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精品文檔-下載后可編輯初中物理中等效替代法與控制變量法例析《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求,在突出科學(xué)探究?jī)?nèi)容的同時(shí),重視研究方法的指導(dǎo),使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中,逐漸拓寬視野,初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。重視學(xué)生研究方法的指導(dǎo)是進(jìn)行科學(xué)探究、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的重要一環(huán)。掌握正確的研究方法是能否得到正確結(jié)論的關(guān)鍵。各地的中考也有不少對(duì)探究方法的的考察,這體現(xiàn)著一種新的教學(xué)理念,同學(xué)們只有真正掌握了研究方法,才能有效解決實(shí)際問(wèn)題,真正提高自己的創(chuàng)新意識(shí)和能力。研究方法有很多種,現(xiàn)結(jié)合各地中考試題談?wù)勎锢碇械膸追N常見(jiàn)的研究方法。
方法一、等效替代法:
等效替代法是指在研究某一個(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(lái)替代的方法。這種方法若運(yùn)用恰當(dāng),不僅能順利得出結(jié)論,而且容易被學(xué)生接受和理解。在探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中,用玻璃板替代了平面鏡,因兩者在成像特征上有共同之處,容易使學(xué)生接受,而玻璃板又是透明的,能通過(guò)它觀察到玻璃板后面的蠟燭,便于研究像的特點(diǎn)。
比如在學(xué)習(xí)伏安法測(cè)電阻之后,要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),在上述實(shí)驗(yàn)中缺少電壓表或電流表,其它器材不變,另有電阻箱供選用,要求測(cè)出未知電阻,應(yīng)該怎么辦?學(xué)生就可以用等效替代的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)了。
例:現(xiàn)有兩節(jié)電池,三個(gè)開(kāi)關(guān),若干導(dǎo)線(xiàn),還有電流表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱各一個(gè),請(qǐng)用以上器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)出未知電阻Rx的值(電阻箱的最大阻值大于Rx)。
解析:(1)按圖1連接好實(shí)物電路,將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大值。
圖一圖二
(2)閉合開(kāi)關(guān)S1、S2,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1的電阻,使電流表的示數(shù)為某一合適的數(shù)值并記為I0。
(3)斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2,閉合開(kāi)關(guān)S3并調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值,使電流表的數(shù)值仍為I0,則Rx的阻值就等于此時(shí)電阻箱R2的阻值。
點(diǎn)評(píng):這里用電阻箱R2(已知阻值電阻)等效替代了待測(cè)電阻Rx,電路中的電流仍為I0,所以Rx=R2。測(cè)量方法突破常規(guī)思維,非常獨(dú)特、新穎。
若在此實(shí)驗(yàn)中,將電流表改為電壓表,其他器材不變,試用上述等效替代法測(cè)出未知電阻Rx的阻值。測(cè)量方法和操作步驟與上題大同小異,它的電路圖如圖2所示,只需調(diào)節(jié)R2知道兩次電壓表讀數(shù)相同,此時(shí)R2的讀數(shù)九等于Rx的阻值。
方法二、控制變量法:
所謂控制變量法是指為了研究物理量同影響它的多個(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系,可將除了這個(gè)因素以外的其它因素人為地控制起來(lái),使其保持不變,再比較、研究該物理量與該因素之間的關(guān)系,得出結(jié)論,然后再綜合起來(lái)得出規(guī)律的方法。這種方法在整個(gè)初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用比較普遍。
在初中物理中,探究影響液體的蒸發(fā)快慢的因素、影響滑動(dòng)摩擦力大小、影響導(dǎo)體電阻大小的因素、電流跟電壓電阻的關(guān)系、影響電熱功率大小的因素、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素的因素、決定壓力作用效果的因素等實(shí)驗(yàn),都運(yùn)用了控制變量法。
例:(10·鎮(zhèn)江)小凡同學(xué)在4塊相同的玻璃板上各滴一滴質(zhì)量相同的水,進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)探究,得出水蒸發(fā)快慢與水的溫度、水的表面積和水面上方空氣流動(dòng)快慢有關(guān)。
(1)通過(guò)A、B兩圖的對(duì)比,可以得出水蒸發(fā)快慢與水的有關(guān)。
(2)通過(guò)兩圖的對(duì)比,可以得出水蒸發(fā)快慢與水的溫度有關(guān)。
(3)小凡同學(xué)猜想水蒸發(fā)快慢還可能與水的質(zhì)量有關(guān),于是繼續(xù)進(jìn)行了如下探究:在相同環(huán)境下的兩塊相同的玻璃板上分別滴上一滴和兩滴水(如圖4).結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲圖中水先蒸發(fā)完,于是他得出結(jié)論:水蒸發(fā)快慢與水的質(zhì)量有關(guān),水的質(zhì)量越小蒸發(fā)越快。從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)看,他沒(méi)有控制水的(選填“質(zhì)量”或“表面積”)相同;從得出結(jié)論環(huán)節(jié)看,“根據(jù)誰(shuí)先蒸發(fā)完,判斷誰(shuí)蒸發(fā)快”是否正確?(選填“正確”或“不正確”),理由是。
解析:我們知道影響液體蒸發(fā)的因素有三個(gè):液體的溫度、液體的表面積和液體上方的空氣流動(dòng),因此要想研究液體蒸發(fā)快慢與哪一種因素有關(guān),需控制其他因素保持不變。A、B兩圖中液體的表面積不同,其他因素相同,那就是探究蒸發(fā)快慢與液體表面積的關(guān)系。同樣,A、C就是探究蒸發(fā)快慢與液體的溫度的關(guān)系。此外,我們由題還可以得知,A、D是探究液體的蒸發(fā)快慢與液面上方空氣流通速度的關(guān)系。如果要探究蒸發(fā)快慢與質(zhì)量的關(guān)系,就只能改變液體的質(zhì)量,保持其他因素不變。題中沒(méi)有控制液體的表面積相同,所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是錯(cuò)誤的。觀察
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