[職稱論文]初中物理教學論文 物理科學探究常用的研究方法及考點評析

1 物理科學探究常用的研究方法及考點評析 物理課程標準要求，在突出科學探究內(nèi)容的同時，重視研究方法的指導，使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中，逐漸拓寬視野，初步領(lǐng)悟到科學研究方法的真諦。因此，注意考察研究物理問題的方法，必將成為當前和今后中考的熱點。 在初中階段，需要學生掌握的科學研究方法主要有：控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、理想化模型、理想化實驗、類比法等?，F(xiàn)結(jié)合 2008 年全國各地中考試題談談物理教材中的研究方法問題。 一、控制變量法 控制變量法就是把一個多因素 影響某一物理量的問題，通過控制某幾個因素不變，只讓其中一個因素改變，從而轉(zhuǎn)化為多個單一因素影響某一物理量的問題的研究方法。這種方法在實驗數(shù)據(jù)的表格上的反映為：某兩次實驗只有一個條件不相同，若兩次實驗結(jié)果不同，則與該條件有關(guān)，否則無關(guān)?？刂谱兞糠ㄊ侵袑W物理中最常用的研究方法，在中考中考察的力度也最大 。 例 1（ 2008 年湖北黃石市）下表是某實驗小組所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有關(guān)”的實驗記錄： 實驗次數(shù) 接觸面的材料 壓力 F/N 摩擦力 f 摩 N 木塊與木板 8 l 6 木塊與木板 12 2 4 木塊與毛巾 12 5 0 （ 1）分析比較序號與的實驗數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是 。 （ 2）分析比較序號 的實驗數(shù)據(jù)，可得出的結(jié)論是：壓力相同時，接觸面越粗糙，摩擦力越大。 （ 3）上述研究方法叫“拉制變量法”，下列實驗中用到此方法的有 （填序號） 探究電壓、電流與電阻的關(guān)系；探究動能跟哪些因素有關(guān)；探究固體熔化時溫度的變化規(guī)律；研究影響電磁鐵磁性強弱的因素。 研究 方法點撥： 摩擦力的大小與接觸面上的壓力和接觸面的粗糙程度有關(guān)。根據(jù)控制變量法的研究思想，研究摩擦力與壓力關(guān)系時，應控制粗糙程度相同，反之研究摩擦力與粗糙程度關(guān)系時，應控制壓力相同。 與兩次實驗在接觸面的材料相同時，壓力不同造成摩擦力不同，所以可得出結(jié)論：在接觸面材料性質(zhì)相同時，壓力越大，摩擦力就越大；而由表中數(shù)據(jù)可知：壓力相同，接觸面粗糙程度不同造成摩擦力不同的是。 參考答案： （ 1）在接觸面材料性質(zhì)相同時，壓力越大，摩擦力就越大；（ 2）；（ 3）。 2 聯(lián)想： 教材中涉及到 控制變量法的知識主要有：探究摩擦力的大小與什么因素有關(guān)；探究壓力的作用效果跟什么因素有關(guān)；研究液體內(nèi)部的壓強規(guī)律；探究動能（或重力勢能）的大小與什么因素有關(guān)；探究不同物質(zhì)的吸熱能力與物質(zhì)種類、質(zhì)量、溫度的關(guān)系；研究決定電阻大小的因素；探究電阻上的電流與電壓的關(guān)系；探究電功（或電熱）跟什么因素有關(guān)；研究影響電磁鐵磁性強弱的因素；研究感應電流的方向跟什么因素有關(guān)；研究通電導體在磁場中的受力與什么因素有關(guān)等等。 二、等效替代法 等效替代法是指在保證某一方面效果相同的前提下，用理想的、熟悉的、簡單的 物理對象、物理過程、物理現(xiàn)象來替代實際的、陌生的、復雜的物理對象、物理過程、物理現(xiàn)象的思想方法。簡言之，等效的方法就是對一個較為復雜的問題，提出一個簡單的方案或設(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。 例 2（ 2008 年山東濰坊）如圖所示，在探究“平面鏡成像的特點”實驗中，將玻璃后放一只與 A 完全相同的未 點 燃 的 蠟 燭 ， 這 樣 做 的 目 的 是 探究 用直尺分別測量蠟燭和像到玻璃的距離，目的是 。 研究方法點撥： 替代法的測量思路是等效的思想。由于平面鏡成的像是虛像，此像實際不存在。若像的位置確定不下來，平面鏡成像的特點便無從研究。實驗時，我們可以拿一根蠟燭在玻璃板后面來回移動，直到看上去它跟鏡前蠟燭的像完全重合，則有等效替代的思想可知第二根蠟燭可以代替第一根蠟燭的虛像。 參考答案： 像與物的大小關(guān)系；探究像和物到平面鏡的關(guān)系。 聯(lián)想： 教材中涉及到等效替代法的知識主要有：研究平面鏡成像特點時，用鏡后未點燃的蠟燭代替鏡前點燃蠟燭的像；研究多開關(guān)復雜電路時， 用簡單的“等效電路”簡化復雜電路；研究串并聯(lián)電路的電阻關(guān)系時引入“等效電阻”的概念；研究各分力的作用效果時引入了“合力”的概念。 三、轉(zhuǎn)換法 物理學中有的物理現(xiàn)象不便于直接觀察，有的物理量不便于直接測量，通過轉(zhuǎn)換為容易觀察或測量的與之相等或與之相關(guān)聯(lián)的物理現(xiàn)象，從而獲得結(jié)論的研究方法叫轉(zhuǎn)換法。轉(zhuǎn)換法中被轉(zhuǎn)換的對象很多，可以是物理模型、研究對象和研究方法，也可以是某個圖形，某個物理量。初中物理在研究概念、規(guī)律和實驗中多處應用了這種方法。 有的物理現(xiàn)象不便于直接觀察，如分子、電流、磁場看 不見、摸不到，我們可分別通過墨水的擴散現(xiàn)象、電流產(chǎn)生的效應、磁場中小磁針的偏轉(zhuǎn)來認識并研究它們。 3 有的物理量不便于直接測量，如電阻、電功率等量不宜直接測量，我們可轉(zhuǎn)化成用電壓表、電流表分別測出電壓 U 和電流 I，然后分別由公式 、 計算出電阻和電功率。 例 3（ 2008 年山東淄博）在研究電磁鐵的磁性強弱跟什么因素有關(guān)時，小華和小明從實驗室選取了匝數(shù)分別為 50 匝和 100 匝的外形相同的電磁鐵，并先后將這兩個電磁鐵接入電路中，如圖所示。閉合開關(guān) S 后用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片 P 重復了多次實 驗，記錄如下： 線圈匝數(shù) 50 100 實驗次數(shù) 1 2 3 4 5 6 電流表示數(shù) A 1 0 1 3 1 6 1 0 1 3 2 0 吸引大頭針的最多數(shù)目枚 5 8 10 10 16 25 （ 1）實驗中他們是通過電磁鐵 來判定其磁性強弱的； （ 2 ）分析第 1 2 3 次 的 實 驗 記 錄 ， 可 得 出 結(jié)論： ； （ 3 ） 分 析 第 1 4 次和 2 5 次 的 實 驗 記 錄 ， 可 得 出 結(jié)論： 。 研究方法點撥： 首先要知道電磁鐵磁性的強弱是看不見的，通過電磁鐵吸引大頭針的數(shù)量可以間接知道電磁鐵磁性的強弱，這就是轉(zhuǎn)化的思想。由前三次實驗可以看出：在線圈的匝數(shù)相同時，線圈中的電流越大，電磁鐵的磁性越強；由第 1 4 次實驗數(shù)據(jù)可以看出：在線圈中的電流一定時，線圈的匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。 參考答案： 吸引大頭針的最大數(shù)量；在線圈的匝數(shù)一定時，線圈中的電流越大，電磁鐵的磁性越強；（ 3）在線圈中的電流一定時，線圈的匝數(shù)越多，電磁鐵的磁性越強。 聯(lián)想： 教材中涉及到的轉(zhuǎn)換法的知識主要有： 1現(xiàn)象轉(zhuǎn)換：通過觀察壓強計 U 型管內(nèi)液柱的高度差判斷液體內(nèi)部有壓強；通過馬得堡半球?qū)嶒炞C明大氣壓的存在；通過觀察木塊被運動的小球碰撞后移動距離的大小來比較動能的大小；通過觀察木樁被落下的金屬塊撞擊后陷入沙坑中的深淺來比較重力勢能的大小；通過墨水的擴散現(xiàn)象來認識分子的無規(guī)則運動；通過觀察驗電器上 錫箔片的開合來判斷物體是否帶電；通過電流產(chǎn)生的（熱、磁、化學）效應來判斷電流的存在；通過觀察電流表示數(shù) 4 來比較導體電阻的大小；通過砝碼被提升的高度判斷電功的多少；通過煤油溫度的變化來判斷電流產(chǎn)生熱量的多少；通過指南針指南北證明地磁場的存在；通過磁體會使小磁針發(fā)生偏轉(zhuǎn)來判斷磁場的存在；判斷通過電磁鐵吸引大頭針的多少來比較電磁鐵磁性的強弱等等； 2測量轉(zhuǎn)換：在測不規(guī)則物體的體積時轉(zhuǎn)換成測物體排開水的體積；在測量滑動摩擦力時轉(zhuǎn)化成測拉力的大小；在測量大氣壓強時轉(zhuǎn)化成測被大氣壓壓起的水銀柱的壓強；密度、壓強 、功率、電阻、電功率的測量等等。 四、理想化模型法 理想化模型是指把建立理想模型法：把復雜問題簡單化、摒棄次要的條件，抓住主要的因素，對實際問題進行理想化處理，構(gòu)建理想化的物理模型，這是一種重要的物理思想，在建立理想化的物理模型的基礎(chǔ)上，有時為了更加形象地描述所要研究的物理現(xiàn)象、物理問題，還需要引入一些虛擬的內(nèi)容來直觀、形象的表達物理情境。如光線、磁感線都是虛擬假定出來的，但它們卻可以直觀、形象地表述物理情境與事實，方便的解決問題。通過光線研究光的傳播路徑與方向；通過磁感線研究磁場的分布；杠 桿也是一種理想化模型，由于受力的作用會引起或大或小的形變，在研究物理問題時可以忽略不計，即理想化的杠桿可以無形變。 例 4（ 2008 年河南） 物理研究中常常用一個抽象的“模型”來形象地突出事物的主要特征，如：可以用一條有方向的直線光線，來表示光的傳播方向。下列事例中，也用到這種方法的是（ ） A研究電流時把它與水流相比 B用音叉濺起的水花顯示音叉的振動 C用水銀氣壓計測量大氣壓 D利用磁感線來描述磁場 研究方法點撥： 光線、磁感線都是虛擬假定出來的， 但它們卻可以直觀、形象地表述物理情境與事實，方便的解決問題，通過光線研究光的傳播路徑與方向，通過磁感線研究磁場的形狀及分布；而研究電流時把它與水流相比用到的是類比法，用音叉濺起的水花顯示音叉的振動用到的是轉(zhuǎn)化法。 參考答案： D。 聯(lián)想： 教材中涉及到理想模型法的知識主要有：表示光的直線傳播的光線，描述磁場的磁感線，描述力的圖示、示意圖，推導液體壓強公式時選取的“液柱”，分析連通器原理使用的“液片”，研究肉眼觀察不到的原子結(jié)構(gòu)時建立原子核式結(jié)構(gòu)模型等都屬于理想化模型。 五、理想化實驗 （實 驗推理法） 理想實驗又叫做假想實驗，它是人們在思想中塑造的一種理想實驗，是邏輯推理的一種特殊形式。它是在觀察實驗的基礎(chǔ)上，忽略次要因素，進行合理的推想，得出結(jié)論，達到認識事物本質(zhì)的目的。它既要以實驗事實作基礎(chǔ)，但又不能直接由實驗得到結(jié)論。 5 理想實驗在物理學的理論研究中有重要的作用。比如，我們在探究空氣能傳聲的實驗中，逐漸將真空罩內(nèi)的空氣抽出，聽到罩內(nèi)的鬧鐘的聲音逐漸變?nèi)?，于是我們推理得出將真空罩?nèi)的空氣抽完（即真空），就聽不到鬧鐘的聲音了，從而得出真空不能傳聲的結(jié)論。這里采用的方法就是理想化 ，因為無論怎樣抽氣是不可能將真空罩內(nèi)的空氣抽完的。 例 5（安徽蕪湖） 牛頓曾研究過這樣一個問題：他發(fā)現(xiàn)人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個“大炮”的設(shè)想。如圖是他畫的“大炮”草圖在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點就離山腳越遠。他推想：當射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動呢？牛頓通過科學的推理得出了一個重要的結(jié)論。這就是著名的“牛頓大炮”的故事，故事中牛頓實際也用到了理想實驗的研究方法。 （ 1 ）研究中牛頓基于的可靠 事實是 ； （ 2 ） 根 據(jù) 以 上 資 料 和 牛 頓 的 “ 大 炮 ” 草 圖 ， 推 測 牛 頓 當 年 的 重 要 結(jié) 論是 ； 如 今 ， 牛 頓 當 年 的 推 測 已 變 成 了 現(xiàn) 實 ， 人 們 應 用 他 的 推 論 ， 利 用 現(xiàn) 代 科 技 制 成了 。 研究方法點撥： 地球附近的物體都受到重力的作用，所以拋出去的石頭總會偏離擲出去的方向落向地面，這是事實。我們假定水平 射出去的炮彈不受重力的作用，當炮彈水平射出后，由于地球不是一個平面而是圓的，炮彈會離地面越來越遠，站地面的人看來，炮彈在往高處飛去，但事實上炮彈要受到重力的作用，這樣使它向前飛行遠離地面的同時，運動方向時刻會發(fā)生改變，向著地面下落，如果炮彈射出去的速度合適，它會圍繞地球作圓周運動。現(xiàn)代的人造地球衛(wèi)星就是利用這個原理制成。 參考答案： 人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面；拋出物體的速度足夠大時，物體將離開地球，繞地球旋轉(zhuǎn)，做圓周運動；人造地球衛(wèi)星。 聯(lián)想： 教材中涉及到理想化實驗的知識主要 有：研究真空不能傳聲；用“斜面小車實驗”研究牛頓第一定律等等。 六、類比法 類比法是一種推理方法。它是指為了把要表述的物理問題說的清楚明白，人們常常用具體的、有形的人們所熟知的事物來類比要說明那些抽象的、無形的、陌生的事物。通過類比使人們對所要揭示的事物有一個直接的、具體的、形象的認識，找出類似的規(guī)律。 如 研究電流時類比水流，形象直觀的比較，很容易被學生理解記憶牢固。 例 6（天門中考） 19 世紀末，湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，將人們的視線引入到了原子的內(nèi)部，由此，科學家們提出了多種關(guān)于原子結(jié)構(gòu)的模 型。通過學習，你認為原子結(jié)構(gòu)與下列事物結(jié)構(gòu)最接近的是（ ） 6 A西紅柿 B西瓜 C面包 D太陽系 研究方法點撥： 大家首先要在頭腦中再現(xiàn)學習過的原子結(jié)構(gòu)的模型：原子由位于原子中心的原子核和核外電子組成，核外電子在原子核的電力吸引下，繞核高速運動，這與太陽系十分相似。太陽系中太陽位于中心，八大行星在引力作用下繞太陽運轉(zhuǎn)。它們在空間結(jié)構(gòu)和運動方式上都是相似的。 聯(lián)想： 教材中涉及到類比法的知識主要有：研究電流時類比水流；研究分子內(nèi)能時類比物體的機械能；學習功率時類比 速度；學習大氣壓時類比液體壓強；研究電磁波時類比水波等等。 總之，利用控制變量法研究物理問題，注重了知識的形成過程，有利于扭轉(zhuǎn)重結(jié)論、輕過程的傾向；等效替代法在效果相同的情況下將問題化難為易，求