苏科版物理九上第14章第一节：学案【初中物理科学探究方法专题】

苏科版物理九上第14章第一节：学案【初中物理科学探究方法专题】
初中物理科学探究方法专题
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】 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1 m1=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2 m2=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： 。
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。
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4.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.
【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
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.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.
5.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.
6.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.
7. 我们在认识和研究“分子在永不停息地做无规则运动”理论时，由于分子是微观的，不能直接用肉眼看到，因此，我们可以通过能直接观察或感觉到的扩散现象去认识和理解它；
8.电流看不见、摸不着，我们可以通过各种电流的效应来判断它在存在
9.磁场看不见摸不着，我们可以通过小磁针指向或偏转以及与其它一些磁场的效应来判断它的存在；。
10.很多仪器的制造也利用了转换法。如将看不见、摸不着的温度转换成液柱的升降制成了温度计。将看不见、摸不着的液体压强转换成两液面的高度差制成了压强计等。
【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。
【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
三、理想化法：
理想化法是指根据所研究问题（一般都十分复杂，涉及诸多因素）的需要和具体情况，确定研究对象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除无关干扰，从而简明扼要地揭示事物的本质。理想化法是一种科学抽象，是研究物理学的重要方法。理想化方法包括理想实验法和理想模型法。
1、理想实验：
理想实验又叫做假想实验或思想上的实验，它是人们在思想中塑造的一种理想实验，是逻辑推理的一种特殊形式，在实际中并不能进行。理想实验在物理学的理论研究中有重要的作用。伽里略论证惯性定律所设想的实验——在无磨擦情况下，从斜槽滚下的小球将以恒定的速度在无限长的水平面上永远不停地运动下去，就是物理学史上著名的理想实验。再如将一只闹钟放在密封的玻璃罩内，当罩内空气被抽走时，钟声变小，由此推理出：真空不能传声。显然上述实验是人们在思维中进行的理想过程，与实际实验相比，理想实验能更大程度地突出实验中的主要因素，忽略次要因素，得出更本质的结论。
2.理想模型：
【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).
3.研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。　
4.电路图是实物电路的模型。
【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，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：建立模型。建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？请举一例具体说明。（本题实例除外）
【典例探究2】以下是物理学习中的几个研究实例：(1)在研究磁场时，引入磁感线;(2)在研究物体受几个力时，引人合力；(3)在研究电流时，将它比作水流；(4)在研究光时，引入光线。前面几个实例中，采用“建立理想模型法”的是（ ）
A.（l）（3） B.（2）（3） C.（1）（4） D.（3）（4）
五．科学推理法
　 【知识回放】推理法是根据已知物理现象和规律，通过想象和推理对未知的现象做出科学的推理和预见.推理法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推理，得出结论，达到认识事物本质的目的。
理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法,它以大量的可靠的事实为基础,以真实的实验为原形,通过合理的推理得出物理规律.
【典例探究】人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时，
伽利略通过如图1（甲）所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体，如果不受外力作用，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。推理的方法同样可以用在“研究声音的传播”实验中。如图1（乙）所示的实验中，现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？
假如在伽利略著名的理想实验中,实验设想的步骤有:
1减小第二个斜面的倾角,小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.
2要两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.
3继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面作持续的匀速运动.
4如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.
(1)请将上述设想步骤按照正确的顺序排列 (只要填写序号)
(2)在上述设想步骤中,有的属于可靠事实,有的则是理想化的推论.下面关于这些事实和推论的分类正确的是( )
A ①是事实,②③④是推论. B ②是事实, ①③④是推论.
C ③是事实, ①②④是推论 D ④是事实, ①②③是推论
六.类比法
【知识回放】类比法是指将两个相似的事物做对比，从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应性质的方法.类比法在物理中有广泛的应用。所谓类比，实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中，类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识。
【典例探究1】图2甲是水流形成图，我们对电流的成因（图2乙）的认识是通过分析图甲中水流的成因来了解的，这种方法在物理学中称为（ ）
A.比较法 B.类比法 C.等效法 D.控制变量法
七.归纳法
【知识回放】归纳法是通过样本信息来推断总体信息的技术.要做出正确的归纳,就要从整体中选出的样本足够大而且具有代表性.在实验中为了验证一个物理规律或定律,就要反复的通过实验来验证它的正确性,然后分析归纳,得出正确的结论..
在阿基米得原理实验中,F浮=G排,我们分别利用石块和木块做了两次实验,归纳总结,才得出结论,验证了该原理的正确性.
在验证杠杆平衡条件实验中,验证导体的电阻与什么因素有关的时候,我们都经过多次实验,然后进行归纳总结,得出正确结论.
八、放大法
在有些实验中，实验的现象我们是能看到的，但是不容易观察。我们就将产生的效果进行放大再进行研究。 例如：
音叉的振动很不容易观察，所以我们利用小泡沫球将其现象放大。
观察桌面的形变，通过观察放置在桌面上的平面镜反射光束位置的变化来判断等。
九、累积法
在测量微小量的时候，我们常常将微小的量积累成一个比较大的量、比如在测量一张纸的厚度的时候，我们先测量100张纸的厚度在将结果除以100，这样使测量的结果更接近真实的值就是采取的累积法。
例如测量一张邮票的质量、心跳一下的时间，导线的直径等，均可用累积法来完成。
图1
图2