高中物理研究方法

高中物理研究方法 一 理想模型法 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 有实体模型 质点 点电荷 轻杆 轻绳 轻弹簧 理想变压器 3 3 液片 理想气体 3 5 原子核式结构模型和玻尔原子模型等 过程模型 匀速直线运动 匀变 速直线运动 匀变速曲线运动 匀速圆周运动等 采用模型方法对学习和研究起到了简化和纯化的作用 但简化后的模型一定要 表现出原型所反映出的特点 知识 每种模型有限定的运用条件和运用的范围 二 控制变量法 就是把一个多因素影响某一物理量的问题 通过控制某几个因素不变 只让其 中一个因素改变 从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法 这种方法在实验数据的表格上的反映为 某两次试验只有一个条件不相同 若 两次试验结果不同 则与该条件有关 否则无关 反过来 若要研究的问题是 物理量与某一因素是否有关 则应只使该因素不同 而其他因素均应相同 控 制变量法是中学物理中最常用的方法 滑动摩擦力的大小与哪些因素有关 探究加速度 力和质量的关系 牛顿第二 定律 导体的电阻与哪些因素有关 电阻定律 电流的热效应与哪些因 素有关 焦耳定律 研究安培力大小跟哪些因素有关 研究理想气体状 态变化 理想气体状态方程 等均应用了这种科学方法 三 理想实验法 又称想象创新法 思想实验法 是在实验基础上经过概括 抽象 推理得出规律的一种研究问题的方法 但得 出的规律却又不能用实验直接验证 是科学家们为了解决科学理论中的某些难 题 以原有的理论知识 如原理 定理 定律等 作为思想实验的 材料 提 出解决这些难题的设想作为理想实验的目标 并在想象中给出这些实验 材料 产生 相互作用 所需要的条件 然后 按照严格的逻辑思维操作方法去 处理 这 些思想实验的 材料 从而得出一系列反映客观物质规律的新原理 新定律 使科学难题得到解决 推动科学的发展 又称推理法 伽利略斜面实验 推导出声音不能在真空中传播 推导出牛顿第一定律等 三 微量放大法 物理实验中常遇到一些微小物理量的测量 为提高测量精度 常需要采用合适 的放大方法 选用相应的测量装置将被测量进行放大后再进行测量 常用的放 大法有累计放大法 形变放大法 光学放大法等 1 累计放大法 在被测物理量能够简单重叠的条件下 将它展延若干倍再进行 测量的方法 称为累计放大法 叠加放大法 如测量纸的厚度 金属丝的直径 等 常用这种方法进行测量 累计放大法的优点是在不改变测量性质的情况下 将被测量扩展若干倍后再进行测量 从而增加测量结果的有效数字位数 减小 测量的相对误差 2 形变放大法 形变是力作用的效果 在力学中形变的基本表现形式为体积 长度 角度的改变 而显示形变的方法可用力学的方法 也可用电学 光学的 方法 如 体积的变化 由液柱的长度的变化显示 热膨胀 杠杆放大法显示 3 光学放大法 常用的光学放大法有两种 一种是使被测物通过光学装置放 大视角形成放大像 便于观察判别 从而提高测量精度 例如放大镜 显微镜 望远镜等 另一种是使用光学装置将待测微小物理量进行间接放大 通过测量 放大了的物理量来获得微小物理量 例如测量微小长度和微小角度变化的光杠 杆镜尺法 就是一种常用的光学放大法 卡文迪许通过扭秤装置测量引力常量就采用了多种放大方法 四 模拟法 模拟法和类比法很近似 它是在实验室里先设计出于某被研究现象或过程 即 原型 相似的模型 然后通过模型 间接的研究原型规律性的实验方法 先依 照原型的主要特征 创设一个相似的模型 然后通过模型来间接研究原型的一 种形容方法 根据模型和原型之间的相似关系 模拟法可分为物理模拟和数学 模拟两种 如在描绘电场中等势线实验中用直流电流场模拟静电场 五 类比与归纳 所谓类比 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它 们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维 如万有引力公式 和库仑力公 式 从形式上很相似 六 等效替代效法 等效法是常用的科学思维方法 等效是指不同的物理现象 模型 过程等在物 理意义 作用效果或物理规律方面是相同的 它们之间可以相互替代 而保证 结论不变 等效的方法是指面对一个较为复杂的问题 提出一个简单的方案或设想 而使 它们的效果完全相同 从而将问题化难为易 求得解决 例如我们学过的等效 电路 等效电阻 电压表等效为电流表 电流表等效为电压表 测电阻中的替 代法 分力与合力等效 分运动与合运动等效 环形电流与小磁体的等效 通 电螺线管与条形磁铁的等效等等 七 比值定义法 比值定义法 就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义 用比值法定 义的物理概念在物理学中占有相当大的比例 比如速度 加速度 密度 压强 功率 电场强度 电势 电势差 磁感应强度 电阻 电容等等 加速度 a v t 电场强度 E F q 电容 C Q U 电阻 R U I 电流 I q t 电动势 W q 电势差 U W q 磁感应强度 B F IL 或 B F qv 或 B S 一 比值法 的特点 1 比值法适用于物质属性或特征 物体运动特征的定义 应用比值法定义 物理量 往往需要一定的条件 一是客观上需要 二是间接反映特征属性的的 两个物理量可测 三是两个物理量的比值必须是一个定值 2 两类比值法及特点 一类是用比值法定义物质或物体属性特征的物理量 如 电场强度 E 磁 感应强度 B 电容 C 电阻 R 等 它们的共同特征是 属性由本身所决定 定 义时 需要选择一个能反映某种性质的检验实体来研究 比如 定义电场强度 E 需要选择检验电荷 q 观测其检验电荷在场中的电场力 F 采用比值 F q 就 可以定义 另一类是对一些描述物体运动状态特征的物理量的定义 如速度 v 加速 度 a 角速度 等 这些物理量是通过简单的运动引入的 比如匀速直线运动 匀变速直线运动 匀速圆周运动 这些物理量定义的共同特征是 相等时间内 某物理量的变化量相等 用变化量与所用的时间之比就可以表示变化快慢的特 征 二 比值法 的理解 1 理解要注重物理量的来龙去脉 为什么要研究这个问题从而引入比值法 来定义物理量 包括问题是怎样提出来的 怎样进行研究 包括有哪些主要 的物理现象 事实 运用了什么手段和方法等 通过研究得到怎样的结论 包括物理量是怎样定义的 数学表达式怎样 物理量的物理意义是什么 包括反映了怎样的本质属性 适用的条件和范围是什么 和这个物理量有什 么重要的应用 2 理解要展开类比与想象 进行逻辑推理 所有的比值法定义的物理量有 相同的特点 通过展开类比与想象 进行逻辑推理 抽象思维等活动 从而引 起思维的飞跃 知识的迁移 在类比中加深理解 如在重力场 电场 磁场的 教学中 相同的是都需要选择一个检验场性质的实体 用检验实体的受力与检 验实体的有关物理量的比来定义 但也存在区别 重力场的比值中 分母是质 量最简单 电场定义时 要考虑电荷的电性 而磁场定义最复杂 不仅与考虑 电流元 I 而且要考虑电流元的放置方位与有效长度 3 不能将比值法的公式纯粹的数学化 在建立物理量的时候 交代物理思 想和方法 搞清概念表达的属性 从这些量度公式中理解它们的物理过程与物 理符号的真实内容 切忌被数学符号形式化 忽视了物理量的丰富内容 一定 要从量度公式中揭示所定义的概念与有关概念的真实依存关系和物理过程 防 止死记硬背和乱用 另一方面 在数学形式上用比例表示的式子 不一定就应 用比值法 如公式 a F m 只是数学形式上象比值法 实际上不具备比值法的 其它特点 所以不能把比值法与数学形式简单的联系在一起 八 微元法 微元法是分析 解决物理问题中的常用方法 也是从部分到整体的思维方法 用该方法可以使一些复杂的物理过程用我们熟悉的物理规律迅速地加以解决 使所求的问题简单化 在使用微元法处理问题时 需将其分解为众多微小的 元 过程 而且每个 元过程 所遵循的规律是相同的 这样 我们只需分析这些 元 过程 然后再将 元过程 进行必要的数学方法或物理思想处理 进而使问题求 解 使用此方法会加强我们对已知规律的再思考 从而引起巩固知识 加深认 识和提高能力的作用 在高中物理中 由于数学学习上的局限 对于高等数学中可以使用积分来进行 计算的一些问题 在高中很难加以解决 例如对于求变力所做的功或者对于物 体做曲线运动时某恒力所做的功的计算 又如求做曲线运动的某质点运动的路 程 这些问题对于中学生来讲 成为一大难题 但是如果应用积分的思想 化 整为零 化曲为直 采用 微元法 可以很好的解决这类问题 微元法 通俗地 说就是把研究对象分为无限多个无限小的部分 取出有代表性的极小的一部分 进行分析处理 再从局部到全体综合起来加以考虑的科学思维方法 在这个方 法里充分的体现了积分的思想 九 极限法 极限法是把某个物理量推向极端 即极大和极小或极左和极右 并依此做