物理研究方法举例

近年来的中考物理试题越来越注重对物理研究方法的考查。

本文是笔者对平时教学中常见的物理研究方法的反思与总结。

其中选出一些典型例题对其进行解析，以此归纳出解决此类考题的方法与技巧。

【关键字】初中物理，研究方法
无论是科学家在探究未知领域时，还是人们在生活实践中遇到未知事物要去发现、遇到新问题要去解决时，总能有意识地尝试运用科学原理和科学研究方法去处理。

初中物理教材中的许多章节都有意识、有步骤地渗透了物理学的科学研究方法，使同学们学习物理知识的同时，也受到了科学方法的熏陶与训练，逐步地掌握最基本最主要的科学方法。

在此，笔者简单介绍与归纳一些常见的研究方法，以供读者参祥。

一. 控制变量法
自然界发生的各种现象错综复杂，决定某一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。

典型实例：1.研究滑动摩擦力与哪些因素有关；2.研究影响电阻大小的因素；3.研究影响蒸发快慢的因素；4.研究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关……
例1．某同学在探究“物体的动能与什么因素有关”的实验中，设计了如图1所示的实验方案，并进行了以下三步实验操作：
步骤一：让铁球甲从斜面F点（较低点）滚下，打到一个小木块上，推动木块使木块从位置A移动到位置B。

步骤二：让铁球甲从斜面E点（较高点）滚下，打到相同的小木块上，推动木块使木块从位置A移动到位置C。

步骤三：换一铁球乙（m乙﹥m甲）从斜面上F点滚下，打到相同的小木块上，推动木块从位置A移动到位置D。

⑴步骤一和步骤三中都让小球从同一点F滚下的目的是：
__________________________；
⑵分析步骤一、二，得出的结论是：
______________________________________________；
⑶分析步骤一、三，得出的结论是：
______________________________________________。

答案：（1）保证小球到达水平面时具有相同的初速度；（2）同一小球质量相等时，速度越大，动能越大；（3）小球的速度相同时，质量越大，动能越大。

点评：这种实验题是对控制变量法的一种常见考查，应对技巧主要是：在叙述实验结论时，注意控制好其他的变量，再回答所研究变量与研究对象的关系。

若是一些需要选择实验数据的实验题，同理，应选一组其他因素已控制相同的实验数据，再分析归纳，得出该因素与实验研究对象的关系。

二. 类比法
为了把要表达的物理问题说清楚，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。

典型实例：1.研究电压时，用水压做类比；2.电荷之间的相互作用与磁极间的相互作用的类比……
例2．如图2所示．是认识浮力的探究实验．
(1)将物体悬挂在弹簧测力计下端，如(a)实验所示，物重G＝___________N．
(2)当用手向上托物体时，如(b)实验所示，手对物体向上的托力F2＝___________N．
(3)当物体浸入水后，如(c)实验所示．将(c)实验与(a)、(b)实验对照．说明水对物体也有向上的托力，即浮力．水对物体的浮力F浮＝_________________N．
(4)该实验是通过_______(只填序号)物理方法,建立起浮力概念的．
A.类比法
B.模型法
C.控制变量法
D.转换法
图2
答案：（1）5；（2）3；（3）2；（4）A
点评：运用类比法解题的关键是能根据原有的知识和经验进行举一反三，引申出新的物理知识或规律，再来解决新的问题。

三. 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。

典型实例：1.用合力去等效替代分力的作用效果；2.用总电阻去等效替代多个电阻；
3.用等效替代的方法去测量定值电阻……
例3．用图3甲所示的电路可以测量一个未知电阻的阻值，其中RX为待测电阻，R为电阻箱，S为单刀双掷开关，R0为定值电阻。

某同学用该电路进行实验，主要步骤有：A．把开关S接b点，调节电阻箱，使电流表的示数为I；
B．读出电阻箱的示数R；
C．把开关S接a点，读出电流表的示数为I；
D．根据电路图连接实物，将电阻箱的阻值调至最大。

（1）上述步骤的合理顺序是__________（只填序号）图3
（2）步骤A中电阻箱调好后示数如图乙所示，则它的示数为_____Ω，若已知R0的阻值为10Ω，待测电阻的阻值为_____Ω。

（3）本实验所采用的物理思想方法可称为____________（选填“控制变量法”或“等效替代法”）
答案：（1）DCAB；（2）47 47 ；（3）等效替代法
点评：在运用等效替代法设计电路去测未知电阻时，重在渗透等效替代的思想，使我们的思维能力得到提高。

四. 模型法
在用物理的规律对实际中的复杂事物进行研究时，常需要对它们进行必要的简化，忽略次要因素，以突出主要矛盾。

用这种理想化的方法将实际中的事物进行简化，便可得到一系列的物理模型。

典型实例：1.用光线来描述光；2.用电路图描述电路；3.用力的示意图来描述力……
例4．在探索微观世界的过程中，科学家对原子的结构进行猜想和实验，并提出了多种模型。

在图4所示的两种模型中，（选填“A”或“B”）是卢瑟福提出的原子核式模型。

原子是由和_________组成的。

答案：B 电子原子核
点评：初中阶段除了熟知一些常见的理想模型（如：原子核式结构模型、光线、磁感线等）外，还应该具有能简单分析题中所创设的物理情境，选取合适物理模型的能力。

五. 转换法
在物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通常用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量。

典型实例：1.用电流的三大效应去认识电流；2.用扩散现象去认识分子的运动；3. 判断电磁铁的磁性强弱时，可以通过电磁铁吸引大头针的多少来确定……
例5．在研究平面镜成像时，我们用一根未点燃的蜡烛来代替点燃蜡烛在镜中的像，以确定像的位置，这种物理方法叫做（）
A．控制变量法 B．类比法 C．模型法 D．转换法
答案：D
六. 实验推理法
物理研究有些实验不可能在实验室内完成,需要人们以大量的可靠的事实为基础，以真实的实验为原型，进行大胆的设想推理得出结论，从而深刻地揭示出物理规律的本质。

典型实例：1. 研究真空中能否传声；2.用实验结合推理的方法得到“自然界中只存在两种电荷”的结论；3.研究牛顿第一定律……
例6．牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想，图5是他画的“大炮”草图——在地球的一座高山上
架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。

他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。

这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。

（1）研究中牛顿基于的可靠事实是___________________。

（2）根据以上资料和牛顿的“大炮”草图，推测牛顿当年的重要结论是
_________________。

如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了__________________。

图5 答案：( l )地球附近的物体都受到重力的作用，所以抛出去的石头总会偏离掷出去的方向落向地面，这是事实。

（2）我们假定水平射出去的炮弹不受重力的作用，如图5所示，当炮弹水平射出后，由于地球不是一个平面而是圆的，炮弹会离地面越来越远，站地面的人看来，炮弹在往会高处飞去，但事实上炮弹要受到重力的作用，这样使它向前飞行远离地面的同时，运动方向时刻会发生改变，向着地面下落，如果炮弹射出去的速度合适，它会围绕地球作圆周运动。

现代的人造地球卫星就是利用这个原理制成。

其实，物理学中科学研究方法还很多，如分析法，归纳法，演绎法，观察法等等。

中考试题中考查的方法仅是一部分，因此掌握并灵活运用各种研究方法来解决遇到的问题是解题的关键。

另外，有时研究一种物理知识或一个物理规律往往要同时用到几种研究方法，故解题时只需抓住主要的研究方法即可。