在研究和解决问题的过程中,不仅需要相应的知识,还要注意运用科学方法。《物理课程标准》要求,在突出科学探究内容的同时,重视研究方法的指导,使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中,逐渐拓宽视野,初步领悟到科学研究方法的真谛。因此,注意考察研究物理问题的方法,成为当前和今后中考的热点。在初中阶段,需要掌握的科学研究方法主要有:控制变量法、理想实验法、转换法、物理模型法、类比法、归纳法等。现结合研究动能的实验谈谈控制变量法和转换法的应用。
例(2007年河南省中考试题)小明总结两年来所做的探究实验发现:
(1)当要研究的物理量不易直接测量时,都需要想办法把它们的大小间接显示出来。
例如:图1实验中动能的大小是通过______________________间接反映出来的。
(2)当要研究的物理量与多个因素有关时,都要采取一定措施,控制变量。
例如:要研究动能跟质量的关系,就要改变质量,同时控制速度不变。具体办法是:换用______________________并让它们从_______________________________由静止滑下。
分析:(1)要研究动能的大小与哪些因素有关,首先就要知道怎样“看出”动能的大小。物体具有动能的大小是无法直接“看出”的。怎么办呢?我们可以利用能量与做功的关系,把物体具有能量的大小转换为它能够对外做功的大小反应出来。这就用到了转换法。
物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。特别是对那些抽象的难以理解的物理知识,这种方法很有效。
生活中你也用到过转换法,只是未注意罢了。空气是看不见摸不着的,但我们可以根据空气流动(风)所产生的作用来认识它,如红旗飘动,树叶摇晃等。想一想,物理中还有哪些地方用到了转换法?
(2)物体具有动能的大小与物体的质量和速度都有关系。具体关系怎样呢,就需要通过实验进行研究。怎样研究呢?让质量和速度同时改变,看动能怎样变,如何?这样我们仍然看不出动能与质量和速度的关系。我们可以这样:要研究动能跟质量的关系,就要改变质量,同时控制速度不变;要研究动能跟速度的关系,就要改变速度,同时控制质量不变。以上两个关系研究好了,动能与质量、速度的关系也就出来了。这里就应用了控制变量法。
当要研究的一个物理量与另外几个物理量都有关系时,为简化和方便,先研究与其中一个量的关系,而要控制其余几个量不变,这种研究问题的方法叫控制变量法。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。想一想,物理中还有哪些地方用到了控制变量法?
还有两个问题:如何控制物体的速度不变?这里最科学的方法是:使物体从同一斜面的同一高度滚下,则到达斜面底端时速度大小相同。如何改变物体的速度:使物体从同一斜面的不同高度滚下(或改变斜面的倾斜角度)。
答案:(1)木块被球撞击后运动的距离。
(2)质量不同的球 同一斜面的同一高度。
转换法的例子有:
·物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用;
·苹果落地可证明重力存在;
·马得堡半球实验可证明大气压的存在;
·雾的出现可证明空气中含有水蒸气;
·影的形成 光沿直线传播;
·月食现象可证明月亮不是光源;
·奥斯特实验可证明电流周围有磁场;
·指南针指南北可证明地磁场的存在;
·用手机能打电话可证明电磁波的存在;
·扩散现象可证明分子做无规则运动;
·铅块实验可证明分子间引力的存在;
·运动的物体能对外做功可证明它具有能。
……
控制变量法的例子有:
·研究影响力的作用效果的因素;
·研究滑动摩檫力与哪些因素有关;
研究液体内部的压强;
研究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系;
研究影响液体蒸发快慢的因素;
研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系;
研究影响电阻大小的因素;
研究电流与电压、电阻的关系;
研究电功或电热与哪些因素有关;
研究通电导体在磁场中的受力与哪些因素有关;
研究影响感应电流的方向因素;
研究动能(或重力势能)与哪些因素有关。
……
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