初二物理题目:物理实验有哪些科学方法

kuaidi.ping-jia.net  作者:佚名   更新日期:2024-07-03
初二物理题目:物理实验有哪些科学方法

  物理实验的科学方法:
  物理实验经常用到的有观察法、实验法、比较法、类比法、等效法、转换法、控制变量法、模型法、科学推理法等。

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。初中阶段有哪些物理方法需要学生熟悉?在中考的实验探究题将以何种形式考查这些科学方法呢?
一、常见的物理研究方法
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。
叠加放大法:物理学中常常把微小的、不易测量的同一物理量叠加放大,如用镜面反射激光方法,来将音叉微小振动的幅度放大等。
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,我们常根据它们表现出来的看的见、摸的着的现象来间接认识它们。如在物理教学过程中常常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。
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。

一、比较法

将待测物理量与选做标准单位的物理量进行比较的方法叫比较法。如测量物体长度,用天平称量质量,用电桥测电阻等。有时光有标准量具还不够,还需要配置比较系统,使被测量量与标准量实现比较。如:测量金属在某温度下的比热容。因为金属的比热容随温度的升高而变大,可以找一个在该温度下比热容的金属材料,用比较法测,把两者做成形状相同的样品,加热到一定温度让其自然冷却,作降温曲线(T-t曲线)由牛顿冷却定律即可得解。比较法是物理实验中最普通、最基本的实验方法,也是实验设计中设计对照实验的基础。

二、替代法

用已知的标准量去代替未知的待测量,以保持状态和效果相同,从而推出待测量的方法叫替代法。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。

三、累积法

又称叠加法。将微小量累积后测量求平均的方法,能减小相对误差。实验中也经常涉及这一方法。如在《用单摆测定重力加速度》实验中,需要测定单摆周期,用秒表测一次全振动的时间误差很大,于是采用测定30-50次全振动的时间T,从而求出单摆的周期T=t/n(n为全振动次数)。

四、控制法

在中学许多物理实验中,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。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。

五、留迹法

有些物理现象瞬间即逝,如运动物体所处的位置、轨迹或图像等,用留迹法记录下来,以便从容地测量、比较和研究。如在《测定匀变速直线运动的加速度》、《验证牛顿第不运动定律》、《验证机械能守恒定律》等实验中,就是通过纸带上打出的点记录下小车(或重物)在不同时刻的位置(位移)及所对应的时刻,从而可从容计算小车在各个位置或时刻的速度并求出速度;对于简谐运动,则是通过摆动的漏斗漏出的细沙落在匀速拉动的硬纸板上而记录下各个时刻摆的位置,从而很方便地研究简谐运动的图像;利用闪光照相记录自由落体运动的轨迹等实验都采用了留迹法。

六、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》实验中所使用的螺旋测微器: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。

七、补偿法

补偿法是找一种效应与之相抵消,从而对被测物理量进行测量的方法。由于被测量的作用在测量中被抵消,故表示标准量与被测量作用之差的仪表示数为0,所以又称零示法。

八、转换法

某些物理量不容易直接测量,或某些现象直接显示有困难,可以采取把所要观测的变量转换成其它变量(力、热、声、光、电等物理量的相互转换)进行间接观察和测量,这就是转换法。如卡文迪许《利用扭秤装置测定万有引力恒量实验》:其基本的思维方法便是等效转换。卡文迪许扭秤发生扭转后,引力对T形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换,间接地达到了无法达到的目的。又如转换法还应用于石英丝扭转角度的测量、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上。转换法是一种较高层次的思维方法,是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。

九、理想化法

影响物理现象的因素往往复杂多变,实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法,以突出现象的本质因素,便于深入研究,从而取得实际情况下合理的近似结果。如在《用单摆测定重力加速度》的实验中(假设悬线不可伸长)悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计,在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表,电流表变成内阻等于0的理想电流表等实验都采用了理想化法。

十、模型法

有时受客观条件限制,不能对某些物理现象进行直接实验和测量,于是就人为地创造一定的模型,在模型的条件下进行实验。但要求模型和原型必须具有一定的相似性。如在《电场中等势线的描绘》实验中,因为对静电场直接测量很“困难”,故采用易测量的电流场来模拟。又如在确定磁场中磁感线的分布,因为磁感线实际不存在。我们就用铁屑的分布来模拟磁感线的存在。如用太阳系模型代表原子结构,用简单的线条代表杠杆等。以上仅是中学物理实验中常用的方法,有时在一个实验中同时会用到多种方法。同时,具体用运中还会遇到实验设计的方法、实验结果的处理方法等,在此不再赘述。

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。

初二物理题目:
物理实验的科学方法有实验法,观察法,控制变量法,替代法,累积法,转换法,模型法。

控制变量法,观察法,科学探究法,对比实验这是初中二年级用的比较多的

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