初中物理实验中的实验方法.doc

初中物理实验中的实验方法中考物理学实验方法归纳一、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。 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 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, 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。 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 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 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)， 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。 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 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。 对于多因素的问题常常采用控制变量法，即把多因素的问题转化为多个单因素的问题，使得研究过程更简单，结论更 明确。在初中物理中应用这种研究方法的有: 二胡的音调高低决定于弦的粗细、长短、松紧等多个因素，我们分别研究音调与其中一个因素的关系时，要控制其 他因素不变，最后综合起来得出结论; 研究导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积和温度等因素的关系; 在探究导体中电流与电压关系时，控制导体电阻不变;探究导体中电流与导体电阻的关系时，控制导体两端电压不 在探究灯泡的电功率跟哪些因素有关时，先使两个不同的灯泡串联起来，保持通过它们的电流不变，来探究电功率 与电压的关系;再使两个不同的灯泡并联起来，保持它们的 电压不变，来探究电功率与电流的关系; 探究电磁铁磁性强弱的影响因素、探究通电导体在磁场中的受力方向与电流方向和磁场方向的关系、以及探究感应 电流的方向与导体运动方向和磁场方向的关系实验中，都应 用到了控制变量法; 探究阻力对物体运动的影响时，使小车到达斜面底端的初速度相同，只改变小车受到的阻力; 11.研究动能大小与什么因素有关;研究重力势能大小与什么因素有关; 同的容器盛放质量相同的两种液体，对它们加热相同的时间，比较升高的温度，即能得出质量相等的不同物质，吸收 相同的热量时，升高的温度不同，从而引入物质的比热容这 个概念; 13.探究燃料的热值时，分别取质量相等的两种不同燃料点燃，对质量、初温相等的水加热，通过观察水的末温高低， 间接地知道燃料燃烧放出热量的多少，从而引出燃料热值的 概念; 将不易直接观察到的现象进行放大或转换成另一种形式，以便于探究规律、理解现象的方法称为“转换法”，转换法中 两个物理量只是有因果关系， 研究声音的产生时，将音叉的微小振动加以放大，转换成乒乓球的振动，让人信服了“发声的物体在振动”。 在研究研究蒸发是否吸热时，由于液体在蒸发过程中是否吸热不能用眼睛直接观察，因而把酒精涂在温度计的玻璃 泡上，通过温度计的示数变化来确定其蒸发过程是否，这样 就将探究蒸发是否吸热转化成观察温度是否降低，便于探 文档网:初中物理实验用到转换法的)针指南北可证明地磁场的存在; 14.实验探究决定导体电阻大小的因素时，电阻的大小是通过观察电路中灯泡的亮度或电流表的示数来显示的; 15.在探究电流热效应和电阻的关系时用温度计示数的变化表示产生热量的多少; 16.利用小磁针受力转动、细铁屑分布等情况间接地研究磁场; 17.测量有石块体积时，由于石块形状不规则，因此用排水法通过测量水体积的增加量，间接测出石块的体积; 18.分子间作用力很难研究，通过研究物体抗拉、抗压能力来间接研究分子间的作用力; 19.研究压力的作用效果时，用容易发生形变的细沙、海绵代替其他的物体表面，通过转换便可以将看不见的转换成 看得见的; 20.在研究液体内部压强的特点时，将看不见的压强利用压强计来显示; 21.在探究影响动能大小的因素时，由于动能大小不可见，因此我们通过运动的物体推出木块的远近来认识其动能的 大小;而在探究影响重力势能大小的因素时，我们又是通过 高处坠落的物体在地面砸出的坑的深浅或桌腿插入沙土中 的深浅来认识其重力势能的大小; 22.探究物质的比热容、燃料的热值时，物质吸收热量的多少不便用仪器直接测量，我们可分别用两个相同的加热器 对物体进行加热，加热时间的长短表示物体吸收热量的多 少，加热的时间越长，说明了物质吸收的热量越多; 它是把复杂的物理现象、物理过程转化为简单的物理现象、物理过程来研究和处理的一种科学思想方法。“等效”并 非指事物的各个方面效果都相同，而是强调某一方面的效果 相同。因此一定要明确不同事物在什么条件、什么范围、什 么方面等效。如: 照相机的镜头是光学元件的组合，而它的作用相当于一个凸透镜，采用的就是等效法; 在分析电路时，因电压表电阻非常大，把它等效为断路;电流表的电阻非常小，把它等效为一条导线; 在已知串联或并联的总电阻时，也可以用总电阻等效替代两个分电阻来进行有关计算; 在测量电阻时，用一个电压表和一个定值电阻并联，等效为一个电流表;也可以用一个电流表与一个定值电阻串 联，等效为一个电压表; 为了测定大气压的大小，人们运用了托里拆利实验的方法，这里所采用的就是等效法，托里拆利管中的水银柱产生 的压强等效于外界大气压强; 在实验探究过程中，以可靠的事实为基础，通过抽象的思维，抓住主要因素，忽略次要因素，在此基础上进行合理的 推理，从而正确揭示物理规律的方法称为“实验推理法”。初 中物理中应用这种方法的有: 在探究“声音的传播”时，把正在响铃的闹钟放到玻璃罩中，不断抽出空气，听到的声音越来越小，在这个事实基础 上进行推理，如果没有空气，我们将听不到声音，从而得出 “真空不能传声”; 在探究阻力对物体运动影响的实验中，我们根据阻力越小，小车在水平面上运动的距离越远这一可靠事实，推理出; 若没有阻力，物体将在水平面上做匀速直线运动; 10 指在实验室内利用一定的设施，控制一定的条件，并借助专门的实验仪器进行研究的一种方法，是探索自变量和因变 量之间关系的一种方法。实验法便于严格控制各种因素，并 通过专门仪器进行测试和记录实验数据，一般具有较高的可 信度。如: 应用杠杆、钩码、刻度尺等实验仪器研究了杠杆的平衡条件，还通过多 实际中的事物都是错综复杂的，在用物理的规律对实际中的事物进行研究时，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。 在研究光的传播时，人们用光线来表示光的传播路线和方向，光线是实际光的理想化模型，所以不存在; 引用磁感线来描述磁场，利用磁感线使我们形象地解决了关于磁场的有关问题; 原子核式结构是一种理想化模型，对物质三态的微观解释也是建立在理想化模型的基础上的; 11 在研究杠杆时，实际使用中的杠杆的粗细、微弱变形，我们在研究中都忽略不计，只把它理想化为一条直线或一条 曲线，便于同学们研究及作图; 在研究液体压强公式时，我们在盛有液体的容器中从液面开始向下取一个“液柱”，然后推导出这个“液柱”对支撑它 的液面产生的压强，这个压强就是液体所产生的，这里取“液 柱”的方法就是模型法; 只要研究对象与其他物体具有共同的特征或产生的物理效果相同，我们就可以运用等效替代法来研究。相互替代的 两个量种类相同，大小相等。如: 在“研究平面镜成像实验”中，用两根完全相同的蜡烛，其中一根等同于另一根的像; 在探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关时，摩擦力的大小不易直接测量，当拉着物体做匀速直线运动时，可以用 拉力的大小表示摩擦力; 在阿基米德原理实验中，把物体受到的浮力转换为物体排开的液体的重力，通过计算物体排开的液体所受到的重力 来计算它所受到的浮力大小; 作图法就是根据题中所给的重要条件，灵活运用有关物理概念和规律，通过作图求解未知量的方法。如: 12 1.根据平面镜成像的对称性完成光路图。(1)确定虚像的位置;(2)确定观察范围或光照范围;(3)确定光路;(4) 确定发光点的位置。 在研究熔化与凝固时，通过描绘其温度随时间变化的图象，利用图象能够直观地反映出物质温度随时间变化的趋 势、熔化与凝固的条件、晶体与非晶体的熔化(凝固)特点、 熔点与凝固点的高低、熔化与凝固时间等内容，通过对图象 的比较，使同学们能够较容易地理解物理过程发现物理规 在研究液体的沸腾实验中也运用了图象法，通过图象能很容易看出液体达到沸点才会沸腾，沸腾时要继续吸热，且 沸腾时温度保持不变的特点; 速度(v)-时间(t)图象若是一条水平直线，则表示物体做匀速直线运动，若是一条斜线，则表示物体做变速直 线运动;路程(s)-时间(t)图象若是一条水平直线，则 表示物体处于静止状态，若是一条斜线，则表示物体做匀速 直线运动; 它是从个别性知识引出一般性知识的推理。归纳推理的重点是找出共性的规律，从而得出一般性的结论，然后经过多 次实验验证它是正确的。如: 13 在探究凸透镜成像时，我们通过几次成像实验，找出各自的成像性质，然后归纳出凸透镜成像的规律; 探究物体质量与体积之间的关系时，测量多个同种物体的体积与质量，通过比较质量与体积的比值，归纳总结出同 种物质质量与体积的比值相等;再取不同物质进行测量，归 纳出不同物质质量与体积的比值不同; 十一、对比法 把很多容易混淆的概念或知识点进行两两对比，才能发现彼此间的联系或不同，对知识的理解与掌握才能到位。如: 1.光的反射与折射、镜面反射与漫反射、实像与虚像、像与影、像的倒与正、放大与缩小等都可以进行两两对比; 通过观察、分析和比较，找出研究对象的相同点和不同点，它是认识事物的一种基体方法。如: 凸透镜和凹透镜的区别，采用的是形状比较，近视眼和远视眼的区别，采用的是图象比较; 在物态变化内容中，规律概念比较多，因而要较好地区分它们之间的区别与联系，比较法是较好的研究方法。如: 学习液体蒸发与沸腾的区别、晶体与非晶体的区别时便运用 了这种方法; 判断冰块熔化后水面升降问题时常用这种方法。具体的14 方法是先分别计 初高中物理中涉及到的科学方法有很多，概括起来可分为三类，即物理方法、逻辑方法、非逻辑方法。物理方法包括: 观察法、实验法、模型法、理想化法、等效法、“问题- 猜想-实验-理论”科学探究法等。逻辑方法包括:比 较、分类、类比、分析、综合、抽象、概括、归纳、演绎等 方法。非逻辑方法的理性思维如直觉、想象的研究方法。 控制变量法是初中用得最多的实验方法:研究音调响度影响因素、蒸发的影响因素、欧姆定律、焦耳定律、动能、势 能影响因素、力的作用效果等;转换法:扩散现象研究分子热运动，电流的热效应研究电流，磁铁产生的作用认识磁场; 等效替代法:研究合力与2 个力的关系，串联电阻与总电阻的关系; 控制变量法是初中物理实验中常用的探索问题和分析解15 决问题的方法之一。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。 任何物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究。 如:导体中的电流与导体两端的电压以及导 体的电阻都有关系，中学物理实验难以同时研究电流与导体 两端的电压和导体的电阻的关系，而是在分别控制导体的电 阻与导体两端的电压不变的情况下，研究导体中的电流跟这 段导体两端的电压和导体的电阻的关系，分别得出实验结 论。最终得出欧姆定律 。此外，还例如，为了研究导体的电阻大小与哪些因素有关， 控制导体的长度和材 料不变，研究导体电阻与横截面积的关系。为了研究滑动摩 擦力的大小跟哪些因素有关，保证压力相同时，研究滑动摩 擦力与接触面粗糙程度的关系。 利用控制变量法研究物理问题，注重了知识的形成过程，有利于扭转重结论、轻过程的倾向，有助于培养学生的科学 探究精神，使学生学会分析问题、解决问题的能力。初中物 理课本中，研究电压一定、电流和电阻的关系;电流的热效 应与哪些因素有关;研究浮力大小与哪些因素有关;蒸发的 快慢与哪些因素的有关;导体的电阻大小与哪些因素有关; 16 滑动摩擦力的大小与哪些因素有关;液体压强与哪些因素有 关;研究电流做功的多少跟哪些因素有关系;压力的作用效 果与哪些因素有关;动能、重力势能大小与哪些因素有关; 究电阻一定、电流与电压的关系;研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关等均应用了控制变量的研究方法。 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，学生想象不出来，通过把它转化为 学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们;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。这样 的方法在科学上叫做 。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，我们可以根据它对放入磁场中的磁针产生的作用来 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 计算得出17 )、电阻(伏安法)、密度(天平测质量，量筒测体积)等。初中物理课本中，测不规则小石块的体积我们转换成测排开 水的体积;在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小，根据 二力平衡的知识得出摩擦力;大气压强的测量(无法直接测 出大气压的值，转换成求被大气压托起 760mm 的水银柱的 压强);测液体压强(将液体的压强转换成我们能看到的 形压强计左右液柱高度差的变化);通过电流的效应来判断电流的存在(无法直接看到电流);通过磁场的效应来证明 磁场的存在(无法直接看到磁场);研究物体内能与温度的 关系(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， 将电热的多少转换成液柱上升的高度。在研究电功与什么因 素有关的时候，将电功的多少转换成勾码上升的高度。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。在研究动能大小与什么因素有关时，通过观 察木块在平面上滑动的距离来知道动能的大小，就是将动能 的大小转换成了木块运动的远近。以上列举的这些问题均应 用了转换的科学方法。 在学习一些十分抽象的，看不见、摸不着的物理量时，学生很难理解。为了把要表达的物理问题说清楚，往往用具体 的、有形的、学生所熟知的事物来类比，通过借助于一个比 18 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 对象的某些特征的方法叫类比法。 电流的形成、电压的作用通过以熟悉的水流的形成，水压使水管中形成了水流进行类比，从而得出电压是形成电流的 原因的结论。学生在学习电学知识时，在老师的引导下，联 想到:水压迫使水沿着一定的方向流动，使水管中形成了水 流;类似的，电压迫使电荷做定向移动 使电路中形成了电流。抽水机是提供水压的装置;类似的，电源是提供电压的装置。水流通过涡轮时，消耗水能转化为 涡轮的动能;类似的，电流通过电灯时，消耗的电能转化为 内能和光能。 通过类比，用大家熟悉的水流、水压的直观 认识，使得看不见、摸不着的抽象的电流、电压等知识跃然 纸面，栩栩如生。 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。 在探究平面镜成像规律的实验中，用薄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 19 于研究像的特点。在教学中，老师注重引导学生进行方法的 总结，使学生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。 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，学生在经历实验、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，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。在探究通过电阻的电流跟电压的关系、同种物质的 20 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