高中物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想方法

張耀海

教師在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的教學(xué)中要遵循科學(xué)的思想方法，避免盲目性，提高教學(xué)質(zhì)量。以下是我根據(jù)自己多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)總結(jié)出的一點(diǎn)心得。在這里我簡(jiǎn)單地對(duì)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中常見的科學(xué)思想方法加以論述。

一、構(gòu)建物理模型法

物理學(xué)很大程度上，可以說是一門模型課，無(wú)論是所研究的實(shí)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(dòng)態(tài)變化、交變電流、電磁場(chǎng)中的單桿模型、電磁流量計(jì)模型、回旋加速模型、磁偏轉(zhuǎn)模型、人船模型等。求解物理問題，很重要的一點(diǎn)就是迅速把所研究的問題歸宿到學(xué)過的物理模型上來(lái)，即通常說的建模。尤其是對(duì)新情境問題，這一點(diǎn)顯得尤為突出。

二、替代法

在“互成角度兩個(gè)共點(diǎn)力的合成”的實(shí)驗(yàn)中，我們就用到了替代法，第一次我們用兩個(gè)彈簧秤成角度地拉橡皮筋，把結(jié)點(diǎn)拉到某一位置，再換成一個(gè)彈簧秤，同樣拉這個(gè)橡皮筋，也把結(jié)點(diǎn)拉到同樣位置，這說明后一個(gè)彈簧秤的拉力與前面兩個(gè)彈簧秤的拉力效果相等。因此，可以互相替代。對(duì)于“等效”這個(gè)問題，應(yīng)正確理解：所謂效果相等，是對(duì)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(lái)說，它們只是在改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)上等效，而在其他方面，例如，在產(chǎn)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(zhì)量、電阻測(cè)量等都可以用替代法，我們古代三國(guó)時(shí)期曹沖稱象的故事就是替代法的典型實(shí)例。

三、轉(zhuǎn)換法

例如，在“碰撞中的動(dòng)量守恒”的實(shí)驗(yàn)中，把測(cè)物體的速度轉(zhuǎn)換為測(cè)物體平拋運(yùn)動(dòng)的水平位移，即把測(cè)速度轉(zhuǎn)換為測(cè)長(zhǎng)度。又如，在“測(cè)定玻璃的折射率”的實(shí)驗(yàn)中，本應(yīng)測(cè)量入射角和折射角，再根據(jù)折射率n=sini/sinr求出折射率，但角度不容易測(cè)準(zhǔn)確，而通過做輔助線的方法可以把測(cè)角度轉(zhuǎn)換為測(cè)線段的長(zhǎng)度，從而增加了有效數(shù)字的位數(shù)，即提高了測(cè)量的準(zhǔn)確度。轉(zhuǎn)換法是一種較高層次的思維方法，是對(duì)事物本質(zhì)深刻認(rèn)識(shí)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。

四、比較法

用比例法測(cè)電阻是常見的，當(dāng)兩個(gè)電阻串聯(lián)時(shí)，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(gè)電阻是標(biāo)準(zhǔn)電阻，另一個(gè)電阻的阻值就可測(cè)出。同樣，兩電阻并聯(lián)時(shí)，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(gè)是標(biāo)準(zhǔn)電阻，另一個(gè)電阻的阻值可測(cè)出。

五、控制變量法

在《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》的實(shí)驗(yàn)，我們研究的方法是：先保持物體的質(zhì)量一定，研究加速度與力的關(guān)系；再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)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(zhì)量之間的關(guān)系。當(dāng)然本實(shí)驗(yàn)還涉及到各種系統(tǒng)誤差的產(chǎn)生，限于篇幅不再贅述。

六、留跡法

在《測(cè)定勻變速直線運(yùn)動(dòng)的加速度》《驗(yàn)證牛頓第二運(yùn)動(dòng)定律》《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》等實(shí)驗(yàn)中，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(duì)應(yīng)的時(shí)刻，可從計(jì)算小車在各個(gè)位置或時(shí)刻的速度并求出加速度；對(duì)于簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，則是通過擺動(dòng)的漏斗漏出的細(xì)沙落在勻速拉動(dòng)的硬紙板上而記錄下各個(gè)時(shí)刻擺的位置，研究簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)的圖像；又如利用閃光照相記錄自由落體運(yùn)動(dòng)的軌跡等實(shí)際，都采用了留跡法。

領(lǐng)會(huì)科學(xué)思想方法重在“潛移默化”和“融會(huì)貫通”，學(xué)生通過做物理實(shí)驗(yàn)，不僅提高了學(xué)習(xí)興趣，而且掌握解了決問題的方法，使學(xué)生終身受益。

（作者單位 渭南市隴海中學(xué)）

？誗編輯 魯翠紅