比較常用的幾種物理方法

1/1比較常用的幾種物理方法高中物理教學(xué)中幾種比較常用的方法

永州二中薛茗132********

[內(nèi)容

中常常把電場(chǎng)與重力場(chǎng)、電勢(shì)與高度、電勢(shì)差和高度差、庫侖定律與引力定律等知識(shí)內(nèi)容和知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行比較。幫助學(xué)生理解這些內(nèi)容之間的共同點(diǎn)和區(qū)別，避免混肴。又例如：在教庫侖定律時(shí)從內(nèi)容的文字?jǐn)⑹龊凸降男嗡婆c萬有引力定律從兩方面作比較，一、引力和庫侖力都跟距離的平方成反比，二、都有跟乘積成正比的敘述，三、從公式F=Gm1m2/r2;和F=kQ1Q2/r2;來看形式相同但其實(shí)質(zhì)不同，一個(gè)反應(yīng)的是有質(zhì)量的物體間引力大小的計(jì)算，另外一個(gè)是用來計(jì)算電荷間的作用力大小。

四、物理現(xiàn)象的“類比”：

在物理知識(shí)中有很多內(nèi)容具有相似性，具有相同的物理規(guī)律，解決問題的思路一樣，處理問題的方法和手段一樣。例如：物體在重力場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與帶電粒子在勻場(chǎng)電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)相比較可知它們間只是物體的加速度不同，但它們間有一個(gè)共同的特點(diǎn)即當(dāng)勻場(chǎng)電場(chǎng)一但確定，它們各是的加速度都保持不變；垂直磁場(chǎng)方向的帶電粒子在勻場(chǎng)磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)與物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)比較可知帶電粒子在磁場(chǎng)中做勻速園周運(yùn)動(dòng)，洛侖茲力提供向心力，其運(yùn)動(dòng)規(guī)律與園周運(yùn)動(dòng)相同；幫助他們從中找出物理現(xiàn)象之間的共同規(guī)律，進(jìn)行歸納小結(jié)，達(dá)到提高解決物理問題的能力、分析問題的能力。

五、“物理圖象”與“數(shù)學(xué)圖象”類比：就是把描述物理量間變化關(guān)系的圖象與數(shù)學(xué)中函數(shù)圖象作比較，找出它們之間的特定關(guān)系，了解物理圖象的特定含義，達(dá)到掌握物理知識(shí)的目的。例如：在勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的教學(xué)中利用數(shù)學(xué)中一次線性函數(shù)的特點(diǎn)找出物理圖象與Ｖ、ｔ軸的交點(diǎn)的意義，圖象斜率的意義，從而加深了對(duì)速度、加速度和位移的理解，鞏固了基礎(chǔ)知識(shí)。

類比是將一類事物的某些相同方面進(jìn)行比較，以另一事物的正確或謬誤證明這一事物的正確或謬誤。這是運(yùn)用類比推理形式進(jìn)行論證的一種方法.

對(duì)比，是將論據(jù)中截然相反的兩種情況進(jìn)行比較。因?yàn)楸容^的雙方形成鮮明的對(duì)照，互為襯托，所以，這種方法特別能突出一方面的性質(zhì)，具有很強(qiáng)的論證力量，因而，用得也很普遍。

類比和對(duì)比的區(qū)別:說白了就是，類比都是引用和自身比較相同的，有共同性的；對(duì)比時(shí)引用有明顯不同的，可以顯出差別的。

2.等效替代法

等效法亦稱“等效替代法”，是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，它是把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉(zhuǎn)化為簡單的物理現(xiàn)象、物理過程來研究和處理的一種科學(xué)思想方法。它也是物理學(xué)研究的一種重要方法。掌握等效方法及應(yīng)用，體會(huì)物理等效思想的內(nèi)涵，有助于提高考生的科學(xué)素養(yǎng)，初步形成科學(xué)的世界觀和方法論，為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

力的分解是力的合成的逆運(yùn)算,即幾個(gè)力的作用效果可以用一個(gè)力來替代,體現(xiàn)了等效替代的思想.

在中學(xué)物理中，合力與分力、合運(yùn)動(dòng)與分運(yùn)動(dòng)、總電阻與分電阻、平均值、有效值等，都是根據(jù)等效概念引入的。在學(xué)習(xí)過程中，若能將此法滲透到對(duì)物理過程的分析中去，不僅可以使我們對(duì)物理問題的分析和解答變得簡捷，而且對(duì)靈活運(yùn)用知識(shí)，促使知識(shí)、技能和能力的遷移，都會(huì)有很大的幫助。在解題時(shí)，用的最多的是以模型替代實(shí)物。

例如在水平方向的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，有一質(zhì)量為m的帶電小球，用長為L的細(xì)線懸于O點(diǎn)，當(dāng)小球平衡時(shí)，細(xì)線和豎直方向成θ角，現(xiàn)給小球一個(gè)沖量，沖

量的方向和細(xì)線垂直，使小球恰能在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)。問：①小球做圓周運(yùn)動(dòng)的過程中，在哪個(gè)位置有最小速度？并求這個(gè)速度值。②施加的沖量值至少為多大？要求在豎直平面運(yùn)動(dòng)的過程中最小速度及所在位置，一般先要分析小球的受力情況，分析其運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，若是曲線運(yùn)動(dòng)，則往往要根據(jù)能量關(guān)系來確定動(dòng)能變化。此過程中，小球受線的拉力、重力和電場(chǎng)力，拉力不做功，重力和電場(chǎng)力方向相互垂直，所做的功是正是負(fù)不能確定，由于重力和電場(chǎng)力都是恒力，則可以用它們的合力來代替之，分析其等效合外力對(duì)小球做功的情況，若等效合力做正功，則小球動(dòng)能增大，反之小球動(dòng)能減少。分力和其合力是等效替代關(guān)系，此題用等效場(chǎng)力代替重力和電場(chǎng)力，將小球在重力場(chǎng)和電場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)情況轉(zhuǎn)化為類似于只在重力場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的一般情況，將問題大大簡化。

“等效”并非指事物的各個(gè)方面效果都相同，而是強(qiáng)調(diào)某一方面的效果。因此一定要明確不同事物在什么條件、什么范圍、什么方面等效。通?？梢钥紤]對(duì)下列因素進(jìn)行等效替代：研究對(duì)象、物理模型、物理狀態(tài)、物理過程、物理作用等。

3.構(gòu)建物理模型法

一、構(gòu)建物理模型在物理問題中的應(yīng)用

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型，并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或?qū)嵺`驗(yàn)證，模型與事實(shí)基礎(chǔ)很好吻合的前提下獲得的。模型,是一種理想化的物理形態(tài),是物理知識(shí)的一種客觀表現(xiàn),科學(xué)家作理論研究,通常都要從“模型”入手,利用抽象、理想化、簡化、類比等手法，把研究對(duì)象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個(gè)概念或?qū)嵨锏捏w系，即形成模型。

從本質(zhì)上講，分析和解答物理問題的過程，就是構(gòu)建物理模型的過程，我們平時(shí)所說的解題時(shí)應(yīng)“明確物理過程”，“在頭腦中建立一幅清晰的物理圖景，其實(shí)就是指要正確的構(gòu)建物理模型。物理模型的建立在物理學(xué)習(xí)（特別是解題）中有十分廣泛的應(yīng)用。

伽利略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當(dāng)斜槽充分光滑時(shí)，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球?yàn)檫_(dá)到初始高度,將運(yùn)動(dòng)很遠(yuǎn)。如果末端完全水平，小球?qū)⒁恢边\(yùn)動(dòng)下去，永不停止。正因?yàn)橘だ詷?gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發(fā)現(xiàn)。

法拉第在1852年，對(duì)帶電體、磁體周圍空間存在的物質(zhì)，設(shè)想出電場(chǎng)線、磁場(chǎng)線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場(chǎng)的概念，對(duì)當(dāng)前的傳統(tǒng)觀念是一個(gè)重大的突破。

1905年愛因斯坦受普朗克量子假設(shè)的啟發(fā)，大膽地建立了光子模型，并提出著名的愛因斯坦光電效應(yīng)方程，圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。

盧瑟福以特有的洞察力和直覺，抓住α粒子轟擊金箔有大角度偏轉(zhuǎn)這一反?，F(xiàn)象，從原子內(nèi)存在強(qiáng)電場(chǎng)的思想出發(fā)，于1911年構(gòu)思出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我們周圍的宇宙并不是靜態(tài)的、恒定的、而是動(dòng)態(tài)的、膨脹的。從而沖破了傳統(tǒng)觀念的束縛，為研究宇宙的起源和演化掃清了道路。

除了上述一些理想化模型外，在高中教材中，我們要學(xué)會(huì)掌握平拋運(yùn)動(dòng)、圓周運(yùn)動(dòng)、碰撞、反沖、單擺、理想氣體、點(diǎn)電荷、絕緣體、點(diǎn)光源、薄透鏡、狹縫、薄膜等一系列物理模型的特點(diǎn)和研究方法，學(xué)會(huì)將研究對(duì)象簡化成理想模型，將新的物理情景抽象成我們熟知的物理模型并加以解決，并且在解題中不斷建立

新的物理模型。人船模型、測(cè)加速、測(cè)量分子速率的裝置原理運(yùn)用的也是構(gòu)建物理模型法。

二、教師在教學(xué)過程中要重視對(duì)學(xué)生建模意識(shí)的培養(yǎng)

理想的物理模型，即是物理科學(xué)體系中光輝的典范，也是解決現(xiàn)實(shí)物理問題不可或缺的依據(jù)，其重要性不言而喻。所以，教師在傳授知識(shí)的過程中，要根據(jù)實(shí)際課時(shí)的內(nèi)容安排，及時(shí)向?qū)W生強(qiáng)調(diào)基本物理模型建立的過程和條件，并要求學(xué)生牢固把握住這些基本的物理模型，并且在具體應(yīng)用解決物理問題時(shí),引導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)題設(shè)條件，從物理規(guī)律出發(fā)，通過分析、綜合、類比等，突出對(duì)所要研究問題起主要作用的因素，略去非本質(zhì)的次要因素，使思維從紛繁復(fù)雜的具體問題中抽象、構(gòu)造出我們熟悉的物理模型，然后應(yīng)用掌握的相關(guān)知識(shí)予以解決。當(dāng)然，對(duì)學(xué)生這種能力的要求并非一朝一夕就能培養(yǎng)出來的，需要教師把這種建模意識(shí)貫穿在教學(xué)的始終。要循序漸進(jìn)地啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生逐步熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)，使構(gòu)建物理模型的意識(shí)真正成為學(xué)生思考問題的方法與習(xí)慣。

三、提高建模意識(shí)是教育思想和教學(xué)觀念更新的體現(xiàn)

江澤民總書記指出：“創(chuàng)新是一個(gè)民族的靈魂，是一個(gè)國家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力，創(chuàng)新的關(guān)鍵是人才，人才的成長靠教育。”二十一世紀(jì)的教育改革，向我們教師提出了新的更高的要求。以往那種“深挖洞”尋難題，為應(yīng)付高考而大量集訓(xùn)的做法，培養(yǎng)的只是一個(gè)個(gè)解題的機(jī)器人，創(chuàng)新意識(shí)、開放思維已經(jīng)變得麻木，這樣的教育肯定不適應(yīng)時(shí)代的需要。而培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識(shí)的能力，收集和處理信息的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考，激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)和“重在參與”的意識(shí)，是我們每位教師在教學(xué)活動(dòng)中努力的方向。所以教師們?cè)蓄^腦中存在的那種陳舊的教育思想和教學(xué)觀念必須徹底更換。在向?qū)W生傳授知識(shí)的同時(shí)，要重視宣揚(yáng)科學(xué)家們那種大膽聯(lián)想，勇于構(gòu)建物理模型（甚至包括失敗的物理模型）的創(chuàng)新思維，讓他們體驗(yàn)到科學(xué)家們?yōu)槿祟?、為科學(xué)尋求真理的進(jìn)取精神和科學(xué)態(tài)度，喚起學(xué)生們對(duì)建模意識(shí)重要性的認(rèn)識(shí)，激發(fā)他們的興趣，逐步提高他們構(gòu)建物理模型的能力。提高學(xué)生的建模意識(shí)，必須向?qū)W生指明，努力掌握硬實(shí)的物理基礎(chǔ)是必備的條件，同時(shí)還要求學(xué)生建立起廣泛的物理生活知識(shí)，平時(shí)多關(guān)心、收集高新科技信息知識(shí)，并通過聯(lián)想，理論聯(lián)系實(shí)際，使自己所學(xué)的知識(shí)更扎實(shí)、更貼近實(shí)際，避免出現(xiàn)一問三不知的科盲現(xiàn)象和“指麥苗為韭菜”的書呆子現(xiàn)象，這正是現(xiàn)代教育所期望的。

四、建模意識(shí)是創(chuàng)新思維

在教學(xué)活動(dòng)中構(gòu)建學(xué)生的建模意識(shí)實(shí)質(zhì)上是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力，因?yàn)榻；顒?dòng)本身就是一項(xiàng)創(chuàng)造性的思維活動(dòng)。它可以培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，直覺思維能力，猜測(cè)、轉(zhuǎn)換、構(gòu)造等能力，這些能力正是創(chuàng)造性思維所具有的最基本的特征。

在教學(xué)中構(gòu)建學(xué)生的建模意識(shí)與素質(zhì)教學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是相輔相成、密不可分的。要真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師的課堂教學(xué)模式必須更改，“課題研究性”教學(xué)模式與“探究性學(xué)習(xí)”的課堂教學(xué)模式均堅(jiān)持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，充分挖掘?qū)W生的主動(dòng)參與和積極思維的意識(shí),自覺地在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建物理模型。只有這樣才能使學(xué)生分析和解決問題的能力得到長足的進(jìn)步，也只有這樣才能真正提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.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，但得出的規(guī)律卻又不能用實(shí)驗(yàn)直接驗(yàn)證的。在物理學(xué)上非常重要的牛頓第一定律就是通過理想實(shí)驗(yàn)法得出的。

用理想實(shí)驗(yàn)來研究物理規(guī)律時(shí)要以大量可靠的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，然后注意分析當(dāng)某個(gè)因素在向某一方向逐漸發(fā)生變化時(shí)，你所觀察到的現(xiàn)象是如何變化的，最后加以推理：當(dāng)這個(gè)因素達(dá)到極限時(shí)，那么你所觀察到的現(xiàn)象沿著它變化的趨勢(shì)最終會(huì)怎么樣？

例如我們?cè)谘芯柯曇粼谡婵罩惺欠衲軅鞑r(shí)就應(yīng)用了理想實(shí)驗(yàn)；我們實(shí)驗(yàn)時(shí)在鐘罩里放入一個(gè)正在發(fā)聲的鬧鈴，然后將鐘罩里的空氣逐漸抽出，隨著空氣越來越少，鐘罩里越來越接近真空，我們聽到的鈴聲越來越弱，然后我們根據(jù)這個(gè)依據(jù)合理的推出：當(dāng)鐘罩里的空氣少到極限即鐘罩里是真空時(shí)，我們將聽不見聲音，這樣我們得出聲音不能在真空中傳播的規(guī)律。

最著名的是伽利略的斜面理想實(shí)驗(yàn)以及牛頓大炮。牛頓曾研究過這樣一個(gè)問題：他發(fā)現(xiàn)人擲出去的石頭總會(huì)偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個(gè)“大炮”的設(shè)想，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(diǎn)就離山腳越遠(yuǎn)。他推想：當(dāng)射出速度足夠大時(shí)，炮彈將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢？牛頓通過科學(xué)的推理得出了一個(gè)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(shí)際也用到了理想實(shí)驗(yàn)的研究方法。

5.控制變量法

控制變量法是物理學(xué)研究中常用的一種研究方法。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)律的因素或條件加以人為控制，即保持一個(gè)或多個(gè)量不變，調(diào)整另一個(gè)或多個(gè)量改變，來探究這些量之間的關(guān)系。

為了研究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓以及導(dǎo)體的電阻都有關(guān)系，中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)難以同時(shí)研究電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，而是在分別控制導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓不變的情況下，研究導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，分別得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生在動(dòng)腦與動(dòng)手，理論與實(shí)踐的結(jié)合上找到這“兩個(gè)關(guān)系”，最終得出歐姆定律I＝U/R。

為了研究牛頓第二定律m、a、F關(guān)系等也用控制變量法。

為了研究導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)，控制導(dǎo)體的長度和材料不變，研究導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系。

為了研究滑動(dòng)摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)，保證壓力相同時(shí)，研究滑動(dòng)摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系。

控制變量法在物理實(shí)驗(yàn)中有很大作用，但一定要注意結(jié)論的準(zhǔn)確性，例如上面的“從而可以得知電阻一定時(shí)電流的大小和電阻的大小成反比”切莫得出了“從而可以得知電流的大小和電阻的大小成反比”，要尊重事實(shí)。

中學(xué)物理課本中，其他的如：蒸發(fā)的快慢與