物理实验探究法

实验，是自然科学研究的重要方法，也是自然学科教学的重要手段，搞好高中物理实验的复习，摸清实验中的研究方法也就至关重要。物理实验教学中有以下几条研究方法。1、平衡法：“物理学中常常利用一个量的作用与另一个（或几个）量的作用相同、相当或相反来设计实验，制作仪器，进行测量。例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡，天平的设计是根据力矩的平衡；温度计是利用了热的平衡。2、放大法：在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。例如：在《测定金属电阻率》实验中所便用的螺旋测微器：主尺上前进（或后退）0.5毫米，对应副尺上有5n个等分，实际上是对长度的机械放大；许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。又比如在《卡文迪许扭实验》，其测定万有引力恒量的思路最后转移到光点的移动（跟“库仑静电力扭枰实验一样），都是将微小形变放大方法的具体应用3、控制变量法，在高中物理中的许多实验，往往存在着多种变化的因素，为了研究它们之间的关系可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响。最典型的例子是《验证牛顿第二运动定律》的实验，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加速度与力的关系：再保持力不变研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系。模型法即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。如用太阳系模型代表原子结构，用简单的线条代表杠杆等。控制变量法自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较，研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。初中物理实验大多都用到了这种方法，如通过导体的电流I受到导体电阻R和它两端电压U的影响，在研究电流I与电阻R的关系时，需要保持电压U不变；在研究电流I与电压U的关系时，需要保持电阻R不变。转换法一些看不见，摸不着的物理现象，不好直接认识它，我们常根据它表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。如根据电流的热效应来认识电流大小，根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场等。等效法在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻，浮力替代液体对物体的各个压力等。类比法在认识一些物理概念时，我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比，以帮助我们理解它。如认识电流大小时，用水流进行类比。认识电压时，用水压进行类比。比值法:根据公式』U/RP=F/S等讲同种物体间的关系进行对比理想实验:如牛顿第一定律钟罩实验初中物理实验中的科学方法浅谈《九年义务教育物理课程标准》倡导探究式的学习，注重学生自己动手、动脑探究科学规律，体验科学研究的方法，科学探究既是一种重要的教学方式，又是学生的学习目标。因此，在初中物理教学中，不仅要教给学生物理知识，更重要的是要引导学生经历一次物理学知识的“再发现”的过程，从而培养学生获取新知识的能力，收集和处理信息的能力，分析和解决问题的能力，体验科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神。所以，初中物理探究实验的设计和实施显得尤为重要。如何使实验教学达到课程标准确定的目标，其中蕴含的大量的科学方法，我们必须给予足够的重视，并且渗透到教学活动中去，适时向学生介绍、点拨，让学生在学习活动中去体验，逐步提高学生科学探究能力。下面，笔者就来谈谈初中物理实验中的几种科学方法。一、控制变量法控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。所谓控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该物理量与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍。例如在人教版实验教科书《物理》（八年级上册）第一章第一节关于探究声是怎样传播的实验中，就开始渗透控制变量的思想。因为固体、液体和气体都是传声的介质，我们逐一研究它们分别可以传声时，就必须控制其它两个因素。如果在进行该实验时就给学生恰当地点拨，提出：“把两张课桌紧紧地挨在一起，一个同学轻敲桌面，另一个同学把耳朵贴在另一张桌子上，听到的敲击声为什么就能认为是桌子传来而不是空气传来的？”引导学生去分析比较，就能使学生体验到控制变量的思想。在接着的探究影响音调、响度等因素的实验中，把控制变量的思想对学生给予简要的介绍，就会使学生逐步领悟到控制变量法的实质要领，为以后的探究实验作好方法上的准备。在初中物理中，探究影响导体电阻大小的因素、电流跟电压电阻的关系、影响电热

功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素、影响滑动摩擦力大小的因素、决定压力

作用效果的因素等等实验，运用了控制变量法。二、等效替代法等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。例如，在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点，揭示出规律。我们在教学中，在学生亲历实验过程的基础上，教师注重引导学生进行方法的总结，在思维方式上受到启发，他们以后遇到有关的实验设计时，就会自觉地加以运用。比如在学习伏安法测电阻之后，要求学生设计一个实验，在上述实验中缺少电压表或电流表，其它器材不变，另有一个已知阻值的定值电阻供选用，要求测出未知电阻，应该怎么办？学生就可以用等效替代的思想进行设计了。三、转换法有的物理量不便于直接测量，有的物理现象不便于直接观察，通过转换为容易测量到与之相等或与之相关联的物理现象，从而获得结论的方法。譬如，在研究电热的功率与电阻关系的实验中，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较，而我们通过转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出那个电阻放热多。教学时不妨设计一问：为什么研究电热的功率与电阻大小的关系时，还用到似乎与实验无关的煤油呢？引发学生的思考和讨论，在小结出该实验中煤油的作用的基础上，进而再问：该实验能否不用煤油而改用其它方式来观察电阻通电后的发热情况？这样促使学生思维得以发散，转换的思维方法得到训练，设计实验的能力也随着提高了。在初中物理实验中，利用软细绳测量地图上铁路线上的长度、刻度尺和三角板配合测量硬币的直径、圆锥的高等，都运用了转换法的思想。四、类比法类比法是一种推理方法。为了把要表达的物理问题说清楚明白，往往用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明的那些抽象的、无形的、陌生的事物，通过借助于一个比较熟悉的对象的某些特征，去理解和掌握另一个有相似性的对象的某些特征。如：在研究电压的作用时，借助于看得见而学生比较熟悉的“水压形成水流”的实验作类比，来揭示电压是形成电流的原因。又比如在研究通电螺线管的磁场的实验中，为准确记忆通电螺线管的北极与电流方向的关系，以紧握的右拳头类比为螺线管，四指为线圈并指向电流的方向，则大拇指所指的一端为北极。这样形象直观很容易被学生理解记忆牢固。当然，这里还可以用其他方式来类比，充分发挥学生的主观能动性，还可以找到更符合学生实际的类比方法。人教版实验教科书《物理》（八年级下册）P64图9.3—6就给人很好的启示。五、图象法图象是一个数学概念，用来表示一个量随另一个量的变化关系，很直观。由于物理学中经常要研究一个物理量随另一个物理量的变化情况，因此图象在物理中有着广泛的应用。在实验中，运用图象来处理实验数据，探究内在的物理规律，具有独特之处。如:在探究固体熔化时温度的变化规律和水的沸腾情况的实验中，就是运用图象法来处理数据的。它形象直观地表示了物质温度的变化情况，学生在亲历实验自主得出数据的基础上，通过描点、连线绘出图象就能准确地把握住晶体和非晶体的熔化特点、液体的沸腾特点了。在其他的实验中，教师也可以有意识地引导学生采用图象来处理数据。例如在探究串联电路中电流规律实验中，把各点作为横轴、电流为纵轴，作出的图象为水平直线，很直观表示出串联电路中各点电流相等的规律。这样学生非常容易理解和记忆。在探究电阻上的电流跟电压的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力大小跟质量的关系等实验中都运用到图象法。这样把数形结合、图形与文字结合起来处理数据、描述物理规律，能很好地促进学生处理数据能力和分析问题能力的提高。六、理想化方法理想化方法是指在物理教学中通过想象建立模型和进行实验的一种科学方法。可分为理想化模型和理想化实验。理想化模型就是指把复杂的问题简单化，把研究对象的一些次要因素舍去，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理去再现原形的本质的东西，构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法。例如探究杠杆平衡条件的实验，杠杆就是一种理想化的模型。杠杆在使用时，由于受到力的作用，都会引起或多或少的形变，然而在研究中把此时的形变忽略不计，这里我们就把杠杆经过理想化的处理，认为它无形变，视为一个硬棒，从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响，顺利地得出杠杆平衡原理。理想化实验是一种科学的抽象方法。它既要以实验事实作基础，但又不能直接由实验得到结论。比如，我们在探究空气能传声的实验中，逐渐将真空罩内的空气抽出，听到罩内的闹钟的声音逐渐变弱，于是我们推理得出将真空罩内的空气抽完（即真空），就听不到闹钟的声音了，从而得出空气能传声而真空不能传声的结论。这里采用的方法就是理想化，因为无论怎样抽气是不可能将真空罩内的空气抽完的。又如牛顿第一定律就是理想化实验得出的一条重要物理规律。如果教师在教学中注意很好地渗透这一方法，有利于培养学生的科学思想，提高学生的创新能力。总之，在初中物理实验中，蕴含着许多科学方法，我们既不能视而不见忽视它，又

不能唯方法讲方法，要时时做有心人，把握时机，把科学方法渗透到教学活动中，恰当

点拨，就能不断提高学生的科学探究能力。一、控制变量法运用一定手段（实验仪器、设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发展的过程，在特定的观察条件下探索客观规律的一种研究方法。或者说只让一个因变量发生变化，而其他因变量不变，从而得出这个因变量对结果的影响。控制变量法常用于探究物理规律的实验教学，例如欧姆定律的实验教学，教师可以组织学生讨论怎样研究I、U、R之间的关系；确定研究对象是电流以后，引导学生采用控制变量法，先控制一个物理量一一电阻不变，研究电流与电压这两个物理量的关系，再控制另一个物理量一一电压不变，研究电流与电阻两个物理之间的关系，最后将这些单一关系综合、归纳找出它们之间的规律，得出欧姆定律。又如“研究滑动摩擦力大小与哪些困素有关?”、"研究压强大小与哪些因素有关”、"研究导体的电阻与哪些因素有关”，“如何比较速度大小方法”等。教师在进行变量控制法的实验思想和实验方法教学时，应循序渐进，逐步渗透，使学生掌握并会应用。二、类比法、转换法和等效（等效代替）法类比是指在新事实同已知事物间具有类似方面作比较。作为一种“从特殊推到特殊的科学方法”，它能启发和开拓我们的思维，能给我们提供解决问题的线索，是提出科学假设和探索新理论的重要途径，它对物理学的发展建立了不可磨灭的功劳，对学生学习物理来说也发挥着巨大的作用。正如前苏联学者瓦赫罗夫所说：“类比像闪电一样，可以照亮学生所学学科的黑暗角落。”例如：在《义务教育课程标准实验教科书•物理》（以下简称新教程）中用橡皮绕绳运动与月亮绕地球运动作类比引入引力；研究电压的作用时，将电压类比为水压来认识电压，使电路中形成了电流；在讲到功率之前，把速度类比起来，通过学生前面学过的熟悉的知识去理解功率概念时就容易多了。大气压看不见，摸不着，但科学家可以通过研究大气压产生的现象来认识它，这种方法在科学上叫做“转换法”。初中物理学习电流时，对通过导体时产生的一些现象（如小灯泡发光）来确定是否有电流通过;研究大气压的值时，用水银柱高所产生的压强来研究大气压；由小磁针N、S极指向偏转，我们知道磁场的存在；我们通过扩散现象知道分子在不停地做无规则运动等等。“等效思想”在物理学中是很常用的，不同的物理过程或现象在某种意义上有相同的效果叫等效，人们习惯称其为“等效法”。人们常常把一个复杂的问题等效为一个熟知的物理模型或问题的方法，例如在研究一个物体受几个力作用时，我们可以用一个力代替几个力的作用使效果相同；在研究两个电阻的串、并联的电路中，用一个总电阻来等效代替两个电阻，等效之后的总电阻与原来两个电阻产生的作用效果是相同的；等效电路可把复杂的电路简单化等。三、抽象和理想化法抽象是一种重要的方法。初中讲动能、势能的时候，列举飞行的子弹、流动的河水、举高的重锤、压缩的弹簧等等都能做功，引导学生分析、比较、综合、概括形成功能、热能的概念，就是抽象事物共同的本质特征。初中物理课中最常遇到的抽象类型主要有：分析概括一类事物共同的本质特征；把物质、运动的某种性质隔离出来；理想化也是常见的一类抽象形式。在初中物理中可以使学生认识的理想化方法，主要有两种：一种是把物体本身理想化或者把物体所处的条件理想化；另一种是理想实验。由于这些理想化方法在物理教学中经常用到，所以有必要使学生认识它们的本质、必要性和局限性。科学的理想化不同于无根据的幻想，有它的客观根据。客观存在的复杂事物具有多方面的特性，处于多种条件下。但是在一定的现象中并不是所有性质、所有条件都起同样重要的作用，而是只有一种或少数几种起主要作用，其余的不起作用，或者作用很小。理想化就是突出起主要作用的性质或条件，而完全忽略其它性质或条件。例如在初中教学中，为什么使用的杠杆是一根粗细均匀的直杆，用线把它中心位置悬挂起来的目的又是什么？通过讨论使学生明确实验用杠杆可以看作理想的轻质杠杆，杠杆上只受到动力和阻力作用，这样研究杠杆的平衡条件问题就简单化，很容易得出杠杆的平衡条件。初中物理实验教学中，凡是要突出事物的本质，必然要忽略一些次要矛盾，实验探究时，应该有一些理想化条件加以限制。如”研究功的原理”实验教学中，必须不考虑杠杆、滑轮的自重和受到的摩擦；”研究机械能转化和守恒定律”时，应不考虑滚动摆受到的空气和摩擦阻力等等。有些是实物模型的理想化，如“支点”、“光滑无摩擦水平面”；不计重力的轻杆和滑轮；在研究液体压强的公式时，假想出一个液柱；运用U型连通器时的溥液片来研究压强的关系等。有些是抽象模型的理想化，研究磁场时引入磁感线；用光线描述光的传播等。理想实验是在真实的科学实验的基础上，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，根据逻辑法则，对过程作进一步的分析、推理。伽里略就是在从斜槽滚下的小球滚上另一斜槽，后者坡度越小。小球滚得越远的实验基础上，提出他的理想实验的。运用这种理想化的方法，可培养和发展学生的想象能力和逻辑推理能力。在认识理想化法的特点的同时，也应该让学生认识：在一定理想化条件下得出的规律，只在（或者非常接近）这些条件下适用。四、对比法（比较法）和图象法“比较”是人们常用的研究方法，是找出事物之间的差异点和共同点的研究方法，通过事物间相同特征或相异特征的比较，这样的研究方法就是对比法。教师可以引导学生通过实验比较，引出比热的概念。在两个烧杯中分别盛以质量相等的水和煤油，用同样的电热器加热，测出它们的温度升高相同值时；所需通电时间不同，也就是吸收热量不同，这反映了物质的特性一一比热；“研究物体浮沉条件”时，用同一支铅牙膏壳，先做成盒状放入水中，漂浮于水面，然后把牙膏壳挤成一团放入水中，结果沉底。通过对比得出物体浮沉的条件；对不同物质在单位体积内的质量不同做比较得出密度概念等。这样不但学习掌握起来十分容易，而且使学生印象更加深刻。图象是描述物理过程、揭示物理规律、解决物理问题的重要方法之一，它具有形象、直观、动态变化过程清晰等特点，能把物理问题简化明了，使求解过程优化，有效、简捷地解决问题。在新教程中研究重力与质量的关系的实验；探究物质的密度；探究晶体和非晶体等等，都运用了图象法，它具有简明、直观、便于比较误差和减少偶然误差的特点。以上是一些常见的研究方法，初中物理实验教学中还有其它的研究方法。如观察法、猜想（假说）法、对称法、公式法等。如何培养这些常见的研究方法，笔者认为主要从以下方面着手。物理方法既是科学家研究问题的方法，也是学生在学习物理中常用的方法，新课标也要求学生掌握一些探究问题的物理方法。常见的物理方法模型法即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。如用太阳系模型代表原子结构，用简单的线条代表杠杆等。叠加法物理学中常常把微小的、不易测量的同一物理量叠加起来，测量后求平均值的方法俗称“叠加法”如用厘米刻度尺一张纸的厚度、铜丝的直径等。控制变量法自然界发生的各种现象，往往是错综复杂的。决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。为了弄清事物变化的原因和规律，必须设法把其中的一个或几个因素用人为的方法控制起来，使它保持不变，然后来比较，研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。初中物理实验大多都用到了这种方法，如通过导体的电流I受到导体电阻R和它两端电压U的影响，在研究电流I与电阻R的关系时，需要保持电压U不变；在研究电流I与电压U的关系时，需要保持电阻R不变。实验+推理法有一些物理现象，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要我们先进行实验，再进行合理推理得出正确结论，这也是一种常用的科学方法。如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声；再如牛顿第一定律推导转换法一些看不见，摸不着的物理现象，不好直接认识它，我们常根据它们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。如根据电流的热效应来认识电流大小，根据磁场对磁体有力的作用来认识磁场等。等效法在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果。如用合力替代各个分力，用总电阻替代各部分电阻，浮力替代液体对物体的各个压力等。描述法为了研究问题的方便，我们常用线条等手段来描述各种看不见的现象。如用光线来描述光，用磁感线来描述磁场，用力的图示描述力等。类比法在认识一些物理概念时，我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比，以帮助我们理解它。如认识电流大小时，用水流进行类比。认识电压时，用水压进行类比。谈中学物理实验常用方法来源：宁夏教育作者：邢建芳…探究物理实验的科学方法有许多种，常用的有观察法、控制变量法、转换法、等效替代法、科学推理归纳法。下面笔者将这些常用方法总结如下。一、观察法观察是学习物理最基本的方法，是科学归纳的必要条件，学生对学习活动的外部表现进行有目的、有计划的观察、记录能够为物理概念的形成、物理知识的理解、物理规律的探究提供信息和依据。常用观察方法有：观察重点，排除无关因素的干扰。如做气体膨胀对外做功的实验时，学生只听到“嘭”的一声，看到瓶塞跳得很高，对真正需要看的现象塑料瓶口出现的酒精烟雾却视而不见，这就需要教师及时交待，提醒学生，然后再进行分析。前后对比观察，抓住因果关系。如学习密度一节时我首先让学生区分铜块、铁块、铝块、石块、酒精、水等物体通过观察它们的颜色、状态、软硬来辨认。然后出示用纸包住的相同体积的铜块、铁块、铝块，怎样区分它们？学生通过实验发现，它们的质量不同，因而得出相同体积的物体质量不同，也是物质的一种特性，从而引入密度概念。正、反对比观察，深化认识。在指导学生观察时，多采用一些正反对比的方法，可以加深学生理解知识，拓宽思路。如探究声音的产生，即无声又有声；探究沸点与气压的关系时，即增大气压，沸点升高，减小气压，沸点降低。二、控制变量法控制变量法是指一个物理量与多个物理量有关，把多因素的问题变成多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决。利用控制变量法研究物理问题，有利于扭转“重结论、轻过程”的倾向，有利于培养学生的科学素养，使学生学会学习。如导体中

的电流与导体两端的电压和导体的电阻都有关系，研究导体中的电流跟这段导体两端的电压时，控制导体的电阻不变，改变导体两端电压，看导体中电流的变化，通过学生实验，得出欧姆定律I=U/R。另外，研究导体的电阻大小、滑动摩擦力的大小、液体压强的大小、浮力大小、动能和重力势能大小、电流的热量的大小、压力的作用效果、滑轮组的机械效率、电磁铁的磁性强弱、产生感应电流方向也都用到了控制变量法。三、转换法转化法是指将抽象的、看不见、摸不着或者是微小变化的现象或规律，使之转化为学生熟知的看见的现象来认识它们。如电流看不见、摸不到但可以根据电流产生的效应来认识，磁场也可以根据地磁场的基