高　珊

摘要：在初中物理解題中常常要用到多種科學(xué)研究方法，本文結(jié)合若干實(shí)例探討控制變量法、類(lèi)比法、等效替代法、模型法、轉(zhuǎn)換法和實(shí)驗(yàn)推理法在初中物理解題中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：科學(xué)研究方法；初中物理；解題

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-6148(2009)5(S)-0076-3

無(wú)論是科學(xué)家在探究未知領(lǐng)域時(shí)，還是人們?cè)谏顚?shí)踐中遇到未知事物要去發(fā)現(xiàn)，遇到新問(wèn)題要去解決時(shí)，時(shí)常能夠有意識(shí)地嘗試運(yùn)用科學(xué)原理和科學(xué)研究方法去處理。初中物理教材中的許多章節(jié)都有層次、有步驟地滲透了物理學(xué)的科學(xué)研究方法，使同學(xué)們學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)，也受到了科學(xué)精神的熏陶與科學(xué)方法的訓(xùn)練，從而逐步掌握最基本和最主要的科學(xué)方

法。在此，筆者簡(jiǎn)單介紹與歸納一些常見(jiàn)的研究方法，以供讀者參詳。

1 控制變量法

自然界發(fā)生的各種現(xiàn)象，往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的。某一現(xiàn)象的產(chǎn)生和變化的影響因素常常也很多。為了弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須設(shè)法把其中的一個(gè)或幾個(gè)因素用人為的方法控制起來(lái)，使它保持不變，然后來(lái)比較、研究其他幾個(gè)變量之間的關(guān)系，這種研究問(wèn)題的科學(xué)方法就是“控制變量法”?？刂谱兞糠ㄊ墙滩闹凶畛Ｒ?jiàn)的一種科學(xué)研究方法，學(xué)生較容易掌握，考試中出現(xiàn)的頻率也最高。

典型實(shí)例：（1）研究影響滑動(dòng)摩擦力大小的因素；（2）研究影響力的作用效果的因素；（3）研究影響電阻大小的因素。

例1 某同學(xué)在探究“物體的動(dòng)能與什么因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，設(shè)計(jì)了如圖1所示的實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行了以下三步實(shí)驗(yàn)操作：

步驟一：讓鐵球甲從斜面上F點(diǎn)（較低點(diǎn)）滾下，打到一個(gè)小木塊上，推動(dòng)木塊使木塊從位置A移動(dòng)到位置B。

步驟二：讓鐵球甲從斜面上E點(diǎn)（較高點(diǎn)）滾下，打到相同的小木塊上，推動(dòng)木塊使木塊從位置A移動(dòng)到位置C。

步驟三：換一鐵球乙（m乙﹥m甲）從斜面上F點(diǎn)滾下，打到相同的小木塊上，推動(dòng)木塊從位置A移動(dòng)到位置D。

（1）步驟一和步驟三中都讓小球從同一點(diǎn)F滾下的目的是：__________；

（2）分析步驟一、二，得出的結(jié)論是：___________________；

（3）分析步驟一、三，得出的結(jié)論是：___________________。

答案：（1）保證小球到達(dá)水平面時(shí)具有相同的初速度；（2）同一小球質(zhì)量相等時(shí)，速度越大，動(dòng)能越大；（3）小球的速度相同時(shí)，質(zhì)量越大，動(dòng)能越大。

點(diǎn)評(píng)：這種實(shí)驗(yàn)題是對(duì)控制變量法的一種常見(jiàn)考查，應(yīng)對(duì)技巧主要是：在敘述實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)，

注意控制好其他的變量，再回答所研究變量與研究對(duì)象的關(guān)系。若是一些需要選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)題，同樣道理，應(yīng)選擇其它因素的數(shù)據(jù)相同的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分析歸納，得出該因素與實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象的關(guān)系。

例2 同一水平桌面上放有長(zhǎng)方體木塊和鐵塊各一個(gè)?，F(xiàn)在想探究木塊和鐵塊的下表面誰(shuí)更粗糙，請(qǐng)你只利用一個(gè)量程滿(mǎn)足要求的彈簧測(cè)力計(jì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證你的猜想。

（1）實(shí)驗(yàn)步驟_____。（2）實(shí)驗(yàn)結(jié)論_____。

答案：（1）將鐵塊放在木塊上，用彈簧測(cè)力計(jì)拉著它們?cè)谒矫嫔献鲃蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，記下此時(shí)的讀數(shù)F₁；再將木塊放在鐵塊上，用彈簧測(cè)力計(jì)拉著它們?cè)谒矫嫔献鲃蛩僦本€運(yùn)動(dòng)，記下此時(shí)的讀數(shù)F₂;

（2）若F₁＞F₂，則說(shuō)明鐵塊下表面比木塊下表面更光滑；若F₁＜F₂，則說(shuō)明木塊下表面比鐵塊下表面更光滑；若F₁=F₂，則說(shuō)明鐵塊下表面與木塊下表面一樣光滑。

點(diǎn)評(píng)：這種題型需要應(yīng)用控制變量法去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，難點(diǎn)在于要注意控制其他因素相同，然后再研究某一因素與研究對(duì)象的關(guān)系。

2 類(lèi)比法

為了把要表達(dá)的物理問(wèn)題說(shuō)清楚，往往用具體的、人們所熟知的事物來(lái)類(lèi)比要說(shuō)明的那些抽象的、陌生的事物，通過(guò)借助于一個(gè)比較熟悉的對(duì)象的某些特征，去理解和掌握另一個(gè)有相似性的對(duì)象的某些特征。這種研究問(wèn)題的科學(xué)方法就是“類(lèi)比法”。

典型實(shí)例：（1）研究電壓時(shí)，用水壓做類(lèi)比；（2）研究分子的引力和斥力時(shí)，用伸長(zhǎng)或壓縮的彈簧產(chǎn)生的彈力做類(lèi)比；（3）電荷之間的相互作用與磁極間的相互作用的類(lèi)比……

例3 如圖2所示，是認(rèn)識(shí)浮力的探究實(shí)驗(yàn)。

(1)將物體懸掛在彈簧測(cè)力計(jì)下端，如(a)實(shí)驗(yàn)所示，物重G＝_____N。

(2)當(dāng)用手向上托物體時(shí)，如(b)實(shí)驗(yàn)所示，手對(duì)物體向上的支持力F₂＝______N。

(3)當(dāng)物體浸入水后，如(c)實(shí)驗(yàn)所示，將(c)實(shí)驗(yàn)與(a)、(b)實(shí)驗(yàn)對(duì)照。說(shuō)明水對(duì)物體也有向上的托力，即浮力。水對(duì)物體的浮力F浮＝____N。

(4)該實(shí)驗(yàn)是通過(guò)_______(只填序號(hào))物理方法,建立起浮力概念的。

A.類(lèi)比法B.模型法

C.控制變量法D.轉(zhuǎn)換法

答案 （1）5；（2）3；（3）2；（4）A

點(diǎn)評(píng) 運(yùn)用類(lèi)比法解題的關(guān)鍵是能根據(jù)原有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行舉一反三，引申出新的物理知識(shí)或規(guī)律，再來(lái)解決新的問(wèn)題。

3 等效替代法

等效替代法是指在研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)，因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制，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(lái)替代的方法。

典型實(shí)例 1.用合力去等效替代分力的作用效果；2.用總電阻去等效替代多個(gè)電阻；3.用等效替代的方法去測(cè)量定值電阻……

例4 用圖3甲所示的電路可以測(cè)量一個(gè)未知電阻的阻值，其中R_x為待測(cè)電阻，R為電阻箱，S為單刀雙擲開(kāi)關(guān)，R₀為定值電阻。某同學(xué)用該電路進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，主要步驟有：

A．把開(kāi)關(guān)S接b點(diǎn)，調(diào)節(jié)電阻箱，使電流表的示數(shù)為I；

B．讀出電阻箱的示數(shù)R；

C．把開(kāi)關(guān)S接a點(diǎn)，讀出電流表的示數(shù)為I；

D．根據(jù)電路圖連接實(shí)物，將電阻箱的阻值調(diào)至最大。

（1）上述步驟的合理順序是________（只填序號(hào)）。

（2）步驟A中電阻箱調(diào)好后示數(shù)如圖乙所示，則它的示數(shù)為_(kāi)____Ω，若已知R₀的阻值為10Ω，待測(cè)電阻的阻值為_(kāi)____Ω。

（3）本實(shí)驗(yàn)所采用的物理思想方法可稱(chēng)為_(kāi)_________（選填“控制變量法”或“等效替代法”）。

答案：（1）DCAB；（2）47，47 ；（3）等效替代法。

點(diǎn)評(píng)：在運(yùn)用等效替代法設(shè)計(jì)電路去測(cè)未知電阻時(shí)，重在滲透等效替代的思想，使學(xué)生的思維能力得到提高。

4 模型法

現(xiàn)實(shí)中的事物都是錯(cuò)綜復(fù)雜的，在用物理規(guī)律對(duì)實(shí)物進(jìn)行研究時(shí)，常需要對(duì)它們進(jìn)行必要的簡(jiǎn)化，忽略次要因素，以突出主要因素。用這種理想化的方法將實(shí)物進(jìn)行簡(jiǎn)化，便可得到一系列的物理模型。

典型實(shí)例：（1）用光線來(lái)描述光；（2）用電路圖描述電路；（3）用力的示意圖來(lái)描述力……

例5 在探索微觀世界的過(guò)程中，科學(xué)家對(duì)原子的結(jié)構(gòu)進(jìn)行猜想和實(shí)驗(yàn)，并提出了多種模型。在圖4所示的兩種模型中，______（選填“A”或“B”）是盧瑟福提出的原子核式模型。原子是由______和______組成的。

答案：B；電子；原子核

點(diǎn)評(píng)：初中階段除了熟知一些常見(jiàn)的理想模型（如原子核式結(jié)構(gòu)模型、光線、磁感線等）外，還應(yīng)該具有能簡(jiǎn)單分析題中所創(chuàng)設(shè)的物理情境，選取合適物理模型的能力。

5 轉(zhuǎn)換法

在物理學(xué)中對(duì)一些不易觀察的現(xiàn)象或不易直接測(cè)量的物理量，通常用一些較直觀、易觀察的現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)，或用易測(cè)量的物理量間接測(cè)量，這種研究問(wèn)題的方法叫轉(zhuǎn)換法。在初中物理概念、規(guī)律學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常應(yīng)用這種方法。

典型實(shí)例：（1）用電流的三大效應(yīng)去認(rèn)識(shí)電流；（2）用擴(kuò)散現(xiàn)象去認(rèn)識(shí)分子的運(yùn)動(dòng)；（3）研究影響電熱大小的因素時(shí)，通過(guò)觀察煤油溫度的變化來(lái)判斷電阻產(chǎn)生電熱的多少；（4） 判斷電磁鐵的磁性強(qiáng)弱時(shí)，可以通過(guò)電磁鐵吸引大頭針的多少來(lái)確定。

例6 在研究平面鏡成像時(shí)，我們用一根未點(diǎn)燃的蠟燭來(lái)代替點(diǎn)燃蠟燭在鏡中的像，以確定像的位置，這種物理方法叫做（ ）

A．控制變量法B．類(lèi)比法

C．模型法D．轉(zhuǎn)換法

答案：D。

6 實(shí)驗(yàn)推理法

物理研究有些實(shí)驗(yàn)不可能在實(shí)驗(yàn)室內(nèi)完成,需要人們以大量可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)，以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原型，進(jìn)行大膽的設(shè)想，推理得出結(jié)論，深刻地揭示出物理規(guī)律的本質(zhì)，這是物理學(xué)研究的一種重要的思想方法——實(shí)驗(yàn)推理法。

典型實(shí)例：（1） 研究真空中能否傳聲；（2）研究牛頓第一定律。

例7 牛頓曾研究過(guò)這樣一個(gè)問(wèn)題：他發(fā)現(xiàn)人擲出去的石頭總會(huì)偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個(gè)“大炮”的設(shè)想，圖5是他畫(huà)的“大炮”草圖——在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點(diǎn)就離山腳越遠(yuǎn)。他推想：當(dāng)射出速度足夠大時(shí)，炮彈將會(huì)如何運(yùn)動(dòng)呢？牛頓通過(guò)科學(xué)的推理得出了一個(gè)重要的結(jié)論。這就是著名的“牛頓大炮”的故事，故事中牛頓實(shí)際也用到了理想實(shí)驗(yàn)的研究方法。

（1）研究中牛頓基于的可靠事實(shí)是______。

（2）根據(jù)以上資料和牛頓的“大炮”草圖，推測(cè)牛頓當(dāng)年的重要結(jié)論是_______________。如今，牛頓當(dāng)年的推測(cè)已變成了現(xiàn)實(shí)，人們應(yīng)用他的推論，利用現(xiàn)代科技制成了___________。

答案：（1）地球附近的物體都受到重力的作用，所以拋出去的石頭總會(huì)偏離擲出去的方向落向地面。（2）如果炮彈射出去的速度合適，它會(huì)圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)；人造地球衛(wèi)星。分析：我們假定水平射出去的炮彈不受重力的作用，如圖5所示，當(dāng)炮彈水平射出后，由于地球不是一個(gè)平面而是圓的，炮彈會(huì)離地面越來(lái)越遠(yuǎn)，站在地面的人看來(lái)，炮彈會(huì)向高處飛去，但事實(shí)上炮彈要受到重力的作用，這樣使它向前飛行遠(yuǎn)離地面的同時(shí)，運(yùn)動(dòng)方向時(shí)刻會(huì)發(fā)生改變，向著地面下落，如果炮彈射出去的速度合適，它會(huì)圍繞地球作圓周運(yùn)動(dòng)?，F(xiàn)代的人造地球衛(wèi)星就利用了這個(gè)原理。

其實(shí)，物理學(xué)中科學(xué)研究方法還很多，如分析法、歸納法、演繹法、觀察法等等。中考試題中考查的方法僅是一部分。因此，掌握并靈活運(yùn)用各種研究方法來(lái)解決遇到的問(wèn)題是解題的關(guān)鍵。了解各種研究方法的特點(diǎn)、功能是解決研究方法類(lèi)試題的首要條件。另外，有時(shí)研究一種物理知識(shí)或一個(gè)物理規(guī)律往往要同時(shí)用到幾種研究方法，故解題時(shí)只需抓住主要的研究方法即可。

(欄目編輯張正嚴(yán))