究影響電阻大小的因素;探究電流與電壓、電阻的關(guān)系;探究影響電流做功多少的因素;探究影響電流的熱效應(yīng)的因素;探究電磁鐵的磁性與哪些因素有關(guān);探究影響感應(yīng)電流方向的因素;探究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力的方向與電流的方向、磁感線的方向的關(guān)系等。
二、轉(zhuǎn)換法
物理學(xué)中對(duì)于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量,通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用易測(cè)量的物理量間接測(cè)量,這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。所謂“轉(zhuǎn)換法”,主要是指在保證效果相同的前提下,將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象;將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題;將難以測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測(cè)量或測(cè)準(zhǔn)的物理量的方法。初中物理在研究概念規(guī)律和實(shí)驗(yàn)中多處應(yīng)用了這種方法。
在初中常見實(shí)例如:可以通過敲動(dòng)音叉所引起的乒乓球的彈開來說明發(fā)聲體在振動(dòng);影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現(xiàn)象可證明月亮不是光源;物體發(fā)生形變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變可證明此物體受到力的作用;在測(cè)量滑動(dòng)摩擦力時(shí)轉(zhuǎn)換成測(cè)拉力的大?。煌ㄟ^小桌陷入沙坑的深淺來比較壓力的作用效果;馬德堡半球?qū)嶒?yàn)可證明大氣壓的存在;運(yùn)動(dòng)的物體能對(duì)外做功可證明它具有能;研究影響動(dòng)能大小的因素時(shí),物體動(dòng)能的大小無法直接測(cè)量和比較,通過比較物體滾到斜面底端對(duì)其它物體做的功的多少,間接比較動(dòng)能的大??;擴(kuò)散現(xiàn)象可證明分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng);鉛塊實(shí)驗(yàn)可證明分子間存在著引力;霧的出現(xiàn)可以證明空氣中含有水蒸氣;用加熱時(shí)間長短來顯示吸收熱量的多少;研究電流時(shí)通過電流的熱效應(yīng)和磁效應(yīng)去研究;研究磁場(chǎng)時(shí)用放在磁場(chǎng)中的磁體會(huì)受到力的作用去研究;指南針能指南北可證明地磁場(chǎng)的存在;可以通過電磁鐵吸引鐵釘?shù)亩嗌賮盹@示電磁鐵的磁性強(qiáng)弱等。
測(cè)量儀器:秒表、電流表、電壓表、電阻表、彈簧測(cè)力計(jì)、氣壓計(jì)、微小壓強(qiáng)計(jì)、溫度計(jì)、托盤天平、電能表、測(cè)電筆等都是轉(zhuǎn)換法的體現(xiàn)。
三、等效替代法
等效替代法是在保證某種效果(特性和關(guān)系)相同的前提下,將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法。
在初中常見實(shí)例如:把不易分析的復(fù)雜電路簡化為簡單的等效電路;研究串、并聯(lián)電路電阻的關(guān)系時(shí)引入總電阻(等效電阻)的概念;研究同一直線上二力的關(guān)系時(shí)引入合力;在研究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中,用兩根完全相同的蠟燭,用未點(diǎn)燃的蠟燭等效替代另一根點(diǎn)燃的蠟燭的像,用玻璃板等效替代平面鏡等。
四、建立模型法
即將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示。在初中常見實(shí)例如:研究運(yùn)動(dòng)時(shí)建立勻速直線運(yùn)動(dòng)的模型;研究液體壓強(qiáng)時(shí)用液柱模型;研究連通器原理時(shí)用液片模型;用簡單的線條代表杠桿;研究光現(xiàn)象時(shí)用到光線模型;研究磁現(xiàn)象時(shí)用到磁感線模型;電路圖是實(shí)物電路的模型;研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí)建立原子核式結(jié)構(gòu)模型等。
五、類比法
在認(rèn)識(shí)一些物理概念時(shí),我們常將它與生活中熟悉且有共同特點(diǎn)的現(xiàn)象進(jìn)行類比,以幫助我們理解它。在初中常見實(shí)例如:內(nèi)能與機(jī)械能類比;用彈簧連接的小球類比存在著相互作用力的分子;在研究電流時(shí),用水流進(jìn)行類比;認(rèn)識(shí)電壓時(shí),用水壓進(jìn)行類比;用抽水機(jī)類比電源;原子結(jié)構(gòu)與太陽系;水波和電磁波等。
六、理想實(shí)驗(yàn)法
理想實(shí)驗(yàn)法是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法。
在初中常見實(shí)例如:伽利略斜面實(shí)驗(yàn);推導(dǎo)出聲音不能在真空中傳播;推導(dǎo)出牛頓第一定律;推導(dǎo)出電荷的種類等。
七、比值定義法:
比值定義法就是用兩個(gè)基本的物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法。
在初中常見實(shí)例如:速度、密度、壓強(qiáng)、功率、比熱容、熱值、電流等概念公式采取的都是這樣的方法。
八、積累法
在測(cè)量微小量的時(shí)候,我們常常將微小的量積累成一個(gè)比較大的量。
在初中常見實(shí)例如:測(cè)量一枚大頭針的質(zhì)量;測(cè)量出一張郵票的質(zhì)量;測(cè)量出心跳一下的時(shí)間;測(cè)量出導(dǎo)線的直徑等。
九、比較法
比較法是通過對(duì)不同的物理概念、定義或事物進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)它們之間的內(nèi)在聯(lián)系和根本區(qū)別,找出研究對(duì)象的相同點(diǎn)和不同點(diǎn),從而進(jìn)一步揭示事物的本質(zhì)屬性,它是認(rèn)識(shí)事物的一種基本方法。
在初中常見實(shí)例如:比較慣性和慣性定律的區(qū)別;比較蒸發(fā)和沸騰的特征;比較汽油機(jī)和柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理;比較發(fā)電機(jī)和電動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)、原理、能量轉(zhuǎn)化;比較電壓表和電流表的使用規(guī)則等。
十、歸納法
歸納法是從個(gè)別性知識(shí),引出一般性知識(shí)的推理,是由已知真的前提,引出可能真的結(jié)論。
在初中常見實(shí)例如:在日常生活中了解到各種聲音都是由于物體振動(dòng)產(chǎn)生的,從而歸納出:一切發(fā)聲體都在振動(dòng)的結(jié)論;通過銅、鐵、鋁、銀等金屬能導(dǎo)電歸納出金屬都能導(dǎo)電等。
一、控制變量法
自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的,因此影響物理學(xué)研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的,而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作用的。要想精確地把握研究對(duì)象的各種特性,弄清事物變化的原因和規(guī)律,單個(gè)自然條件下整體觀察研究對(duì)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,還必須對(duì)研究對(duì)象施加人為的影響,造成特定的便于觀察的條件,這就是“控制變量”的方法。
在初中物理實(shí)驗(yàn)過程中,控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。其在初中物理教材中的應(yīng)用有:
1.研究蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān);
2.研究滑動(dòng)摩擦力的大小與哪些因素有關(guān);
3.研究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān);
4.研究浮力大小與哪些因素有關(guān);
5.研究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān);
6.研究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān);
7.研究動(dòng)能、重力勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān);
8.研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān);
9.研究電阻一定,電流與電壓的關(guān)系;
10.研究電壓一定,電流和電阻的關(guān)系;
11.研究電流做功的多少與哪些因素有關(guān);
12.研究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān);
13.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān);
14.研究物體吸收放熱的多少與哪些因素有關(guān);
15.研究電功大小與哪些因素有關(guān);
16.研究通電螺線管的極性與哪些因素有關(guān);
17.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān);
18.研究感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān);
19.研究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力方向與哪些因素有關(guān)。
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)生接受和理解其在初中物理教材中的應(yīng)用有:
1.研究串、并聯(lián)電路時(shí),引入總電阻的概念;
2.等效替代法測(cè)電阻;
3.滑動(dòng)摩擦力的測(cè)量;
4.“曹沖稱象”;
5.通過導(dǎo)體時(shí)產(chǎn)生的一些現(xiàn)象(如小燈泡發(fā)光)來確定是否有電流通過;
6.研究大氣壓的值時(shí),用水銀柱高所產(chǎn)生的壓強(qiáng)來研究大氣壓;
7.在平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中用兩個(gè)完全相同的蠟燭,驗(yàn)證物與像的大小相同。
三、推理法
有一些物理現(xiàn)象,由于受實(shí)驗(yàn)條件所限,無法直接驗(yàn)證,需要我們先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論。其在初中物理教材中的應(yīng)用有:
1.研究聲音不能在真空中傳播;
2.研究牛頓第一定律。
四、類比與歸納法
類比法是指由一類事物所具有的屬性,可以推出與其類似事物也具有這種屬性的思考和處理問題的方法。從一般性較小的前提出發(fā),推出一般性較大的結(jié)論的推理方法叫歸納法。在科學(xué)研究中,歸納法發(fā)揮著重要的作用,許多物理概念、定律及規(guī)律的獲得都是借助了歸納法的力量,由實(shí)驗(yàn)(演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn))歸納獲得的。其在初中物理教材中的應(yīng)用有:
1.研究電流和電壓時(shí),用水流和水壓類比;
2.用水波類比聲波;
3.類比磁極間和電荷間的相互作用。
大多數(shù)定理和規(guī)律的提出都應(yīng)用了歸納法,比如銅能導(dǎo)電,銀能導(dǎo)電,鋅能導(dǎo)電,則歸納出金屬能導(dǎo)電。在實(shí)驗(yàn)中為了驗(yàn)證一個(gè)物理規(guī)律或定理,反復(fù)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證它的正確性,然后歸納、分析整理得出正確的結(jié)論。在阿基米德原理中,為了驗(yàn)證F?。紾排,我們分別利用石塊和木塊做了兩次實(shí)驗(yàn),歸納、整理后均得出F浮=G排,于是驗(yàn)證了阿基米德原理的正確性,而我們使用的正是這種方法。
五、轉(zhuǎn)換法
對(duì)于一些看不見、摸不著的物質(zhì)或物理問題我們往往要拋開事物本身,通過觀察和研究它們?cè)谧匀唤缰斜憩F(xiàn)出來的外顯特性、現(xiàn)象或產(chǎn)生的效應(yīng)等去認(rèn)識(shí)事物的方法。其在初中物理教材中的應(yīng)用有:
1.用細(xì)線測(cè)量地圖上鐵路線的長度,用直尺和三角板測(cè)硬幣的直徑;
2.用小磁針研究磁場(chǎng)方向;
3.用電磁鐵吸引大頭針的多少來比較磁性的強(qiáng)弱;
4.根據(jù)電燈的亮暗程度比較電流的功率;
5.通過比較電流的大小來比較電阻的大?。?/p>
6.通過觀察木塊被運(yùn)動(dòng)物體撞擊后移動(dòng)的距離大小來比較物體動(dòng)能的大?。?/p>
7.通過觀察木樁被打入沙中的深淺來比較重物的重力勢(shì)能的大?。?/p>
8.通過墨水滴入水中的擴(kuò)散現(xiàn)象來說明分子的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn);
9.通過物體形變量的大小來說明物體受力的大小。
一、恰當(dāng)?shù)膭?chuàng)造活動(dòng)情境,活躍課堂氣氛
物理教學(xué)活動(dòng),不應(yīng)只是教師教授物理知識(shí)的舞臺(tái),它應(yīng)該是師生之間共同發(fā)展、交往互動(dòng)的舞臺(tái),出色的物理教學(xué)活動(dòng)應(yīng)將學(xué)生變?yōu)檎n堂的主體,發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性,進(jìn)而完成教師教學(xué)與學(xué)生學(xué)習(xí)的有機(jī)統(tǒng)一。課堂中,教師應(yīng)注意自己的定位,教師只是物理學(xué)習(xí)的合作者、引導(dǎo)者和組織者。教師進(jìn)行教學(xué)的前提應(yīng)是學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)、已學(xué)知識(shí)及其認(rèn)知水平,并且教學(xué)需面向全體學(xué)生,注重因材施教和分層教學(xué)。
著名教育家曾定義了游戲與興趣之間的關(guān)系,游戲是一個(gè)緩沖地帶,一個(gè)情感興趣與認(rèn)識(shí)興趣的緩沖地帶。處于初中階段的學(xué)生,由于其年齡的關(guān)系,大都不喜歡呆板枯燥的課堂氛圍。孩子的天性便是愛玩,物理教師進(jìn)行課堂教學(xué)時(shí)切忌一味講解教材中的知識(shí)點(diǎn),完全不顧及學(xué)生的感受,即使有一個(gè)好的出發(fā)點(diǎn),可能最終也很難得到一個(gè)好的結(jié)果。教師應(yīng)當(dāng)清楚的知道,教學(xué)的目的在于學(xué)生能夠取得好的成績,為學(xué)生以后學(xué)習(xí)更高的層次的理論打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ),若是單憑教書一廂情愿的做法,一味的向?qū)W生灌輸知識(shí)點(diǎn),會(huì)給學(xué)生帶來巨大的壓力,最終的結(jié)果反倒不盡如人意。教師應(yīng)嘗試從孩子的角度去理解,不論是教師課堂上密集的知識(shí)講解,還是家長望女成鳳、望子成龍的心態(tài),都會(huì)極大的抑制孩子的天性,扼殺孩子活躍的思維和創(chuàng)新的能力。因此,課堂中教師應(yīng)創(chuàng)設(shè)一種輕松的課堂氛圍,減輕甚至消除學(xué)生的壓力,讓學(xué)生在課堂中感受到學(xué)習(xí)的快樂,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
二、導(dǎo)入趣味性因素,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情
眾所周知,“好的開始等于成功的一半”,一個(gè)課時(shí)為四十分鐘,其中決定整堂課質(zhì)量高低的往往是開端的幾分鐘,教師若能在開始的幾分鐘引起學(xué)生對(duì)這堂課的興趣,那么這堂課的效率必然不會(huì)低。究竟原因,這與高中生的年齡有著直接的關(guān)系,高中生大都活潑好動(dòng),剛經(jīng)歷課間十分鐘,其心思必然游離在課堂之外,學(xué)生的精力在課前幾分鐘必然難以集中在課堂中。因此,教師在課前幾分鐘的導(dǎo)入起著及其重大的作用。如何將學(xué)生的注意力吸引到課堂中呢?趣味性的導(dǎo)入便成為吸引學(xué)生的注意力的絕佳方式,趣味性的導(dǎo)入不僅能夠吸引學(xué)生注意力,還能幫助課堂氣氛的活躍,提升學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。
三、合理運(yùn)用物理處理方法,提升課堂教學(xué)質(zhì)量
運(yùn)用物理思維、物理方法解決問題的過程中,教師和學(xué)生不斷總結(jié)和積累,最終形成了一些物理問題的常見處理方法。教師在日常的教學(xué)中,一定要引導(dǎo)學(xué)生去掌握,去體會(huì)這些方法,最終使學(xué)生能自己運(yùn)用這些方法去解決物理問題。以下簡要介紹三類方法。
1.等效替代法。
所謂等效替代法就是在保證相關(guān)過程或?qū)ο蟮哪骋环矫鏀?shù)據(jù)不變的前提下,用一個(gè)簡單的,理想的,熟悉的物理過程或?qū)ο髞硖娲瓉韽?fù)雜的,陌生的,隱晦的物理過程或?qū)ο?。高中物理課本中也有許許多多等效替代法的運(yùn)用,例如:電阻串并聯(lián)的研究、合力與分力、交流電的有效值等等。物理問題的解決中也有諸如物理過程等效替代、物理模型等效替代和作用效果等效替代等替代法的運(yùn)用。我們?cè)谶\(yùn)用等效替代法時(shí),應(yīng)明確等效的指局部等效,即在某方面或特定條件的等效,絕不是完全等效。解決實(shí)際問題的過程中,只有明確等效的上一特點(diǎn)才能對(duì)等效替代有一個(gè)好的掌握。
2.逆向思維法。
有時(shí)一個(gè)問題從正面著手解決難度很大,為了更加簡便的解決問題,我們可以考慮改變自己的思維方式,換個(gè)方向,有意識(shí)的改變思考問題的順序,即由原本的由因至果,由前至后的思考方式轉(zhuǎn)化為由果至因,由后至前的思考方式,從而使一個(gè)原本復(fù)雜的問題變的簡單且容易解決,這便是逆向思維法。逆向思維法是一種非常大膽,非常具有創(chuàng)造性的思維方法,學(xué)生運(yùn)用這種方法時(shí)一定要有足夠扎實(shí)的基本功和敢于挑戰(zhàn)自己的勇氣。通常運(yùn)用執(zhí)果索因、反證歸謬等來進(jìn)行逆向思維。
3.估算法。
估算法主要運(yùn)用在某些精確度要求不太高或?qū)δ承┪锢砹康臄?shù)量級(jí)的大致推算中。估算題與通常接觸的計(jì)算題不同,它雖然并不要求精確嚴(yán)密的計(jì)算,但必須的合理的估算。估算題的主要目的是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力。通常我們依據(jù)四步法來解決這類問題---1、抓主要,略次要,合理建模;2、深挖題目,注意隱藏條件;3、分析物理過程,列出已知量、未知量及問題所求量,找出其物理規(guī)律;4、明確思路,穩(wěn)扎穩(wěn)打一步一步列出式子,最終求的答案(注意:結(jié)果一般要求保留一到兩位有效數(shù)字)。
四、開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐應(yīng)用能力
物理指事物的內(nèi)在規(guī)律,事物的道理,是研究物質(zhì)(質(zhì)量)結(jié)構(gòu)、物質(zhì)相互作用和運(yùn)動(dòng)規(guī)律的自然科學(xué),是一T以實(shí)驗(yàn)和觀察為基礎(chǔ)的自然科學(xué)。通過物理實(shí)驗(yàn)教學(xué),并能夠把抽象的物理知識(shí)進(jìn)行真實(shí)、直觀展現(xiàn),使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)自身不足,還可培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,積極、主動(dòng)參與到物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中?,F(xiàn)階段,我國高中物理教師因而受到應(yīng)試教育的深遠(yuǎn)影響,忽略了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的關(guān)鍵性,即便開展物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)也是教師操作,學(xué)生在一旁觀看,導(dǎo)致學(xué)生很難參與到其中,嚴(yán)重影響學(xué)生實(shí)踐能力的培養(yǎng),限制學(xué)生全方面發(fā)展。構(gòu)建高中物理高效課堂,教師應(yīng)科學(xué)開展實(shí)驗(yàn)教學(xué),加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的有效性。例如教師先通過實(shí)驗(yàn)演示,使學(xué)生了解相關(guān)操作流程,然后為學(xué)生創(chuàng)建教學(xué)情境,安排學(xué)生開展分組實(shí)驗(yàn)。如測(cè)定電池的電動(dòng)勢(shì)與內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,現(xiàn)把學(xué)生進(jìn)行分組,然后組織學(xué)生親手操作。通過學(xué)生實(shí)踐操作,不僅能夠鞏固之前所學(xué)的物理知識(shí),還能培養(yǎng)學(xué)生實(shí)踐操作能力。而學(xué)生的討論與探究,可拓展學(xué)生思考范圍,加深師生關(guān)系,營造良好的教學(xué)氛圍,同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生探究與獨(dú)立解決問題能力,從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生全方面發(fā)展。
實(shí)例:在學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生時(shí)可讓學(xué)生觀察小紙片在揚(yáng)聲器中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),觀察正在發(fā)聲的音叉插入水中激起水花,觀察蟋蟀知了嗚叫是的情況,就會(huì)發(fā)現(xiàn)發(fā)出聲音的物體都在振動(dòng);除此之外還有光的反射規(guī)律;光的折射規(guī)律;凸透鏡成像;滑動(dòng)摩察力與哪些因素有關(guān)水的沸騰……
模型法:建立模型法是一種高度抽象的理想客體和形態(tài)用物理模型,用物理模型可以使抽象的假說理論加以形象化,便于想象和思考研究問題。物理學(xué)的發(fā)展過程可以說就是一個(gè)不斷建立物理模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。
實(shí)例:研究光現(xiàn)象時(shí)用到光線模型;的示意圖或力的圖示是實(shí)際物體和作用力的模型;研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時(shí),建立原子核式結(jié)構(gòu)模型;研究磁現(xiàn)象是用到磁感線模型;力電路圖是實(shí)物電路的模型;研究發(fā)電機(jī)的原理和工作過程用掛圖及手搖發(fā)電機(jī)模型;研究內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)和工作原理用掛圖及汽油機(jī)柴油模型……
轉(zhuǎn)換法:物理學(xué)中對(duì)于一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量,通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用易測(cè)量的物理量間接測(cè)量,這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。初中物理在研究概念規(guī)律和實(shí)驗(yàn)中多處應(yīng)用了這種方法。
實(shí)例:影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現(xiàn)象可證明月亮不是光源;馬德堡半球?qū)嶒?yàn)可證明大氣壓的存在;霧的出現(xiàn)可以證明空氣中含有水蒸氣;奧斯特實(shí)驗(yàn)可證明電流周圍存在著磁場(chǎng);指南針指南北可證明地磁場(chǎng)的存在;擴(kuò)散現(xiàn)象可證明分子做無規(guī)則運(yùn)動(dòng);鉛塊實(shí)驗(yàn)可證明分子間存在著引力……”
等效替代法:所謂等效替代法是在保證效果相同的前提下,將陌生復(fù)雜的問題變換成熟悉簡單的模型進(jìn)行分析和研究的思維方法,它在物理學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用。
實(shí)例:在研究同一直線上的二力的關(guān)系時(shí)引入合力的概念也是運(yùn)用了等效替代法;在電路分析中可以把不易分析的復(fù)雜電路簡化成為較為簡單的等效電路;研究串聯(lián)并聯(lián)電路關(guān)系時(shí)引入總電阻(等效電阻)的概念……
控制變量法:是指討論多個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)通過控制其幾個(gè)物理不變,只改變其中一個(gè)物理量從而轉(zhuǎn)化為多個(gè)單一物理量影響某一個(gè)物理量的問題的研究方法。這種方法在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格上的反映為某兩次試驗(yàn)只有一個(gè)條件不同,若兩次試驗(yàn)結(jié)果不同則與該條件有關(guān),否則無關(guān)。反之,若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關(guān)則應(yīng)只使該因素不同,而其他因素均應(yīng)相同。實(shí)例:在研究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體那些因素有關(guān)時(shí);在研究影響力的作用效果的因素;在研究導(dǎo)體的電阻跟哪些因素有關(guān)時(shí);研究液體蒸發(fā)快慢的因素;研究液體內(nèi)部壓強(qiáng);研究動(dòng)能勢(shì)能大小與哪些因素有關(guān);研究琴弦發(fā)聲的音調(diào)與弦粗細(xì)、松緊、長短的關(guān)系;研究物體吸收的熱量與物質(zhì)的種類質(zhì)量溫度的變化的關(guān)系;研究電流與電壓電阻的關(guān)系;研究電功或電熱與哪些因素有關(guān);研究通電導(dǎo)體在磁場(chǎng)中受力與哪些因素有關(guān);研究影響感應(yīng)電流的方向的因素采用此法……
比較法:比較法是確定研究對(duì)象之間的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)的思維過程和方法,各種物理現(xiàn)象和過程都可以通過比較確定它們的差異點(diǎn)和共同點(diǎn)。比較是抽象與概括的前提,通過比較可以建立物理概念總結(jié)物理規(guī)律。因此,比較法是物理現(xiàn)象研究中經(jīng)常運(yùn)用的最基本的方法。
比較法有三種類型:一、異中求同的比較。即比較兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)象而找出其相同點(diǎn);二、同中求異的比較。即指比較兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)象而找出其相異點(diǎn);三、同異綜合比較,即比較兩個(gè)或兩個(gè)以上的對(duì)象的相同點(diǎn)相異點(diǎn)。
實(shí)例:汽車、輪船、火車飛機(jī)它們的發(fā)動(dòng)機(jī)各不相同但都是把燃料燃燒時(shí)釋放的內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能裝置;而汽油機(jī)和柴油機(jī)雖然都是內(nèi)燃機(jī)但是從它們的構(gòu)造、吸入的氣體、點(diǎn)火方式、使用范圍等方面都有不同;再如蒸發(fā)與沸騰的比較兩者的相同點(diǎn)都是汽化過程;不同點(diǎn)從發(fā)生時(shí)液體的溫度、發(fā)生所在的部位及現(xiàn)象都不同。還可以用比較法來研究質(zhì)量與體積的關(guān)系;重力與質(zhì)量的關(guān)系;重力與壓力;電功與電功率……