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初中物理实验常用的十二种方法


中学物理实验常用方法 一、观察法 物理是一门以观察、实验为基础的学科。人们的许多物理知识是通过观察和 实验认真地总结和思索得来的。著名的马德堡半球实验,证明了大气压强的存 在。在教学中,可以根据教材中的实验,如长度、时间、温度、质量、密度、力、 电流、电压等物理量的测量实验中,要求学生认真细致的观察,进行规范的实验 操作,得到准确的实验结果,养成良好的实验习惯,培养实验技能。大部分均利 用的是观察法。 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: 1.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。 2.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。 3.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。

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研究内容

控 制 变 量 过 程 ①控制电阻(导体电阻





得 出 结 果 经过导体的 电流与导体两端

电阻一定时,经过导体 大而增大.

电 流 不变) 改变导体两端电压, , 的电流随导体两瑞电压增 与电压、电 观察电流变化情况 阻的关系 ②控制电压(导体两端 的电阻,观察电流变化情况 减小 ①控制导体材料、温 影 响 长度 电阻大小 的因素 面积 ③控制导体长度、温 料 ④控制导体材料、长 温度 影 响 力大小的 因素 ①压力一定,控制接触 ②控制接触面的粗糙 变压力, ①控制温度、液体表面 蒸 发 快 慢 面积 的因素 度 ③控制液体表面上方 变温度 ②控制表面积、温度, 液体的蒸发快慢与液 摩擦力大小与接触面 的粗糙程度有关 导体的电阻随温度的 度、横截面积,改变导体的 升记而增大 导体的电阻随材料的 度、横截面积,改变导体材 改变而改变 ②控制导体材料、温 度、长度,改变导体的横截 积的增大而增大 导体的电阻随长度的 度、横截面积,改变导体的 增长而增大

电夺一定时,经过导体 电 压 成 正 比 , 与 比.

电压不变),改变经过导体 的电流随导体电阻增大而 导体的电阻成反

导体的电阻 导 体 的 电 阻 随 横 截 面 与导体的长度、 横截面积、材料、 温度有关。

摩擦力大小 与接触面的粗糙

滑 动 摩 擦 面的粗糙程度

摩 擦 力 随 压 力 的 增 大 程度、压力有关

程度(同一物体表面),改 而增大 液体的蒸发 快慢与液体表面 积大小、液体表 液 体 的 蒸 发 快 慢 与 液 面上方空气流动 快慢有关 液体的蒸发快慢与液 高低、有关

影 响 上方空气流动速度,改变表 体表面积大小有关

液体表面上方空气流动速 体表面上方空气流动速度 速度快慢、温度

空气流动速度和表面积,改 体有关温度

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①控制液体密度、深 影 响 度,改变受压方向 液体内部 的因素 ②控制液体密度、受压 ③控制液体密度受压 ①控制液体密度、物体 浸入液体中的体积 影 响 ②控制物体浸入液体 压 强 大 小 方向,改变液体深度 无关

液体内部压强与方向 液体内部压强与所处 深度有关 液体内部压强与所处 浸入液体中的物体受 液体中的体积有关 浸入液体中的物体受 F 浮 =ρ 液 gv 排 液体的密度有关 浸入液体中的物体受 液体中的深度无关 压力作用效果(压强) 大小与压力的大小成正比 压力作用效果(压强) 大小与受力面积的大小成 反比 电功的多少与通电时 间成正比 电功的多少与电压成 正比 电功的多少与电流成 正比 电磁铁磁性大小与通 正比 电磁铁磁性 铁的电流的大 电 磁 铁 磁 性 大 小 与 电 小、电磁铁线圈 匝数有关 P = U I t P=F/S P=ρ gh

方向、深度,改变液体密度 密度有关 浸入液体的深度,改变物体 到浮力的大小与物体浸入

液 体 浮 力 中的体积、物体浸入液体的 到浮力的大小与物体浸入 大 小 的 因 深度,改变液体密度 素 ③控制液体密度、物体 体浸入液体的深度 影 响 效果(压 因素 ①控制电流、电压,改 变通电时间 影 响 的因素 ②控制电流、通电时 ③控制通电时间、电 压,改变电流 影 响 ①控制电磁铁线圈匝 电 功 大 小 间,改变电压 ①控制受力面积的大 ②控制的压力大小,改 压 力 作 用 小,改变压力的大小 强)大小的 变受力面积的大小

浸入液体中的体积,改变物 到浮力的大小与物体浸入

电 磁 铁 磁 数,改变通过电磁铁的电流 过电磁铁的电流的大小成 大小与通过电磁 性 大 小 的 的大小 因素 ②控制通过电磁铁的 圈匝数 ①控制发热体两端电 电流通过导体时产生

电流的大小,改变电磁铁线 磁铁线圈匝数成正比

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影 响 压、通过发热体的电流,改 的热量与导体的电阻成正 电 流 热 效 变导体电阻 应大小的 因素 ②控制发热体两端电 热体的电流 ③控制通过发热体的 体两端电压 三、转换法 一些比较抽象的看不见、摸不着的物质的微观现象,要研究它们的运动等规 律,使之转化为学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们。这种方法在 科学上叫做“转换法”。 如:分子的运动,电流的存在等, 如:空气看不见、摸不到,我们可以根据空气流动(风)所产生的作用来认 识它;分子看不见、摸不到,不好研究,可以通过研究墨水的扩散现象去认识它; 电流看不见、摸不到,判断电路中是否有电流时,我们可以根据电流产生的效应 来认识它;磁场看不见、摸不到,我们可以根据它产生的作用来认识它。 再如,有一些物理量不容易测得,我们可以根据定义式转换成直接测得的物 理量。在由其定义式计算出其值,如电功率(我们无法直接测出电功率只能通过 P=UI 利用电流表、电压表测出 U、I 计算得出 P)、电阻、密度等。 中学物理课本中, 测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积 我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度 在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小 大气压强的测量 (无法直接测出大气压的值,转换成求被大气压压起的水银 柱的压强)测硬币的直径时转换成测刻度尺的长度 测液体压强 (我们将液体的压强转换成我们能看到的液柱高度差的变化)通 过电流的效应来判断电流的存在(我们无法直接看到电流), 通过磁场的效应来证明磁场的存在(我们无法直接看到磁场), 研究物体内能与温度的关系 (我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测 出温度的改变来说明内能的变化); 在研究电热与电流、电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高 度。 在我们研究电功与什么因素有关的时候,我们将电功的多少转换成砝码上升 的高度。
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比 电流通过导体时产生 比 电流通过导体时产生 正比

Q ?

2

I

Rt

阻、通电时间,改变通过发 的热量与通过的电流成正

电流、通电时间,改变发热 的热量与导体两端电压成

密度、功率、电功率、电阻、压强(大气压强)等物理量都是利用转换法测 得的。 在我们回答动能与什么因素有关时,我们回答说小球在平面上滑动的越远则 动能越大,就是将动能的大小转换成了小球运动的远近。以上列举的这些问题均 应用了这种科学方法。 四、积累法 积累法是指在测量微小量的时候,常常将微小的量, 积累成一个比较大的 量。如测量铜丝的直径先把细铜丝在铅笔上紧密排绕 N 圈( N 数根据情况确定) , 再用刻度尺测量细铜丝直径长度,然后用线圈直径的总长度再除以 N, 这样测量 结果更接近真实值。相似的实验还有: 测一个大头针、一张邮票的质量;测量 一张纸的厚度; 测量出心跳一下的时间。 在测量微小量的时候,我们常常将微小的量积累成一个比较大的量、比如在 测量一张纸的厚度的时候,我们先测量 100 张纸的厚度在将结果除以 100,这样 使测量的结果更接近真实的值就是采取的累积法。 要测量出一张邮票的质量、测量出心跳一下的时间,测量出导线的直径,均 可用累积法来完成。 值得注意的是,研究某些物理知识或物理规律,往往要同时用到几种研究方 法。如在研究电阻的大小与哪些因素有关时,我们同时用到了观察法(观察电流 表的示数)、转换法(把电阻的大小转换成电流的大小、通过研究电流的大小来 得到电阻的大小)、归纳法(将分别得出的电阻与材料、长度、横截面积、温度 有关的信息归纳在一起) 、和控制变量法 (在研究电阻与长度有关时控制了材料、 横截面积)等方法。 五、等效替代法 等效替代法是指抓住两个看似不同的物理过程, 寻求其共同效果。 如用合力 替代物体所受几个力时, 合力与原来几个力的作用效果相同; 研究串、并联电 路的总电阻时, 用总电阻大小代替分电阻大小; 在平面镜成像的实验中,由于我 们无法真正的测出物与像的大小, 所以利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等 效替代像的大小, 从而验证物与像的大小相同。 六、归纳法 是通过样本信息来推断总体信息的技术。要做出正确的归纳,就要从总体中 选出的样本,这个样本必须足够大而且具有代表性。在我们买葡萄的时候就用了 归纳法,我们往往先尝一尝,如果都很甜,就归纳出所有的葡萄都很甜的,就放 心的买上一大串。

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比如铜能导电,银能导电,锌能导电则归纳出金属能导电。在实验中为了验 证一个物理规律或定理,反复的通过实验来验证他的正确性然后归纳、分析整理 得出正确的结论。 在阿基米德原理中,为了验证 F 浮=G 排,我们分别利用石块和木块做了两 次实验,归纳、整理均得出 F 浮=G 排,于是我们验证了阿基米德原理的正确性, 使用的正是这种方法。 在验证杠杆的平衡条件中,我们反复做了三次实验来验证 F1×L1=F2×L2 也是利用这种方法。 一切发声体都在振动结论的得出 (在实验中对多种结论进行分析整理并得出 最后结论时),都要用到这一方法。 在验证导体的电阻与什么因素有关的时候,经过多次的实验我们得出了导体 的电阻与长度,材料,横截面积,温度有关,也是将实验的结论整理到一起后归 纳总结得出的。 七、比较法(对比法) 当你想寻找两件事物的相同和不同之处,就需要用到比较法,可以进行比较 的事物和物理量很多,对不同或有联系的两个对象进行比较,我们主要从中寻找 它们的不同点和相同点,从而进一步揭示事物的本质属性。 如,比较蒸发和沸腾的异同点、比较汽油机和柴油机的异同点、电动机和热 机、电压表和电流表的使用、利用托力引入浮力的概念。 利用比较法不仅加深了对它们的理解和区别,使同学们很快地记住它们,还 能发现一些有趣的东西。 八、科学推理法(理想实验法) 当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理,或说是在做出推 论,例如当你家的狗在叫的时,你可能会推想有人在你家的门外,要做出这一推 论,你就需要把现象(狗的叫声)与以往的知识经验,即有陌生人来时狗会叫结 合起来。这样才能得出符合逻辑的答案 如:在进行牛顿第一定律的实验时,当我们把物体在越光滑的平面运动的就 越远的知识结合起来我们就推理出,如果平面绝对光滑物体将永远做匀速直线运 动。 如:在做真空不能传声的实验时,当我们发现空气越少,传出的声音就越小 时,我们就推理出,真空是不能传声的。 九、放大法 在有些实验中,实验的现象我们是能看到的,但是不容易观察。我们就将产 生的效果进行放大再进行研究。 比如音的振动很不容易观察,所以我们利用小

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泡沫球将其现象放大。观察压力对玻璃瓶的作用效果时我们将玻璃瓶密闭,装 水,插上一个小玻璃管,将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管液面的 变化。可见,物理的科学方法无法细致的分类。只能根据题意看题中强调的是哪 一过程,来分析解答。 十、类比法 所谓类比就是“触类旁通”“举一反三”实际上是一种从特殊到特殊,从一般到 一般的推理, 它是根据两个或两类对象之间在某些方面的相同或相似而推出他们 在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。 从而可以帮助我们理解较复杂的 实验和较难的物理知识。类比是一种推理方法,不同事物在属性、数学形式及其 他量描述上有相同或相似的地方就可以来用类比推理。 类比法是提出科学假说做 出科学预言的重要途径, 物理学发展史上的许多假说是运用类比方法创立的,开 普勒也曾经说过:“我们珍惜类比推理胜于任何别的东西”。 实例:电压与水压;电流与水流;内能与机械能;原子结构与太阳系;水波 与电磁波;通信与鸽子传递信件;功率概念与速度概念的形成。在物理学中运用 类比方法可以引导学生自己获取知识,有助于提出假说进行推测,有助于提出问 题并设想解决问题的方向。 类比可激发学生探索的意向,引导学生进行探索使学 生成为自觉积极的活动,发展学生的思维能力。 类比是科学家最常运用的一种思维方法,由这种方法得出的结论虽然不一定可 靠,但是,在逻辑中却富有创造性。 类比的事例很多这就需要平时多留心不断地总结找到比较恰当的事例做类比。 十一、建立模型法 建立模型法是一种高度抽象的理想客体和形态用物理模型, 用物理模型可以使抽 象的假说理论加以形象化, 便于想象和思考研究问题。物理学的发展过程可以说 就是一个不断建立物理模型和用新的物理模型代替旧的或不完善的物理模型的 过程。 实例:研究肉眼观察不到的原子结构时,建立原子核式结构模型;研究光现 象时用到光线模型; 研究磁现象是用到磁感线模型;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;研究发电机的原理和工作过 程用挂图及手摇发电机模型; 研究内燃机结构和工作原理用挂图及汽油机柴油模 型。 十二、图像法 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。 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, 如: 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。

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