中學物理實驗中常用的探索方法

王鳳琴

摘要：物理是一門以實驗為基礎的學科。學生學習物理，重要的并不是知識本身，而是通過學習，能掌握一些探索知識的方法。我們常說，授之以魚，不如授之以漁，教會學生在實驗中常用的探索方法，比教給他們掌握一些實驗結論要有用得多。本文就中學階段物理實驗中常用的探索方法做了歸納，并進行了詳解。

關鍵詞：中學物理；實驗教學；探索方法歸納

中圖分類號：G632.0 文獻標志碼：A 文章編號：1674-9324（2013）09-0250-02

物理是一門以實驗為基礎的學科。學生學習物理，重要的并不是學習知識本身，而是通過學習，能掌握一些探索知識的方法。我們常說，授之以魚，不如授之以漁，教會學生在實驗中常用的探索方法，比教給他們掌握一些實驗結論要有用得多。只有熟練掌握一些探索方法，才能高屋建瓴，從而登上一個新的高度去指導自己的學習與研究。在實驗過程中，許多實驗并不是能一下就直觀得到結論的，往往需要一些思想方法與策略。縱觀中學階段的物理實驗，常見的實驗探索方法有如下幾種。

一、各個擊破——控制變量法

控制變量法是物理實驗中最常見的探究方法，在實驗中，或是解決實際問題時，有時會涉及到兩個或兩個以上的物理量在變化，這時想要看清事物的本質就如霧里看花水中望月了。當變量不只一個時，就容易造成問題的復雜化，使規律性的東西不能一目了然，此時，我們用控制變量法不失為良策。這一方法的發明者是天才的科學家牛頓。他采用先控制一些變量不發生變化，只讓一個量是變量，來研究它的變化帶來的作用與影響，然后再通過改變另一個量繼續研究。

如在研究物體的加速度時，我們知道，物體的加速度既與物體本身的質量有關，又與其所受到的合外力有關，這時，我們采用控制變量法分步進行更加有利于看清結論：我們可以先控制物體的質量不變，研究加速度與合外力的關系，第二步再控制合外力不變，研究加速度與物體質量的關系。大家熟知的牛頓第二運動定律就是運用控制變量法研究出來的，像電學中的歐姆定律，也是采用控制變量法得出的研究結論。學生在高中物理的學習中，對一些動態的物理量的研究使用此法，會使問題變得簡單化。

二、化難為易——等效替代法

等效替代法是物理學的又一重要的研究方法，它把一些紛繁蕪雜的問題簡單化，使一些不宜直接研究的問題得以曲線解決。等效替代思想不僅是實驗中常用到的探究方法之一，也是解決物理問題的重要方法，它是指在得出結論相同的前提下，把現實的復雜的現象、過程或問題轉化為理想的、簡單而易于操作的但等效的現象、過程或問題，通過等效代替來獲得正確的結論。這種方法是一種化難為易的方法，在物理實驗中應用很廣。在高中物理教材中，我們在研究“力的合成與分解”實驗時，由于幾個分力不好直觀顯示，我們就可以用等效替代法，由一個合力來直接替代幾個不同的分力。又如在“串并聯電路”中也是用等效替代法，由總電阻等效替代它的幾個分電阻，這樣，大大簡化了問題的煩瑣程度，更利于得出正確的實驗結論。

三、大小改變——零整轉化法

在物理實驗研究中，有些物理量太大或太小，以至難于用儀器去直接測量，此時，我們可以采用化整為零或積零為整的研究法去進行實驗。如，在現象、變化、待測物理量十分微小的情況下，往往采用放大法，化零為整。無論是把大的物理量縮小化，還是把小的物理量擴大化，目的都是為了簡便易行，便于測量，便于得出更精確的測理數據和結論。例如，測量較大的物體的密度時，我們可以采用此法，即只要選取物體的一部分去測量其密度，然后再計算出此物體的密度即可，這樣的應用便是窺一斑而見全豹了，這是化整為零法?；銥檎ǖ膽靡埠艹Ｒ?，如在“測定金屬電阻率的實驗”中，我們可以不用螺旋測微器，而是將金屬絲在鉛筆上均勻地密繞若干圈，由線圈總長度來測出金屬絲的直徑，這是高精儀器缺少的情況是一個不錯的選擇。

四、力求精準——求平均值法

一次實驗得來的數據往往具有偶然性，多測幾次后求平均值往往會更接近科學的結論，將幾次測得的量累積后測量求平均值的方法，能減小相對誤差，在我們的物理實驗中，也經常涉及這一方法，它雖然麻煩一些，但更加精確一些。例如，在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，我們需要測定單擺周期，如果采用秒表測量一次全振動的時間，會產生很大的誤差，為了得到更精確的測量數據，我們可以采用測量30～50次全振動的時間，并將之設為T，再運用公式T=t/n（n為全振動次數），從而計算出單擺的周期，這一結論相對而言是準確的。在許多物理實驗中，如測摩擦力、電阻值等，都可采用此法，使結論更加科學準確。

五、排除干擾——理想極致法

在物理實驗中，影響物理現象的因素復雜多樣，它常常阻礙著規律的被發現。為了更好地取得實驗效果以接近科學真實，實驗中，我們常采用忽略某些次要因素的方法或是假設一些理想條件的存在，使實驗的過程以理想極致的狀態進行，使現象的本質更加凸顯，從而尋得更有意義的結果。例如在“用單擺測定重力加速度”的實驗中，我們通過理想極致法來假設懸線不可伸長，懸點的摩擦和小球在擺動過程的空氣阻力也忽略不計，這樣更容易得出科學的結論；在電學實驗中，我們通過理想極致法，把電壓表想象成內阻是無窮大的理想電壓表，電流表變成內阻等于0的理想電流表，這樣實際上更容易得出正確的結論來。

六、對比研究——相異比較法

事物之間，往往有一些相同或相反的特性存在，通過區分它們的異同，更清楚地認識事物，我們要注意對這些相似事物的對比研究，采用相異比較法，可以幫助我們認清事物的特性，辨別事物各自的特點。物理實驗中，有許多相對概念的研究，像折射與反射，動能和動量，電熱和電壓，振動圖像和波動圖像等，針對它們既有相同點又有相異性的特點，我們在實驗中通過對他們的不同點的比較，能引導我們更好地探索，通過對比也更清楚地凸顯它們各自的特色，便于我們對比分析。

中學物理中還會用到一些其他方法，如留跡法，顯微法等，每種方法的應用，都是為了將實驗進行得更加成功，所以，在不同的實驗中我們應科學地選擇不同的方法為我們的實驗服務。