物理科学研究方法

1、 新课程提出的多维目标中，过程与方法是其中的一个重要纬度目标。巴甫洛夫也认为，认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大。因此我们不仅要让学生掌握基本的物理概念和规律，了解物理学的知识体系，同时也要介绍物理方法，指导学生学运用正确的物理方法研究问题、分析问题、解决问题。 初中物理中用到的科学方法有许多，例如观察法、实验法、比较法、归纳法、分类法、类比法、等效法、转换法、控制变量法、模型法、推理法、比值定义法 、多因式乘积法、放大法 、积累法、图象法、图表法、猜想法等。下面我们介绍其中一些常见的研究方法。研究滑动摩檫力与哪些因素有关 研究液体内部的压强 研究影响液体蒸发快慢的因素 研究物体吸热

2、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 研究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关？研究滑动摩擦力大小跟哪些因素有关？F1=2N木板F2=3N木板F3=2.8N毛巾1研究压力的作用效果跟哪些因素有关研究压力的作用效果跟哪些因素有关? ?甲乙丙2研究动能的大小跟哪些因素有关研究动能的大小跟哪些因素有关? ?3研究电阻的大小跟哪些因素有关研究电阻的大小跟哪些因素有关? ?A4研究电流跟电压、电阻的关系研究电流跟电压、电阻的关系?V

3、AR5研究电磁铁的磁性的强弱跟哪些因素有关研究电磁铁的磁性的强弱跟哪些因素有关6研究电流产生的热量跟哪些因素有关研究电流产生的热量跟哪些因素有关? ?7研究液体的压强跟深度的关系研究液体的压强跟深度的关系8ABCDEFGH例例1 1：探究决定电阻大小的因素：探究决定电阻大小的因素分析数据，得出结论：（1）导体的电阻跟导体的材料有关；）导体的电阻跟导体的材料有关；（2）导体的材料、横截面积，都相同时，导）导体的材料、横截面积，都相同时，导体越长，电阻越大；体越长，电阻越大； （3）导体的材料、长度都相同时，导体的横）导体的材料、长度都相同时，导体的横截面积越小，电阻越大；截面积越小，电阻越大；

4、（4）导体被加热后，它的温度升高，电流表）导体被加热后，它的温度升高，电流表示数变小，表明导体的电阻变大，这说明导示数变小，表明导体的电阻变大，这说明导体的电阻还跟温度有关，对大多数导体来说，体的电阻还跟温度有关，对大多数导体来说，温度越高电阻越大。温度越高电阻越大。 研究液体蒸发的快慢跟哪些因素有关？下列问题的研究也是利用了控制变量法吗?研究电功的大小跟哪些因素有关?例例2：某校研究性学习小组在探究：某校研究性学习小组在探究“液体蒸发的快慢与哪些因素液体蒸发的快慢与哪些因素有关有关”的过程中，根据生活经验提出了以下两种猜想：的过程中，根据生活经验提出了以下两种猜想：猜想一：液体蒸发的快慢可能

5、和物质的种类有关。猜想一：液体蒸发的快慢可能和物质的种类有关。猜想二：液体蒸发的快慢和液体表面空气流动的快慢有关。猜想二：液体蒸发的快慢和液体表面空气流动的快慢有关。针对猜想一，同学们设计的实验及观察到的现象如下：针对猜想一，同学们设计的实验及观察到的现象如下： 在玻璃板上，同时用酒精和水涂一个同样大的圆斑，观察在玻璃板上，同时用酒精和水涂一个同样大的圆斑，观察发现酒精圆斑先干了。发现酒精圆斑先干了。 请你认真思考下列问题，并回答：请你认真思考下列问题，并回答：（1）同学们通过实验得出的结论是：）同学们通过实验得出的结论是：（2）实验中）实验中“涂同样大的圆斑涂同样大的圆斑”其目的是：其目的是

6、： （3）设计出研究猜想二的实验方案：）设计出研究猜想二的实验方案：蒸发的快慢与液体种类有关蒸发的快慢与液体种类有关 控制变量，使之在相同的条件下进行比较控制变量，使之在相同的条件下进行比较在两个表面积相同的同种液体条件下，比较不同空气流动快慢时在两个表面积相同的同种液体条件下，比较不同空气流动快慢时的蒸发情况的蒸发情况 例例1 1：人们常用推理的方法研究物理问题。在：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

7、外力作用，它的速论：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。度将保持不变，并且一直运动下去。小车在不同表面上的运动 毛巾表面 棉布表面 木板表面 abc 例例2.推理的方法同样用在推理的方法同样用在“研究声音的传播研究声音的传播”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，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你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真声音不能在真空中传播空中传播”这一结论的？这一结论的？【分析】在【分析】在“研究声音的传播研究声音

8、的传播”实验中，实验实验中，实验现象是随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越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，来越弱。但最后还是能听到声音，主要原因主要原因有有：实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态：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，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，又降低了考示例，既给出了学生套用的格式，又降低了考题的难度

9、。本实验可以推理：题的难度。本实验可以推理：如果罩内被抽成如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声，由此可以推出真空，将不能听到铃声，由此可以推出“声音声音不能在真空中传播不能在真空中传播”的结论。的结论。 三、模型研究法三、模型研究法 物理学中常常把实际的研究对象或物理学中常常把实际的研究对象或实际的过程抽象成一定的实际的过程抽象成一定的“物理模型物理模型”注意：注意： 模型模型法有时也包含有类法有时也包含有类比法的思想，但它更突出的特点比法的思想，但它更突出的特点是力求将研究的对象抽象化、简是力求将研究的对象抽象化、简单化。单化。研究连通器原理时用到液片模型研究光现象时用到光线模型研究磁现象时用

10、到磁感线模型力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型电路图是实物电路的模型杠杆杠杆抽水机手柄抽水机手柄缝纫机踏板缝纫机踏板杆秤杆秤瓶盖起子瓶盖起子锅炉水位计锅炉水位计过路涵洞过路涵洞自来水管自来水管三峡五级船闸三峡五级船闸连通器连通器轮轴轮轴方向盘方向盘辘轳辘轳自行车车把自行车车把扳手扳手沿斜坡将货物推到高处沿斜坡将货物推到高处盘山公路盘山公路螺丝螺丝斜面斜面磁场的特点磁场的特点磁感线光线光线四、近似法四、近似法 有许多物理常数或物量，有许多物理常数或物量，受其它因素的影响是变化的，但受其它因素的影响是变化的，但这种变化非常微小，为了研究问这种变化非常微小，为了研究问题方便，常常假定它为一

11、定值来题方便，常常假定它为一定值来研究问题。研究问题。例：例：g g在不同高度、纬度常常不同，但在地在不同高度、纬度常常不同，但在地球附近，由于球附近，由于g g的变化小，常取的变化小，常取g=9.8N/kgg=9.8N/kg例：计算灯泡在不同电压下的实际功率。例：计算灯泡在不同电压下的实际功率。在不同电压下，灯丝的温度不同，电阻也不在不同电压下，灯丝的温度不同，电阻也不同，但在计算的过程中认为电阻为一定值不同，但在计算的过程中认为电阻为一定值不变。变。例：计算氢气球在升空的过程中所受的浮力，例：计算氢气球在升空的过程中所受的浮力，我们知道空气的密度是随高度的增加而减小的，我们知道空气的密度是

12、随高度的增加而减小的，而在计算时总是取而在计算时总是取1. 1.千克每立方米，也是千克每立方米，也是忽略了它的变化忽略了它的变化。马得堡半球实验可证明大气压的存在 影子的形成可证明光沿直线传播奥斯特实验可证明电流周围有磁场指南针指南北可证明地磁场的存在 扩散现象可证明分子做无规则运动铅块实验可证明分子间引力的存在运动的物体能对外做功可证明它具有能 温度计的工作原理 例：用下图所示的实验来研究流体压强例：用下图所示的实验来研究流体压强与流速的关系时，对着两纸片中间与流速的关系时，对着两纸片中间吹气是为了吹气是为了 ，你是通过观察你是通过观察 来来判断纸片间压强大小变化的。这判断纸片间压强大小变化

13、的。这种研究问题的方法叫做种研究问题的方法叫做 。 加快两纸片间空气的流速加快两纸片间空气的流速 两纸片相互靠近或远离两纸片相互靠近或远离 转换法转换法 【分析】对着两纸片中间吹气是为了加快两纸【分析】对着两纸片中间吹气是为了加快两纸片间空气的流速，我们是通过观察两纸片相互片间空气的流速，我们是通过观察两纸片相互靠近或远离来判断纸片间压强大小变化的。由靠近或远离来判断纸片间压强大小变化的。由于气体压强我们看不见、摸不着，所以我们通于气体压强我们看不见、摸不着，所以我们通过这种转换法的方式感知它的存在。过这种转换法的方式感知它的存在。 六、等效法六、等效法 即从事物间的等同效果出发，通过联想把陌

14、生的，即从事物间的等同效果出发，通过联想把陌生的，困难的，复杂的用常规手段不易解决的问题转化困难的，复杂的用常规手段不易解决的问题转化为一个熟悉的，简单的问题的方法。为一个熟悉的，简单的问题的方法。等效电阻 分力与合力等效 用排水法测量不规则小块固体的体积请观察：请观察：转换法转换法: 电流大小电流大小 灯泡亮度灯泡亮度磁场磁场 小磁针偏转小磁针偏转等效法等效法:分力分力 合力合力小石块体积小石块体积 排开水的体积排开水的体积;小结：小结： “ 等效法等效法 ” 中相互替代的两个物理中相互替代的两个物理量种类通常相同，而量种类通常相同，而“转换法转换法”中的两个物中的两个物理量只是有因果关系，

15、其性质往往并不相同。理量只是有因果关系，其性质往往并不相同。放大法？放大法？累积法？累积法？电阻串联电阻串联R1 R2 R312RR=R1+R2+R3电阻并联电阻并联R3R2R111R21RR1+31R+R电路的接法电路的接法 34二力的合成二力的合成-例如图所示，在桌面上竖立一块玻璃板，把一支例如图所示，在桌面上竖立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板面出现点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是蜡烛的像。要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是设法确定像的位置。仔细想想，实验时具体的做法是设法确定像的位置。仔细想想，实验

16、时具体的做法是_。我们这样确定像的位置，凭借的是视觉。我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了效果的相同，因而可以说是采用了_的科学方的科学方法。法。 【分析】虚像是无法用【分析】虚像是无法用光屏承接。光屏承接。答案：另外答案：另外拿一只相同的蜡烛在玻拿一只相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合；上去它跟像完全重合；等效替代等效替代。 七、图像法七、图像法 就是利用平面直角坐标系中就是利用平面直角坐标系中的物理图像研究问题的方法。的物理图像研究问题的方法。12345晶体熔化晶体熔化t/T/mint/t/t/T/minT/minT/min

17、晶体凝固晶体凝固非晶体熔化非晶体熔化非晶体凝固非晶体凝固液体沸腾液体沸腾t/T/min电流与水流 内能与机械能 原子结构与太阳系水压与电压水流与电流 例：为了让同学们理解把几个电阻串联起来例：为了让同学们理解把几个电阻串联起来和并联起来对总电阻的影响，老师作了这样的一和并联起来对总电阻的影响，老师作了这样的一个个“类比类比”：某学校的同学想从小河的南岸到北：某学校的同学想从小河的南岸到北岸参加植树活动，他们利用若干块相同的木板搭岸参加植树活动，他们利用若干块相同的木板搭成如图所示的三种桥梁，请大家想一想，要想让成如图所示的三种桥梁，请大家想一想，要想让全校的学生安全地过河，按哪一种方法搭建的桥

18、全校的学生安全地过河，按哪一种方法搭建的桥梁最方便快捷呢？而哪一种方法又是最不合理的梁最方便快捷呢？而哪一种方法又是最不合理的呢？同学们肯定会很快地判断出：第三种方法是呢？同学们肯定会很快地判断出：第三种方法是最方便快捷的，因为它的桥面最宽；而第二种方最方便快捷的，因为它的桥面最宽；而第二种方法是最不合理的，因为它不仅没有增加桥面的宽法是最不合理的，因为它不仅没有增加桥面的宽度，反而加长了桥面的长度！度，反而加长了桥面的长度！ 现在我们将上例中的每一现在我们将上例中的每一块木板当成一个电阻，则第二种块木板当成一个电阻，则第二种方法相当于将三个电阻方法相当于将三个电阻 联，第联，第三种方法相当于

19、将三个电阻三种方法相当于将三个电阻 联，联，于是同学们就很容易通过对比三于是同学们就很容易通过对比三种桥的效果得出这样的结论：把种桥的效果得出这样的结论：把几个电阻串联起来，相当于增加几个电阻串联起来，相当于增加了导体的了导体的 ，所以总电阻，所以总电阻 （填（填“变大变大”、“变小变小”、“不不变变”）；把几个电阻并联起来，）；把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的相当于增加了导体的 ，所以总，所以总电阻电阻 （填（填“变大变大”、“变小变小”、“不变不变”）。）。 请你也试着举一个这样的请你也试着举一个这样的“类比类比”研究科学问题的例研究科学问题的例子：子： 。 【分析】第二种方法相当于

20、将三个电阻串联，第【分析】第二种方法相当于将三个电阻串联，第三种方法相当于将三个电阻并联。对比三种桥的效三种方法相当于将三个电阻并联。对比三种桥的效果可以得出这样的结论：把几个电阻串联起来，相果可以得出这样的结论：把几个电阻串联起来，相当于增加了导体的长度，所以总电阻变大；把几个当于增加了导体的长度，所以总电阻变大；把几个电阻并联起来，相当于增加了导体的横截面积，所电阻并联起来，相当于增加了导体的横截面积，所以总电阻变小。这样的以总电阻变小。这样的“类比类比”研究科学问题的例研究科学问题的例子除了上文提到的还有：子除了上文提到的还有： 波纹在水面的传播类比声波的形成；波纹在水面的传播类比声波的形成； 研究声波时，可以用弹簧做类比实验，将弹簧研究声波时，可以用弹簧做类比实验，将弹簧平放于桌面，来回运作，会形成密部和疏部；平放于桌面，来回运作，会形成密部和疏部； 细水管喝水比粗吸管喝水时间要慢，就好比粗细水管喝水比粗吸管喝水时间要慢，就好比粗的导体中电阻比细导体的电阻小；的导体中电阻比细导体的电阻小； 大气的压强就好象无数的雨点打在伞上一样；大气的压强就好象无数的雨点打在伞