物理实验的基本思想方法

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物理实验的基本思想方法

　　物理是一门以观察和实验为基础的学科。许多物理知识都是通过观察和实验认真总结和思索出来的。以下是小编整理的相关内容，一起来看看吧。

物理实验的基本思想方法

　　1.等效法

　　等效法是科学研究中常用的一种思维方法.对一些复杂问题采用等效法，可将其变换成理想的、简单的、已知规律的过程来处理，常使问题的解决得以简化.因此，等效法也是物理实验中常用的方法.如在验证力的平行四边形定则的实验中，要求用一个弹簧秤单独拉橡皮条时，要与用两个互成角度的弹簧秤同时拉橡皮条时产生的效果相同使结点到达同一位置O，即要在合力与两分力等效的条件下，才能找出它们之间合成与分解时所遵循的关系平行四边形定则.又如在验证动量守恒定律的实验中，用小球的水平位移代替小球的水平速度;在验证牛顿第二定律的实验中，通过调节木板的倾斜度使重力的分力抵消摩擦力而等效于物体不受摩擦力作用.还有，电学实验中电流表的改装、用替换法测电阻等，都是等效法的应用.

　　2.转换法

　　将某些不易显示、不易直接测量的物理量转化为易于显示、易于测量的物理量的方法称为转换法(间接测量法).转换法是物理实验常用的方法.如：弹簧测力计是把力的大小转换为弹簧的伸长量;打点计时器是把流逝的时间转换成振针的周期性振动;电流表是利用电流在磁场中受力，把电流转化为指针的偏转角;用单摆测定重力加速度g是通过公式T=2把g的测量转换为T和L的测量，等等.

　　3.留迹法

　　留迹法是利用某些特殊的手段，把一些瞬间即逝的现象(如位置、轨迹等)记录下来，以便于此后对其进行仔细研究的一种方法.留迹法也是物理实验中常用的方法.如：用打点计时器打在纸带上的点迹记录小车的位移与时间之间的关系;用描迹法描绘平抛运动的轨迹;在测定玻璃的折射率的实验中，用大头针的插孔显示入射光线和出射光线的方位;在描绘电场中等势线的实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置等等，都是留迹法在实验中的应用.

　　4.累积法

　　累积法是把某些难以直接准确测量的微小量累积后测量，以提高测量的准确度的一种实验方法.如：在缺乏高精密度的测量仪器的情况下测细金属丝的直径，常把细金属丝绕在圆柱体上测若干匝的总长度，然后除以匝数就可求出细金属丝的直径;测一张薄纸的厚度时，常先测出若干页纸的总厚度，再除以被测页数即所求每页纸的厚度;在用单摆测定重力加速度的实验中，单摆周期的测定就是通过测单摆完成多次全振动的总时间除以全振动的次数，以减小个人反应时间造成的误差影响等.

　　5.模拟法

　　模拟法是一种间接实验方法，它是通过与原型相似的模型来说明原型的规律性的.模拟法在中学物理实验中的典型应用是用描迹法画出电场中平面上的等势线这一实验，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，所以用恒定电流的电场来模拟静电场，通过它来了解静电场中等势线的分布情况.

　　6.控制变量法

　　在多因素的实验中，可以先控制一些量不变，依次研究某一个因素的影响.如在验证牛顿第二定律的实验中，可以先保持质量一定，研究加速度和力的关系;再保持力一定，研究加速度和质量的关系;最后综合得出加速度与质量、力的关系.

　　一、观察法:

　　物理是一门以观察和实验为基础的学科。许多物理知识都是通过观察和实验认真总结和思索出来的。

　　我们在学习长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压、电功等物理量的测量时，就要认真观察测量工具，了解它的构造、量程和分度值，为测量做好充分的准备。

　　我们在学习声音的产生、光的反射、光的折射、平面镜成像的特点、凸透镜成像的规律、扩散等知识时，就要认真观察，观察发生的现象，探寻其产生的原因和规律。

　　总之，学习物理必须进行规范地实验操作，认真细致地进行观察，才能得到准确的实验结果，养成良好的实验习惯，培养扎实的实验技能。

　　二、控制变量法:

　　控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化，最终解决所研究的问题。简单点说，研究一个物理量由多个因素决定时，设计实验常用的方法是，先考虑一个因素对研究问题的影响，而保持其他因素不变，这种研究问题的方法叫控制变量法。

　　初中物理用到控制变量法的地方特别多:

　　1、探究降落伞在空中滞留的时间与哪些因素有关?

　　2、探究琴弦的的音调与琴弦的材料、长度、横截面积、松紧的关系。

　　3、探究力的作用效果与力的大小、方向、作用点的关系。

　　4、探究压力的作用效果与压力大小、受力面积的关系。

　　5、探究液体压强与液体密度、液体深度的关系。

　　6、探究浮力与液体密度、排开液体的体积的关系。

　　7、探究动能与质量、速度的关系。

　　8、探究重力势能与质量、高度的关系

　　9、探究物质吸收热量的多少与比热容、质量、加热时间的关系。

　　10、探究电流与电压、电阻的关系。

　　11、探究电功与电压、电流和通电时间的关系。

　　12、探究电功率与电压、电流的关系。

　　13、探究电热与电流、电阻和通电时间的关系。

　　14、探究电磁铁磁性强弱与线圈匝数和电流大小的关系。

　　15、探究感应电流的方向与磁场方向和导体切割磁感线的方向的关系。等等。

　　可以说很多物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件，采用控制变量法进行研究。

　　三、转换法:

　　一些比较抽象的、看不见、摸不着的微观物理现象，要研究它们的运动等规律，使之转化为熟知的、看得见摸得着的宏观物理现象来认识它们，这种方法在科学上叫做转换法。

　　1、空气看不见、摸不到，我们可以根据空气流动形成的风来认识它。

　　2、分子看不见、摸不到，不好研究，我们可以通过研究墨水的扩散现象去认识它。

　　3、电流看不见、摸不到，判断电路中是否有电流时，我们可以根据电流产生的效应来认识它。

　　4、磁场看不见、摸不到，我们可以根据它产生的作用来认识它。

　　其实还有很多地方用到转换法，比如:

　　1、压力的作用效果可以转化为海绵的凹陷程度。

　　2、物体动能的大小可以转化为木块在水平面运动距离的远近。

　　3、物质吸收热量的多少可以转化为加热时间的长短。

　　4、电流的大小、实际功率的大小可以转化为灯泡的亮度。

　　四、类比法:

　　在我们学习一些十分抽象的，看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解，我们就拿出一个大家能看见的与之很相似的量来进行对照学习，这种方法称之为类比法。

　　比如:学习电流的形成、电压的作用时，我们可以通过熟悉的水流的形成，水压使水管中形成水流进行类比，从而得出电压是形成电流的原因。

　　电源提供电压，使电荷定向移动形成电流。类似于抽水机提供水压，使水流动形成水流。

　　电流通过电灯，消耗的电能转化为灯泡的内能。类似于水流通过涡轮，消耗的水能转化为涡轮的动能。

　　类比学习还有很多，比如:学习内能时与机械能类比；学习功率时与速度类比；学习电阻的决定因素时与人走路类比等等。

　　五、对比法:

　　当你想寻找两件事物的相同和不同之处时，就需要用到对比法。可以进行比较的事物和物理量很多，对不同或有联系的两个对象进行比较，我们主要从中寻找它们的不同点和相同点，从而进一步揭示事物的本质属性。

　　1、比较蒸发和沸腾的异同。

　　2、比较汽油机和柴油机的异同。

　　3、比较电压表和电流表使用方法的异同。

　　4、比较发电机和电动机的异同

　　利用比较法不仅加深了对它们的理解和区别，使同学们很快地记住它们，还能发现一些有趣的东西。

　　六、归纳法:

　　通过样本信息来推断总体信息的方法就是归纳法。要做出正确的归纳，就要从总体中选出样本，而且样本必须足够大且具有代表性。比如:力的概念就用到了归纳法。

　　首先收集素材:人推车、人提物、运动员举杠铃、手按图钉、磁体吸引铁等等。

　　然后归纳共同点:都有两个物体，都有一个动作。

　　最后得出力的概念:力是一个物体对另一个物体的作用。

　　七、理想实验法:

　　理想实验法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，通过进一步的推理，得出结论，从而达到认识事物本质的一种方法。它是物理理论研究的一种重要方法，简单地说就是实验＋推理。

　　1、在进行伽利略的斜面实验时，在“水平面越光滑，物体运动得越远”的基础上，我们可以推理:如果水平面绝对光滑，物体将永远做匀速直线运动，从而总结出:牛顿第一定律。

　　2、在做真空不能传声的实验时，在“空气越少，传出的声音就越小”的基础上，我们推理:真空不能传声。

　　八、放大法:

　　有些实验，实验现象我们是能够看到的，但是很不容易观察。我们就将它产生的效果进行放大，再进行研究，这种方法就是放大法。

　　1、音叉的振动很不容易观察，我们利用乒乓球将其现象放大，便于观察。

　　2、观察压力对玻璃瓶的作用效果时，我们将玻璃瓶密闭、装水、插上一根小玻璃管，将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管内液面的变化。

　　九、等效替代法:

　　某些物理量由于受到实验本身的特殊限制或因实验器材的条件限制，不可以或很难直接进行测量，可以通过测量与之有相同效果的物理量来进行研究，从而得出相同的结论，这种研究问题的方法就是等效替代法。等效替代法可以使要研究的问题简单化、直观化、易于理解、便于操作。

　　1、在著名的曹冲称象故事中，大象的质量太大，在当时的条件下不便于直接测量，可以测量与之效果相同的石块的总质量，从而得出大象的质量。石头的质量等效于大象的质量。

　　2、在电路中，一个电阻可以等效于几个电阻，几个电阻也可以等效于一个电阻。串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都是利用了等效替代的思想。

　　3、在平面镜成像的实验中，我们利用两根完全相同的蜡烛，验证像与物大小相同，因为我们无法真正的测出像与物的大小关系，所以我们利用完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小。

　　4、在研究同一直线上二力的合成时，我们引进了合力这个概念，也是等效替代的思想。

　　十、累积法:

　　在测量微小量的时候，我们常常将微小的量积累成一个比较大的量。比如:在测量一张纸的厚度的时候，我们先测量100张纸的厚度，再将结果除以100，这样使测量的结果更接近真实值，这就是累积法。

　　测量一张邮票的质量、测量心跳一次的时间，测量细铜丝的直径等等，均采用累积法来进行。

　　十一、理想模型法:

　　理想模型法就是指把复杂的问题简单化，摒弃次要因素，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，构成理想化的物理模型。

　　1、光线、磁感线都是不存在的，是一种物理模型。但它们却能形象、直观地表述物理情景与事实，轻松方便地解决问题。通过磁感线，可以研究磁场的分布、磁场的强弱等。通过光线，可以研究光传播的路径和方向。

　　2、洪水季节，江河中的水有时会透过大坝的底层从大坝外的地面冒出来，形成管涌，管涌的物理模型就是连通器。

　　3、杠杆也是一种理想模型。杠杆在实际使用时，都会发生形变，这个形变可以忽略不计。因此，我们就把杠杆理想化，认为它无形变视为一个硬棒，从而使学生在研究时，不受细枝末节因素的影响，从而顺利地得出杠杆平衡的条件。

　　十二、图像法:

　　图像法就是用图像来描述物理现象，揭示物理规律、解决物理问题的方法。它具有形象、直观、动态变化过程清晰、简明等特点，易于学生理解和记忆。

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