高中物理實(shí)驗(yàn)中思維方法淺探

摘要：物理實(shí)驗(yàn)中理想化法、平衡法、放大法等幾種科學(xué)的思維方法是學(xué)生理解、吃透物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。

關(guān)鍵詞：物理實(shí)驗(yàn)；思維方法；簡介

中圖分類號：G427文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1992-7711（2013）12-067-1

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)科要考核的能力之一。只有掌握物理實(shí)驗(yàn)中科學(xué)的思維方法才能真正地吃透和理解實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。物理?shí)驗(yàn)中常見的思維方法大致在以下幾方面。

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（通俗地說就是抓大放?。＠缭凇队脝螖[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。

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。

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)中所便用的螺旋測微器：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。又比如在《卡文迪許扭實(shí)驗(yàn)》，其測定萬有引力恒量的思路最后轉(zhuǎn)移到光點(diǎn)的移動（跟“庫侖靜電力扭枰實(shí)驗(yàn)一樣），都是將微小形變放大方法的具體應(yīng)用。

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的時(shí)間誤差很大，于是采用測量30-50次全振動的時(shí)間T，從而求出單擺的周期T=t/n（n為全振動次數(shù)）。又如在《測定金屬電阻率》的實(shí)驗(yàn)中，若沒有螺旋測微器時(shí)，也可把金屬在鉛筆上密繞若干圈，由線圈總長度來測出金屬絲的直徑。

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)行間接觀察和測量，這就是轉(zhuǎn)換法，還是以卡文迪許《利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。卡文迪許扭秤發(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的距離間接測出的。轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法，是對事物本質(zhì)深刻認(rèn)識的基礎(chǔ)上才產(chǎn)生的一種飛躍。如變曲為直實(shí)際上就是該方法的應(yīng)用。

控制法：在高中物理實(shí)驗(yàn)操作過程中，往往存在著多種變化的因素，為了研究它們之間的關(guān)系可以控制一些不變量，依次研究某一因素的影響，這種方法稱之為控制法（或控制變量法）。例如，在研究物體的加速度跟物體受的外力及物體的質(zhì)量之間的定量關(guān)系的演示實(shí)驗(yàn)中，為了弄清楚外力F，質(zhì)量m兩個(gè)因子中的每一個(gè)分別對物體加速度a的影響，必須這樣來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：在m一定的條件下改變F，考察a—F之間存在的函數(shù)關(guān)系；在F一定的條件下改變m，考察a—m之間存在的函數(shù)關(guān)系。上述研究方法就是控制法的典型例子，由此可見，控制實(shí)驗(yàn)條件的思想是物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想之一。

留跡法：有些物理現(xiàn)象瞬間即逝，如運(yùn)動物體所處的位置，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)動的加速度》、《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動定律》、《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》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；對于簡諧運(yùn)動，則是通過擺動的漏斗漏出的細(xì)沙落在勻速拉動的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置，從而很方便地研究簡諧運(yùn)動的圖像；又如利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動的軌跡等實(shí)際都采用了留跡法。

模擬法：有時(shí)受客觀條件限制，不能對某些物理現(xiàn)象進(jìn)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。又如在確定磁場中磁感線的分布，因?yàn)榇鸥芯€實(shí)際不存在。我們就用鐵屑的分布來模擬磁感線的存在。

比較法：比較法就是在一定的實(shí)驗(yàn)條件下找出研究對象之間的同一性和差異性。比較是認(rèn)識事物的基礎(chǔ)，因而廣泛用于物理實(shí)驗(yàn)中，從而來探索物理規(guī)律。在高一物理教材中，“平拋物體的運(yùn)動”教學(xué)中運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn)將平拋運(yùn)動和自由落體運(yùn)動相比較，從而說明了平拋運(yùn)動在豎直方向上是自由落體運(yùn)動，水平方向速度的大小并不影響平拋物體在豎直方向上的運(yùn)動，在此基礎(chǔ)上學(xué)生就較易理解平拋運(yùn)動的規(guī)律了。

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。