物理二轮专题一科学研究方法课件

物理二轮专题一科学研究方法课件第一页，共28页。

新课程提出的多维目标中，过程与方法是其中的一个重要纬度目标。我们不仅要让学生掌握基本的物理概念和规律，了解物理学的知识体系，同时也要介绍物理方法，指导学生学运用正确的物理方法研究问题、分析问题、解决问题。

初中物理中用到的科学方法有许多，例如控制变量法、转换法、观察法、实验法、比较法、归纳法、分类法、类比法、等效法、模型法、推理法、比值定义法、多因式乘积法、放大法、积累法、图象法、图表法、猜想法等。下面我们介绍其中一些常见的研究方法。第二页，共28页。控制变量法就是当一个物理量受到多个物理因素的影响和制约时，为了明确这个物理量与其中某个因素的关系，往往需要先控制其它的另几个因素不影响被研究的物理量的方法。这是初中物理中最常用的探索问题和分析解决问题的科学方法。一：控制变量法第三页，共28页。初中物理涉及的实验主要有：1、蒸发的快慢与哪些因素的有关；2、滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；3、液体压强与哪些因素有关；4、研究浮力大小与哪些因素有关；5、压力的作用效果与哪些因素有关；6、滑轮组的机械效率与哪些因素有关；7、动能、重力势能大小与哪些因素有关；8、导体的电阻与哪些因素有关；9、研究电阻一定、电流与电压的关系；10、研究电压一定、电流和电阻的关系；11、研究电流做功的多少跟哪些因素有关系；12、电流的热效应与哪些因素有关；13、研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系。第四页，共28页。例1.由于电压和电阻两者都可能影响电流的大小，用实验研究它们的关系时，可以先保持电压不变，探究电流和电阻的关系；然后保持电阻不变，探究电流和电压的关系，最后总结得出了欧姆定律，这种研究问题的方法叫“控制变量法”。在以下问题的研究中：（1）滑动摩擦力大小与哪些物理量有关；（2）牛顿在伽利略等人研究成果的基础上得出牛顿第一定律；（3）电流产生的热量与哪些因素有关；（4）研究磁场时，引入磁感线；应用了“控制变量法”进行研究的是（）

A．（1）（3）B．（1）（2）

C．（2）（4）D．（3）（4）解析：（2）是应用实验推理法；（4）是应用建立理想模型法。A第五页，共28页。“转换法”是指对于一些不易研究或不好直接研究的物理问题，而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法叫转换法。它是帮助我们认识抽象物理现象的一种常用的科学方法。二：转换法第六页，共28页。典型例子如：1、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；2、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；3、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；4、磁场看不见、摸不到，我们可以根据它产生的作用来认识它。第七页，共28页。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U、I计算得出P）、电阻、密度等。初中物理课本中还有：1、测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积2、我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度；3、在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小；4、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；5、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）；第八页，共28页。6、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）；8、通过磁场的效应来证明磁场的存在（我们无法直接看到磁场）；9、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）；10、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；11、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。第九页，共28页。例2.力是看不见的，但是我们可以通过力的作用效果去认识它，这是在科学研究中常用的方法，下面四个研究实例中，同样采用这种研究方法的是（）A．研究电流与电压、电阻的关系时，先使电阻不变去研究电流与电压的关系，再让电压不变去研究电流与电阻的关系。B．温度的高低是看不见的，我们可以通过液体体积的变化去认识它。C．研究牛顿第一定律时，在实验基础上经过推理，得出运动物体不受力将做匀速直线运动。D．在学习蒸发与沸腾时，通过比较得出蒸发与沸腾的异同点。解析：题意指的是“转换法”B第十页，共28页。在物理学中，我们研究某物体或物理现象的作用效果时，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。这种研究问题的方法给问题的阐释或解答带来极大方便，我们称这种研究问题的方法为等效替代法．三：等效替代法第十一页，共28页。等效替代往往应用在相同物理量之间的转化。常见的有：（1）采用合力替代两个分力（2）串、并联电路的等效电阻（3）测体积不规则的小石块的体积采用“排水法”，将液体的体积等效替代不规则的体积（4）“曹冲称象”用石块的质量等效替代大象的质量第十二页，共28页。例3.如图所示，在桌面上竖立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是设法确定像的位置。仔细想想，实验时具体的做法是：我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了_________的科学方法。解析：虚像是无法用光屏承接的，因此虚像特点的研究成了实验的一个难题；为了准确的探究平面镜所成虚像的特点，实验中用两支完全相同的蜡烛和可透视的平面玻璃板采用等效法很好地解决了这一难题。另外拿一只相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合

等效替代

第十三页，共28页。实际现象和过程一般都十分复杂的，涉及到众多的因素，采用模型方法对学习和研究起到了简化和纯化的作用。建立模型法就是把物理实体或物理过程经过科学抽象转化为一定的模型，运用这种方法的目的，是为了摒弃次要条件，突出主要因素，从而方便对物体本质的研究。四：理想化物理模型法第十四页，共28页。模型的种类很多，现列举一些常见的分类模型：表示模型（如太阳系模型）；理论模型（如理想气体模型）；想象模型（如电场线、磁感线等力线的模型）；数学模型（如空间点阵模型）。初中物理课本中很多知识都应用了这个方法，如：①液柱：（比如在求液体对竖直的容器底的压强的时候，我们就选了一个液柱作为研究的对象简化，简化后的模型依然保留原来的特点和知识）②光线：（在我们学习光线的时候光线是一束的，而且是看不见的，我们使用一条看的见的实线来表示就是将问题简化，利用了理想化模型）③液片：（在我们研究连通器的特点，求大气压时我们都在某一位置取了一个液面，研究该液面所受到的压强和压力，也是将问题简化，利用理想化模型法）第十五页，共28页。④光沿直线传播：（在我们学习中我们知道真正的空气是各处都不均匀的，比如越往上空气越稀薄，在比如因为空气各处不均匀形成了风，而在光是沿直线传播一节中我们将问题简化，只取一个简单的模型，一条光线在均匀的介质中传播）⑤匀速直线运动：（生活中很少有一个物体真正的做匀速直线运动，在我们研究问题的时候匀速直线运动只是一个模型）⑥磁感线：（磁感线是不存在的一条线，但是我们为了便于研究磁场我们人为的引入了一条线，将我们研究的问题简化。）⑦杠杆（将动滑轮、定滑轮等抽象成杠杆）第十六页，共28页。例4.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。在下列几个物理学研究的实例中，与引入“光线”这一物理概念的方法相类似的是（）。A.在研究串联、并联电路时，引入“总电阻”的概念B.在研究磁体的磁场时，引入“磁感线”的概念C.在研究物体受几个力作用的情况时，引入“合力”的概念D.在研究压力的作用效果时，引入“压强”的概念B解析：A、C是等效法，D是控制变量法。第十七页，共28页。如果对一个物理现象或过程与另一物理现象或过程进行比较，找到若干相同或相似之处，并以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去，得到后一对象的结论，这就是类比法。如在认识电流、电压的概念、研究电源的作用和影响电阻大小的因素等概念或规律时，与水流水压模拟实验、抽水机的作用和水渠对水流的影响等物理现象进行类比。五：类比法第十八页，共28页。例5.我们在学习大气压强时，发现大气与液体有相似的性质，因此对照液体压强知识来学习大气压强，这种学习方法叫（）

A.比较法B.模型法

C.控制变量法D.类比法D第十九页，共28页。从一般性较小的前提出发，推出一般性较大的结论的推理方法叫归纳法。在科学研究中，归纳法发挥着重要的作用，许多物理概念、定律及规律的获得都是借助了归纳法的力量。因而归纳法的教学是中学教学中的一个重要方面。当你在对观察到的现象进行解释的时候就是在进行推理，或说是在做出推论，例如当你家的狗在叫的时，你可能会推想有人在你家的门外，要做出这一推论，你就需要把现象（狗的叫声）与以往的知识经验，即有陌生人来时狗会叫结合起来。这样才能得出符合逻辑的答案。六：科学推理法，又称归纳法第二十页，共28页。如：在进行牛顿第一定律的实验时，当我们把物体在越光滑的平面运动的就越远的知识结合起来我们就推理出，如果平面绝对光滑物体将永远做匀速直线运动。如：在做真空不能传声的实验时，当我们发现空气越少，传出的声音就越小时，我们就推理出，真空是不能传声的。例6.与观察法、实验法一样，在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律也是物理学的重要研究方法。在物理学史上通过实验分析、经过推理得出，却不能用实验直接验证的定律或原理是（）A．牛顿第一定律B．欧姆定律C．焦耳定律D．阿基米德原理A第二十一页，共28页。例7.如图所示，是伽利略著名的斜面理想实验，实验设想的步骤有：①减小第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度。②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。③继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面作持续的匀速运动。④如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。（1）请将上述步骤按照正确的顺序排列_________。（只要填写序号）②④①③

第二十二页，共28页。①减小第二个斜面的倾角，小球在该斜面上仍然要达到原来的高度。②两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面。③继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面作持续的匀速运动。④如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。（2）在上述设想步骤中，有的属于可靠事实，有的则是理想化的推论。下面关于这些事实和推论的分类正确的是（）

A．①是事实，②③④是推论

B．②是事实，①③④是推论

C．③是事实，①②④是推论

D．④是事实，①②③是推论B第二十三页，共28页。例8.牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想，上图是他画的“大炮”草图──在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度将炮弹平射出去，射出速度越大，炮弹落地点就离山脚越远。他推想：当射出速度足够大时，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。（1）研究中牛顿基于的可靠事实是______________。（2）根据以上资料和牛顿的“大炮”草图，推测牛顿当年的重要结论是______________。如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了______________。人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面抛出物体的速度足够大时，物体将离开地球，绕地球旋转，做圆周运动人造卫星第二十四页，共28页。解析：（3）如：研究真空能否传声时用了理想实验的方法：把音乐芯片放在广口瓶内，瓶口塞上插有玻璃管的软木塞，用抽气设备抽瓶中的空气，在抽气的过程中，人听到的音乐声逐渐变小，由于实验时无法达到绝对真空，在前面可