浅谈初中物理探究实验中常用的思维方法

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浅谈初中物理探究实验中常用的思维方法

孝感市孝南区实验中学
高宗权

物理是一门以观察和实验为基础的学科，它是从社会实践中来，又回到社会生活中去，为人类服务的一门学科。因此，在教学中重视实验教学，应体现在实验教学中的思维、方法的训练上，这对学生掌握知识、形成概念、培养习惯、提升能力、运用知识、解决问题往往起到事半功倍的效果。这里我就初中物理实验教学，浅谈物理探究实验中常用的几种思维方法。
一、控制变量法
控制变量法是贯穿整个物理教学和学习的一种最基本的方法之一。控制变量法就是当所研究的物理对象可能与某几个因素有关时，为了研究某一个因素对它的影响，只改变这个因素，而控制其他因素不变，如果这个因素变化时对所研究的对象产生影响，说明所研究对象与这个因素有关；如果这个因素变化时所研究的对象不发生改变，就说明所研究的对象与这个因素无关，一个物理现象班班由多个因素共同决定的。为了找出它们之间的规律，通常要用控制变量法来研究。
【例1】在学习吉他演奏的过程中，小东发现琴弦发出的声音的音调高低是受各种因素影响的，他决定对此进行研究，经过和同学们讨论，提出了以下猜想：
猜想一：琴统发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关。
猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关。
猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。
为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列9种规格的琴弦，因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验。
（1）为了验证猜想一，应选用编号为       、       、       的琴弦进行实验。


为了验证猜想二，应选用编号为       、       、       的琴弦进行实验。
（2）随着实验的进行，小东又觉得弦音的高低，可能还与琴弦的松紧程度有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是：

表中有的材料规格还没填全，为了验证猜想三，必须知道该项内容，请在表中填上所缺数据。

编号	材料	长度（cm）	横截面积（cm2）
A	铜	60	0.76
B	铜	60	0.89
C	铜	60	1.02
D	铜	80	0.76
E	铜
F	铜	100	0.76
G	钢	80	1.02
H	尼龙	80	1.02
I	尼龙	100	1.02

解：从上表中可知琴弦发出声音的音调是由琴弦和横截面积、长度及材料决定，为了研究音调与它的关系，应采用控制变量法，据此方法，在研究音调与琴弦的横截面积的关系时，应让琴弦的长度、材料相同而横截面积不同；现在研究音调与长度的关系时，应选择长度不同而横截面积和材料相同的琴弦来进行研究，依此类推。另外，在书写结论时要注意被控制的量是前提，如材料相同、长度相同时，琴弦的音调是与它的横截面积有关。如果没有写上控制条件，结论往往是错误的。
二、图像法
图像法是建立在数学的基础上，利用在直角坐标系中，给出两个相关物理量之间的关系图线，能直观形象反映物理量之间的联系，物理图像不仅可以用来描述物理规律，同时也可提供解决物理问题的方法。我们可以利用图像来分析问题，使复杂问题简单化，物理图像含有明确的物理意义，能体现具体的物理内容，描述物理过程。
【例2】 如图1所示，为甲、乙两导体的伏安特性曲线，
由图中可得出的信息是

解：（1）由图可知，对同一导体（甲或乙）电流与电压成正比，图象为一条过原点的直线。
（2）找到相应原理 利用控制变量法，可判断R甲与R乙的关系。
三、归纳法
归纳法是指通过大量的现象、事例或数据的分析，推出它们之间的共同特征或规律、或在许多个别事物的知识基础上，概括出事物的一般原理的方法；是从个别到一般的推理形式和思维方法。
【例3】 为了研究物质的某种特性，某同学选取了水和煤油两种物质做实验，下表记录了实验测得的数据及设法求得的有关数据。

物质	组次	质量 （千克）	初温（℃）	末温（℃）	升高的温度（℃）	吸收的热量（焦）
水	1	0.05	10	15	5	1050
	2	0.05	10	20	10	2100
	3	0.10	10	20	10	4200
煤油	4	0.05	10	15	5	525
	5	0.05	10	20	10	1050
	6	0.10	10	20	10	2100

根据上述表格中所提供的数据进行分析：
（1）分析比较第一组与第二组（或第四组与第五组）的数据，可以发现


；
（2）分析比较第二组与第三组（或第五组与第六组）的数据，可以发现


；
（3）分析比较第一组与第四组（或第四组与第五组）的数据，可以发现


；
（4）为了进一步研究物质的特性，该同学还应设计和增加表格中第八列（空栏）项目名称是         ，请在该空栏下面填上适当的数据，并由此归纳出的结论是


。
解析：题中“分析比较第一组与第二组（或第四组与第五组）的数据”这一类文字为我们指明了分析的方向。分析过程中要找出相同的因素和不同的因素，如果不同的因素大于两个，则需对这些不同的因素再作进一步分析，找出关键性的因素，如表格中第一组与第二组所表现出来的相同因素有：①物质种类（均为水）；②物体质量（均为0.5千克）；③初始温度（均为10℃）。不同因素有：①末温；②升高的温度；③吸收的热量，对不同因素中的①末温和②升高的温度进行分析后可知道关键性的因素是升高的温度，于是问题便集中在“升高的温度”与“吸收的热量”之间的对应关系上，然后再分析这两个不同因素的数量关系，从而归纳出这两个不同因素之间的定性关系或定量关系。
答案：（1）质量相等的同种物质，温度升高的多，吸收的热量多；（2）质量不等的同种物质，升高相同的温度，质量大的吸收的热量多；（3）质量相等的水和煤油，升高相同的温度，水吸收的热量多；（4）热量/（质量·℃）。同种物质，吸收的热量与质量和升高温度乘积的比值相同；不同物质，吸收的热量与质量和升高温度乘积的比值不同。
四、替代法
替代法就是某个现象不明显或不便于观察用以和它类似的现象加以放大；或某个物理量不能直接测，而通过它们表现出的相同现象进而得出，从而使问题明了化、清晰化、简单化、直观化。
【例4】 如图2所示，用力敲响音叉，并且悬吊着
的塑料球去接触发声的叉股，我们看到的现象是      ，
此现象说明了




敲击音叉后，叉股的振动太小，不便于观察，于是我们用乒乓球去接触敲响的叉股，从而使乒乓球大幅度的振动，这样通过观察到乒乓球的摆动就知道叉股在振动。
【例5】 如图3所示，R1、R2为两个相等的定值电阻，电源电压不变，请设计的两种不同的连接方式，将R2接入下图所示的接线柱A、B、C、D中有关的接线柱上，使开关S闭合后，电流表的示数为开关断开时的两倍。
解析：题目要求再接入一个等值电阻，使电流改变，电源电压不变，电流要增加一倍，由欧姆定律可知，电阻在开关闭合后是断开时的 倍，我们可以这样设想，如果开关断开时两个串联，闭合开关后，剩下一个，另一个被短路，则开关断开时电阻就是闭合时的两倍，或者开关断开时，只有一个电阻连入，开关闭合后，另一个与之并联，则总电阻也会变为原来的 。
答案：如图4、图5所示。




五、类比法
类比法是指两种不同的事物在某些特征上的相似，做出他们在其他特征上也可能相似的结论。例如，电流是一个很抽象的概念，如果我们在教学上运用类比法，用水充来类比电流，就不难得出：①电流的形成是由电荷的定向移动形成电流；②电流有方向；③电流做功等。又如，在讲述电压时，人们常用水压来类比电压。

水压	电压
—→两端产生了水压	—→两端产生了电压
抽水机—→使两端总存在水压	电源不断聚积大量的正负电荷保持两端总存在电压
水压—→形成水流	电压—→形成电流

【例6】 学生在学习电学知识时，在老师的引导下，联想到如图所示的力学实验现象，进行比较并找出相类似的规律，其中不准确的是（    ）
A．水压使水管中形成水流；类似的，电压使电路中形成电流
B．抽水机是提供水压的装置；类似的，电源是提供电压的装置
C．抽水机工作时消耗水能；类似的，电灯发光时消耗电能
D．水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似的，电流通过电灯时，消耗电能转化为内能和光能
诸如此类方法还很多，需要我们在教学和学习中去不断探究合适的方法，这样，不断能使在传授知识时更直观、明了、简单易懂、有效，而且还能提高学习效率，深化理解概念，起到事半功倍的效果。

管季超.

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