一、转换法:认识力的大小和物体微小形变
弹簧测力计是测量力的大小的工具,它利用了“在弹性限度内,弹簧的伸长跟受到的拉力成正比”的原理,即在一定限度内,弹簧受到的拉力越大,弹簧的伸长就越长。弹簧的长度变化是看得见的、可以直接测量的。但是力的大小我们却是看不见的,只能通过物体的形变来感知,因此利用弹簧长度的变化来度量力的大小,这样就把看不见的“力的大小”转换成另一种让人能够看得见的“弹簧长度的变化”。
测量工具大多利用了转换法,如:温度计、电流表、电压表、时钟、速度表等,我们能够看见的是长度的变化、角度的变化,但是反映的却是温度、电流、电压、时间、速度等。
另外,一些微小的变化,人眼也是无法察觉的,如“声现象”中用小泡沫球将音叉物体微小的振动放大等。又如(课本54面第1题):用手捏住一个厚玻璃瓶,玻璃瓶会发生形变吗?即使有变化,单纯凭我们的肉眼是看不见的,因此可以将玻璃瓶中灌满水,把一根细玻璃管通过带孔的橡皮塞插入玻璃瓶中,用手轻捏厚玻璃瓶,这时可以观察细管中水面的高度变化。将玻璃瓶的形变转换为水柱的升降,细管中水柱的上升和下降,说明玻璃瓶受力时形状发生了变化。
二、图像法:研究重力与质量的关系
对于“重力和质量的关系”探究,把已知质量的钩码放在弹簧测力计上进行多次测量,当质量成倍增大时,其重力也成倍增大;如果换用其他形状或者材料的不同物质进行多次实验,其结果也是一样的。但是实验数据有什么规律呢?单纯地凭实验数据不好确定,此时以质量为横轴、以重力为纵轴描点,然后连接这些点,可以清楚地看到各点的连线是一条“上升的直线”,这样得出重力和质量的关系图像,即“物体所受的重力跟它的质量成正比”。
三、控制变量法:研究影响滑动摩擦力大小的因素
根据生活经验和课堂实验可以知道,影响摩擦力的因素有很多:压力的大小、接触面的粗糙程度、接触面积、质量的大小、物体运动速度的大小等。为了确定这些因素是否影响摩擦力的大小,必须采取控制变量法逐一确定。
第一步:将同一长方体木块分别平放在毛巾、木板、玻璃上以同样的速度水平匀速拉动,通过弹簧测力计的读数读出摩擦力的大小,从而研究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的定性关系。
第二步:将一长方体木块平放在木板上水平匀速拉动,然后再在木块上加些物体,即增大压力,以同样的速度水平匀速拉动,通过比较弹簧测力计的两次读数,研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系。
第三步:将同一长方体木块分别平放、侧放在木板上以同样的速度水平匀速拉动,通过比较弹簧测力计的两次读数,研究滑动摩擦力与受力面积大小是否有关。
第四步:将同一长方体木块平放在木板上,以不同的速度水平匀速拉动,通过比较弹簧测力计的两次读数,研究滑动摩擦力大小与运动速度的关系。
四、归纳求同法:探究杠杠平衡的条件
我们买水果时,往往先尝一尝,如果尝了几个都很甜,就得出所有的水果都很甜的结论,于是放心地买,这就运用了归纳求同法。
在探究“杠杠的平衡条件”的实验中,通过多次实验得出了多组“力臂的长度”和“力的大小”的数据,这些数据怎么处理呢?不少人无从下手,此时把实验得出的各个力臂的长度和力的大小进行加、减、乘、除、平方、开方等数学运算。
再把这些运算的结果进行比较、分析,然后归纳找出其共同点,最后发现,运算中具有相同规律的只有两种情况:① F1×L1=F2×L2;② F1 /F2=L2/L1。而这两种情况是等效的,即杠杠的平衡条件可以用两种不同的方式表达出来。
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