初中物理中等效替代法與控制變量法例析

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《物理課程標準》要求，在突出科學(xué)探究內(nèi)容的同時，重視研究方法的指導(dǎo)，使學(xué)生在進行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識的過程中，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，才能有效解決實際問題，真正提高自己的創(chuàng)新意識和能力。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物理現(xiàn)象和規(guī)律時，因?qū)嶒灡旧淼奶厥庀拗苹蛞驅(qū)嶒炂鞑牡认拗?，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。這種方法若運用恰當，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)律的實驗中，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，能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點。

比如在學(xué)習(xí)伏安法測電阻之后，要求學(xué)生設(shè)計一個實驗，在上述實驗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行設(shè)計了。

例：現(xiàn)有兩節(jié)電池，三個開關(guān)，若干導(dǎo)線，還有電流表、滑動變阻器、電阻箱各一個，請用以上器材設(shè)計一個實驗方案測出未知電阻Rx的值（電阻箱的最大阻值大于Rx）。

解析：（1）按圖1連接好實物電路，將滑動變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大值。

圖一圖二

（2）閉合開關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)滑動變阻器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）斷開開關(guān)S2，閉合開關(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的阻值就等于此時電阻箱R2的阻值。

點評：這里用電阻箱R2（已知阻值電阻）等效替代了待測電阻Rx，電路中的電流仍為I0，所以Rx=R2。測量方法突破常規(guī)思維，非常獨特、新穎。

若在此實驗中，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出未知電阻Rx的阻值。測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因素中的一個因素的關(guān)系，可將除了這個因素以外的其它因素人為地控制起來，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，然后再綜合起來得出規(guī)律的方法。這種方法在整個初中物理實驗中的應(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、影響電磁鐵磁性強弱的因素的因素、決定壓力作用效果的因素等實驗，都運用了控制變量法。

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，進行如圖所示的實驗探究，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快慢有關(guān)。

（1）通過A、B兩圖的對比，可以得出水蒸發(fā)快慢與水的有關(guān)。

（2）通過兩圖的對比，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。從實驗設(shè)計環(huán)節(jié)看，他沒有控制水的（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)誰先蒸發(fā)完，判斷誰蒸發(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：液體的溫度、液體的表面積和液體上方的空氣流動，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。題中沒有控制液體的表面積相同，所以實驗設(shè)計就是錯誤的。觀察