专题十五：物理研究方法

景泉初级中学

专题十五：物理研究方法

【复习目标】

1．熟悉常用的研究方法在物理教学中的具体应用；

2．利用各种方法解决实际问题。

【分类解析】

题型一： 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。中学物理课本中，蒸发的快慢与哪些因素的有关；滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；液体压强与哪些因素有关；研究浮力大小与哪些因素有关；压力的作用效果与哪些因素有关；滑轮组的机械效率与哪些因素有关；动能、重力势能大小与哪些因素有关；导体的电阻与哪些因素有关；研究电阻一定、电流与电压的关系；研究电压一定、电流和电阻的关系；研究电流做功的多少跟哪些因素有关系；电流的热效应与哪些因素有关；研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等均应用了这种科学方法。

例1：小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短、及弦的材料有关。于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确。下表是她在实验室控制的琴弦条件。

如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用表中编号为 的琴弦（只填写字母代号）

探究过程通常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；③提出问题（或猜想）；④得出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是： （只填写数字代号）。在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称： 。

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解析：想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，应控制弦的粗细、长短相同，只让弦的材料不同，据此找到弦D和E；第2问考查探究问题的方法，答案为③①②④；第3问把学生的思路引向了整个初中物理学习的内容，同学们可以从力、声、热、光、电、磁、能等方面回答。如：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。等等。

〖练习：〗

1．下列说法中，能反映物体放出热量多少跟物体降低的温度有关的是 ( )

A．相同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量不同

B．相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同 C．不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同

D．不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同

2．图是小明和小华同学探究沙子与水吸热升温快慢的实验装置．设计实验方案时，他们确定以下需控制的变量，其中多余的是( )

A．取相同质量的沙子和水 B．盛放沙子和水的容器相同 C．采用完全相同的加热方式 D．酒精灯里所加的酒精量相同

3．下列事实中最能说明导体的电阻跟导体的材料有关的是 ( ) A．长度相同的镍铬合金丝，粗的比细的电阻小 B．横截面积相同的铜丝，短的比长的电阻小

C．长度和横截面积都相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻比铁丝小 D．长度相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻可能比铁丝大

4．某同学做\研究影响蒸发快慢的因素\实验，如下图所示，他在两块相同的玻璃片上分别滴上一滴水，观察图中情景可知该同学主要研究蒸发快慢是否与 ( )

A．水的温度有关 B．水的表面积有关

C．水上方空气的流速有关 D．上述三个因素都有关。

5“等效法”、“类比法”、“控制变量法”、“归纳法”等都是在物理、

化学问题探究中常用的科学方法，下列探究实例中，运用了控制变量法的是

A．研究电流的大小时，根据电流产生的效应大小来判断电流的大小 B．在相同温度下，比较两种固体物质的溶解度大小

C．在探究水的组成时，用带火星的木条检验与电源正极相连的电极上产生的气体

D．研究多个电阻组成的电路时，求出电路的总电阻，用总电阻产生的效果来代替所有电阻产生的总效果

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题型二： 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、分力与合力等效以及平面镜成像的实验利用两个完全相同的蜡烛，验证物与像的大小相同等等。

例2：如右图所示，两个小孩能提起一桶水，一个大人同样能提起这桶水。这现象表明

解析：两个小孩将两个力同时作用在水桶上可以将水桶提起，而大人的一个力作用在水桶上也可以将水桶提起。由此看来小孩的两个力和大人一个力的作用效果是相同的。

〖练习：〗

1．在下列各物理量的研究中使用相同物理方法的是（ ）

（1）研究压力的作用效果与压力大小、受力面积大小的关系； （2）5欧与10欧的电阻串联在电路中与一个15欧的电阻在同一电路中的效果相同；

（3）使用电流表测量电流时要选择合适的量程； （4）“曹冲称象”所采用的物理方法。 A． (1 )与 (2 ) B．(2 ) 与 (3 ) C． (1 )与 (4 ) D． (2 ) 与 (4 )

2．根据作用效果相同的原理，作用在同一物体上的两个力，我们可以用一个合力来代替它。这种“等效方法”是物理学中常用的方法之一，它使我们研究问题得到简化。以下几种情况中，属于这种“等效方法”的是： ( )

A．在研究磁现象时，用磁感线来描述看不见、摸不着的磁场；

B．在研究电现象时，用电流产生的效应来描述看不见、摸不着的电流； C．两个电阻并联时，可用并联的总电阻来代替两个电阻；

D．在研究电流变化规律时，用水压和水流来类比电压和电流。 题型三： 推理法：是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推想，得出结论，达到认识事物本质的目的。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。

例3：人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时，伽利略通过如图甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体，如果不受外力作用，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。

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推理的方法同样用在“研究声音的传播”实验中。在如图乙的试验中，现有的实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？

解析：在“研究声音的传播”实验中，实验现象是随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越来越弱。但最后还是能听到声音，主要原因有：实验设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，以及周围的固体还能传声。这时推理就显得很重要了，它能够突破实验条件的限制，抓住主要因素，忽略次要因素，得出结论。题目的示例，既给出了学生套用的格式，又降低了考题的难度。本实验可以推理：如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声，由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。

〖练习：〗

1．关于牛顿第一定律，观点正确的是： ( )

A．验证牛顿第一定律的实验可以做出来，所以牛顿第一定律是正确的 B．验证牛顿第一定律的实验做不出来，所以牛顿第一定律不能肯定是正确的

C．验证牛顿第一定律的实验做不出来，但可以在大量实验的基础上，用推理概括的方法而得出

D．以上说法都不对

2．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，图12 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 。

题型四： 类比与归纳：所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（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。物理教学中类比方法可以帮

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助学生理解较复杂的实验和较难的物理知识。

例4：水管中水流的形成是由于水管两端存在______，而水泵的作用是不断地将水从乙抽到甲，使水管中的水维持一定的______（如图a）。电路中电流的形成是由于电路两端存在着______，电源的作用就是维持正负极间有一定的______（如图b）。

解析：水管中水流与导线中的电流，分别是水分子的定向移动和自由电子的定向移动形成的，因此他们的形成具有相似性。水流动需要一定的水位差，电子定向移动需要电位差，所以他们需要一定的装置实现，这便是水泵和电源。如图所示，各部分的功能。

〖练习：〗

1．某老师在引导学生理解固体、液体和气体的微观结构时，带领学生做游戏，用人群的状态类比物体的状态。下图所示甲、乙、丙三种情景分别对应的是( )。

A．固态、液态、气态 B．气态、固态、液态 C．固态、气态、液态 D．液态、气态、固态

题型五： 图象法：通过图像来研究某些物理现象的规律或一

些物理现象的区别。

例5：在某一温度下，两个电路元件A和B中的电流与其两端电压的关系如图2所示。则由图可知，元件A的电阻为 Ω；将A和B

并联后接在电压为2.5V的电源两端，则通过A和B的总电流是 A。

解析：此图象反应出了同学们数学上常见的正比例函数图像，即电流与电压成正比，符合欧姆定律的关系。而图像则是由一个电压值与一个电流值对应点的

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