高中物理教材中常見的科學(xué)研究方法歸類

耿素芹

摘 要：在長期的教育教學(xué)過程中總結(jié)了如下的一些學(xué)習(xí)物理的方法：控制變量法、建立理想模型法、等效替代法、比值定義法、放大法、理想推理法。

關(guān)鍵詞：控制變量法；建立理想模型法；等效替代法；比值定義法；放大法；理想推理法

新課程標(biāo)準(zhǔn)中的課程目標(biāo)與原來的義務(wù)教育大綱中的教學(xué)目標(biāo)相比，除“知識(shí)與技能”外，新增了“過程與方法”“情感態(tài)度與價(jià)值觀”。“過程與方法”目標(biāo)要求學(xué)生在掌握物理知識(shí)與技能的過程中，還要掌握一些簡單的科學(xué)探究方法，進(jìn)而形成比較系統(tǒng)的物理思想。

各個(gè)版本的高中物理教材在各個(gè)章節(jié)中都有意識(shí)、有步驟地滲透和應(yīng)用了物理學(xué)的科學(xué)研究方法，使學(xué)生在學(xué)習(xí)物理知識(shí)的同時(shí)受到科學(xué)思維方法的熏陶和訓(xùn)練。高考對(duì)這方面內(nèi)容的考查也在逐漸加強(qiáng)，考題中經(jīng)常涉及的一些具體方法有控制變量法、等效替代法、建立理想模型法、比值定義法、放大法、理想推理法等研究物理的方法。

下面根據(jù)我這幾年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)來系統(tǒng)總結(jié)一下：

一、控制變量法

控制變量法是指在研究多個(gè)物理量間的關(guān)系時(shí)，某一物理量往往同時(shí)受到幾個(gè)不同物理量的影響，為了確定各個(gè)不同物理量之間的關(guān)系，就需要控制某些量，使其固定不變，只改變某一個(gè)量，看所研究的物理量與該物理量之間的關(guān)系。

控制變量法在很多探究性實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到。例如：

1.研究滑動(dòng)摩擦力與壓力和接觸面之間的關(guān)系

2.研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

3.研究物體的動(dòng)能與質(zhì)量和速度的關(guān)系

4.研究物體的重力勢能與質(zhì)量和高度的關(guān)系

5.研究物體的彈性勢能與勁度系數(shù)、形變量的關(guān)系

6.研究電流產(chǎn)生的熱量與電流、電阻和通電時(shí)間的關(guān)系

7.研究圓周運(yùn)動(dòng)角與線速度、半徑的關(guān)系

8.研究導(dǎo)體電阻大小與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系

9.研究電磁鐵的磁性與線圈的匝數(shù)和電流大小的關(guān)系

10.研究氣體壓強(qiáng)、溫度、體積的關(guān)系

二、建立理想模型法

理想模型就是把復(fù)雜問題簡單化，突出問題的主要因素，忽略次要因素，對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行理想化處理，構(gòu)建理想化的物理模型，這是一種重要的物理思想。如光線也是虛擬假定出來的，但它卻能直觀、形象地表述物理情境與事實(shí)。通過光線研究光的傳播路徑和方向，研究光的反射、折射、衍射、干涉等。此外還有：

1.質(zhì)點(diǎn)、點(diǎn)電荷的概念

2.勻變速直線運(yùn)動(dòng)、自由落體運(yùn)動(dòng)

3.通過電場線研究電場的分布

4.通過磁感線研究磁場的分布

5.原子結(jié)構(gòu)模型

三、等效替代法

等效替代法是在保證某種效果、特性、關(guān)系相同的前提下，將實(shí)際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法。

運(yùn)用等效替代法處理問題的一般步驟為：先分析原來的物理問題的特性。然后尋找適當(dāng)?shù)奶娲鷨栴}，通常是我們比較熟悉的問題。再研究替代問題的特性及規(guī)律，將替代問題的規(guī)律遷移到原問題中去。最后利用替代問題遵循的規(guī)律、方法求解，得出結(jié)論。例如：

1.研究合力和分力的關(guān)系

2.研究合運(yùn)動(dòng)和分運(yùn)動(dòng)的關(guān)系

3.重心概念的提出

4.交流電的有效值的計(jì)算

5.電路中，若干個(gè)電阻可以等效為一個(gè)合適的電阻

四、比值定義法

比值定義法，就是用兩個(gè)基本的物理量的“比”來定義一個(gè)新的物理量的方法。常見的有兩類：

一類是用比值法定義物質(zhì)或物體屬性特征的物理量，如：電場強(qiáng)度E、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電容C、電阻R等。它們的共同特征是：物理量的屬性由本身所決定。

另一類是對(duì)一些描述物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)特征的物理量的定義，如速度v、加速度a、角速度ω等。這些物理量是通過簡單的運(yùn)動(dòng)引入的，比如勻速直線運(yùn)動(dòng)、勻變速直線運(yùn)動(dòng)、勻速圓周運(yùn)動(dòng)。

五、放大法

放大法就是在觀察某些微小變化的物理實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象時(shí)，由于微小變化的不容易觀察，而另辟蹊徑，轉(zhuǎn)換思路，對(duì)微小變化現(xiàn)象進(jìn)行放大觀察，使之效果更明顯，更加有利于得出結(jié)論。例如：

1.利用光的折射放大桌面的微小彈性形變

2.利用細(xì)玻璃管中液面的上升放大玻璃瓶的微小形變

3.卡文迪許利用光杠桿測出兩球之間微小的萬有引力

4.庫侖扭秤實(shí)驗(yàn)利用光杠杠測靜電力常量k

5.游標(biāo)卡尺、螺旋測微器的設(shè)計(jì)

6.升壓變壓器

六、理想推理法

理想推理法是以大量可靠的事實(shí)為基礎(chǔ)，在觀察實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，以真實(shí)的實(shí)驗(yàn)為原型，忽略次要因素，通過合理的推理得出物理規(guī)律，達(dá)到認(rèn)識(shí)問題本質(zhì)的目的。理想推理法能深刻揭示物理規(guī)律的本質(zhì)。例如：

1.伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)，研究自由落體運(yùn)動(dòng)

2.伽利略的理想斜面實(shí)驗(yàn)，研究牛頓第一定律

3.探究自然界中只存在兩種電荷

此外，還有轉(zhuǎn)換法、類比法、極限思想等，科學(xué)研究的方法和形式是多種多樣的，各種方法也不是孤立存在的，而是處在密切的相互聯(lián)系之中。即使在研究某個(gè)問題時(shí)使用了某一類方法，其中也必定包括了其他一些方法，只不過這一方法起主導(dǎo)作用罷了。

（作者單位 山東省廣饒縣第一中學(xué)一校區(qū)）

？誗編輯 趙飛飛