實(shí)驗(yàn),是自然科學(xué)研究的重要方法,也是自然學(xué)科教學(xué)的重要手段,實(shí)驗(yàn)?zāi)芰κ歉呖嘉锢韺W(xué)科要考核的五個(gè)能力之一。因此,搞好高中物理實(shí)驗(yàn)的復(fù)習(xí),摸清實(shí)驗(yàn)中的研究方法也就至關(guān)重要。結(jié)合大綱,物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中有以下八條實(shí)驗(yàn)中的研究方法。
1.理想化法:影響物理現(xiàn)象的因素往往復(fù)雜多變,實(shí)驗(yàn)中??刹捎煤雎阅承┐我蛩鼗蚣僭O(shè)一些理想條件的辦法,以突出現(xiàn)象的本質(zhì)因素,便于深入研究,從而取得實(shí)際情況下合理的近似結(jié)果(通俗他說就是抓大放小)。例如在《用單擺測定重力加速度》的實(shí)驗(yàn)中,假設(shè)懸線不可伸長,懸點(diǎn)的摩擦和小球在擺動(dòng)過程的空氣阻力不計(jì);在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中把電壓表變成內(nèi)阻是無窮大的理想電壓表,電流表變成內(nèi)阻等于0的理想電流表等等實(shí)際都采用了理想化法。
2.平衡法:物理學(xué)中常常利用一個(gè)量的作用與另一個(gè)(或幾個(gè))量的作用相同、相當(dāng)或相反來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),制作儀器,進(jìn)行測量。例如測量中的基本工具彈簧秤的設(shè)計(jì)是利用了力的平衡,天平的設(shè)計(jì)是根據(jù)力矩的平衡;溫度計(jì)是利用了熱的平衡。
3.放大法:在現(xiàn)象、變化、待測物理量十分微小的情況下,往往采用放大法。根據(jù)實(shí)驗(yàn)的性質(zhì)和放大對象的不同,放大所使用的物理方法也各異。例如:在《測定金屬電阻率》實(shí)驗(yàn)中所使用的螺旋測微器:主尺上前進(jìn)(或后退)0.5毫米,對應(yīng)副尺上有5n個(gè)等分,實(shí)際上是對長度的機(jī)械放大;許多電表如電流表、電壓表是利用一根較長的指針把通電后線圈的偏轉(zhuǎn)角顯示出來。
4.累積法:將微小量累積后測量求平均的方法,能減小相對誤差。實(shí)驗(yàn)中也經(jīng)常涉及這一方法。例如,在《用單擺測定重力加速度》實(shí)驗(yàn)中,需要測定單擺周期,用秒表測一次全振動(dòng)的時(shí)間誤差很大,于是采用測量30~50次全振動(dòng)的時(shí)間T,從而求出單擺的周期T=t/n(n為全振動(dòng)次數(shù))。
5.轉(zhuǎn)換法:某些物理量不容易直接測量,或某些現(xiàn)象直接顯示有困難,可以采取把所要觀測的變量轉(zhuǎn)換成其他變量(力、熱、聲、光、電等物理量)的相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行間接觀察和鋇Ⅱ量,這就是轉(zhuǎn)換法,還是以卡文迪許《用扭秤裝置測定萬有引力恒量實(shí)驗(yàn)》為例:其基本的思維方法便是等效轉(zhuǎn)換??ㄎ牡显S扭秤發(fā)生扭轉(zhuǎn)后,引力對T形架的扭轉(zhuǎn)力矩與石英絲由于彈性形變產(chǎn)主的扭轉(zhuǎn)力矩這就是等效轉(zhuǎn)換,間接地達(dá)到了無法達(dá)到的目的。本實(shí)驗(yàn)中轉(zhuǎn)換法還應(yīng)用于石英絲扭轉(zhuǎn)角度的測量上,這個(gè)角度不是直接測出的,而是利用平面鏡反射光在刻度尺上移動(dòng)的距離間接測出的。
6.控制變量法,在高中物理中的許多實(shí)驗(yàn),往往存在著多種變化的因素,為了研究它們之間的關(guān)系可以先控制一些量不變,依次研究某一個(gè)因素的影響。
最典型的例子是《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》的實(shí)驗(yàn),我們研究的方法是:先保持,物體的質(zhì)量一定,研究加速度與力的關(guān)系:再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系,最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。當(dāng)然本實(shí)驗(yàn)還涉及到各種系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生,限于篇幅不再贅述。
7.留跡法:有些物理現(xiàn)象瞬間即逝。如運(yùn)動(dòng)物體所處的位置,軌跡或圖像等,設(shè)法記錄下來,以便從容地測量、比較和研究。例如:在《測定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度》《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》等實(shí)驗(yàn)中,就是通過紙帶上打出的點(diǎn)記錄下小車(或重物)在不同時(shí)刻的位置,(位移)及所對應(yīng)的時(shí)刻,從而可從容計(jì)算小車在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度,并求出加速度。
8.模擬法:有時(shí)受客觀條件限制,不能對某些物理現(xiàn)象送行直接實(shí)驗(yàn)和測量,于是就人為地創(chuàng)造一定的模擬條件,在這樣模擬的條件下進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。例如在《電場中等勢線的描繪》實(shí)驗(yàn)中,因?yàn)閷o電場直接測量很困難,故采用易測量的電流場來模擬。
此外在高中物理實(shí)驗(yàn)中還有比較法、替代法、補(bǔ)償法等。
由于高考內(nèi)容日趨拓寬求深,知識交叉部分越來越多,能力要求也就更加突出。所以迫切需要摒棄“實(shí)驗(yàn)無關(guān)緊要”“講比做好”等錯(cuò)誤觀念,認(rèn)真領(lǐng)悟真實(shí)驗(yàn)中的思想方法,只有這樣,才能切實(shí)抓好實(shí)驗(yàn)教學(xué)工作。