初中物理科學(xué)探究中常用的研究方法

專題：初中物理科學(xué)探究中常用的研究方法

縱觀近幾年中考試題，科學(xué)探究類試題所占分?jǐn)?shù)不斷地加重，特別是對實(shí)驗(yàn)過程的分析、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和評(píng)估越來越被重視。探究題的內(nèi)容涉及范圍較廣，有日常生活中的問題，有教材中的小實(shí)驗(yàn)，有學(xué)習(xí)過程中遇到的問題，涉及的范圍幾乎覆蓋初中物理的全部內(nèi)容。一般探究性試題中考查的常見方法主要有：控制變量法、等效替代法、轉(zhuǎn)換法、實(shí)驗(yàn)推理法（理想實(shí)驗(yàn)法）、理想模型法、圖象法、類比法、對比法、歸納法等。

科學(xué)探究中常用的研究方法(一)控制變量法某一物理量往往受到幾個(gè)不同物理量的影響。為了確定各個(gè)不同物理量之間的關(guān)系，就需要用人為的方法控制某些量，使其保持不變，然后改變某一個(gè)量，看所研究的物理量與該物理量之間的關(guān)系。這種研究問題的科學(xué)方法就是“控制變量法”。例如：1.研究導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系。2.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系。3.研究滑動(dòng)摩擦力與壓力和接觸面的粗糙程度之間的關(guān)系。4.研究液體的壓強(qiáng)與液體密度和深度的關(guān)系。5.研究物體的動(dòng)能與速度和質(zhì)量的關(guān)系。6.研究物體的重力勢能與質(zhì)量和高度的關(guān)系。(一)控制變量法【典例】(2011·鄂爾多斯中考)探究“斜面的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，某實(shí)驗(yàn)小組提出了“斜面的機(jī)械效率與斜面的傾斜程度有關(guān)”的猜想：如表是該小組根據(jù)此猜想進(jìn)行實(shí)驗(yàn)所記錄的數(shù)據(jù)：斜面傾斜程度小車重G/N斜面高度h/m沿斜面拉力F/N斜面長s/m有用功W有/J總功W總/J機(jī)械效率η較緩5.00.11.50.50.50.7566.67%較陡5.00.22.50.511.25最陡5.00.33.40.51.788.24%(1)請將表格中空格處的數(shù)據(jù)填寫完整；(2)由以上表格小明得出“斜面越陡機(jī)械效率越高”的結(jié)論，要得到此結(jié)論需要控制不變的因素有：①_______________________________；②_______________________________；③_______________________________.(3)分析表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)還可推知：高度相同的斜面，越長越_____(選填“省力”或“費(fèi)力”)；斜面在我們生活中的應(yīng)用有___________________________(只寫出一條即可).【解析】(1)表格中較陡時(shí)的機(jī)械效率×100%=80%，最陡時(shí)的有用功W有=Gh=5.0N×0.3m=1.5J.(2)要得出“斜面越陡機(jī)械效率越高”的結(jié)論，應(yīng)當(dāng)控制不變的因素有小車的重量、斜面的長度和斜面的粗糙程度.(3)分析表格中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以推知：高度相同的斜面，斜面越長就越省力.斜面在我們生活中的應(yīng)用有很多，如在貨車的車廂上搭個(gè)木板就形成了斜面，螺絲釘?shù)穆菁y其實(shí)也可以看做是斜面，盤山公路也是斜面的應(yīng)用等.答案：(1)80%1.5(2)①小車的重量②斜面的長度③斜面的粗糙程度(3)省力盤山公路(答案不唯一)(二)等效替代法在研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律時(shí),因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質(zhì),而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代的方法。例如：1、在電路中,若干個(gè)電阻,可以等效為一個(gè)合適的電阻,反之亦可。如等效電路、串并聯(lián)電路的等效電阻，都利用了等效的思維方法。2、在研究平面鏡成像實(shí)驗(yàn)中,用兩根完全相同的蠟燭,其中一根等效另一根的像。3、在力的合成與分解中,合力與分力的作用效果相同。4、曹沖稱象中用石塊等效替換大象,效果相同?！镜淅?2012·泰州中考)用如圖甲所示電路可以估測燈泡的阻值，實(shí)驗(yàn)按下列步驟進(jìn)行，請將有關(guān)步驟填寫完整，并回答相關(guān)問題。(1)第一步：按電路圖正確連接電路。(2)第二步：斷開開關(guān)S2，閉合開關(guān)S1、S3，適當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，觀察到電流表示數(shù)為0.3A。(3)第三步：斷開開關(guān)_______，閉合開關(guān)_______，調(diào)節(jié)_____連入電路的阻值，使電流表的示數(shù)仍然為0.3A。(4)問題——某同學(xué)在第三步操作中發(fā)現(xiàn)：當(dāng)電阻箱(參見圖乙)的阻值調(diào)為19Ω時(shí)，電流表示數(shù)略大于0.3A，當(dāng)電阻箱的阻值調(diào)為20Ω時(shí)，電流表示數(shù)略小于0.3A.在這種情況下，_______(選填“應(yīng)該”或“不應(yīng)該”)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，以便電流表的示數(shù)恰好為0.3A。由該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)，可判斷所測燈泡的阻值約為______Ω?！窘馕觥勘绢}考查用等效替代法測量電阻，即用電阻箱支路等效替代小燈泡支路.在第三步中，斷開開關(guān)S3，閉合S2，調(diào)節(jié)電阻箱連入電路的阻值，使電流表的示數(shù)仍然為0.3A，這樣可讀得電阻箱的阻值即為小燈泡的阻值。在等效替代小燈泡支路時(shí)，其他電路要控制相同，不能移動(dòng)滑動(dòng)變阻器。由于小燈泡電阻介于19Ω和20Ω之間，則可判斷燈泡的電阻約為19.5Ω。答案：(3)S3S2電阻箱(4)不應(yīng)該19.5(三)轉(zhuǎn)換法對一些看不見摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，用一些比較直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)或用容易測量的物理量間接測量。例如：1、用加熱時(shí)間來替代物體吸收的熱量。2、分子運(yùn)動(dòng)看不見,摸不著,不好研究,但可以通過研究擴(kuò)散現(xiàn)象認(rèn)識(shí)它。3、判斷有無電流,我們可通過電路中燈泡是否發(fā)光來確定，即根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)來判斷。4、磁場看不見,摸不著,判斷磁場是否存在時(shí),把小磁針放在其中,根據(jù)它是否轉(zhuǎn)動(dòng)來確定?！镜淅?2011·宿遷中考)在科學(xué)探究中，常把直接測量有困難的量轉(zhuǎn)換成便于測量的量來研究，這種方法稱之為轉(zhuǎn)換法。例如，在探究物質(zhì)吸熱升溫的屬性時(shí)，沙子和水吸收熱量的多少不便直接測量，可以通過測量加熱時(shí)間的長短來比較吸熱的多少。下述實(shí)驗(yàn)中采用了轉(zhuǎn)換法的是()A.在探究影響動(dòng)能大小的因素時(shí)，動(dòng)能大小的比較方法B.在探究阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響時(shí)，推理出物體不受阻力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)C.在探究串聯(lián)電路電流特點(diǎn)時(shí)，換用不同燈泡及改變電源電壓，多次實(shí)驗(yàn)D.在探究壓力對滑動(dòng)摩擦力的影響時(shí)，保持接觸面粗糙程度不變，改變壓力【解析】選A.物體具有能量的多少可用物體做功的多少來衡量。在探究影響動(dòng)能大小的因素時(shí)，小球撞擊木塊后，木塊通過的距離越大，做功越多，說明小球具有的動(dòng)能越大，故木塊被小球撞擊后通過的距離能反映小球具有的動(dòng)能大小，這是采用的轉(zhuǎn)換法。B項(xiàng)中探究阻力對物體運(yùn)動(dòng)的影響采用的是理想實(shí)驗(yàn)法，C項(xiàng)中探究串聯(lián)電路的電流特點(diǎn)采用的是歸納法，D項(xiàng)中探究壓力對滑動(dòng)摩擦力的影響采用的是控制變量法。(四)實(shí)驗(yàn)推理法(理想實(shí)驗(yàn)法)一些物理現(xiàn)象,由于受實(shí)驗(yàn)條件所限,無法直接驗(yàn)證,需要先進(jìn)行實(shí)驗(yàn),再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論。實(shí)驗(yàn)推理法以大量事實(shí)為基礎(chǔ),以實(shí)驗(yàn)為原型。例如：1、研究牛頓第一定律。2、研究真空中能否傳聲?！镜淅?2011·張家界中考)小勇在探究“阻力對物體運(yùn)動(dòng)影響”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用如圖所示的裝置圖。小勇先后在水平桌面鋪上粗糙程度不同的物體(毛巾、棉布、木板)，做了三次實(shí)驗(yàn)。然后將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填入表格：表面狀況阻力大小小車運(yùn)動(dòng)的距離s/m毛巾大0.1棉布較大0.18木板小0.35根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)填好以下內(nèi)容：(1)小勇在三次實(shí)驗(yàn)中，讓小車在斜面上從靜止滑下時(shí)，應(yīng)保持同一_______.(2)從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，可以得出的結(jié)論是：平面越光滑，小車運(yùn)動(dòng)的距離越______，這說明小車受到的阻力越______，速度減小得越______.(3)由此可推出，如果運(yùn)動(dòng)物體不受力，它將做____________.【解析】(1)為了使小車到達(dá)不同水平表面上的初始速度相同，應(yīng)讓小車從斜面上同一高度由靜止自由滑下。(2)當(dāng)小車從相同的高度滑下時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)表面越光滑，小車運(yùn)動(dòng)的距離越遠(yuǎn)，這說明小車受到的阻力越小，小車的速度減小得越慢。(3)由此進(jìn)一步推出，如果小車不受力，它的速度不會(huì)減小，將以恒定不變的速度永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去,即做勻速直線運(yùn)動(dòng)。答案：(1)高度(2)長(遠(yuǎn))小慢(3)勻速直線運(yùn)動(dòng)(五)理想模型法理想化模型就是指把復(fù)雜的問題簡單化，將抽象的物理現(xiàn)象用簡單易懂的具體模型表示.例如：1、用磁感線描述磁場。2、用光線描述光的傳播。3、杠桿也是一種理想模型,杠桿在實(shí)際使用時(shí),由于受到力的作用,都會(huì)引起或大或小的變形,但可忽略不計(jì)?！镜淅?2011·蕪湖中考)為了研究問題的方便，物理學(xué)家創(chuàng)造性地引入了一系列科學(xué)概念，譬如：①在研究光的傳播時(shí)引入了“光線”；②在研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)時(shí)引入了“原子”；③在研究物質(zhì)導(dǎo)電性能時(shí)引入了“絕緣體”；④在研究磁場時(shí)引