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篇1
對于等效替代法來說,其作為一種科學的思維方法,指的是從事物間的等同效果出發,通過一定的替換來學習和研究物理現象、過程、規律的一種方法[2]。在初中物理教學中,通過使用等效替代法可以將復雜的物理現象和過程轉化為簡單的、等效的問題,使得人們對物理現象更加容易熟悉和理解,便于對物理問題的處理和研究。
將等效替代法融入初中物理問題分析與解決過程中,既有利于疑難復雜的物理現象和問題的簡單化,又對于學生運用知識的靈活性、解決問題技能的遷移性等具有積極作用。在初中物理教學中,逐步培養和發展學生的等效替代思維,可以有效促進學生能夠更加明確和深刻的理解物理實質,對于初中物理教學任務和目標的實現具有顯著效果。此外,應用等效替代法還有助于學生綜合素質能力的提升以及科學思維方法的培養,對于后期學生各方面的學習奠定了堅實的基礎。
二、等效替代法在初中物理教學中的實踐應用
等效替代法中心思想是保持效果相等,因此在初中物理教學中等效替代法的應用實例較多,下面列舉幾個應用實例進行說明,具體有:
1.在浮力教學中應用
初中物理教學關于浮力教學中,以“曹沖稱象”為典型案例(如圖1所示),這其中就是利用了等效替代法原理。曹沖之所以采用這種方法對大象進行稱重,主要是由于當時稱量工具量程不夠,因此其利用了等效、化整為零的原理,通過控制住水的密度和船的吃水深度,使用石頭替代大象,測量出石頭的重量即為大象的體重。
圖1 “曹沖稱象”示意圖
2.在平面鏡成像中應用
在解決平面鏡成像問題中,采用等效替代方法[3],將原先的平面使用玻璃板替代(如圖2所示),既可獲得與平面鏡基本相近的成像效果,又可以透過玻璃板同時觀察到A蠟燭的成像與B蠟燭。通過平面鏡成像實驗,可以比較物和像的大小位置等,巧妙地解決了確定像的位置和大小的問題。
在平面鏡成像中使用等效替代方法的巧妙之處在于利用兩個完全相同的蠟燭,探究物與像的大小相同。這其中利用了一個完全相同的另一根蠟燭來等效替代像的大小,巧妙地解決了像和物的大小關系。
圖2 平面鏡成像示意圖
3.在長度測量中應用
對于直線長度通常可以直接采用直尺進行測量,而對于曲線的長度受檢測工具只有直尺影響,無法實現直接測量,必須通過采取等效替代方法(如圖3所示)[4]。例如,在對鐵路長度進行測量時,由于鐵路通常呈現出曲線形狀,利用等效替代原理,采用彎曲的棉線與鐵路軌道完成吻合。使用棉線丈量結束后,將棉線拉直,再使用直尺對棉線長度進行測量,即可以得出鐵路長度。
圖3 曲線等效替代法測量示意圖
4.在電阻測量中應用
初中物理教材中關于電阻測量方法以伏安法為主,而若相關測量器材不足,則無法有效的測量電阻[5]。基于此,采用等效替代法原理可以對電阻實現有效測量。
如圖4所示電阻,其組成為單刀雙擲開關為S,電阻箱R,定值電阻為R0,測量的電阻為Rx。根據Rx與R0關系,在同等電源電壓下,若電流值相同,則其電阻值也相同。可見,保持電源電壓值不變,改變R0,使電流值I相同,依據電阻值公式R=U/I,其中U、I相同時,則電阻R也相同。
結合圖4所示,根據圖示將實物進行連接,調節電阻箱的電阻值至最大,通過開關S,與a、b兩點連接,在a點時,對電流表顯示值I進行記錄;在b點時,對電阻箱進行調節,使其電流表顯示值為I,同時對電阻箱的顯示值R進行記錄,此時R的顯示值即為Rx的電阻值。
圖4電阻等效替代法測量示意圖
5.在不規則固體密度測量中應用
在現實中常常存在著一些不規則固體物質,安裝規則固體密度測試方法無法對不規則固體物質密度進行測試和計算。基于此,可以采取等效替代法原理,按照圖5所示裝置實現對不規則固體物質進行密度測試。
圖5不規則固體密度等效替代法測量示意圖
具體方法:首先,將兩個已調好零刻度的彈簧測力計懸掛在鐵架臺下,將一溢水杯和另一空杯用細線拴在測力計下,向溢水杯中加入一定量的水,使水滿過溢水口流入空杯中;其次,若水不再溢出時,記錄彈簧測力計示數G1和G2;再次,將不規則固體物質使用細線拴住放入溢水杯中,確保固體全部被浸沒,使用另一水杯將溢出水接住,若水不再流出時,記錄彈簧測力計示數G3和G4;最后,利用溢出水的體積替代不規則固體物質的體積,通過固體密度公式直接算出不規則固體物質密度。
三、應用等效替代法注意事項
在初中物理教學中,應用等效替代法可以簡化諸多復雜問題,但是其也存在著一定不足,因此應用過程中需注意幾點,主要包括[6]:(1)等效替代的實現必須是在對物理定義全面理解的基礎上開展;(2)處理部分復雜物理問題時,應嚴格對物理問題進行審題,避免出現條件疏忽,導致等效替代錯誤。
總而言之,等效替代法在初中物理教學中的應用,對于簡化復雜物理問題,培養學生思維判斷能力和提升教學質量與效果具有顯著作用。
參考文獻:
[1]趙法強,初中物理教學中等效替代法的應用[J].中學生數理化,2015年第3期:68
[2]王建蘋,初中物理教學中等效替代法的應用[J].中學物理,2014年6月,44-45
[3]黃國保,透析等效替代法在平面鏡成像實驗的應用[J].湖南中學物理,2013年07期
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科學方法是連接知識和能力的紐帶。“掌握一種科學方法勝過解答十個問題。”對研究方法的學習和考查體現著一種新的教學理念,同學們只有真正掌握了研究方法,才能有效解決實際問題,真正提高自己的創新意識和能力。
《新課程標準》要求,在突出科學探究內容的同時,重視研究方法的指導,使學生在進行科學探究、學習物理知識的過程中,逐漸拓寬視野,初步領悟到科學研究方法的真諦。因此初中物理論文初中物理論文,考查研究物理問題的方法,成為當前和今后中考的熱點。
初中物理常用的研究方法有:控制變量法、等效替代法、轉換法、推理法、模型法、類比法等。
一、控制變量法
所謂控制變量法,就是在研究和解決問題的過程中,對影響事物變化規律的因素和條件加以人為控制,只改變某個變量的大小,而保證其它的變量不變,最終解決所研究的問題。控制變量法是中學物理中最常用的方法,也是中考出題最多的方法。
在初中物理課本中,應用這種方法的實驗有:
理想斜面實驗、探究力與運動的關系、探究影響滑動摩擦力大小的因素、探究影響壓力的作用效果的因素、探究影響液體壓強大小的因素、探究影響浮力大小的因素、蒸發的快慢與哪些因素有關、探究影響滑輪組的機械效率的因素、探究影響動能大小的因素、探究影響重力勢能大小的因素、探究影響導體電阻大小的因素、驗證歐姆定律、探究影響電流做功多少的因素、探究影響電流的熱效應的因素、探究影響電磁鐵磁性強弱的因素、比熱容概念的引入等
二、等效替代法
在物理實驗中有許多物理特征、過程和物理量要想直接觀察和測量很困難,這時往往把所需觀測的變量換成其它間接的可觀察和測量的變量進行研究,這種研究方法就是等效法。
等效替代法是常用的科學思維方法。等效是指不同的物理現象、模型、過程等在物理意義、作用效果或物理規律方面是相同的。它們之間可以相互替代,而保證結論不變。等效的方法是指面對一個較為復雜的問題,提出一個簡單的方案或設想,而使它們的效果完全相同,從而將問題化難為易,求得解決。
初中物理課本中應用這種方法的有:
1、探究平面鏡成像特點時用另一支蠟燭在玻璃板后面去等效像2、等效電路 3、串并聯總電阻 4、多個分力與合力等效 5、物體的重心等論文參考文獻格式。
三、轉換法
對于不易研究或不好直接研究的物理問題,而是通過研究其表現出來的現象、效應、作用效果間接研究問題的方法叫轉換法。
初中物理中應用了這種方法的有:
1.研究物體內能與溫度的關系(我們無法直接感知內能的變化,只能轉換成測出溫度的改變來說明內能的變化);
2.在研究電熱與電流、電阻的關系時,將電熱的多少轉換成溫度計液柱上升的高度;
3.我們在研究電功與什么因素有關的時候,將電功轉換成砝碼上升的高度;
4.在我們回答動能與什么因素有關時,我們將動能轉化為小木塊在平面上被推動的距離,距離越遠則動能越大。
5.證明聲音是由振動產生的,敲擊音叉后放入水中,水花四濺。
注意:等效法與轉換法很相似,它們的區別是“等效替代法” 中相互替代的兩個量種類相同,大小相等 ,而“轉換法”中的兩個物理量有因果關系,并且性質往往發生了改變如
轉換法: 電流大小用燈泡亮度體現; 磁場的強弱用小磁針偏轉的幅度體現
等效替代法: 分力相疊加是合力 ;小石塊體積用排開水的體積代替
四、理想模型法
實際現象和過程一般都十分復雜,涉及到眾多因素,采用模型方法可起到簡化和純化的作用.忽略次要因素,從復雜事物中抽象出理想模型,合理近似的反應所研究事物的本質特征,這種研究問題的方法叫理想模型法.
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1.光線(光線是看不見的,我們使用一條看得見的實線來表示,就將問題簡化利用了理想化模型)
2.磁感線
3.電路圖是實物電路的模型
4.力的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型。
5.實驗室常用手搖交流發電機及掛圖來研究交流發電機的原理和工作過程
6.研究連通器原理時用到液片模型。
7.研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模研究肉眼觀察不到的原子結構時建立原子核式結構模型。
五、科學推理法
推理法是根據已知物理現象和規律,通過想象和推理對未知的現象做出科學的推理和預見.推理法是在觀察實驗的基礎上,忽略次要因素初中物理論文初中物理論文,進行合理的推理,得出結論,達到認識事物本質的目的。理想實驗是研究物理規律的一種重要的思想方法,它以大量的可靠的事實為基礎,以真實的實驗為原形,通過合理的推理得出物理規律.
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1、聲音不能在真空中傳播用推理法得出
2、研究物體運動狀態與力的關系時,推理得出慣性定律。
六.類比法
類比法是指將兩個相似的事物做對比,從已知對象具有的某種性質推出未知對象具有相應性質的方法.類比法在物理中有廣泛的應用。所謂類比,實際上是一種從特殊到特殊或從一般到一般的推理。它是根據兩個(或兩類)對象之間在某些方面的相同或相似而推出它們在其他方面也可能相同或相似的一種邏輯思維。在物理教學中,類比方法可以幫助理解較復雜的實驗和較難的物理知識。
在初中物理課本中,應用這種方法的有
1、用水流類比電流 2、用水壓類比電壓 3、用水波類比聲波 4、用太陽系的結構類比原子的結構。
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一、優化教法,激發學習興趣
初中物理教材中安排的實驗很多都是“驗證性”的,很少出現“探究性”的實驗,這就使得學生在實驗時覺得單調、乏味。因此教師在優化教學方法的時候不妨增添一些與學生日常生活息息相關的探究性實驗。例如:在教學《三態變化》這一節時,我先問學生:“同學們回想一下拉開冰箱門的瞬間有沒有水汽冒出來?吃冰糕時會不會看到有水汽呢?”學生頓時覺得很好玩,異口同聲地回答:“有!”課堂氣氛立刻變得很熱烈,學生們的學習興趣也變得很濃厚。教師還可以經常在班級里舉辦一些制作競技比賽。例如,在學完電路那部分內容之后,我用干電池、導線、單刀雙擲開關還有燈座及燈泡組成了一個稍微復雜的電路,然后請幾名同學比賽看誰最先把燈泡點亮。通過開展這種競技活動可以激發學生的學習興趣,使學生感受到物理實驗的趣味性,從而大大提高教學效果。
二、多媒體輔助實驗教學,增強演示效果
演示實驗,顧名思義,就是教師利用一些實驗器材向學生示范實驗流程,是初中物理實驗教學的主要方式,對激發學生學習興趣、拓展學生思維,有重要的意義。但是有些實驗變化很細微、迅速,或者受條件限制,實驗沒辦法演示。針對這一情況,教師可以利用多媒體技術來增強演示實驗的效果,讓學生更好地觀察實驗。例如:在教學物態變化時,因水循環的實驗過于煩瑣,在課堂上演示勢必會花費很多教學時間,于是在教學時我用電腦模擬了一段水循環的小短片,通過多媒體投影給學生觀看,讓學生能夠看清三態的變化。學生感覺很驚訝,紛紛表示:“原來天上的云也和水有關啊!”還有的說:“水是自然界最寶貴的資源,我們都離不開水,所以我們要珍惜水資源!”通過多媒體技術來演示物理實驗可以有效地增強演示效果,讓學生對實驗現象一目了然,對自然界中的云、雨、霜的形成有了深刻的認識,同時還讓學生樹立了保護水資源的意識,大大提高了教學效果。
三、指導學生總結實驗心得,使知識系統化
初中的物理實驗都是配合教材內容而設置的,其主要目的是為了讓學生加深對某一知識點的理解和認識。為讓學生理解并掌握物理實驗基本思想,培養學生動手實驗的能力,教師應積極幫助學生歸納、總結實驗思想,讓學生日后可以更好地學習物理知識。例如,在如何減少實驗誤差的教學中,我給學生總結了幾種常用的減少誤差的方法,如“替代法”“修正法”等。然后我問學生:“我們之前在做什么實驗時就曾使用過替代法來消除實驗設備不準確造成的誤差的?”學生立刻就想到了伏安法測電阻的實驗。那個實驗的誤差主要是由實驗原理不完善以及實驗設備不準確造成的,使用替代法可以將這兩方面的誤差都消除掉。然后我讓學生回憶一下替代實驗的步驟是什么,學生想了一會,畫出電路圖,并能夠準確地說出用電阻箱替代電阻Rx以及怎樣調節電阻箱,這充分說明學生在我的引導下把知識串聯了起來,學會了總結相關知識點。引導學生總結歸納,可以讓學生將知識系統化,以便學生日后更好地學習。
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一、控制變量法
所謂控制變量法,是指為了研究物理量同影響它的多個因素中的一個因素的關系,可將除了這個因素以外的其它因素人為地控制起來,使其保持不變,再比較、研究該物理量與該因素之間的關系,得出結論,然后再綜合起來得出規律的方法。例如,在探究動能大小的決定因素時,學生猜想可能與物體的質量、大小、形狀、體積與物體的運動時的速度大小等因素有關。如果在探究的過程中沒有針對的科學方法進行探究,結果可能會出現一些錯誤。這樣的探究問題我們不妨使用“控制變量法”,在探究動能的大小與物體的質量是否有關時,可選擇讓大小、形狀、體積相同的銅球和鋁球從同一的高度和同一的斜面上分別自由運動,通過被撞擊后小車在同一水平面上運動的距離比較可知,動能的大小與物體的質量有關。此實驗過程中我們必須讓小車在水平面上的初始速度相同。同樣,在探究動能的大小與物體的運動速度是否有關時,可讓同一的銅球分別從不同的高度自由運動,看看被撞擊后小車在同一水平面上運動的距離情況,便可知動能的大小與物體的運動速度是有關。此實驗過程中我們必須對物體的質量進行控制。
二、等效替代法
等效替代法是指在研究某一個物理現象和規律中,因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質,而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。這種方法若運用得恰當,不僅能順利地得出結論,而且容易被學生接受和理解。例如,在電流和電阻的實驗中,將一個7Ω的電阻替代某支路中2Ω和5Ω串聯電阻,在其他條件不變的情況下,該支路中電流不變,說明一個7Ω的電阻與阻值為2Ω和5Ω串聯的電阻對電流的阻礙作用是等效的,所以可用7Ω的電阻替代2Ω和5Ω串聯的電阻。
在初中物理實驗中,合力替代各個分力、平面鏡成像取相同蠟燭替代物體大小、托里拆利試驗用液體壓強替代大氣壓強等,都運用了等效替代法的思想。
三、轉換法
有的物理量不便于直接測量,有的物理現象不便于直接觀察,通過轉換為容易測量到與之相等或與之相關聯的物理現象,從而獲得結論的方法,即轉換法。比如,在研究電熱的功率與電阻關系的實驗中,電流通過阻值不等的兩根電阻絲產生的熱量無法直接觀測和比較,而我們通過轉換為讓煤油吸熱,觀察煤油溫度變化情況,從而推導出哪個電阻放熱多。教學時不妨設計一問:為什么研究電熱的功率與電阻大小的關系時,還要用到似乎與實驗無關的煤油呢?引發學生的思考和討論,在小結出該實驗中煤油的作用的基礎上,進而再問:該實驗能否不用煤油而改用其它方式來觀察電阻通電后的發熱情況?這樣促使學生的思維得以發散,轉換的思維方法得到訓練,設計實驗的能力也隨之提高了。
在初中物理實驗中,利用擴散現象來研究分子的運動及分子運動的快慢、通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小、用燈光的亮度來感知電流的大小等等,都運用了轉換法的思想。
四、類比法
在學習一些十分抽象的看不見、摸不著的物理量時,由于不易理解,老師就拿出一個大家能看見的且與之很相似的量來進行對照學習。如電流的形成和電壓的作用是通過以熟悉的水流的形成和水壓是水管中形成了水流進行類比,從而得出電壓是形成電流的原因的結論。學生在學習電學知識時,在老師的引導下,聯想到水壓迫使水沿著一定的方向流動,使水管中形成了水流;類似的,電壓迫使自由電荷做定向移動使電路中形成了電流。抽水機是提供水壓的裝置;類似的,電源是提供電壓的裝置。水流通過渦輪時,消耗水能轉化為渦輪的動能;類似的,電流通過電燈時,消耗的電能轉化為內能和光能。我們學習分子的動能時,將它與物體的動能進行類比;學習功率時,將它與速度進行類比。這樣就很容易被學生理解記憶牢固。
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觀察法是通過人的眼睛或其他感覺器官去發現故障、排除故障的一種檢修方法。
在對《電流和電路》進行教學時(如圖1)教師演示實驗前,給燈座換上一個燈絲斷的燈泡,當合上開關,燈泡不亮,為什么不亮呢?讓學生觀察各個用電器,通過觀察,最終發現是燈泡的燈絲斷了,找到了故障點,換上一個本文由收集整理好的燈泡,故障排除,從而總結出電路的判斷方法——觀察法。
二、替代法
替代法是用規格相同(或相近)、性能良好的元件,代替電路中的某個(些)被懷疑而由不便測量的元件來檢查故障的一種方法。如果將某一元件代替后,故障消除了,就證明原來的元件確實有毛病;如果代換無效,則說明判斷有誤,對此元件懷疑排除。
例如:在八年級物理上冊(人教版)第五章第三節《串聯和并聯》教學中(如圖2)教師在連接電路時,就可設計燈l1的燈泡和燈座形成斷路(也可設計其他用電器),讓學生注意觀察,當合上開關,燈l1和燈l2都不亮,怎么辦呢?教師找好的相同開關代換,燈不亮,則說明故障不是開關‘用連接良好正常的燈泡和燈座代替燈l2,兩燈還是不亮,則說明故障不是燈l2,當替換到l1時,兩燈都亮了,則說明是燈l1的故障,通過觀察總結出替代法。
三、短路法
短路法是利用一根導線將電路的某一部分短路,使之暫時失去作用,觀察現象變化來判斷故障的一種方法。但是在使用此方法時,只能接某一部分電路或某一個電路元件,不能不經過用電器而直接接電源的兩極。
例如:在八年級物理上冊(人教版)第五章第三節《串聯和并聯》教學中(如圖3)教師在連接電路時,可設計開關斷路,在演示實驗時,當教師合上開關,燈都不亮,怎么辦呢?讓學生注意觀察,教師用一根導線接開關的ab兩端,現象:燈l1和燈l2都亮了,則說明故障就是閘刀開關,并演示不能將導線不經過用電器,而接電源的兩極,這樣會產生很大的電流損壞電源或導線。老師引導學生,總結出短路法。
四、直流電壓法
通過測量電路或元器件的工作電壓與正常值比較來判斷故障的一種方法。一般來說,電壓變化較大的地方,就是故障所在部位,沒有變化,則說明正常。利用直流電壓表(指針式)量直流電壓時,如果電壓的指針是正偏時,說明電流是從電壓表的“+”極流入,從電壓表的“-”極流出;如果是反偏時,則說明直流電壓表的“+”極接的是直流電源的“-”極,直流電壓表的“-”極接的是直流電源的“+”極。
例如:在八年級物理下冊(人教版)第六章第一節《電壓》教學中(如圖4),教師在演示電壓表的使用并引導學生總結,在學生掌握電壓表的使用后,教師可設計燈l2與燈座形成斷路。當合上開關時,燈l1和燈l2都不亮,教師演示,用電壓表的“+”極接線柱,分別接在圖4中的a、b、c點時,電壓表的指針都正偏,說明電路從a點到c點都正常,當接到d點時,電壓表的指針沒有變化,則說明故障就在cd之間,利用替代法找一個正常工作的燈替換l2,故障排除。通過演示,引導學生總結出直流電壓法。
在教學中,滲透了一些維修技能,能解決我們生活中的問題嗎?
現在有一輛夏利紳雅故障轎車,據車主介紹,使用七年了,昨晚還好好的,不知怎么的,今天早晨起來啟動,怎么也打不著了。
通過滲透了上述幾種維修技能,就可以用這些技能解決。利用觀察法,把車的鑰匙打到on檔,觀察車上的儀表盤,發現其他的指示燈都亮,只有發動機故障報警燈
不亮。則說明ecu不工作,ecu不工作是不是電源沒有給它提供工作電壓呢?查看一下本車的電路圖(如圖5)發現ecu的工作電壓是由主繼電器控制,當開關閉合才能給ecu供電。根據電路圖分析可知,關鍵點是主繼電器上的2端和3端看是否有電壓。用電壓法,測量2端和3端的電壓,有電壓,則說明2端和3端到蓄電池都正常,而2端和3端與主繼電器相連。
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例如,在探究決定電阻大小的因素的實驗中,在探究電流與電壓的關系、電流與電阻的關系的實驗中,在探究電流通過導體時產生的熱量跟什么因素有關的實驗中,都用到了控制變量法。
例1(咸寧中考)用如圖1所示的實驗電路來“探究――影響電阻大小的因素”,電路中a、b、c、d是四種不同的金屬絲。
編號材料長度(m)橫截面積(m2)①鎳鉻合金0。80。8②鎳鉻合金0。50。5③鎳鉻合金0。30。5④鎳鉻合金0。31.0⑤康銅合金0。30。5⑥康銅合金0。80。8現有幾根鎳鉻合金絲和康銅合金絲,其規格如上表所示。為了便于探究和分析,實驗中要利用控制變量法,要求都相對金屬絲a 進行比較,因此電路圖中金屬絲a 應選上表中的(用編號表示),b、c、d 應分別選上表中的(用編號表示)。
解析③與②的材料、橫截面積相同而長度不同,可用來對比研究導體的電阻與導體長度的關系;③與④的材料、長度相同而橫截面積不同,可用來對比研究導體的電阻與導體橫截面積的關系;③與⑤的長度、橫截面積相同而材料不同,可用來對比研究導體的電阻與導體材料的關系。
答案③;②④⑤(順序可互換)
點評在“探究影響電阻大小的因素”的實驗中,要研究電阻的大小與導體的材料、長度、橫截面積的關系,因此每次實驗時都要控制變量。在研究導體的電阻與材料的關系時,要保持導體的長度和橫截面積相同;在研究導體的電阻與長度的關系時,要保持導體的材料和橫截面積相同;在研究導體的電阻與橫截面積的關系時,要保持導體的材料和長度相同。
2圖象法
圖象法是指借助圖象來確定物理量之間關系的方法,是物理學中運用數學知識研究物理規律的非常有效的方法,是一種科學探究的基本方法。
在電學中經常利用圖象坐標來進行定性分析和定量計算,例如,在探究通過導體的電流與導體兩端的電壓、導體的電阻的關系時,利用“U-I圖象”可以使復雜問題簡單化。在歷年中考中,有關圖象坐標的電學題也屢見不鮮。
解析由圖2可知,對于R1來說,電流0。2 A對應的電壓是4 V,根據電阻計算公式得
答案A
點評本題考查如何利用圖象坐標計算物理量的取值。此類題的解題關鍵是選好特殊值,代入相應公式計算出結果。
3等效替代法
所謂的“等效替代法”就是在效果相同的前提下,把實際的、復雜的物理過程變成理想的、簡單的等效過程來處理,可使問題的研究與解決大為簡化,還可加深對物理概念、規律的理解。
例如,在研究串、并聯電路的電阻規律時、在用特殊方法測量電阻時利用等效替代法可以使復雜問題簡單化。
例3(莆田中考)在測定一個未知電阻Rx的阻值時,小明和小亮設計了如圖3甲所示的實驗電路,其中R1是電阻箱S1為單刀積擲開關。
(1)閉合開關S后,把開關S1接到觸點1;把開關S1接到觸點2后,小明和小亮采取了不同的實驗操作。
小明的操作:保持滑片P的位置不變,只調節電阻箱R1,直到電壓表示數為U;
小亮的操作:同時調節滑動變阻器R和電阻箱R1,直到電壓表表示數為U。
你認為兩人的操作中,的操作是正確的。
(2)選擇正確的實驗操作后,電阻箱R1上各旋鈕的位置如圖3乙所示,其讀數為Ω,則待測電阻Rx的阻值應為Ω。
解析(1)本題中,閉合開關S后,把開關S1接到觸點1時,調節滑動變阻器R,使電壓表有個合適的示數U,這個電壓為此時待測電阻Rx分擔的電壓大小;當小明操作時,是保持滑片P的位置不變(即變阻器連入電路中的電阻大小不變),只調節電阻箱R1,直到電壓表示數為U,說明此時電阻箱R1分擔的電壓與(1)步驟中的Rx分擔的電壓相等。因兩次實驗中,變阻器接入電路中的阻值大小相同,故R1與Rx接入電路中的電阻大小也相同。由此可知,小明的操作是正確的;
(2)按照電阻箱的讀數規則,其讀數為
待測電阻Rx的阻值等于實驗中R1的示數,也是108 Ω。
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自然界中發生的各種物理現象往往是錯綜復雜的,因此影響物理學研究對象的因素在許多情況下并不是單一的,而是多種因素相互交錯、共同起作用的。要想精確地把握研究對象的各種特性,弄清事物變化的原因和規律,單個自然條件下整體觀察研究對象是遠遠不夠的,還必須對研究對象施加人為的影響,造成特定的便于觀察的條件,這就是“控制變量”的方法。
在初中物理實驗過程中,控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規律的科學方法。其在初中物理教材中的應用有:
1.研究蒸發的快慢與哪些因素有關;
2.研究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關;
3.研究液體壓強與哪些因素有關;
4.研究浮力大小與哪些因素有關;
5.研究壓力的作用效果與哪些因素有關;
6.研究滑輪組的機械效率與哪些因素有關;
7.研究動能、重力勢能大小與哪些因素有關;
8.研究導體的電阻與哪些因素有關;
9.研究電阻一定,電流與電壓的關系;
10.研究電壓一定,電流和電阻的關系;
11.研究電流做功的多少與哪些因素有關;
12.研究電流的熱效應與哪些因素有關;
13.研究電磁鐵的磁性強弱跟哪些因素有關;
14.研究物體吸收放熱的多少與哪些因素有關;
15.研究電功大小與哪些因素有關;
16.研究通電螺線管的極性與哪些因素有關;
17.研究電磁鐵的磁性強弱與哪些因素有關;
18.研究感應電流的方向與哪些因素有關;
19.研究通電導體在磁場中受力方向與哪些因素有關。
二、等效替代法
等效替代法是指在研究某一個物理現象和規律中,因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質,而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。這種方法若運用恰當,不僅能順利得出結論,而且容易被學生接受和理解其在初中物理教材中的應用有:
1.研究串、并聯電路時,引入總電阻的概念;
2.等效替代法測電阻;
3.滑動摩擦力的測量;
4.“曹沖稱象”;
5.通過導體時產生的一些現象(如小燈泡發光)來確定是否有電流通過;
6.研究大氣壓的值時,用水銀柱高所產生的壓強來研究大氣壓;
7.在平面鏡成像的實驗中用兩個完全相同的蠟燭,驗證物與像的大小相同。
三、推理法
有一些物理現象,由于受實驗條件所限,無法直接驗證,需要我們先進行實驗,再進行合理推理得出正確結論。其在初中物理教材中的應用有:
1.研究聲音不能在真空中傳播;
2.研究牛頓第一定律。
四、類比與歸納法
類比法是指由一類事物所具有的屬性,可以推出與其類似事物也具有這種屬性的思考和處理問題的方法。從一般性較小的前提出發,推出一般性較大的結論的推理方法叫歸納法。在科學研究中,歸納法發揮著重要的作用,許多物理概念、定律及規律的獲得都是借助了歸納法的力量,由實驗(演示實驗或學生實驗)歸納獲得的。其在初中物理教材中的應用有:
1.研究電流和電壓時,用水流和水壓類比;
2.用水波類比聲波;
3.類比磁極間和電荷間的相互作用。
大多數定理和規律的提出都應用了歸納法,比如銅能導電,銀能導電,鋅能導電,則歸納出金屬能導電。在實驗中為了驗證一個物理規律或定理,反復通過實驗來驗證它的正確性,然后歸納、分析整理得出正確的結論。在阿基米德原理中,為了驗證F浮=G排,我們分別利用石塊和木塊做了兩次實驗,歸納、整理后均得出F浮=G排,于是驗證了阿基米德原理的正確性,而我們使用的正是這種方法。
五、轉換法
對于一些看不見、摸不著的物質或物理問題我們往往要拋開事物本身,通過觀察和研究它們在自然界中表現出來的外顯特性、現象或產生的效應等去認識事物的方法。其在初中物理教材中的應用有:
1.用細線測量地圖上鐵路線的長度,用直尺和三角板測硬幣的直徑;
2.用小磁針研究磁場方向;
3.用電磁鐵吸引大頭針的多少來比較磁性的強弱;
4.根據電燈的亮暗程度比較電流的功率;
5.通過比較電流的大小來比較電阻的大小;
6.通過觀察木塊被運動物體撞擊后移動的距離大小來比較物體動能的大小;
7.通過觀察木樁被打入沙中的深淺來比較重物的重力勢能的大小;
8.通過墨水滴入水中的擴散現象來說明分子的運動特點;
9.通過物體形變量的大小來說明物體受力的大小。
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創設情景、引導學生選擇研究方法.這有利于培養學生的能力,給學生更多探索的機會.如果教師能有效挖掘教材,不僅可以成功地完成物理知識教學任務,更有利于學生掌握物理研究方法和創新能力的培養.例如,在研究“滑動摩擦力與什么因素有關”我們時,讓學生思考:什么例子可以證明,產生滑動摩擦的相關因素呢?在學生探究的基礎上,學生和教師總結猜想:滑動摩擦力的大小和接觸表面粗糙程度、壓力、接觸面積、物體的速度等有關.接著質疑:用什么方法來確認你的“猜想”是正確的.如果滑動摩擦力的大小改變時,你如何確定其影響的因素呢?――控制變量法將是一個重要的技能.學生在選擇適當的研究方法后在下面的學習和探究,就可以順利進行了.
二、深入啟發,突破難點
在物理課堂教學中,啟發式教學遇到的一個最大障礙是學生“啟而不發”.在這里,最直接的原因還要從教師這里找,因為很多時候是我們的要求和教學內容與學生的實際沒有完全接軌.因此,做好啟發式教學的關鍵是聯系學生的實際,堅持發展學生的最近發展區.學生只有估計他能夠接近目標,才會試著去努力,標準太高了,他不可能去嘗試.標準太低,當然也不可能使學生進入積極的精神狀態.沒有積極的精神狀態,突破難點就勉為其難.如,單擺問題的難點突破.有一位有經驗的教師是這樣做的:在講完單擺以后,提出了如下問題請學生想一想“當單擺擺角不大時,什么力使單擺做簡諧振動呢?”一個學生說,“是張力的力量”,一個學生說是“重力的分力”,各抒己見.然后另外一個學生說:“他們兩位只是說法不同,本質是一樣的.第一個學生是從合成角度分析的,第二個學生是從分解角度分析的,合成與分解是方法問題,實質是一樣的.”接著教師又問:“二者實質既然相同,合成和分解的分力就都應該具有簡諧力(簡稱為回復力)的特征,是嗎?”這樣的啟發使課堂上的形勢發生了變化,許多學生通過分析而支持“是重力分力”的正確觀點,深入的啟發,充分調動學生的積極性.
在初中物理教學中,教師應引導學生不斷思考,要以學生為主體,充分調動學生學習的主動性、積極性.在教師的指導和啟發下,組織學生積極開展討論,使學生對物理問題進行思考、討論、分析和研究,最后得出正確的結論.討論主要內容應該是物理學中的重要概念、規律、現象和公式及學生在學習過程中經常遇到的一些問題,學生學習這些概念、規律和公式相對來說還是有困難的,容易模糊.如“運動和力的關系”、“波的概念”、“浮力”的概念等.
三、方法舉隅,重在變通
1.等效替代法
“曹沖稱象”中用石子等效替換大象,就是等效替代法.等效替代法是一種抓住兩個看起來不同的物理過程,找到同樣效果的方法.如:在電路中,若干個電阻,相當于一個適當的阻力,反之亦然.如串聯電路的總電阻、并聯電路的總電阻都利用了等效的思想.
2.實驗推理法
在初中物理教學中,有一些物理現象,用實驗可以直接驗證,而有的卻需要我們通過實驗,提出了合理的推理得出正確的結論,這就是實驗推理法.
如,牛頓第一定律實驗.同一物體,從同一斜面同一高度釋放,它在光滑平面運動和粗糙的平面上運動,滑出去的距離明顯是不一樣的.于是我們推斷,如果這個物體在絕對光滑平面上運動,那么這個物體將永遠是勻速直線運動.再如,在做真空不能傳遞聲音的實驗時,當我們發現空氣越少,聲音就越小時,我們推斷,真空不能傳聲的.
3.建立模型法
為了方便的研究物理問題,在初中物理教學中常常采用建立模型的方法,建立模型方便于探討事物的本身,建立模型是對研究對象所作的一種簡化描述.物理學的發展過程可以說是一個不斷建立物理模型的過程,是一個用新的物理模型來取代舊的或不完善的物理模型的過程.
如,研究肉眼難以觀察到的原子結構時,我們光靠語言的描述,是很困難的,怎么辦?――建立核結構模型.再如:力的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型.電路圖是一個真正的電路模型.
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2 控制變量法
所謂控制變量法,就是指在研究一個物理量與多個因素的關系時,往往控制某幾個因素不變,只讓其中一個因素改變,從而轉化為多個單一因素影響某一物理量的問題的研究方法.如導體中的電流與導體兩端的電壓以及導體的電阻都有關系,實驗中難以同時研究電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系,而是在分別控制導體的電阻與導體兩端電壓不變的情況下,研究導體中的電流與這段導體兩端的電壓以及導體的電阻的關系,分別得出實驗結論.教材中的實驗:影響電阻大小的因素;影響滑動摩擦力大小的因素;影響液體內部壓強大小的因素;影響液體浮力大小的因素;影響壓力作用效果的因素;影響蒸發快慢的因素;影響電功大小的因素;影響電磁鐵磁性強弱的因素;影響電流熱效應大小的因素等都使用控制變量法.
3 累積法
在測量微小量的時候,我們常常將微小的量積累成一個比較大的量再進行測量的方法叫累積法.如在測量一張紙的厚度時,我們先測量100張紙疊加的厚度再將結果除以100,便得出一張紙的厚度.測一張郵票的質量,一次心跳的時間,細鐵絲的直徑等均可用累積法來完成.
4 比較法
當兩個物理現象具有某種相同或相異的性質,將它們放在一起進行比較分析,找出其異同點,就可以幫助我們求同求異,認清它們的內涵和外延,有助于我們加深對兩個物理現象的認識和理解,從而進一步揭示事物的本質屬性.如比較蒸發和沸騰的異同點;比較汽油機和柴油機的異同點;對比電動機和熱機的異同點;比較電壓表和電流表的使用方法;比較凸透鏡和凹透鏡;比較聲現象和光現象的異同點等都可以加深我們對物理概念和規律的理解和記憶.
5 等效替代法
比如在研究合力時,一個力與兩個力使彈簧發生的形變是等效的,那么這一個力替代兩個力的方法叫等效替代法.如“曹沖稱象”;等效電路圖;等效替代法測電阻;在平面鏡成像的實驗中,因為我們無法真正測出虛像的大小,我們就利用兩支完全相同的蠟燭,一支蠟燭作為光源,把另一支完全相同的蠟燭與虛像的位置完全重合,從而驗證物與像的大小相等,也是利用等效替代法來巧妙解決實驗難題的.
6 物理模型法
在分析和解決物理問題時,突出主要因素,忽略次要因素,對物理現象和物理過程所作的一種簡化的描述和模擬,稱為物理模型法.如光線模型;磁感線模型;電路圖的建立,用圖示的方法表示力;連通器模型;杠桿模型;輪軸模型;斜面模型.
7 科學推理法
我們把觀察到的現象同以往的知識經驗結合起來進行推理,得出符合邏輯的結論的方法叫科學推理法.如在進行牛頓第一定律的實驗時,當我們把物體在越光滑的平面運動得越遠的知識結合起來,我們就推理出:如果物體在絕對光滑的平面上運動,它將永遠做勻速直線運動.在做真空不能傳聲的實驗時,當發現空氣越來越稀薄傳出的聲音就越小時,我們就推理出:真空不能傳聲.
8 放大法
在有些實驗中,實驗現象不容易觀察,我們就將產生的效果進行放大后再研究的方法叫放大法.比如聲音的振動難以觀察,我們就利用小泡沫球或乒乓球將其現象放大.觀察壓力對玻璃瓶的作用效果時我們將玻璃瓶密閉、裝水,插上一個小玻璃管,將玻璃瓶的形變引起的液面變化放大成玻璃管內液面的變化.
9 類比法
我們學習一些十分抽象的、看不見、摸不著的物理量時,由于不易理解,我們就拿出大家能看得見的與之相似的量來進行對照學習的方法叫類比法.如電流的形成、電壓的作用都很抽象,我們通過熟悉的水流的形成,水壓使水管中形成水流進行類比,從而得出電壓是形成電流的原因的結論.又如學習分子動能(抽象)時與物體的動能(具體)進行類比,學習功率時,將功率與速度進行類比;用水波類比聲波,照相機類比眼睛等.
10 轉換法
如果一個物理量難以直接研究或不容易研究,轉而研究其所表現出來的現象、效應、作用效果,從而達到認識該物理量的目的的方法叫轉換法.如:分子的運動,分子看不見、摸不著,不好研究,可以通過研究墨水的擴散現象來認識它;電流看不見、摸不著,判斷電路中是否有電流時,可以根據電流產生的效應來認識它;磁場看不見、摸不著,也可以根據它產生的作用來認識它.初中物理課本中實驗:測量滑動摩擦力的大小轉換成測拉力的大小;測量大氣壓的值轉換成求大氣壓壓起水銀柱的壓強;研究物體內能時,我們無法直接感知內能的變化,只能轉換成測出溫度的改變來說明內能的變化;在研究焦耳定律時,我們將電熱的多少轉換成液柱上升的高度;我們在探究動能的影響因素時,就是將動能的大小轉換成小球在平面上運動的遠近;探究電磁鐵磁性強弱時通過吸引大頭針的數量來比較磁性的強弱.
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一、小實驗可以激發學生學習物理的興趣
為了激發學生的學習興趣,在開學的第一節課筆者將礦泉水瓶從中部剪開,用上部的漏斗和乒乓球做了兩個小實驗。先是將漏斗倒置,將乒乓球放在里面用手托住,分別向瓶口吸氣和吹氣,并將手指移開,發現乒乓球均不下落。學生們對吹氣時乒乓球不下落感到不可思議,從而大大的激發了學生的求知欲。另外,筆者又將漏斗(瓶口加蓋)正放過來,將乒乓球放于漏斗中,向瓶中倒水,可以看到球浮在水面并隨水位上升,然后將水倒掉,將球置于漏斗中(將瓶蓋取下),再往瓶內倒滿水,會看到球沒有上浮,將瓶蓋擰上或用手輕輕堵住瓶口,乒乓球馬上上浮,學生們感到迷惑不解,學習的積極性也被調動了起來。此時學生們已是躍躍欲試了,因為他們會覺得這么簡單的儀器,就可以做這么多的小實驗,認識到物理應該是來源于生活,學習物理也應該是一件既有意義又非常有趣的事情了。在以后的學習中,學生也會自己親自做許多的小實驗來探究物理的奧秘了。
在平時的教學中,筆者經常利用一些隨手可做的小實驗來進行教學,用“拔河比賽”的游戲來使學生明白拔河比賽實際上比的是什么;讓學生在課后用蠟筆或彩筆做“顏料的混合”實驗,用一盆水和一面平面鏡做“光的色散”實驗,用密度不均勻的糖水來觀察“海市蜃樓”,用放大鏡會聚太陽光點燃火柴等等實驗來激發學生的學科情感,調動學生學習的積極性、主動性。由于學生學習物理的興趣非常濃厚,所以在課后,學生進行了許多小制作,比如自制了“蠟燭蹺蹺板”“潛水艇模型”“水果電池”“潛望鏡”等。學生在實驗中發現:每一個實驗的成功都來之不易,每一個實驗都會給自己帶來新的收獲,都會有新的發現,極大地激發了學習物理的興趣。
二、小實驗可以幫助學生對物理知識的掌握
每個小實驗都包含著相關的物理知識,小實驗的實施過程就是對知識的再現和再學習過程。通過課上課下的一些小實驗,學生能夠更進一步加深理解物理知識與物理規律,提高了學習效率。
例如:讓學生自己觸摸咽喉,體會聲音是由物體振動發出的;兩手相握,體會力是物體對物體的作用;手在桌面上推動,體會摩擦力的存在,隨按壓桌面壓力的變化,體會摩擦力與壓力的關系;將砂粒與黃豆分別從斜面上滾下來理解滾動摩擦比滑動摩擦小;通過繞幾圈的實驗來理解繩子的摩擦與繞的圈數有關;通過“大力士捍雞蛋”的游戲來體會壓強與受力面積的關系;硬幣“跳高”比賽、機翼模型實驗、軟吸管豎起向上吹乒乓球、自制噴霧器等實驗,體會流體的壓強與流速的關系;堵住耳朵聽課,體會空氣是傳播聲音的介質;生熟雞蛋的旋轉、拍掉身上的灰塵、套緊鋼筆帽、投遞書本等可以認識理解慣性;讓學生用兩個彈簧秤互拉,來認識作用力與反作用力的關系,從而走出雞蛋碰石頭,石頭對雞蛋的力大于雞蛋對石頭的力的認識誤區;讓學生課后在空氣中和水中分別托一下鐵塊,認識在水中下沉的物體也會受到浮力;通過吊著的蘋果能否打到鼻子的小實驗,理解能量的恒定律;講大氣壓時,用兩個吸盤模擬“馬德堡半球實驗”;將吸盤吸在黑板上,讓學生感受垂直向外拉(克服大氣壓力)和水平滑動(克服摩擦力)所用力的區別,從而認識到大氣壓強很大……
小實驗和小制作不僅提高了學生的動手動腦能力,而且還可以有效地幫助學生鞏固所學知識,突破學習中的難點,并消除學生對知識的模糊或錯誤認識,加深對物理規律的理解。
三、小實驗可以提高學生邏輯思維能力
邏輯思維能力是實驗操作中最基本的能力。讓學生觀察指甲剪上有哪些杠桿?觀察家里用具和交通工具在哪些地方應用了摩擦?分別用到了哪類簡單機械?觀察各種家用電器的銘牌來了解它們的額定功率;觀察家庭電路和組成;觀察燈絲粗細來比較它們電阻的大小等等。通過觀察性的實驗,不僅培養了學生的觀察能力,同時也加強了課本知識與實際生活的聯系,真正做到了物理與生活的很好結合。
小實驗“自己會平衡的木棒”和“巧找薄板的重心”,不僅復習了重心和重力方向等概念,還使學生學會了用懸掛法和支撐法(其實都是利用二力平衡)求不規則物體的重心,搞清楚“頂碗”“走鋼絲”等雜技技巧的道理。通過這些小實驗增強了學生知識的遷移能力與實際應用能力以及操作技能。
四、小實驗可以培養學生創造力
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二、轉換法
有的物理量不便于直接測量,有的物理現象不便于直接觀察,通過轉換為容易測量到與之相等或與之相關聯的物理現象,從而獲得結論的方法。例如,在研究電熱的功率與電阻關系的實驗中,電流通過阻值不等的兩根電阻絲產生的熱量無法直接觀測和比較,而我們通過轉換為讓煤油吸熱,觀察煤油溫度變化情況,從而推導出那個電阻放熱多。在初中物理實驗中,利用軟細繩測量地圖上鐵路線上的長度、刻度尺和三角板配合測量硬幣的直徑、圓錐的高等,都運用了轉換法的思想。
三、類比法
類比法是一種推理方法。為了把要表達的物理問題說清楚明白,往往用具體的、有形的、人們所熟知的事物來類比要說明的那些抽象的、無形的、陌生的事物,通過借助于一個比較熟悉的對象的某些特征,去理解和掌握另一個有相似性的對象的某些特征。如:在研究電壓的作用時,借助于看得見而學生比較熟悉的“水壓形成水流”的實驗作類比,來揭示電壓是形成電流的原因。又比如在研究通電螺線管的磁場的實驗中,為準確記憶通電螺線管的北極與電流方向的關系,以緊握的右拳頭類比為螺線管,四指為線圈并指向電流的方向,則大拇指所指的一端為北極。這樣形象直觀很容易被學生理解記憶牢固。當然,這里還可以用其他方式來類比,充分發揮學生的主觀能動性,還可以找到更符合學生實際的類比方法。
四、等效替代法
等效替代法是指在研究某一個物理現象和規律中,因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質,而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。這種方法若運用恰當,不僅能順利得出結論,而且容易被學生接受和理解。例如,在探究平面鏡成像規律的實驗中,用玻璃板替代了平面鏡,因兩者在成像特征上有共同之處,容易使學生接受,而玻璃板又是透明的,能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭,便于研究像的特點,揭示出規律。在學習伏安法測電阻之后,我們可以要求學生設計一個實驗,在上述實驗中缺少電壓表或電流表,其它器材不變,另有一個已知阻值的定值電阻供選用,要求測出未知電阻,應該怎么辦?學生就可以用等效替代的思想進行設計了。
五、圖象法
圖象是一個數學概念,用來表示一個量隨另一個量的變化關系,很直觀。由于物理學中經常要研究一個物理量隨另一個物理量的變化情況,因此圖象在物理中有著廣泛的應用。在實驗中,運用圖象來處理實驗數據,探究內在的物理規律。如:在探究固體熔化時溫度的變化規律和水的沸騰情況的實驗中,就是運用圖象法來處理數據的。它形象直觀地表示了物質溫度的變化情況,學生在親歷實驗自主得出數據的基礎上,通過描點、連線繪出圖象就能準確地把握住晶體和非晶體的熔化特點、液體的沸騰特點了。在其他的實驗中,教師也可以有意識地引導學生采用圖象來處理數據。例如在探究電阻上的電流跟電壓的關系、同種物質所受重力大小跟質量的關系等實驗中都運用到圖像法。
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模型法:建立模型法是一種高度抽象的理想客體和形態用物理模型,用物理模型可以使抽象的假說理論加以形象化,便于想象和思考研究問題。物理學的發展過程可以說就是一個不斷建立物理模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。
實例:研究光現象時用到光線模型;的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型;研究肉眼觀察不到的原子結構時,建立原子核式結構模型;研究磁現象是用到磁感線模型;力電路圖是實物電路的模型;研究發電機的原理和工作過程用掛圖及手搖發電機模型;研究內燃機結構和工作原理用掛圖及汽油機柴油模型……
轉換法:物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量,這種研究問題的方法叫轉換法。初中物理在研究概念規律和實驗中多處應用了這種方法。
實例:影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現象可證明月亮不是光源;馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在;霧的出現可以證明空氣中含有水蒸氣;奧斯特實驗可證明電流周圍存在著磁場;指南針指南北可證明地磁場的存在;擴散現象可證明分子做無規則運動;鉛塊實驗可證明分子間存在著引力……”
等效替代法:所謂等效替代法是在保證效果相同的前提下,將陌生復雜的問題變換成熟悉簡單的模型進行分析和研究的思維方法,它在物理學中有著廣泛的應用。
實例:在研究同一直線上的二力的關系時引入合力的概念也是運用了等效替代法;在電路分析中可以把不易分析的復雜電路簡化成為較為簡單的等效電路;研究串聯并聯電路關系時引入總電阻(等效電阻)的概念……
控制變量法:是指討論多個物理量的關系時通過控制其幾個物理不變,只改變其中一個物理量從而轉化為多個單一物理量影響某一個物理量的問題的研究方法。這種方法在實驗數據的表格上的反映為某兩次試驗只有一個條件不同,若兩次試驗結果不同則與該條件有關,否則無關。反之,若要研究的問題是物理量與某一因素是否有關則應只使該因素不同,而其他因素均應相同。實例:在研究導體的電阻與導體那些因素有關時;在研究影響力的作用效果的因素;在研究導體的電阻跟哪些因素有關時;研究液體蒸發快慢的因素;研究液體內部壓強;研究動能勢能大小與哪些因素有關;研究琴弦發聲的音調與弦粗細、松緊、長短的關系;研究物體吸收的熱量與物質的種類質量溫度的變化的關系;研究電流與電壓電阻的關系;研究電功或電熱與哪些因素有關;研究通電導體在磁場中受力與哪些因素有關;研究影響感應電流的方向的因素采用此法……
比較法:比較法是確定研究對象之間的差異點和共同點的思維過程和方法,各種物理現象和過程都可以通過比較確定它們的差異點和共同點。比較是抽象與概括的前提,通過比較可以建立物理概念總結物理規律。因此,比較法是物理現象研究中經常運用的最基本的方法。
比較法有三種類型:一、異中求同的比較。即比較兩個或兩個以上的對象而找出其相同點;二、同中求異的比較。即指比較兩個或兩個以上的對象而找出其相異點;三、同異綜合比較,即比較兩個或兩個以上的對象的相同點相異點。
實例:汽車、輪船、火車飛機它們的發動機各不相同但都是把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能裝置;而汽油機和柴油機雖然都是內燃機但是從它們的構造、吸入的氣體、點火方式、使用范圍等方面都有不同;再如蒸發與沸騰的比較兩者的相同點都是汽化過程;不同點從發生時液體的溫度、發生所在的部位及現象都不同。還可以用比較法來研究質量與體積的關系;重力與質量的關系;重力與壓力;電功與電功率……
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一、觀察法
觀察法是人們為了認識事物的本質和規律有目的有計劃的對自然發生條件下所顯現的有關事物進行考察的一種方法,是人們收集獲取記載和描述感性材料的常用方法之一,是最基本最直接的研究方法。簡單的講觀察法就是看仔細地看。但它和一般的看不同,觀察是人的眼睛在大腦的指導下進行有意識的組織的感知活動。因此,亦稱科學觀察。實例:水的沸騰:在使用溫度計前,應該先觀察它的量程,認清它的刻度值。實驗過程中要注意觀察水沸騰前和沸騰時水中氣泡上升過程的兩種情況,溫度計在沸騰前和沸騰時的示數變化;在學習聲音的產生時可讓學生觀察小紙片在揚聲器中的運動狀態,觀察正在發聲的音叉插入水中激起水花,觀察蟋蟀知了鳴叫是的情況,就會發現發出聲音的物體都在振動;除此之外還有光的反射規律;光的折射規律;凸透鏡成像;滑動摩察力與哪些因素有關等。
二、比較法
比較法是確定研究對象之間的差異點和共同點的思維過程和方法,各種物理現象和過程都可以通過比較確定它們的差異點和共同點。比較是抽象與概括的前提,通過比較可以建立物理概念總結物理規律。利用比較又可以進行鑒別和測量。因此,比較法是物理現象研究中經常運用的最基本的方法。實例:象汽車輪船火車飛機它們的發動機各不相同但都是把燃料燃燒時釋放的內能轉化為機械能裝置。而汽油機和柴油機雖然都是內燃機但是從它們的構造、吸入的氣體、點火方式、使用范圍等方面都有不同。再如蒸發與沸騰的比較兩者的相同點都是汽化過程。不同點從發生時液體的溫度、發生所在的部位及現象都不同。還可以用比較法來研究質量與體積的關系;重力與質量的關系;重力與壓力;電功與電功率等。
三、圖像法
圖象是一個數學概念,用來表示一個量隨另一個量的變化關系,很直觀。由于物理學中經常要研究一個物理量隨另一個物理量的變化情況,因此圖象在物理中有著廣泛的應用。在實驗中,運用圖象來處理實驗數據,探究內在的物理規律,具有獨特之處。如:在探究固體熔化時溫度的變化規律和水的沸騰情況的實驗中,就是運用圖象法來處理數據的。它形象直觀地表示了物質溫度的變化情況,學生在親歷實驗自主得出數據的基礎上,通過描點、連線繪出圖象就能準確地把握住晶體和非晶體的熔化特點、液體的沸騰特點了。
四、轉換法
物理學中對于一些看不見摸不著的現象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現象去認識或用易測量的物理量間接測量,這種研究問題的方法叫轉換法。初中物理在研究概念規律和實驗中多處應用了這種方法。實例:物體發生形變或運動狀態改變可證明一些物體受到力的作用;馬德堡半球實驗可證明大氣壓的存在;霧的出現可以證明空氣中含有水蒸氣;影子的形成可以證明光沿直線傳播;月食現象可證明月亮不是光源;奧斯特實驗可證明電流周圍存在著磁場;指南針指南北可證明地磁場的存在;擴散現象可證明分子做無規則運動;鉛塊實驗可證明分子間存在著引力;運動的物體能對外做功可證明它具有能等。
五、類比法
類比法是一種推理方法。為了把要表達的物理問題說清楚明白,往往用具體的、有形的、人們所熟知的事物來類比要說明的那些抽象的、無形的、陌生的事物,通過借助于一個比較熟悉的對象的某些特征,去理解和掌握另一個有相似性的對象的某些特征。實例:電壓與水壓;電流與水流;內能與機械能;原子結構與太陽系;水波與電磁波;通信與鴿子傳遞信件;功率概念與速度概念的形成。在物理學中運用類比方法可以引導學生自己獲取知識,有助于提出假說進行推測,有助于提出問題并設想解決問題的方向。類比可激發學生探索的意向,引導學生進行探索使學生成為自覺積極的活動,發展學生的思維能力。
六、等效替代法
等效替代法是指在研究某一個物理現象和規律中,因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制,不可以或很難直接揭示物理本質,而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代的方法。這種方法若運用恰當,不僅能順利得出結論,而且容易被學生接受和理解。例如,在探究平面鏡成像規律的實驗中,用玻璃板替代了平面鏡,因兩者在成像特征上有共同之處,容易使學生接受,而玻璃板又是透明的,能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭,便于研究像的特點,揭示出規律。我們在教學中,在學生親歷實驗過程的基礎上,教師注重引導學生進行方法的總結,在思維方式上受到啟發,他們以后遇到有關的實驗設計時,就會自覺地加以運用。比如在學習伏安法測電阻之后,要求學生設計一個實驗,在上述實驗中缺少電壓表或電流表,其它器材不變,另有一個已知阻值的定值電阻供選用,要求測出未知電阻,應該怎么辦?學生就可以用等效替代的思想進行設計了。
七、控制變量法
控制變量法是初中物理實驗中常用的探索問題和分析解決問題的科學方法之一。所謂控制變量法是指為了研究物理量同影響它的多個因素中的一個因素的關系,可將除了這個因素以外的其它因素人為地控制起來,使其保持不變,再比較、研究該物理量與該因素之間的關系,得出結論,然后再綜合起來得出規律的方法。這種方法在整個初中物理實驗中的應用比較普遍。在初中物理中,探究影響導體電阻大小的因素、電流跟電壓電阻的關系、影響電熱功率大小的因素、影響電磁鐵磁性強弱的因素、影響滑動摩擦力大小的因素、決定壓力作用效果的因素等等實驗,運用了控制變量法。
八、建立模型法
建立模型法是一種高度抽象的理想客體和形態用物理模型,用物理模型可以使抽象的假說理論加以形象化,便于想象和思考研究問題。物理學的發展過程可以說就是一個不斷建立物理模型和用新的物理模型代替舊的或不完善的物理模型的過程。實例:研究肉眼觀察不到的原子結構時,建立原子核式結構模型;研究光現象時用到光線模型;研究磁現象是用到磁感線模型;力的示意圖或力的圖示是實際物體和作用力的模型;電路圖是實物電路的模型;研究發電機的原理和工作過程用掛圖及手搖發電機模型;研究內燃機結構和工作原理用掛圖及汽油機柴油模型。