初中物理科学探究中常用的研究方法

专题：初中物理科学探究中常用的研究方法

纵观近几年中考试题，科学探究类试题所占分数不断地加重，特别是对实验过程的分析、实验的设计和评估越来越被重视。探究题的内容涉及范围较广，有日常生活中的问题，有教材中的小实验，有学习过程中遇到的问题，涉及的范围几乎覆盖初中物理的全部内容。一般探究性试题中考查的常见方法主要有：控制变量法、等效替代法、转换法、实验推理法（理想实验法）、理想模型法、图象法、类比法、对比法、归纳法等。

科学探究中常用的研究方法(一)控制变量法某一物理量往往受到几个不同物理量的影响。为了确定各个不同物理量之间的关系，就需要用人为的方法控制某些量，使其保持不变，然后改变某一个量，看所研究的物理量与该物理量之间的关系。这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”。例如：1.研究导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积的关系。2.研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数和电流大小的关系。3.研究滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度之间的关系。4.研究液体的压强与液体密度和深度的关系。5.研究物体的动能与速度和质量的关系。6.研究物体的重力势能与质量和高度的关系。(一)控制变量法【典例】(2011·鄂尔多斯中考)探究“斜面的机械效率”的实验装置如图所示，某实验小组提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想：如表是该小组根据此猜想进行实验所记录的数据：斜面倾斜程度小车重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面长s/m有用功W有/J总功W总/J机械效率η较缓5.00.11.50.50.50.7566.67%较陡5.00.22.50.511.25最陡5.00.33.40.51.788.24%(1)请将表格中空格处的数据填写完整；(2)由以上表格小明得出“斜面越陡机械效率越高”的结论，要得到此结论需要控制不变的因素有：①_______________________________；②_______________________________；③_______________________________.(3)分析表格中的实验数据还可推知：高度相同的斜面，越长越_____(选填“省力”或“费力”)；斜面在我们生活中的应用有___________________________(只写出一条即可).【解析】(1)表格中较陡时的机械效率×100%=80%，最陡时的有用功W有=Gh=5.0N×0.3m=1.5J.(2)要得出“斜面越陡机械效率越高”的结论，应当控制不变的因素有小车的重量、斜面的长度和斜面的粗糙程度.(3)分析表格中的实验数据可以推知：高度相同的斜面，斜面越长就越省力.斜面在我们生活中的应用有很多，如在货车的车厢上搭个木板就形成了斜面，螺丝钉的螺纹其实也可以看做是斜面，盘山公路也是斜面的应用等.答案：(1)80%1.5(2)①小车的重量②斜面的长度③斜面的粗糙程度(3)省力盘山公路(答案不唯一)(二)等效替代法在研究某一个物理现象和规律时,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。例如：1、在电路中,若干个电阻,可以等效为一个合适的电阻,反之亦可。如等效电路、串并联电路的等效电阻，都利用了等效的思维方法。2、在研究平面镜成像实验中,用两根完全相同的蜡烛,其中一根等效另一根的像。3、在力的合成与分解中,合力与分力的作用效果相同。4、曹冲称象中用石块等效替换大象,效果相同。【典例】(2012·泰州中考)用如图甲所示电路可以估测灯泡的阻值，实验按下列步骤进行，请将有关步骤填写完整，并回答相关问题。(1)第一步：按电路图正确连接电路。(2)第二步：断开开关S2，闭合开关S1、S3，适当调节滑动变阻器，观察到电流表示数为0.3A。(3)第三步：断开开关_______，闭合开关_______，调节_____连入电路的阻值，使电流表的示数仍然为0.3A。(4)问题——某同学在第三步操作中发现：当电阻箱(参见图乙)的阻值调为19Ω时，电流表示数略大于0.3A，当电阻箱的阻值调为20Ω时，电流表示数略小于0.3A.在这种情况下，_______(选填“应该”或“不应该”)调节滑动变阻器，以便电流表的示数恰好为0.3A。由该同学的实验，可判断所测灯泡的阻值约为______Ω。【解析】本题考查用等效替代法测量电阻，即用电阻箱支路等效替代小灯泡支路.在第三步中，断开开关S3，闭合S2，调节电阻箱连入电路的阻值，使电流表的示数仍然为0.3A，这样可读得电阻箱的阻值即为小灯泡的阻值。在等效替代小灯泡支路时，其他电路要控制相同，不能移动滑动变阻器。由于小灯泡电阻介于19Ω和20Ω之间，则可判断灯泡的电阻约为19.5Ω。答案：(3)S3S2电阻箱(4)不应该19.5(三)转换法对一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量，用一些比较直观的现象去认识或用容易测量的物理量间接测量。例如：1、用加热时间来替代物体吸收的热量。2、分子运动看不见,摸不着,不好研究,但可以通过研究扩散现象认识它。3、判断有无电流,我们可通过电路中灯泡是否发光来确定，即根据电流产生的效应来判断。4、磁场看不见,摸不着,判断磁场是否存在时,把小磁针放在其中,根据它是否转动来确定。【典例】(2011·宿迁中考)在科学探究中，常把直接测量有困难的量转换成便于测量的量来研究，这种方法称之为转换法。例如，在探究物质吸热升温的属性时，沙子和水吸收热量的多少不便直接测量，可以通过测量加热时间的长短来比较吸热的多少。下述实验中采用了转换法的是()A.在探究影响动能大小的因素时，动能大小的比较方法B.在探究阻力对物体运动的影响时，推理出物体不受阻力时的运动状态C.在探究串联电路电流特点时，换用不同灯泡及改变电源电压，多次实验D.在探究压力对滑动摩擦力的影响时，保持接触面粗糙程度不变，改变压力【解析】选A.物体具有能量的多少可用物体做功的多少来衡量。在探究影响动能大小的因素时，小球撞击木块后，木块通过的距离越大，做功越多，说明小球具有的动能越大，故木块被小球撞击后通过的距离能反映小球具有的动能大小，这是采用的转换法。B项中探究阻力对物体运动的影响采用的是理想实验法，C项中探究串联电路的电流特点采用的是归纳法，D项中探究压力对滑动摩擦力的影响采用的是控制变量法。(四)实验推理法(理想实验法)一些物理现象,由于受实验条件所限,无法直接验证,需要先进行实验,再进行合理推理得出正确结论。实验推理法以大量事实为基础,以实验为原型。例如：1、研究牛顿第一定律。2、研究真空中能否传声。【典例】(2011·张家界中考)小勇在探究“阻力对物体运动影响”的实验时，利用如图所示的装置图。小勇先后在水平桌面铺上粗糙程度不同的物体(毛巾、棉布、木板)，做了三次实验。然后将实验数据填入表格：表面状况阻力大小小车运动的距离s/m毛巾大0.1棉布较大0.18木板小0.35根据以上实验填好以下内容：(1)小勇在三次实验中，让小车在斜面上从静止滑下时，应保持同一_______.(2)从上述实验数据中，可以得出的结论是：平面越光滑，小车运动的距离越______，这说明小车受到的阻力越______，速度减小得越______.(3)由此可推出，如果运动物体不受力，它将做____________.【解析】(1)为了使小车到达不同水平表面上的初始速度相同，应让小车从斜面上同一高度由静止自由滑下。(2)当小车从相同的高度滑下时，可以发现表面越光滑，小车运动的距离越远，这说明小车受到的阻力越小，小车的速度减小得越慢。(3)由此进一步推出，如果小车不受力，它的速度不会减小，将以恒定不变的速度永远运动下去,即做匀速直线运动。答案：(1)高度(2)长(远)小慢(3)匀速直线运动(五)理想模型法理想化模型就是指把复杂的问题简单化，将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示.例如：1、用磁感线描述磁场。2、用光线描述光的传播。3、杠杆也是一种理想模型,杠杆在实际使用时,由于受到力的作用,都会引起或大或小的变形,但可忽略不计。【典例】(2011·芜湖中考)为了研究问题的方便，物理学家创造性地引入了一系列科学概念，譬如：①在研究光的传播时引入了“光线”；②在研究物质结构时引入了“原子”；③在研究物质导电性能时引入了“绝缘体”；④在研究磁场时引