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物理實(shí)驗(yàn)的基本思想方法
物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。許多物理知識都是通過觀察和實(shí)驗(yàn)認(rèn)真總結(jié)和思索出來的。以下是小編整理的相關(guān)內(nèi)容，一起來看看吧。
1.等效法
等效法是科學(xué)研究中常用的一種思維方法.對一些復(fù)雜問題采用等效法，可將其變換成理想的、簡單的、已知規(guī)律的過程來處理，常使問題的解決得以簡化.因此，等效法也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的方法.如在驗(yàn)證力的平行四邊形定則的實(shí)驗(yàn)中，要求用一個彈簧秤單獨(dú)拉橡皮條時，要與用兩個互成角度的彈簧秤同時拉橡皮條時產(chǎn)生的效果相同使結(jié)點(diǎn)到達(dá)同一位置O，即要在合力與兩分力等效的條件下，才能找出它們之間合成與分解時所遵循的關(guān)系平行四邊形定則.又如在驗(yàn)證動量守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，用小球的水平位移代替小球的水平速度;在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，通過調(diào)節(jié)木板的傾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物體不受摩擦力作用.還有，電學(xué)實(shí)驗(yàn)中電流表的改裝、用替換法測電阻等，都是等效法的應(yīng)用.
2.轉(zhuǎn)換法
將某些不易顯示、不易直接測量的物理量轉(zhuǎn)化為易于顯示、易于測量的物理量的方法稱為轉(zhuǎn)換法(間接測量法).轉(zhuǎn)換法是物理實(shí)驗(yàn)常用的方法.如：彈簧測力計(jì)是把力的大小轉(zhuǎn)換為彈簧的伸長量;打點(diǎn)計(jì)時器是把流逝的時間轉(zhuǎn)換成振針的周期性振動;電流表是利用電流在磁場中受力，把電流轉(zhuǎn)化為指針的偏轉(zhuǎn)角;用單擺測定重力加速度g是通過公式T=2把g的測量轉(zhuǎn)換為T和L的測量，等等.
3.留跡法
留跡法是利用某些特殊的手段，把一些瞬間即逝的現(xiàn)象(如位置、軌跡等)記錄下來，以便于此后對其進(jìn)行仔細(xì)研究的一種方法.留跡法也是物理實(shí)驗(yàn)中常用的方法.如：用打點(diǎn)計(jì)時器打在紙帶上的點(diǎn)跡記錄小車的位移與時間之間的關(guān)系;用描跡法描繪平拋運(yùn)動的軌跡;在測定玻璃的折射率的實(shí)驗(yàn)中，用大頭針的插孔顯示入射光線和出射光線的方位;在描繪電場中等勢線的實(shí)驗(yàn)中，用探針通過復(fù)寫紙?jiān)诎准埳狭粝碌暮圹E記錄等勢點(diǎn)的位置等等，都是留跡法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用.
4.累積法
累積法是把某些難以直接準(zhǔn)確測量的微小量累積后測量，以提高測量的準(zhǔn)確度的一種實(shí)驗(yàn)方法.如：在缺乏高精密度的測量儀器的情況下測細(xì)金屬絲的直徑，常把細(xì)金屬絲繞在圓柱體上測若干匝的總長度，然后除以匝數(shù)就可求出細(xì)金屬絲的直徑;測一張薄紙的厚度時，常先測出若干頁紙的總厚度，再除以被測頁數(shù)即所求每頁紙的厚度;在用單擺測定重力加速度的實(shí)驗(yàn)中，單擺周期的測定就是通過測單擺完成多次全振動的總時間除以全振動的次數(shù)，以減小個人反應(yīng)時間造成的誤差影響等.
5.模擬法
模擬法是一種間接實(shí)驗(yàn)方法，它是通過與原型相似的模型來說明原型的規(guī)律性的.模擬法在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中的典型應(yīng)用是用描跡法畫出電場中平面上的等勢線這一實(shí)驗(yàn)，由于直接描繪靜電場的等勢線很困難，而恒定電流的電場與靜電場相似，所以用恒定電流的電場來模擬靜電場，通過它來了解靜電場中等勢線的分布情況.
6.控制變量法
在多因素的實(shí)驗(yàn)中，可以先控制一些量不變，依次研究某一個因素的影響.如在驗(yàn)證牛頓第二定律的實(shí)驗(yàn)中，可以先保持質(zhì)量一定，研究加速度和力的關(guān)系;再保持力一定，研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系;最后綜合得出加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系.
一、觀察法:
物理是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科。許多物理知識都是通過觀察和實(shí)驗(yàn)認(rèn)真總結(jié)和思索出來的。
我們在學(xué)習(xí)長度、時間、溫度、質(zhì)量、密度、力、電流、電壓、電功等物理量的測量時，就要認(rèn)真觀察測量工具，了解它的構(gòu)造、量程和分度值，為測量做好充分的準(zhǔn)備。
我們在學(xué)習(xí)聲音的產(chǎn)生、光的反射、光的折射、平面鏡成像的特點(diǎn)、凸透鏡成像的規(guī)律、擴(kuò)散等知識時，就要認(rèn)真觀察，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，探尋其產(chǎn)生的原因和規(guī)律。
總之，學(xué)習(xí)物理必須進(jìn)行規(guī)范地實(shí)驗(yàn)操作，認(rèn)真細(xì)致地進(jìn)行觀察，才能得到準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣，培養(yǎng)扎實(shí)的實(shí)驗(yàn)技能。
二、控制變量法:
控制變量法，就是在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制，使其中的一些條件按照特定的要求發(fā)生變化或不發(fā)生變化，最終解決所研究的問題。簡單點(diǎn)說，研究一個物理量由多個因素決定時，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)常用的方法是，先考慮一個因素對研究問題的影響，而保持其他因素不變，這種研究問題的方法叫控制變量法。
初中物理用到控制變量法的地方特別多:
1、探究降落傘在空中滯留的時間與哪些因素有關(guān)?
2、探究琴弦的的音調(diào)與琴弦的材料、長度、橫截面積、松緊的關(guān)系。
3、探究力的作用效果與力的大小、方向、作用點(diǎn)的關(guān)系。
4、探究壓力的作用效果與壓力大小、受力面積的關(guān)系。
5、探究液體壓強(qiáng)與液體密度、液體深度的關(guān)系。
6、探究浮力與液體密度、排開液體的體積的關(guān)系。
7、探究動能與質(zhì)量、速度的關(guān)系。
8、探究重力勢能與質(zhì)量、高度的關(guān)系
9、探究物質(zhì)吸收熱量的多少與比熱容、質(zhì)量、加熱時間的關(guān)系。
10、探究電流與電壓、電阻的關(guān)系。
11、探究電功與電壓、電流和通電時間的關(guān)系。
12、探究電功率與電壓、電流的關(guān)系。
13、探究電熱與電流、電阻和通電時間的關(guān)系。
14、探究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系。
15、探究感應(yīng)電流的方向與磁場方向和導(dǎo)體切割磁感線的方向的關(guān)系。等等。
可以說很多物理實(shí)驗(yàn)，都要按照實(shí)驗(yàn)?zāi)康�、原理和方法控制某些條件，采用控制變量法進(jìn)行研究。
三、轉(zhuǎn)換法:
一些比較抽象的、看不見、摸不著的微觀物理現(xiàn)象，要研究它們的運(yùn)動等規(guī)律，使之轉(zhuǎn)化為熟知的、看得見摸得著的宏觀物理現(xiàn)象來認(rèn)識它們，這種方法在科學(xué)上叫做轉(zhuǎn)換法。
1、空氣看不見、摸不到，我們可以根據(jù)空氣流動形成的風(fēng)來認(rèn)識它。
2、分子看不見、摸不到，不好研究，我們可以通過研究墨水的擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識它。
3、電流看不見、摸不到，判斷電路中是否有電流時，我們可以根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來認(rèn)識它。
4、磁場看不見、摸不到，我們可以根據(jù)它產(chǎn)生的作用來認(rèn)識它。
其實(shí)還有很多地方用到轉(zhuǎn)換法，比如:
1、壓力的作用效果可以轉(zhuǎn)化為海綿的凹陷程度。
2、物體動能的大小可以轉(zhuǎn)化為木塊在水平面運(yùn)動距離的遠(yuǎn)近。
3、物質(zhì)吸收熱量的多少可以轉(zhuǎn)化為加熱時間的長短。
4、電流的大小、實(shí)際功率的大小可以轉(zhuǎn)化為燈泡的亮度。
四、類比法:
在我們學(xué)習(xí)一些十分抽象的，看不見、摸不著的物理量時，由于不易理解，我們就拿出一個大家能看見的與之很相似的量來進(jìn)行對照學(xué)習(xí)，這種方法稱之為類比法。
比如:學(xué)習(xí)電流的形成、電壓的作用時，我們可以通過熟悉的水流的形成，水壓使水管中形成水流進(jìn)行類比，從而得出電壓是形成電流的原因。
電源提供電壓，使電荷定向移動形成電流。類似于抽水機(jī)提供水壓，使水流動形成水流。
電流通過電燈，消耗的電能轉(zhuǎn)化為燈泡的內(nèi)能。類似于水流通過渦輪，消耗的水能轉(zhuǎn)化為渦輪的動能。
類比學(xué)習(xí)還有很多，比如:學(xué)習(xí)內(nèi)能時與機(jī)械能類比；學(xué)習(xí)功率時與速度類比；學(xué)習(xí)電阻的決定因素時與人走路類比等等。
五、對比法:
當(dāng)你想尋找兩件事物的相同和不同之處時，就需要用到對比法�？梢赃M(jìn)行比較的事物和物理量很多，對不同或有聯(lián)系的兩個對象進(jìn)行比較，我們主要從中尋找它們的不同點(diǎn)和相同點(diǎn)，從而進(jìn)一步揭示事物的本質(zhì)屬性。
1、比較蒸發(fā)和沸騰的異同。
2、比較汽油機(jī)和柴油機(jī)的異同。
3、比較電壓表和電流表使用方法的異同。
4、比較發(fā)電機(jī)和電動機(jī)的異同
利用比較法不僅加深了對它們的理解和區(qū)別，使同學(xué)們很快地記住它們，還能發(fā)現(xiàn)一些有趣的東西。
六、歸納法:
通過樣本信息來推斷總體信息的方法就是歸納法。要做出正確的歸納，就要從總體中選出樣本，而且樣本必須足夠大且具有代表性。比如:力的概念就用到了歸納法。
首先收集素材:人推車、人提物、運(yùn)動員舉杠鈴、手按圖釘、磁體吸引鐵等等。
然后歸納共同點(diǎn):都有兩個物體，都有一個動作。
最后得出力的概念:力是一個物體對另一個物體的作用。
七、理想實(shí)驗(yàn)法:
理想實(shí)驗(yàn)法是在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，忽略次要因素，通過進(jìn)一步的推理，得出結(jié)論，從而達(dá)到認(rèn)識事物本質(zhì)的一種方法。它是物理理論研究的一種重要方法，簡單地說就是實(shí)驗(yàn)＋推理。
1、在進(jìn)行伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)時，在“水平面越光滑，物體運(yùn)動得越遠(yuǎn)”的基礎(chǔ)上，我們可以推理:如果水平面絕對光滑，物體將永遠(yuǎn)做勻速直線運(yùn)動，從而總結(jié)出:牛頓第一定律。
2、在做真空不能傳聲的實(shí)驗(yàn)時，在“空氣越少，傳出的聲音就越小”的基礎(chǔ)上，我們推理:真空不能傳聲。
八、放大法:
有些實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們是能夠看到的，但是很不容易觀察。我們就將它產(chǎn)生的效果進(jìn)行放大，再進(jìn)行研究，這種方法就是放大法。
1、音叉的振動很不容易觀察，我們利用乒乓球?qū)⑵洮F(xiàn)象放大，便于觀察。
2、觀察壓力對玻璃瓶的作用效果時，我們將玻璃瓶密閉、裝水、插上一根小玻璃管，將玻璃瓶的形變引起的液面變化放大成小玻璃管內(nèi)液面的變化。
九、等效替代法:
某些物理量由于受到實(shí)驗(yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材的條件限制，不可以或很難直接進(jìn)行測量，可以通過測量與之有相同效果的物理量來進(jìn)行研究，從而得出相同的結(jié)論，這種研究問題的方法就是等效替代法。等效替代法可以使要研究的問題簡單化、直觀化、易于理解、便于操作。
1、在著名的曹沖稱象故事中，大象的質(zhì)量太大，在當(dāng)時的條件下不便于直接測量，可以測量與之效果相同的石塊的總質(zhì)量，從而得出大象的質(zhì)量。石頭的質(zhì)量等效于大象的質(zhì)量。
2、在電路中，一個電阻可以等效于幾個電阻，幾個電阻也可以等效于一個電阻。串聯(lián)電路的總電阻、并聯(lián)電路的總電阻都是利用了等效替代的思想。
3、在平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中，我們利用兩根完全相同的蠟燭，驗(yàn)證像與物大小相同，因?yàn)槲覀儫o法真正的測出像與物的大小關(guān)系，所以我們利用完全相同的另一根蠟燭來等效替代物體的大小。
4、在研究同一直線上二力的合成時，我們引進(jìn)了合力這個概念，也是等效替代的思想。
十、累積法:
在測量微小量的時候，我們常常將微小的量積累成一個比較大的量。比如:在測量一張紙的厚度的時候，我們先測量100張紙的厚度，再將結(jié)果除以100，這樣使測量的結(jié)果更接近真實(shí)值，這就是累積法。
測量一張郵票的質(zhì)量、測量心跳一次的時間，測量細(xì)銅絲的直徑等等，均采用累積法來進(jìn)行。
十一、理想模型法:
理想模型法就是指把復(fù)雜的問題簡單化，摒棄次要因素，抓住主要因素，對實(shí)際問題進(jìn)行理想化處理，構(gòu)成理想化的物理模型。
1、光線、磁感線都是不存在的，是一種物理模型。但它們卻能形象、直觀地表述物理情景與事實(shí)，輕松方便地解決問題。通過磁感線，可以研究磁場的分布、磁場的強(qiáng)弱等。通過光線，可以研究光傳播的路徑和方向。
2、洪水季節(jié)，江河中的水有時會透過大壩的底層從大壩外的地面冒出來，形成管涌，管涌的物理模型就是連通器。
3、杠桿也是一種理想模型。杠桿在實(shí)際使用時，都會發(fā)生形變，這個形變可以忽略不計(jì)。因此，我們就把杠桿理想化，認(rèn)為它無形變視為一個硬棒，從而使學(xué)生在研究時，不受細(xì)枝末節(jié)因素的影響，從而順利地得出杠桿平衡的條件。
十二、圖像法:
圖像法就是用圖像來描述物理現(xiàn)象，揭示物理規(guī)律、解決物理問題的方法。它具有形象、直觀、動態(tài)變化過程清晰、簡明等特點(diǎn)，易于學(xué)生理解和記憶。
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