初中物理科學探究中常用的研究方法

專題：初中物理科學探究中常用的研究方法

縱觀近幾年中考試題，科學探究類試題所占分數(shù)不斷地加重，特別是對實驗過程的分析、實驗的設計和評估越來越被重視。探究題的內(nèi)容涉及范圍較廣，有日常生活中的問題，有教材中的小實驗，有學習過程中遇到的問題，涉及的范圍幾乎覆蓋初中物理的全部內(nèi)容。一般探究性試題中考查的常見方法主要有：控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、實驗推理法（理想實驗法）、理想模型法、圖象法、類比法、對比法、歸納法等。

科學探究中常用的研究方法(一)控制變量法某一物理量往往受到幾個不同物理量的影響。為了確定各個不同物理量之間的關系，就需要用人為的方法控制某些量，使其保持不變，然后改變某一個量，看所研究的物理量與該物理量之間的關系。這種研究問題的科學方法就是“控制變量法”。例如：1.研究導體電阻的大小與導體的材料、長度、橫截面積的關系。2.研究電磁鐵的磁性強弱與線圈匝數(shù)和電流大小的關系。3.研究滑動摩擦力與壓力和接觸面的粗糙程度之間的關系。4.研究液體的壓強與液體密度和深度的關系。5.研究物體的動能與速度和質(zhì)量的關系。6.研究物體的重力勢能與質(zhì)量和高度的關系。(一)控制變量法【典例】(2011·鄂爾多斯中考)探究“斜面的機械效率”的實驗裝置如圖所示，某實驗小組提出了“斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有關”的猜想：如表是該小組根據(jù)此猜想進行實驗所記錄的數(shù)據(jù)：斜面傾斜程度小車重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面長s/m有用功W有/J總功W總/J機械效率η較緩5.00.11.50.50.50.7566.67%較陡5.00.22.50.511.25最陡5.00.33.40.51.788.24%(1)請將表格中空格處的數(shù)據(jù)填寫完整；(2)由以上表格小明得出“斜面越陡機械效率越高”的結(jié)論，要得到此結(jié)論需要控制不變的因素有：①_______________________________；②_______________________________；③_______________________________.(3)分析表格中的實驗數(shù)據(jù)還可推知：高度相同的斜面，越長越_____(選填“省力”或“費力”)；斜面在我們生活中的應用有___________________________(只寫出一條即可).【解析】(1)表格中較陡時的機械效率×100%=80%，最陡時的有用功W有=Gh=5.0N×0.3m=1.5J.(2)要得出“斜面越陡機械效率越高”的結(jié)論，應當控制不變的因素有小車的重量、斜面的長度和斜面的粗糙程度.(3)分析表格中的實驗數(shù)據(jù)可以推知：高度相同的斜面，斜面越長就越省力.斜面在我們生活中的應用有很多，如在貨車的車廂上搭個木板就形成了斜面，螺絲釘?shù)穆菁y其實也可以看做是斜面，盤山公路也是斜面的應用等.答案：(1)80%1.5(2)①小車的重量②斜面的長度③斜面的粗糙程度(3)省力盤山公路(答案不唯一)(二)等效替代法在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律時,因?qū)嶒灡旧淼奶厥庀拗苹蛞驅(qū)嶒炂鞑牡认拗?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。例如：1、在電路中,若干個電阻,可以等效為一個合適的電阻,反之亦可。如等效電路、串并聯(lián)電路的等效電阻，都利用了等效的思維方法。2、在研究平面鏡成像實驗中,用兩根完全相同的蠟燭,其中一根等效另一根的像。3、在力的合成與分解中,合力與分力的作用效果相同。4、曹沖稱象中用石塊等效替換大象,效果相同。【典例】(2012·泰州中考)用如圖甲所示電路可以估測燈泡的阻值，實驗按下列步驟進行，請將有關步驟填寫完整，并回答相關問題。(1)第一步：按電路圖正確連接電路。(2)第二步：斷開開關S2，閉合開關S1、S3，適當調(diào)節(jié)滑動變阻器，觀察到電流表示數(shù)為0.3A。(3)第三步：斷開開關_______，閉合開關_______，調(diào)節(jié)_____連入電路的阻值，使電流表的示數(shù)仍然為0.3A。(4)問題——某同學在第三步操作中發(fā)現(xiàn)：當電阻箱(參見圖乙)的阻值調(diào)為19Ω時，電流表示數(shù)略大于0.3A，當電阻箱的阻值調(diào)為20Ω時，電流表示數(shù)略小于0.3A.在這種情況下，_______(選填“應該”或“不應該”)調(diào)節(jié)滑動變阻器，以便電流表的示數(shù)恰好為0.3A。由該同學的實驗，可判斷所測燈泡的阻值約為______Ω?！窘馕觥勘绢}考查用等效替代法測量電阻，即用電阻箱支路等效替代小燈泡支路.在第三步中，斷開開關S3，閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱連入電路的阻值，使電流表的示數(shù)仍然為0.3A，這樣可讀得電阻箱的阻值即為小燈泡的阻值。在等效替代小燈泡支路時，其他電路要控制相同，不能移動滑動變阻器。由于小燈泡電阻介于19Ω和20Ω之間，則可判斷燈泡的電阻約為19.5Ω。答案：(3)S3S2電阻箱(4)不應該19.5(三)轉(zhuǎn)換法對一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，用一些比較直觀的現(xiàn)象去認識或用容易測量的物理量間接測量。例如：1、用加熱時間來替代物體吸收的熱量。2、分子運動看不見,摸不著,不好研究,但可以通過研究擴散現(xiàn)象認識它。3、判斷有無電流,我們可通過電路中燈泡是否發(fā)光來確定，即根據(jù)電流產(chǎn)生的效應來判斷。4、磁場看不見,摸不著,判斷磁場是否存在時,把小磁針放在其中,根據(jù)它是否轉(zhuǎn)動來確定?！镜淅?2011·宿遷中考)在科學探究中，常把直接測量有困難的量轉(zhuǎn)換成便于測量的量來研究，這種方法稱之為轉(zhuǎn)換法。例如，在探究物質(zhì)吸熱升溫的屬性時，沙子和水吸收熱量的多少不便直接測量，可以通過測量加熱時間的長短來比較吸熱的多少。下述實驗中采用了轉(zhuǎn)換法的是()A.在探究影響動能大小的因素時，動能大小的比較方法B.在探究阻力對物體運動的影響時，推理出物體不受阻力時的運動狀態(tài)C.在探究串聯(lián)電路電流特點時，換用不同燈泡及改變電源電壓，多次實驗D.在探究壓力對滑動摩擦力的影響時，保持接觸面粗糙程度不變，改變壓力【解析】選A.物體具有能量的多少可用物體做功的多少來衡量。在探究影響動能大小的因素時，小球撞擊木塊后，木塊通過的距離越大，做功越多，說明小球具有的動能越大，故木塊被小球撞擊后通過的距離能反映小球具有的動能大小，這是采用的轉(zhuǎn)換法。B項中探究阻力對物體運動的影響采用的是理想實驗法，C項中探究串聯(lián)電路的電流特點采用的是歸納法，D項中探究壓力對滑動摩擦力的影響采用的是控制變量法。(四)實驗推理法(理想實驗法)一些物理現(xiàn)象,由于受實驗條件所限,無法直接驗證,需要先進行實驗,再進行合理推理得出正確結(jié)論。實驗推理法以大量事實為基礎,以實驗為原型。例如：1、研究牛頓第一定律。2、研究真空中能否傳聲。【典例】(2011·張家界中考)小勇在探究“阻力對物體運動影響”的實驗時，利用如圖所示的裝置圖。小勇先后在水平桌面鋪上粗糙程度不同的物體(毛巾、棉布、木板)，做了三次實驗。然后將實驗數(shù)據(jù)填入表格：表面狀況阻力大小小車運動的距離s/m毛巾大0.1棉布較大0.18木板小0.35根據(jù)以上實驗填好以下內(nèi)容：(1)小勇在三次實驗中，讓小車在斜面上從靜止滑下時，應保持同一_______.(2)從上述實驗數(shù)據(jù)中，可以得出的結(jié)論是：平面越光滑，小車運動的距離越______，這說明小車受到的阻力越______，速度減小得越______.(3)由此可推出，如果運動物體不受力，它將做____________.【解析】(1)為了使小車到達不同水平表面上的初始速度相同，應讓小車從斜面上同一高度由靜止自由滑下。(2)當小車從相同的高度滑下時，可以發(fā)現(xiàn)表面越光滑，小車運動的距離越遠，這說明小車受到的阻力越小，小車的速度減小得越慢。(3)由此進一步推出，如果小車不受力，它的速度不會減小，將以恒定不變的速度永遠運動下去,即做勻速直線運動。答案：(1)高度(2)長(遠)小慢(3)勻速直線運動(五)理想模型法理想化模型就是指把復雜的問題簡單化，將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示.例如：1、用磁感線描述磁場。2、用光線描述光的傳播。3、杠桿也是一種理想模型,杠桿在實際使用時,由于受到力的作用,都會引起或大或小的變形,但可忽略不計?！镜淅?2011·蕪湖中考)為了研究問題的方便，物理學家創(chuàng)造性地引入了一系列科學概念，譬如：①在研究光的傳播時引入了“光線”；②在研究物質(zhì)結(jié)構時引入了“原子”；③在研究物質(zhì)導電性能時引入了“絕緣體”；④在研究磁場時引