高中物理實驗設計的思想方法

張耀海

教師在實驗設計的教學中要遵循科學的思想方法，避免盲目性，提高教學質量。以下是我根據自己多年的教學經驗總結出的一點心得。在這里我簡單地對高中物理實驗教學中常見的科學思想方法加以論述。

一、構建物理模型法

物理學很大程度上，可以說是一門模型課，無論是所研究的實際物體，還是物理過程或是物理情境，大都是理想化模型。如，追及、相遇模型、先加速后減速模型、斜面模型、渡河模型、平拋模型、繩球、桿球模型、電路的動態(tài)變化、交變電流、電磁場中的單桿模型、電磁流量計模型、回旋加速模型、磁偏轉模型、人船模型等。求解物理問題，很重要的一點就是迅速把所研究的問題歸宿到學過的物理模型上來，即通常說的建模。尤其是對新情境問題，這一點顯得尤為突出。

二、替代法

在“互成角度兩個共點力的合成”的實驗中，我們就用到了替代法，第一次我們用兩個彈簧秤成角度地拉橡皮筋，把結點拉到某一位置，再換成一個彈簧秤，同樣拉這個橡皮筋，也把結點拉到同樣位置，這說明后一個彈簧秤的拉力與前面兩個彈簧秤的拉力效果相等。因此，可以互相替代。對于“等效”這個問題，應正確理解：所謂效果相等，是對某一方面說的，并不是在所有方面都等效，仍以合力與分力來說，它們只是在改變物體的運動狀態(tài)上等效，而在其他方面，例如，在產生形變上，二者并不等效。用替代法的例子還有很多，如用天平稱物體的質量、電阻測量等都可以用替代法，我們古代三國時期曹沖稱象的故事就是替代法的典型實例。

三、轉換法

例如，在“碰撞中的動量守恒”的實驗中，把測物體的速度轉換為測物體平拋運動的水平位移，即把測速度轉換為測長度。又如，在“測定玻璃的折射率”的實驗中，本應測量入射角和折射角，再根據折射率n=sini/sinr求出折射率，但角度不容易測準確，而通過做輔助線的方法可以把測角度轉換為測線段的長度，從而增加了有效數字的位數，即提高了測量的準確度。轉換法是一種較高層次的思維方法，是對事物本質深刻認識的基礎上才產生的一種飛躍。如，變曲為直，實際上就是該方法的應用。

四、比較法

用比例法測電阻是常見的，當兩個電阻串聯時，通過的電流相等，因此，兩電阻兩端的電壓跟它們的電阻成正比，如果其中的一個電阻是標準電阻，另一個電阻的阻值就可測出。同樣，兩電阻并聯時，由于兩端電壓相等，通過兩支路的電流跟電阻成反比，只要一個是標準電阻，另一個電阻的阻值可測出。

五、控制變量法

在《驗證牛頓第二運動定律》的實驗，我們研究的方法是：先保持物體的質量一定，研究加速度與力的關系；再保持力不變研究加速度與質量的關系；最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體質量之間的關系。當然本實驗還涉及到各種系統(tǒng)誤差的產生，限于篇幅不再贅述。

六、留跡法

在《測定勻變速直線運動的加速度》《驗證牛頓第二運動定律》《驗證機械能守恒定律》等實驗中，通過紙帶上打出的點記錄下小車（或重物）在不同時刻的位置，（位移）及所對應的時刻，可從計算小車在各個位置或時刻的速度并求出加速度；對于簡諧運動，則是通過擺動的漏斗漏出的細沙落在勻速拉動的硬紙板上而記錄下各個時刻擺的位置，研究簡諧運動的圖像；又如利用閃光照相記錄自由落體運動的軌跡等實際，都采用了留跡法。

領會科學思想方法重在“潛移默化”和“融會貫通”，學生通過做物理實驗，不僅提高了學習興趣，而且掌握解了決問題的方法，使學生終身受益。

（作者單位 渭南市隴海中學）

？誗編輯 魯翠紅