探究物理的科學(xué)方法有許多,初中物理中常用的有:控制變量法、等效法、假設(shè)法、類比法、模擬法、實(shí)驗(yàn)法……我們?cè)趯W(xué)習(xí)中要了解各種方法的特點(diǎn),靈活地加以運(yùn)用,這是解題的關(guān)鍵所在,下面列舉幾種進(jìn)行分析探討。
一、控制變量法
所謂控制變量法,就是在一個(gè)量隨其他量的變化而變化時(shí),可先只研究這個(gè)量與其他量中一個(gè)量的變化關(guān)系,研究時(shí),控制其他量中剩余的量不變。這是初中物理中最為常用的一種研究方法。
例如:兩段長(zhǎng)短、粗細(xì)和材料都不同的導(dǎo)體分別接在電壓相同的電路中,則下列說(shuō)法中正確的是( )
A.長(zhǎng)導(dǎo)體的電流一定大一些
B.短導(dǎo)體中的電流一定大一些
C.無(wú)論哪段導(dǎo)體被拉長(zhǎng)后,通過(guò)的電流都一定變小
D.無(wú)論哪段導(dǎo)體被冷卻后,通過(guò)的電流都一定變小
解析:電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),它的大小取決于導(dǎo)體的長(zhǎng)度、材料和橫截面積,又與導(dǎo)體電阻及本身具有的3個(gè)因素有關(guān),在控制2個(gè)因素不變時(shí),另一個(gè)因素改變,就一定會(huì)引起另一個(gè)因素改變;影響電阻的因素都不受控制或知道3個(gè)因素中的一個(gè)因素的變化,另外2個(gè)因素變化情況都不知道,就無(wú)法判斷這個(gè)電阻大小是否變化。導(dǎo)體的電阻還與溫度有關(guān),一般情況下,溫度越高,導(dǎo)體的電阻越大,當(dāng)導(dǎo)體被冷卻后,導(dǎo)體的電阻應(yīng)變小,通過(guò)的電流應(yīng)變大。由此比較四個(gè)選項(xiàng),只有C選項(xiàng)是正確的。
二、等效替代法
等效替代法,是指在研究某一物理量時(shí)不可或很難直接加以描述時(shí)而采用與之相似或有共同特征的等效形象來(lái)替代的方法。
例如:有一架不等臂的天平,配有質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的砝碼,請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案,不用計(jì)算直接測(cè)出一石塊的質(zhì)量。由于天平是不等臂的,且不能通過(guò)計(jì)算來(lái)測(cè)量,因此只能通過(guò)等效替代法,用已知質(zhì)量的砝碼等效替代被測(cè)物體,具體方法如下:(1)將石塊放在天平左盤,在右盤添加砝碼直至天平平衡。(2)將左盤石塊拿下,代之添加砝碼直至天平重新平衡,則石塊的質(zhì)量就等于左盤砝碼的質(zhì)量。
三、假設(shè)法
假設(shè)法,通常假設(shè)一個(gè)中間過(guò)程把初始狀態(tài)和最后狀態(tài)聯(lián)系起來(lái),使得結(jié)論的得出變得容易。
例如:船在小湖中,若把船上的石塊投入水中,湖面將如何變化?(下降)
提示:假設(shè)把石塊用網(wǎng)兜繩子系住放入水中置于船底,不接觸水底,這時(shí),因?yàn)榭偟闹亓Σ蛔?,從而總的浮力不變,排開的水的總體積也不變(這時(shí)船雖上浮一些,因石塊要排開水),因此液面保持不變。進(jìn)一步假設(shè),此時(shí)把繩子放掉,則石塊下沉,船少了石塊的拉力要上浮,這時(shí)液面下降。
四、模擬法
模擬法,能直觀地反映出物理過(guò)程,也有助于理解、分析、記憶物理過(guò)程,是一種化復(fù)雜為簡(jiǎn)單,變模糊為清晰的有效方法。
如在研究光線時(shí),學(xué)生都知道光線是直的,有方向的,但要把光線直觀地表示出來(lái)卻很困難。所以我們用與之有共同特征的帶有箭頭的直線來(lái)替代它。在描述磁場(chǎng)時(shí),我們用一條帶箭頭的假想曲線(磁感線)來(lái)表示磁場(chǎng)的方向和分布情況,直觀形象,學(xué)生容易接受。
五、類比法
類比思維是物理思維的一種重要形式。運(yùn)用物理類比思維可以把陌生的對(duì)象和熟悉的對(duì)象進(jìn)行對(duì)比,把未知的東西和已知的東西對(duì)比,可以啟發(fā)思路、提供線索,使學(xué)生進(jìn)一步認(rèn)識(shí)物理世界。
例如:一只小船具有相對(duì)于靜水的恒定速度,小船在逆水中行駛時(shí),一只木箱從船上落入水中,等船上的人發(fā)現(xiàn)后,立刻掉轉(zhuǎn)船頭追趕,結(jié)果在5 min后追上木箱,求從木箱落水到被追上共用了多少時(shí)間?設(shè)水流速度恒定,掉轉(zhuǎn)船頭的時(shí)間不計(jì)。在解決這類問(wèn)題時(shí),筆者采用這樣的方法:假設(shè)人在行駛的火車車廂內(nèi)向前行走,不小心掉下一個(gè)錢包,5 min后才發(fā)現(xiàn),立即返回。很明顯人再次走到錢包處仍需5 min(假定人相對(duì)車廂的速度不變)。這里若把人與小船類比,火車與水流類比,錢包與木箱類比,則選木箱或水流為參照物時(shí),小船遠(yuǎn)離和靠近木箱的時(shí)間相等,所以木箱從落水到被追上共用時(shí)10 min。這類問(wèn)題,一般選木箱或水流為參照物,這樣有三個(gè)不變量:小船遠(yuǎn)離和靠近木箱的速度、距離、時(shí)間相等。這是理解此類問(wèn)題的關(guān)鍵。
總之,學(xué)生要掌握好物理科學(xué)的概念和規(guī)律,多觀察生活現(xiàn)象,正確分析其中包含的物理原理,并掌握解題的一些方法和技巧;教師應(yīng)通過(guò)組織有效的習(xí)題教學(xué),傳授一些解題技巧,幫助學(xué)生跨越思維障礙,促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展,實(shí)現(xiàn)由知識(shí)到能力的飛躍。
(作者單位 江蘇省淮安市盱眙縣第一中學(xué))