在研究和解决问题的过程中,不仅需要相应的知识,还要注意运用科学的方法。《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。现结合研究探究电阻的实验谈谈控制变量法和转换法的应用。
【题目】(2008 山东临沂)李智和周慧做“探究导体电阻大小与导体横截面积关系”的实验。他们准备在下图中的M、N两点间接入待研究的电阻丝,电源电压恒定,忽略灯丝电阻随温度变化的影响,待用电阻丝的规格如下:
导体编号 | 材料 | 长度 | 横截面积 |
ab | 镍铬合金丝 | L | S |
cd | 锰铜合金丝 | L | S |
ef | 镍铬合金丝 | 2L | S |
gh | 镍铬合金丝 | L | 2S |
(1)他们应选择编号为________、_________的两根电阻丝来探究。
(2)正确选择后,他们将所选电阻丝分别接入M、N两点间,闭合开关,通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小。实验中,两次电流表指针均有偏转,但第一次的示数小于第二次的示数,说明第二次接入电路的电阻丝的电阻值___________,同时周慧发现第一次实验中灯泡不亮,你认为原因是________________________________。
(3)通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小,请你再举出一个采用类似方法的实验。
【解析】影响导体电阻的因素很多,如导体的材料、长度、横截面积、温度等。要探究导体电阻大小与导体横截面积关系,只能选择横截面积不同的导体进行实验,而其它因素(如导体的材料、长度、温度等)必须相同。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。
实验中电阻丝电阻的大小是无法测量的,怎样比较电阻的大小呢?根据电阻反映导体对电流的阻碍作用,电阻大的对电流阻碍作用大,因而电路中的电流小,灯泡暗。这样通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数就可以比较电阻的大小。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。
【答案】(1)ab;gh (2)较小;通过灯泡的电流太小或灯泡两端的电压太小。
(3)电路中用灯泡的亮暗反应电流的大小等。
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