初中物理科学探究方法专题.doc
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初中物理科学探究方法专题
《新课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。
因此，考查研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。
控制变量法等效替代法、转换法推理法、模型法、比较法、类比法、图像法等，是初中物理常用的研究方法。
一.控制变量法
【知识回放】所谓控制变量法,就是在研究和解决问题的过成中,对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制,只改变某个变量的大小,而保证其它的变量不变,最终解决所研究的问题.
这种方法在实验数据的表格上的反映为：
某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。
反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。
控制变量法是中学物理中最常用的方法，也是中考出题最多的方法。
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.蒸发的快慢与哪些因素有关
2.滑动摩擦力的大小与哪些因素有关
3.液体压强的大小与哪些引速又关.
4.浮力的大小与哪些因素有关
5.压力的作用效果与哪些因素有关
6.滑轮组的机械效率与哪些因素有关
7.动能的大小与哪些因素有关
8.重力势能的大小与哪些因素有关
9.导体的电阻与哪些因素有关
10.探究电流与电压的关系
11.探究电流与电阻的关系
12.探究电流做功的多少与哪些因素有关
13.探究电流的热效应与哪些因素有关
14.探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关
【典例探究1】小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：
即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关，于是想通过实验来探究一下
自己的猜想是否正确，上表是她在实验时控制的琴弦条件。
（1）如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用编号为的琴弦（只填字母代号）。
（2）探究过程通常采用下列一些步骤：
A实验研究B分析归纳C提出问题（或猜想）D得出结论等，你认为小兰要完成本探究的全过程，所采用的合理顺序应该是：
。
（只填写数字代号）
（3）在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。
请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：
。
【标准答案】
（1）D和E
（2）CABD（3）实验一：
研究滑动摩擦力的大小和哪些因素有关；实验二：
研究电流与电压、电阻的关系；实验三：
研究电流产生的热量与哪些因素有关；实验四：
研究电磁铁磁性的强弱和哪些因素有关.
【典例探究2】为了研究物质的某种特性，某小组的同学先做了如下实验：
他们在甲、乙两只完全相同的烧杯中分别放入100克和200克的温水，实验时，让它们自然冷却，并利用温度计和计时器测量水的温度随时间的变化情况。
记录数据分别如表1、表2所示。
（设甲、乙两杯水每分钟放出的热量相等）
表1m1=100克
时间/min
0
2
4
6
8
10
12
14
16
温度/℃
36
35
34
33
32
31
30
30
30
降低温度/℃
0
1
2
3
4
5
6
6
6
表2m2=200克
时间/min
0
2
4
12
14
20
24
28
32
36
温度/℃
36
35
34
33
32
31
30
29
28
28
降低温度/℃
0
1
2
3
4
5
6
7
8
8
（1）分析比较表1和表2中的数据可知，实验时，两杯水所处环境的温度是的。
（填“相同”或“不相同”）
（2）分析比较表1（或表2）中第一行和第三行的数据及相关条件，可得出的初步结论是：
，放出的热量与降低的温度成正比。
（3）分析表1和表2中的第三列、第四列、第五列等数据及相关条件，可得出的初步结论是：
。
（4）进一步综合分析比较表4和表5中的数据及相关条件，还可得出的初步结论是：
。
【名师精析】控制变量法是中考出题最多的方法,因此学生要注意有关控制变量法的实验.本题考查比热的概念和控制变量法，通过设计一个实验情境，培养处理信息、分析数据、归纳总结的能力。
本题可以从热量的计算公式Q=cm△t对实验数据进行分析，当比热容c一定，当m一定时，Q与△t成正比；△t一定时，Q与m成正比；c=Q/m△t为一定值。
【答案】
（1）不同；
（2）相同质量的同种物质，降低的温度越多放出的热量越多；（3）同种物质，降低相同温度时，质量大的放出热量多；（4）水（同种物质）放出的热量与质量、降低的温度的比值是定值。
【典例探究3】.学习欧姆定律时,为了研究电流与电压和电阻的关系,实验中先保持电阻一定,研究电流与电压的关系;再保持电压一定,研究电流与电阻的关系.这种方法就是控制变量法.下面研究过程中应用这种方法的是（）
A.通过电流做功的多少来判断电能的多少
B.引入合力的概念
C.研究磁场引入磁感线
D.研究电流产生热量的多少与电流的关系,先保持电阻和时间一定
【标准答案】D
二.等效替代法
【知识回放】用相等或容易测得的量代替不便直接求出的物理量,这种方法就是等效替代法
等效替代法是常用的科学思维方法。
等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。
它们之间可以相互替代，而保证结论不变。
等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易，求得解决。
例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效……
【典例探究】探究物理规律和解决实际问题常运用到许多重要的物理思想和方法．下列过程中运用了“等效替代”方法的是（）
A．测量一张白纸的厚度B.研究电流与电压、电阻的关系
C.曹冲称象D.牛顿总结出惯性定律
【名师点拨】在物理实验特别是测量中，有些物理量并不是能十分方便的测量，就要用到等效法。
如：
用另一根相同的蜡烛等效替代平面镜后的像；称象的质量并不方便，就利用浮力相等让象的质量等于石块的质量从而方便研究。
【标准答案】C
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.在研究合力时,一个力和两个力使弹簧发生的形变是等效的,那么这个力就替代了两个力,所以叫等效替代法
2.在研究串并联电路的总电阻时,也用到了这种方法.
3.在平面镜成像的实验中,我们利用两个完全相同的蜡烛,验证物与像的大小相同,因为我们无法真正的测量物与像的关系,所以我们利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小.
三.转换法
【知识回放】物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通过用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，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,这种研究问题的方法叫做转换法。
初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积.
2.我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度.
3.在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小.
4.研究物体内能与温度的关系（我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化）.
5.在研究电热与电流\电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度.
6.我们在研究电功与什么因素有关的时候,将电功转换成
砝码上升的高度.
7.密度\功率\电阻\压强（大气压强）等物理量都是利用转换法测得的.
8.在我们回答动能与什么因素有关时,我们将动能转化为小木块在平面上被推动的距离,距离越远则动能越大.
【典例探究1】爱因斯坦说过：
“磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。
”磁场虽然看不见、摸不着，但可以通过对小磁针的作用证明其存在。
在物理学中还有其他一些现象也是这样，如用可证明的存在。
【名师点拨】首先通过阅读，明确磁场是无形的，而小磁针是有形的。
用有形的、看得见、摸得着的事物证明无形的、看不见、摸不着的物体，是转换的思想。
然后就要在头脑中搜寻学习过的物理内容，筛选出应用这个思想获取的知识点，确定答案。
大家可以从力、热、光、电、磁、分子原子、能量等方面进行思考。
【标准答案】物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用；
苹果落地可证明重力存在；
马得堡半球实验可证明大气压的存在；
雾的出现可证明空气中含有水蒸气；
影的形成光沿直线传播；
月食现象可证明月亮不是光源；
奥斯特实验可证明电流周围有磁场；
指南针指南北可证明地磁场的存在；
用手机能打电话可证明电磁波的存在；
扩散现象可证明分子做无规则运动；
铅块实验可证明分子间引力的存在；
运动的物体能对外做功可证明它具有能；
【典例探究2】分子运动肉眼看不见、摸不着，不便于研究，但我们可以通过研究墨水的扩散现象来认识它，这种方法在科学上叫“转换法”，下面四个实例也采用“转换法”的是（）
A.利用光线来研究光的直线传播现象
B.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，先保持电阻不变去研究电流与电压互感器的关系；然后再保持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
【名师点拨】用形象直观的现象来展示看不到、摸不着、不便研究的现象叫做转换法。
电流看不见摸不着，转换为灯泡是否发光，为转换法。
A为模型法，C为控制变量法，D为类比法。
【标准答案】B
四.理想模型法
【知识回放】实际现象和过程一般都十分复杂,涉及到众多因素,采用模型方法可起到简化和纯化的作用.忽略次要因素,从复杂事物中抽象出理想模型,合理近似的反应所研究事物的本质特征,这种研究问题的方法叫理想模型法.
在初中物理课本中,应用这种方法的有
1．光线（光线是看不见的,我们使用一条看得见的实线来表示,就将问题简化利用了理想化模型）
2．磁感线（为了研究磁场,我们引入一条线将研究的问题简化,其实这条线并不存在）.
【典例探究1】芜湖，一直以来就是长江下游重要的商贸港口城市。
芜湖长江大桥，这座目前我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁的建成，使得芜湖这座古老的城市又焕发出强烈的时代气息。
大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。
（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图所示），其作用是____________________。
（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。
这些缝隙是（ ）
A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故
B．来往车辆过多，造成路面损毁
C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡
D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩
（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图丁所示的模型。
①可以看出它用到了的相关知识。
其中O是__________，_______代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。
②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。
请分析原因。
③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？
（说出一种方法即可）
④你知道吗？
在上述的研究中，我们用到了
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