初中物理实验中的科学方法浅谈

初中物理实验中科学指导方法物理学是一门以实验为基础的自然科学所以要想真正能学透物理我们要从实验入手以下是几个一初中物理实验中的科学方法、 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936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。物理方法专项训练一、控制变量法（共15分，每小题3分）1、下列说法中，能反映物体放出热量多少跟物体降低的温度有关的是 ( ) A 相同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量不同。 B 相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同。 C 不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同。D 不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同。2、比较两根镍铬合金线电阻的大小，下列说法中正确的是 ( ) A 长导线的电阻小； B 粗导线的电阻小； C 长度相等时，粗导线的电阻大； D 横截面积相等时，长导线的电阻大。3、下列事实中最能说明导体的电阻跟导体的材料有关的是 （ ）A 长度相同的镍铬合金丝，粗的比细的电阻小；B 横截面积相同的铜丝，短的比长的电阻小；C 长度和横截面积都相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻比铁丝小；D 长度相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻可能比铁丝大。4、某同学做研究影响蒸发快慢的因素实验，如下图所示，他在两块相同的玻璃片上分别滴上一滴水，观察图中情景可知该同学主要研究蒸发快慢是否与 ( ) A 水的温度有关。 B 水的表面积有关。 C 水上方空气的流速有关 D 上述三个因素都有关。5、比较物体运动快慢的方法有两种，一是在相同的时间内比通过的距离，二是通过相同的路程比所用的时间，这是一种常用的物理方法。请判断以下五个实验中，没有采用这种方法的是 （ ） A. 研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关； B. 研究不同液体的压强跟液体密度的关系； C. 研究杠杆的平衡条件； D. 研究影响蒸发快慢的因素； E. 研究物体的动能大小跟哪些因素有关系。二、等效替代法（共15分，每小题3分）1、 如右图所示，两个小孩能提起一桶水，一个大人同样能提起这桶水。这现象表明 2、在下列各物理量的研究中使用相同物理方法的是（ ）（1） 研究压力的作用效果与压力大小、受力面积大小的关系；（2） 5欧与10欧的电阻串联在电路中与一个15欧的电阻在同一电路中的效果相同；（3） 使用电流表测量电流时要选择合适的量程；（4） “曹冲称象”所采用的物理方法。 A : (1 )与 (2 ) B: (2 ) 与 (3 ) C: (1 )与 (4 ) D: (2 ) 与 (4 ) 3、有两个电阻以一定的方式连接在电压为6伏的电源上，如果测得电流为0.5安，则这两个电阻及连接方式是： （ ） A. R1=8 R2=4 并联 B. R1=10 R2=2 并联 C. R1=20 R2=30 串联 D. R1=20 R2=30 并联4、根据作用效果相同的原理，作用在同一物体上的两个力，我们可以用一个合力来代替它。这种“等效方法”是物理学中常用的方法之一，它使我们研究问题得到简化。以下几种情况中，属于这种“等效方法”的是： ( )A. 在研究磁现象时，用磁感线来描述看不见、摸不着的磁场；B. 在研究电现象时，用电流产生的效应来描述看不见、摸不着的电流；C. 两个电阻并联时，可用并联的总电阻来代替两个电阻；D. 在研究电流变化规律时，用水压和水流来类比电压和电流。5、一根铜导线的电阻为R，要使电路中的电阻变为4R，以下方法可行的是 ( )A 将铜导线对折起来，接在电路中;B 将铜导线用拉丝机拉长至原来2倍;C将同样长，同样粗的铝导线代替铜导线接在电路中;D将两根相同的铜导线连起来。三、推理法（共15分，每小题3分）1. 质量为1kg的花瓶摔碎后，我们找到了三块碎片，其质量分别为400g、300g与，100g。那么我们还可能找到的最大碎片的质量是： ( ) A. 可能比以上三块质量都大； B. 一定比以上三块质量都小； C. 可能大于200g D. 可能大于100g2、甲、乙两个实心球，甲的体积大于乙的体积。有关甲、乙两球的质量和密度关系，可能存在的情况有：(写出三种) 3、关于牛顿第一定律，观点正确的是： ( )A验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以牛顿第一定律是正确的；B验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以牛顿第一定律不能肯定是正确的；C验证牛顿第一定律的实验做不出来，但可以在大量实验的基础上，用推理概括的方法而得出；D以上说法都不对4、有空心的铜球、铁球、铝球各一个，它们体积和质量都相同，这三个球中空心部分最大的是： ( ) A.铜球 B.铁球C.铝球 D.无法判断5、有一只电烙铁，如果在同一个家庭电路里，要使它在相同的时间内产生的热量少些，下面几种改装方法可行的是： ( )A把电阻丝剪去一小段。 B更换一根较粗的电阻丝。C与电阻丝串联一个电阻。D与电阻丝并联一个电阻。四、类比与归纳（共15分，每小题3分）1、在下列物理量中，表示物质特性的是 ( )A 电流 B 速度 C 功率 D 比热容2、在物理学中，可以用一条带箭头的直线来表示光的传播路径和方向，这条想象的线叫做光线。在下列几个物理量的研究实例中，与引人“光线”这一物理概念的方法相类似的是 (选填序号)。 （ ） (1)在研究串联、并联电路时，引人“总电阻”的概念； (2)在研究磁体的磁场时，引入“磁感线”的概念； (3)在研究物体受几个力作用的情况时，引入“合力”的概念。 （4）在研究压力作用效果时，分别研究与压力大小、受力面积大小的关系。3、某同学利用如下图所示装置研究磁与电的关系，请仔细观察图中的装置、操作和现象，然后归纳得出初步结论。比较(a)、(b)两图可知：；比较(b)、(c)两图可如： 。4、体育课上，甲、乙、丙三位同学进行百米赛跑，三位同学赛跑的成绩 甲乙丙成绩(秒)14.213.713.9如右表所示，则获得第一名的是 同学，这里比较人赛跑快慢采用的最简便方法是。5、几种物质的熔点如下表所示水银（固）铜酒精（固）钨铝钢纯铁391083117341066013501356由表中的数值可以得出的正确结论是 （ ）A纯铁掉入钢水中一定能够熔解B水银温度计在气温为40的地方不能再使用C电灯泡内的灯丝宜用钨丝制作，因为它的熔点较高D用铜锅冶炼钢是可以的五、实验与故障判断（共40分，每小题3分，第10题6分，第11题7分）1、某同学用己调节好的托盘天平测量物体的质量，操作情况如 右图所示，其中错误的是:(1) ；(2) 。2、在右图所示的电路中，电源电压不变。闭合电键 K 电路正常工作。一段时间后，发现其中一个电压表示数变大，则 ( )A 灯L可能变亮; B 灯L亮度可能不变; C 电阻R可能断路;D 电阻R可能短路。 3、在下图所示的电路中，电源电压不变，闭合电键K，电压表、电流表均有示数。将滑动变阻器的滑片P向左移动，一会儿发现电压表和电流表示数的比值变小，则下列判断中正确的是 ( ) A 电阻R1短路，电压表的示数变大。 B 电阻R1断路，电流表的示数变大。 C 滑动变阻器短路，电压表的示数变小。D 滑动变阻器断路，电流表的示数变小。4、在下图所示的电路中，电源电压不变。闭合电键K后，灯L1、L2都发光。一段时间后，其中的一盏灯突然熄灭，而电压表Vl的示数变大，电压表V2的示数变小。则产生这一现象的原因是 ( ) A 灯L1断路。 B 灯L2断路。 C 灯L1短路。D 灯L2短路。 5. 一个同学为了验证“冰熔化成水后质量不变”，他先测出了冰的质量，然后把冰放入一个开口的烧瓶中加热，直到水沸腾了去测量水的质量，测出的结果表明水的质量比冰的质量小，几位同学对此实验做了如下解释，其中正确的是：（ ）A. 由于水加热后的温度升高了，因此质量变小了；B. 由于冰化成了水，物体的状态改变了，因此质量变小了；C. 冰熔化成水后，质量应该发生变化; D. 冰化成水时质量不会改变，但由于水加热到沸腾，一部分水变成了水蒸气，因此质量变小了。 6、一杯水放在列车内的水平桌面上，如果水面突然发生了如图所示的变化，则列车的运动状态可能发生的变化是： （ ）（1） 列车突然启动，向右运动；（2） 列车突然启动，向左运动；（3） 列车向右运动时突然刹车；（4） 列车向左运动时突然刹车；A. (1)或(2) B. (1) 或 (3)C. (2)或(3) D. (2) 或 (4)7、如图所示密度计，放在液体甲中，液面位于A处，放在液体乙中液面位于B处，则： （ ）A甲液体密度较大B乙液体密度较大C甲、乙液体密度一样大D无法判断8、如右图，气球下面吊一铁块，共同浸没在水中静止不动。 如果用手轻轻地向下拍一下，气球将 （ ）。 A向下运动 B向上运动 C静止不动 D无法确定9、在“测定某种油的实验”中，郑全和马明两同学书写的实验报告中，实验的步骤略有不同，两人的实验步骤如下：郑全：（1）用天平测出空杯的质量m杯（2）用天平测出杯和油的总质量m总（3）用量筒测出油的体积V（4）由 =m/V, 算出油的密度 =m总-m杯/v 马明：（1）用天平测出杯和油的总质量m总（2）把杯里的油倒入量筒，记下油的体积V（3）用天平测出杯子的质量m杯（4）由 =m/V, 算出油的密度 =m总-m杯/v 你认为 同学的实验方法更科学些，理由是 10、张伟同学的妈妈买回一枚金戒指，妈妈怀疑里面含有铜，为了检查一下这枚金戒指的含金量，张伟同学用天平测出这枚戒指的质量为18克，用量筒测出这枚金戒指的体积为1.5厘米3。如果真的不纯而掺入了铜，则这枚戒指的含金量是多少？11、一个纪念碑的质量是100吨，立在一块基石上面，基石高1米，它的密度是2.0103千克/米3。如果地面所受的压强不能超过6.86104帕，求基石的底面积至少要多大？参考答案：一、 1（A）、 2（D）、 3（C）、 4（A）、 5（C）。二、 1、两个力对物体的作用可以由一个力的作用来替代。（意思对均可得分）2（D）、 3（D）、 4（C）、 5（B）三、 1（D） 2、（1）当甲乙时，则m甲m乙； （2）当甲=乙时，则m甲m乙； （3）当甲乙时，则可能m甲m乙； （4）当甲乙时，则可能m甲=m乙； （5）当甲乙时，则可能m甲m乙； 3（C）、 4（A）、 5（C）四、1（D）、 2（B） 3、当导体通电时，导体周围存在磁场； 当导体中电流方向发生改变时，导体周围的磁场方向也发生变化。 4、乙； 通过相同的路程，所用的时间越少，运动越快。 5、（C）五、1、称量时不能再调节平衡螺母；左盘内放砝码，右盘内放被测物。 2（C）、 3（C）、 4（A）、 5（D）、 6（C）、 7（B）、 8（A） 9、马明；理由：郑全的实验中将油倒入量筒时，杯内可能残留油，使量筒中油的体积与计算所得质量不对应。 10、不是纯金； 含金量为48%。 11、 20米2说明： 本卷试题侧重于物理方法的研究，选编了初中物理教学中常用的研究方法，供学生选用。在组卷过程 - 10 -