常见的物理研究方法(2)

a．a的比热容大，是水              b. a的比热容大，是酒精

c.  b的比热容大，是水             d. b的比热容大，是酒精

质量相等、初温相同的铜块和铁块，将它们分别加热，吸收相等的热量后，将它们互相接触（c_铜<c_铁），则    【    】

a．热量从铁向铜传递       b.热量从铜向铁传递

c.不发生热传递            d.无法判断

【案例二】如图所示是海波的溶化图像，根据该图像能够获得合理的信息有：

信息一：                                                   ；

信息二：                                                   。

【案例三】李明同学做“比较两种材料保温性能的实验”，根据实验测得的数据，绘制了下面表示“水温与时间关系：的图像（如图所示），实验过程中室温保持不变，请你根据图像回答：

（1）①和②哪种材料保温性能好？答：                              ；

（2）当时室温大约是多少？答：                                。

重力与质量图像

【案例一】望望同学在探究重力的大小跟什么因素有关时，把质量不同的钩码吊在弹簧测力计下面，测量它们受到的重力，他把测得的数据记录在下表中，请你在如图20所示的坐标中帮他标明适当的标度（要求合理利用这些坐标格），根据表格中的数据在坐标中描点，作出重力与质量关系的图像.

根据图像，得出的结论是__________________________________________.

速度与路程图像

【案例三】有ab两地相距378km，甲、乙辆汽车分别以v_甲=54km/h，v_乙=72km/h的速度从a、b两地出发，相对开出，试用图像法求：

1. 两车经过多长时间相遇？
2. 两车在什么地方相遇？

转换法: 对于不易研究或不好直接研究的物理问题，而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。

一些比较抽象的看不见、摸不着的物质的微观现象，要研究它们的运动等规律，使之转化为学生熟知的看得见、摸得着的宏观现象来认识它们。这种方法在科学上叫做“转换法”。

如：分子的运动，电流的存在等，如：空气看不见、摸不到，我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它；分子看不见、摸不到，不好研究，可以通过研究墨水的扩散现象去认识它；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；磁场看不见、摸不到，我们可以根据它产生的作用来认识它。

再如，有一些物理量不容易测得，我们可以根据定义式转换成直接测得的物理量。在由其定义式计算出其值，如电功率（我们无法直接测出电功率只能通过p＝ui利用电流表、电压表测出u、i计算得出p）、电阻、密度等。

在我们回答动能与什么因素有关时，我们回答说小球在平面上滑动的越远则动能越大，就是将动能的大小转换成了小球运动的远近。以上列举的这些问题均应用了这种科学方法。

例：1、分子运动看不见、摸不着，不好研究，但科学家可以通过研究墨水的扩散现象去认识它，这种方法在科学上叫做“转换法”。下面是小明同学在学习中遇到的四个研究实例，其中采取的方法与刚才研究分子运动的方法相同的是   (      )

a. 利用磁感应线去研究磁场问题

 b. 电流看不见、摸不着，判断电路中是否有电流时，我们可通过电路中的灯泡是否发光去确定

 c. 研究电流与电压、电阻关系时，先使电阻不变去研究电流与电压的关系：然后再让电压不变去研究电流与电阻的关系

 d. 研究电流时，将它比做水流

 认识力的大小和物体微小形变：

      弹簧测力计是测量力的大小的工具，它利用了“在弹性限度内，弹簧的伸长跟受到的拉力成正比”的原理，即在一定限度内，弹簧受到的拉力越大，弹簧的伸长就越长。弹簧的长度变化是看得见的、可以直接测量的。但是力的大小我们却是看不见的，只能通过物体的形变来感知，因此利用弹簧长度的变化来度量力的大小，这样就把看不见的“力的大小”转换成另一种让人能够看得见的“弹簧长度的变化”。

测量工具大多利用了转换法，如：温度计、电流表、电压表、时钟、速度表等，我们能够看见的是长度的变化、角度的变化，但是反映的却是温度、电流、电压、时间、速度等。  

  另外，一些微小的变化，人眼也是无法察觉的，如“声现象”中用小泡沫球将音叉物体微小的振动放大等。又如（课本54面第1题）：用手捏住一个厚玻璃瓶，玻璃瓶会发生形变吗？即使有变化，单纯凭我们的肉眼是看不见的，因此可以将玻璃瓶中灌满水，把一根细玻璃管通过带孔的橡皮塞插入玻璃瓶中，用手轻捏厚玻璃瓶，这时可以观察细管中水面的高度变化。将玻璃瓶的形变转换为水柱的升降，细管中水柱的上升和下降，说明玻璃瓶受力时形状发生了变化。

磁场虽然看不见，摸不着，但我们缺可以通过放入磁场中小磁针来研究它——转换法。

注意：等效法与转换法很相似，有什么区别呢？

 “等效替代法” 中相互替代的两个量种类相同，大小相等  ， 而“转换法”中的两个物理量有因果关系,并且性质往往发生了改变。

物理模型法：它是在实验的基础上对物理事实的一种近似形象的描述，物理模型的建立，往往会导致理论上的飞跃。初中物理探究实验中，运用物理模型的典型有五处：1、研究光学现象时运用了“光线”模型，有入射光线、反射光线、折射光线。点光源是“理想模型”；光线是“假想的物理模型”。 2、研究磁场时运用了磁感线模型，在磁体外部磁感线从磁体的北极出发回到磁体的南极；磁感线是“假想的物理模型”。　　3、根据实验建立液体压强公式p=ρg h时运用了“假想液柱”的模型；  4、分析连通器原理时运用“假想液片”模型。   5、杠杆。

科学推理法（理想实验法）： 推理法是根据已知物理现象和规律，通过想象和推理对未知的现象做出科学的推理和预见。推理法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推理，得出结论，达到认识事物本质的目的。

理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法,它以大量的可靠的事实为基础,以真实的实验为原形,通过合理的推理得出物理规律。

用理想实验和逻辑推理得出物理定律（惯性定律）：

伽利略通过“斜面小车”实验，发现当阻力越小时，小车速度减小得就越慢，由此推理出，如果阻力为零，小车的速度将不减小，即做匀速直线运动。最后经过笛卡尔、牛顿等科学家在大量实验及推理的基础上得出牛顿第一定律。

在“研究声音的传播”实验中，现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？

 【点拨】：在这个实验中，虽不能把玻璃罩内抽成真空状态，但随着玻璃罩内空气的减少，听到的声音越来越小，由此可推理得出“声音不能在真空中传播”。

类比法：是指将两个相似的事物做对比，从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应性质的方法。类比法在物理中有广泛的应用。所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中，类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识。

【典例探究】19世纪末，汤姆逊发现了电子，将人们的视线引入到了原子的内部，由此，科学家们提出了多种关于原子结构的模型。通过学习，你认为原子结构与下列事物结构最接近的是：

a．西红柿       b．西瓜     c．面包      d．太阳系

水流类比电流讲授电流的概念；水压是形成水流的原因，类比电压是形成电流的原因，讲授电压的概念——类比法；

我们学习分子动能的时候与物体的动能进行类比；学习功率时，将功率和速度进行类比。

例：某同学在学习电学知识时，在老师的引导下，联想力学实验现象，进行比较并找出了一些相类似的规律，其中不准确的是    (     )

a.水压使水管中形成水流；类似地，电压使电路中形成电流

b.抽水机是提供水压的装置；类似地，电源是提供电压的装置

c.抽水机工作时消耗水能；类似地，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：类似地，电流通过电灯时，消耗电能转化为内能和光能         

观察比较法（对比法）：在对各种物理现象、物理实验进行观察的基础上，和认定的标准（或对象）进行比较，得出结论的方法叫观察比较法。

研究蒸发的快慢因素、研究蒸发与沸腾的异同。——比较法

比较电流表与电压表在使用过程中的相同点与不同点——比较法

通过比较与汽油机构造的异同来讲解柴油机——对比法

比值定义法：所谓比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。比如①物质密度 ②电阻等。一般地，比值法定义的基本特点是被定义的物理量往往是反映物质的最本质的属性，它不随定义所用的物理量的大小取舍而改变；类似的比值还有：速度、功率等等。

比值定义法，就是在定义一个物理量的时候采取比值的形式定义。用比值法定义的物理概念在物理学中占有相当大的比例，比如速度、密度、压强、功率、比热容、热值等等 　　

补充：
　　“比值法”的特点：

1、比值法适用于物质属性或特征、物体运动特征的定义。由于它们在与外界接触作用时会显示出一些性质，这就给我们提供了利用外界因素来表示其特征的间接方式，往往借助实验寻求一个只与物质或物体的某种属性特征有关的两个或多个可以测量的物理量的比值，就能确定一个表征此种属性特征的新物理量。应用比值法定义物理量，往往需要一定的条件：一是客观上需要，二是间接反映特征属性的的两个物理量可测，三是两个物理量的比值必须是一个定值。 　　

2.两类比值法及特点
　　一类是用比值法定义物质或物体属性特征的物理量，如：电阻r等。它们的共同特征是：属性由本身所决定。定义时，需要选择一个能反映某种性质的检验实体来研究。
　　另一类是对一些描述物体运动状态特征的物理量的定义，如速度v等。这些物理量是通过简单的运动引入的，比如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动。这些物理量定义的共同特征是：相等时间内，某物理量的变化量相等，用变化量与所用的时间之比就可以表示变化快慢的特征。
例：密度、压强、功率、电流等概念公式采取的都是这样的方法。

逆向思维法：例：由电生磁想到磁生电。

积累法：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张纸的厚度在将结果除以100，这样使测量的结果更接近真实的值就是采取的积累法。

要测量出一张邮票的质量、测量出心跳一下的时间，测量出导线的直径，均可用积累法来完成。

物理探究实验的数学方法

将数学方法用于物理探究实验中，使物理探究实验的方法简明、实验步骤一目了然、数据易得、关系明了、结果准确。
　　1、几何法、图像法：用刻度尺和三角板测硬币的直径，要用到几何知识；说明光的反射定律、平面镜成像规律、凸透镜对光线的会聚作用、通电螺线管的磁场等实验要用到几何作图知识；
　　2、图像法：图像可用来表示一个物理量随另一个物理量变化的情况，利用图象这种特殊且形象的数学语言工具,来表达各种物理现象的过程和规律,这种方法叫图像法。物理图象不仅可以使抽象的概念直观形象，动态变化过程清晰，物理量之间的关系明确，还能表示出用语言难以表达的内涵。

在探究电阻上的电流跟电压的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力的大小跟质量的关系等实验时都运用了图像法。这样把数形结合、图像与文字结合起来处理数据、描述物理规律，能很好地提高学生处理数据和分析问题的能力，从而总结出规律性的知识。

3、求平均值法：采用多次测量求平均值可以减少误差。如刻度尺测量细铜丝的直径，把细铜丝在铅笔上紧密排绕若干圈，测出这个线圈的总长度，用总长度除以圈数，算出铜丝的直径。用电压表和电流表测电阻的实验，通过调节滑动变阻器，改变被测电阻两端的电压，分别记下三组对应电压值和电流值，根据每组数据求出电阻，最后求出电阻的平均值，作为被测电阻的阻值。
　　4、列表法：如探究电流强度跟电压的关系实验、探究固体和液体的密度实验、探究滑轮组的机械效率的实验，需学生自己设计实验表格，记录和分析数据。
　　5、解析法：物理学中有许多公式如欧姆定律i=u/r 、液体压强p=ρg h 、吸收热量q=cm(t-t₀)等都是用解析式表示，关系明了，学生易记易理解。