专题十五：物理研究方法.doc

1、http:/http:/专题十五：物理研究方法【复习目标】1熟悉常用的研究方法在物理教学中的具体应用；2利用各种方法解决实际问题。【分类解析】题型一： 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。中学物理课本中，蒸发的快慢与哪些因素的有关；滑动摩擦力的大小

2、与哪些因素有关；液体压强与哪些因素有关；研究浮力大小与哪些因素有关；压力的作用效果与哪些因素有关；滑轮组的机械效率与哪些因素有关；动能、重力势能大小与哪些因素有关；导体的电阻与哪些因素有关；研究电阻一定、电流与电压的关系；研究电压一定、电流和电阻的关系；研究电流做功的多少跟哪些因素有关系；电流的热效应与哪些因素有关；研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等均应用了这种科学方法。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。

3、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：实验研究；分析归纳；提出问题（或猜想） ；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： 。http:/http:/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

4、为；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；研究滑动摩檫力与哪些因素有关；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。练习：1下列说法中，能反映物体放出热量多少跟物体降低的温度有关的是 ( )A相同质量的同种物质，降低

5、不同的温度，放出的热量不同B相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同C不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同D不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同2图是小明和小华同学探究沙子与水吸热升温快慢的实验装置设计实验方案时，他们确定以下需控制的变量，其中多余的是( )A取相同质量的沙子和水B盛放沙子和水的容器相同C采用完全相同的加热方式D酒精灯里所加的酒精量相同3下列事实中最能说明导体的电阻跟导体的材料有关的是 ( )A长度相同的镍铬合金丝，粗的比细的电阻小B横截面积相同的铜丝，短的比长的电阻小C长度和横截面积都相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻比铁丝小D长度相同

6、的铜丝和铁丝，铜丝的电阻可能比铁丝大4某同学做“研究影响蒸发快慢的因素“实验，如下图所示，他在两块相同的玻璃片上分别滴上一滴水，观察图中情景可知该同学主要研究蒸发快慢是否与 ( )A水的温度有关B水的表面积有关C水上方空气的流速有关D上述三个因素都有关。5“等效法” 、 “类比法” 、 “控制变量法” 、 “归纳法”等都是在物理、化学问题探究中常用的科学方法，下列探究实例中，运用了控制变量法的是 A研究电流的大小时，根据电流产生的效应大小来判断电流的大小 B在相同温度下，比较两种固体物质的溶解度大小C在探究水的组成时，用带火星的木条检验与电源正极相连的电极上产生的气体D研究多个电阻组成的电路时

7、，求出电路的总电阻，用总电阻产生的效果来代替所有电阻产生的总效果http:/http:/题型二： 等效替代效法：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、分力与合力等效以及平面镜成像的实验利用两个完全相同的蜡烛，验证物与像的大小相同等等。例 2：如右图所示，两个小孩能提起一桶水，一个大人同样能提起这桶水。这现象表明 解析：两个小孩将两个力同

8、时作用在水桶上可以将水桶提起，而大人的一个力作用在水桶上也可以将水桶提起。由此看来小孩的两个力和大人一个力的作用效果是相同的。练习：1在下列各物理量的研究中使用相同物理方法的是（ ）（1）研究压力的作用效果与压力大小、受力面积大小的关系；（2）5 欧与 10 欧的电阻串联在电路中与一个 15 欧的电阻在同一电路中的效果相同；（3）使用电流表测量电流时要选择合适的量程；（4） “曹冲称象”所采用的物理方法。A (1 )与 (2 ) B (2 ) 与 (3 ) C (1 )与 (4 ) D (2 ) 与 (4 ) 2根据作用效果相同的原理，作用在同一物体上的两个力，我们可以用一个合力来代替它。这种

9、“等效方法”是物理学中常用的方法之一，它使我们研究问题得到简化。以下几种情况中，属于这种“等效方法”的是： ( )A在研究磁现象时，用磁感线来描述看不见、摸不着的磁场；B在研究电现象时，用电流产生的效应来描述看不见、摸不着的电流；C两个电阻并联时，可用并联的总电阻来代替两个电阻；D在研究电流变化规律时，用水压和水流来类比电压和电流。题型三： 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。当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理，或说是在做出推论，例如当你家的狗在叫的时，你可能会推想有人在你家的门外，要做出这一推论，你就需要把现象（狗的叫声

10、）与以往的知识经验，即有陌生人来时狗会叫结合起来。这样才能得出符合逻辑的答案。例 3：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。http:/http:/推理的方法同样用在“研究声音的传播”实验中。在如图乙的试验中，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

11、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。练习：1关于牛顿第一定律，观点正确的是： ( )A验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以牛顿第一定律是正确的B验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以牛顿第一定律不能肯定是正确的C验证牛顿第一定律的实验做不出来，但可以在大量实验的基础上，用推理概括的方法而得出D以上说法都不对2牛顿曾研究过这

12、样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想，图 12 是他画的“大炮”草图在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。（1）研究中牛顿基于的可靠事实是 （2）根据以上资料和牛顿的“大炮”草图，推测牛顿当年的重要结论是 。如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了 。题型四： 类比与归纳：所谓类比，实际上

13、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http:/http:/可以帮助学生理解较复杂的实验和较难的物理知识。例 4：水管中水流的形成是由于水管两端存在_，而水泵的作用是不断地将水从乙抽到甲，使水管中的水维持一定的_（如图 a）。电路中电流的形成是由于电路两端存在着_，电源的作用就是维持正负极间有一定的_（如图 b）。解析：水管中水流与导线中的电流，分别是水分子的定向移动和自由电子的定向移动形成的，因此他们的形成具有相似性。水流动需要一定的水位差，电子定向移动需要电位差，所

14、以他们需要一定的装置实现，这便是水泵和电源。如图所示，各部分的功能。练习：1某老师在引导学生理解固体、液体和气体的微观结构时，带领学生做游戏，用人群的状态类比物体的状态。下图所示甲、乙、丙三种情景分别对应的是( )。A固态、液态、气态 B气态、固态、液态C固态、气态、液态 D液态、气态、固态题型五： 图象法：通过图像来研究某些物理现象的规律或一些物理现象的区别。例5：在某一温度下，两个电路元件A和B中的电流与其两端电压的关系如图2所示。则由图可知，元件A的电阻为 ；将A和B并联后接在电压为2.5V的电源两端，则通过 A和B的总电流是 A。解析：此图象反应出了同学们数学上常见的正比例函数图像，即

15、电流与电压成正比，符合欧姆定律的关系。而图像则是由一个电压值与一个电流值对应http:/http:/点的连线。所以可以从其中任一点找到相对应的电压与电流值而求得电阻的大小。练习：1诲波是晶体，石蜡是非晶体小华同学通过查阅资料收集到海波和石蜡的熔化图象如图 1 所示，诲波的熔化图象是_(填写序 号)分析田象A 可获得的信息有：_分析图象 B 可获得的信息有：_(填一条即可)2如图所示，向右作直线运动的小车，通过 AB、 BC、CD 三段路程所用的时间都是 0.4s，则小车做的是 运动（选填“匀速” 、 “加速”或“减速” ） ；它从 A 点运动到 D 点的平均速度是 m/s；在此过程中小车的牵引

16、力 阻力（填“大于” 、 “等于”或“小于” ） 。题型六： 模型法（模拟法） ：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。采用模型方法对学习和研究起到了简化和纯化的作用。但简化后的模型一定要表现出原型所反映出的特点、知识。模型法有较大的灵活性。每种模型有限定的运用条件和运用的范围。中学课本中很多知识都应用了这个方法，比如有：液柱、 光线、液片、光沿直线传播、匀速直线运动、 磁感线。例 6：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

17、方向，这条想象的线叫做光线。在下列几个物理量的研究实例中，与引人“光线”这一物理概念的方法相类似的是 (选填序号)。 在研究串联、并联电路时，引人“总电阻”的概念；在研究磁体的磁场时，引入“磁感线”的概念；在研究物体受几个力作用的情况时，引入“合力”的概念。来源:Zxxk.Comhttp:/http:/在研究压力作用效果时，分别研究与压力大小、受力面积大小的关系解析：“光线”实际并存在，它只是为了形象地描述光的传播，而引入的一种假象的曲线，是人为建立的一种模型，因此应为“模型法” 。中将总电阻与分电阻的效果等效故为“等效替代法” ；中“磁感线”为形象描述磁场的分布而引入的一种并不存在的假想的曲

18、线，因此是“模型法” ；合力与几个力的同时作用的效果相同， “等效替代法” ；探究压力作用效果与其中一个因素的关系时，另一个因素必须保持不变，故为“控制变量法” 。练习：1。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

19、，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丁所示的模型。来源:学。科。网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。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。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）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

20、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。 （本题实例除外）http:/http:/219 世纪末汤姆逊发现电子后，科学家们提出了多种原子结构的模型。原子结构与下列事物结构最接近的是 （ ）题型七： 转化法：有些物理现象不易观察，要研究它们的运动等规律，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 方法叫转换法。如：分子看不见、摸不着，不好研究，可以研究墨水的扩散现象去认识分子的运动；用灯泡是否发光或用小磁针在电路旁是否偏转检查电路中是否有电流。空气看不见、摸不到

21、，我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它；磁场看不见、摸不到，我们可以根据它产生的作用来认识它。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得的物理量。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 PUI 利用电流表、电压表测出 U、I 计算得出 P） 、电阻、密度等。 例 7：力是看不见的，但是我们可以通过力的作用效果去认识它，这是在科学研究中常用的方法，下面四个研究实例中，同样采用这种研究方法的是（ ）A研究电流与电压、电阻的关系时，先使电阻不变去研究电流与电压的关系，再让电压不变去研究电流与电阻的关系。B温度的高低是看不见的，我们可以通过液体体

22、积的变化去认识它。C研究牛顿第一定律时，在实验基础上经过推理，得出运动物体不受力将做匀速直线运动。D在学习蒸发与沸腾时，通过比较得出蒸发与沸腾的异同点。解析：通过力的作用效果去认识它，即为转化法。A 为控制变量法；B 为温度变化作用于物体后发生便于我们观察的现象，故为转化法；C 为推理法；D 为比较法。练习：1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作用的效果来认识它这是科学研究的一种常用方法下列研究实例中不是采用这种研究方法的是( )A比较温度的高低，我们可以通过液体受热后体积的变化来认识它B学习电压，我们可以通过对比水压来认识它C了解电磁铁磁性的强弱，我们可以通过观察它吸引大头

23、针的多少来认识D电路是否有电流，我们可以通过观察电路中电流表的指针是否偏转来认识题型八： 放大法：把测量量按一定的规律放大后再进行测量的方法，称为http:/http:/放大法。在有些实验中，实验的现象我们是能看到的，但是不容易观察。我们就将产生的效果进行放大再进行研究。比如音叉的振动很不容易观察，所以我们利用小泡沫球将其现象放大。观察压力对玻璃瓶的作用效果时我们将玻璃瓶密闭，装水，插上一个小玻璃管，将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管液面的变化。在测量微小量的时候，我们常常将微小的量积累成一个比较大的量、比如在测量一张纸的厚度的时候，我们先测量 100 张纸的厚度在将结果除以 100，

24、这样使测量的结果更接近真实的值就是采取的累积放大法。要测量出一张邮票的质量、测量出心跳一下的时间，测量出导线的直径，均可用积累法来完成。例 8：用刻度尺测一张纸的厚度。分析：任何测量工具都具有一定的精确程度。我们用的毫米刻度尺只能精确到毫米，而一张纸的厚度是微米数量级的。这时我们必须采取累积的办法，把若干微小量累积在一起，使它成为一个较大的量，再去进行测量，取算术平均值作为每一个微量的值。练习：1如何测细铜丝的直径？2下列三项实验：（1）用刻度尺测量细铜丝直径：把 细铜丝在铅笔上紧密排绕 N 圈（N 数根据情况确定） ，然后用刻度尺量出线圈的总长度再除以 N；（2）测一个大头针的质量；先测出

25、N 个大头针的总质量，再除以 N；（3）研究影响摩擦力大小的因素：先保持压力相同，研究摩擦力与接触面粗糙程度的关系；再保持接触面的粗糙程度相同，研究摩擦力与压力大小的关系。上述三项实验中，实验的思想方法相同的是 ，它们遇到问题的共同特点是 ，解决方法的共同特点是 。题型九： 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。当你想寻找两件事物的相同和不同之处，就需要用到比较法，可以进行比较的事物和物理量很多，对不同或有联系的两个对象进行比较，我们主要从中寻找它们的不同点和相同点，从而进一步揭示事物的本质属性。如，比较蒸发和沸腾的异同点,比较汽油机和柴油机的异同

26、点 ，电动机和热机 ,电压表和电流表的使用利用比较法不仅加深了对它们的理解和区别，使同学们很快地记住它们，还能发现一些有趣的东西。同时也是贯穿于整个物理学习中的方法，即往往与其它方法结合使用。例 9：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。练习：1下面是同学们在物理学习中的几个研究实例：1、在学习汽化现象时，研究蒸发与沸腾的异同点2、根据熔化过程的不同，将固体分为晶体和非晶体两类3、比较电流表与电压表在使用过程中的相同点和不同点http:/http:/

27、4、在研究磁场时，引入磁感线对磁场进行描述上述几个实例中，采用“比较法”为主要科学研究方法的是A、13 B、34 C、23 D、242为了探究滑动摩擦力的大小跟哪些 因素有关，小明同学在老师的指导下做了一系列实验。以下是部分实验步骤（实验过程中保持长木板水平且固定） 。第一次：把木块水平放在长木板上，用弹簧测力计水平拖拉木块，使木块做匀速直线运动（如图甲） ，读出弹簧测力计的示数，并记入下表中：图甲 图乙 图丙 第二次：把木块侧放在长木板上，用同样的方法拉木块（如图乙） ，记下相应的示数；第三次：把两块相同的木块叠放在一起平放在长木板上，再用同样的方法拉木块（如图丙） ，记下相应的示数。 实验

28、次数木块对木板的压力/N弹簧测力计的示数/N滑动摩擦力/N1 20 4.02 20 4.03 8.0（1）请你帮助小明填全表格内的数据；（2）比较第_两次实验数据，可以发现滑动摩擦力的大小与接触面积无关；（3）比较第 1、3 两次实验数据，可以初步得出的结论是：_。【达标检测】1在初中物理实验探究中，我们运用过多种科学研究方法。下列四个探究实验中，所运用的研究方法相同的两项是 （ ）A探究摩擦力的大小与什么因素有关B探究平面镜的成像特点C探究电阻上的电流跟电压的关系D探究杠杆的平衡条件2研究物理的科学方法很多，比如：“控制变量法” 、 “等效替代法” 、 “模型法” 、 “类比法” 。在研究“比较物体运动快慢”的方法中，一是在相同的时间内比通过的距离，二是通过相同的路程 比所用的时间，这是一种常用的物理方法。请判断以下五个实验中，采用这种方法的是（ ） A研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关B研究不同液体的压强跟液体密度的关系C研究杠杆的平衡条件