物理研究方法專題復習

高虹燕

控制變量法、轉換法、等效替代法、推理法、理想模型法等研究物理問題的方法.幫助我們解決了很多實驗中遇到的難題，我們應重視學習科學探究方法和科學家的探索精神，形成初步的科學探究能力.下面我們一起來學習初中物理中常用的研究方法.

控制變量法

事物之間都是相互聯系的.物理量也不例外，當我們研究某個物理量與其他若干個因素（物理量）之間的相互關系時，為了確定這個物理量與其中一個因素的關系.就需要控制其他因素不變，來研究這個物理量與其中一個因素變化的關系，這種方法就叫作控制變量法.

人教版八年級物理教材中，用到控制變量法的實驗主要有五個：

1.研究音調與頻率的關系、響度與振幅的關系.

2.研究滑動摩擦力的大小與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關系.

3.研究壓力的作用效果與壓力的大小和受力面積大小的關系.

4.研究物體動能的大小與質量和速度的關系.

5.研究物體重力勢能的大小與質量和高度的關系.

倒1 （2019.河南）在探究“影響滑動摩擦力大小的因素”的實驗中，裝置如圖1所示，鋁塊和木塊的外形相同，一端帶有定滑輪的長木板固定不動，鋁塊通過細線與彈簧測力計相連.（忽略滑輪的摩擦）

（1）圖甲中，將鋁塊放在水平木板上，豎直向上拉彈簧測力計.當鋁塊沿水平方向做____運動時，鋁塊所受滑動摩擦力大小等于彈簧測力計的示數F1，則F1=____ N.

（2）比較甲、乙兩次實驗，可以得出：在______相同時，____ 越大.滑動摩擦力越大.

（3）圖乙實驗完成后，利用原有器材，還可進一步探究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系，請你簡要說明實驗方案：____ .

（4）請你判斷：圖丙中，鋁塊水平運動時所受滑動摩擦力____（填“大于”“小于”或“等于”）圖甲中鋁塊所受滑動摩擦力.

解析：（1）豎直向上拉彈簧測力計，通過定滑輪使鋁塊沿水平方向做勻速直線運動時，鋁塊在水平方向上受到平衡力的作用，鋁塊所受滑動摩擦力大小等于彈簧測力計的示數，彈簧測力計的示數為1.6 N.即木塊受到的滑動摩擦力大小為16 N.（2）分析比較甲、乙兩次實驗可知.滑動摩擦力的大小與壓力大小有關，在接觸面粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大.（3）要探究滑動摩擦力大小與接觸面粗糙程度的關系，需控制壓力相同，使接觸面的粗糙程度不同.（4）由圖丙可知，鋁塊在木板上運動時.壓力和接觸面的粗糙程度均不變，故圖丙中鋁塊水平運動時所受滑動摩擦力等于圖甲中鋁塊所受滑動摩擦力.

答案：（1）勻速直線1.6（2）接觸面粗糙程度壓力 （3）將木塊與鋁塊互換位置，重復實驗，比較兩次彈簧測力計的示數 （4）等于

轉換法

在研究看不見的物質或現象時，可以通過研究該物質或現象所產生的可見效果.進一步分析物質或現象，這種方法叫作轉換法.值得注意的是.等效替代法雖然也包含有轉換法的思想，但其研究主體已發生轉移，而轉換法則是通過研究主體所產生的效果來上溯其原因的一種研究方法，

人教版八年級物理教材中.用到轉換法的實驗主要有三個：

1.利用小球振動來判斷發聲體在振動.

2.利用小桌陷入海綿的深度來判斷壓力的作用效果.

3.根據小球將木塊推動的遠近來判斷小球動能的大小，

等效替代法

將某個物理量、物理裝置、物理狀態（或過程），用另外一個物理量、物理裝置、物理狀態（或過程）來替代，得到同樣的結論，這種方法叫作等效替代法，在間接測量中，有許多物理量的測量都是利用了等效替代法.

人教版八年級物理教材中，用到等效替代法的實驗主要有兩個：

1.測量不規則小塊固體的體積時，用它排開水的體積替代固體的體積.

2.托里拆利實驗中，利用水銀柱產生的壓強與大氣壓相等測定大氣壓的數值.

推理法

推理法是在大量可靠事實的基礎上，以實際的實驗過程為原形，通過合理的推理總結出結論.從而深刻地揭示物理規律的本質，這種方法是物理學中進行研究的一種重要方法.

人教版八年級物理教材中.用到推理法的實驗主要有兩個：

1.研究真空不能傳聲.

2.研究牛頓第一定律.

例2 （2019.樂山）小秋為探究“運動與力的關系”.設計了如圖2所示的斜面實驗.讓同一小車滑到接觸面分別為毛巾、棉布和木板的水平面上.觀察小車在水平面上滑行的距離.

（1）為了使小車滑到水平面時的初速度相同.實驗時應讓小車從同一斜面的____滑下.這種研究問題的方法是____法.

（2）比較甲、乙、丙三次實驗，發現阻力越小，小車滑行的距離就越____（填“遠”或“近”），說明小車運動的速度改變得越（填“快”或“慢”）.

（3）伽利略對類似的實驗進行了分析，并進一步推測：如果水平面光滑，小車在運動時不受阻力，則小車將在水平面上____ .說明運動的物體 ____（填“需要”或“不需要”）力來維持.

（4）牛頓在伽利略等人的研究成果上概括出了牛頓第一定律.該定律____.

A.能用實驗直接驗證

B.不能用實驗直接驗證，所以不能確定這個定律是否正確

C.是在大量經驗事實的基礎上，通過進一步的推理概括得出的

解析：（1）為了使小車在滑到水平面時的初速度相同，在實驗中應讓小車從同一斜面的同一高度由靜止開始滑下，這里采取的研究方法是控制變量法.（2）實驗中發現：小車在毛巾表面上滑行的距離最短.在木板上滑行的距離最遠，說明小車受到的阻力越小，速度減小得越慢，滑行得越遠.（3）進一步推理可知，若水平面絕對光滑，即小車不受摩擦力，則小車將做勻速直線運動.說明運動的物體不需要力來維持.（4）牛頓第一定律是在實驗的基礎上通過進一步推理概括出來的.不能用實驗來直接驗證，但它是個正確的定律，故C正確.

答案：（1）同一高度控制變量 （2）遠慢 （3）做勻速直線運動不需要 （4）C

理想模型法

理想模型法是物理學中的一個重要的研究方法，運用這種方法的目的是為了摒棄次要條件，突出主要因素，對實際問題進行理想化、簡單化處理，從而方便對物理本質的研究.在物理學中，常常把實際研究對象或實際過程抽象成為理想模型.

人教版八年級物理教材中，用到理想模型法的實驗主要有兩個：

1.在研究光的傳播路徑和方向時，引入光線

2.將光滑表面看作是沒有摩擦的理想表面.

小結：上面五種方法是初中物理課本中常用到的研究方法，值得一提的是.很多物理規律的形成、實驗過程的設計用到了多種研究方法，例如，在研究物體動能的大小與質量和速度的關系實驗中.根據小球將木塊推動的遠近來判斷小球動能的大小，這是轉換法：在研究動能的大小與質量的關系時.要控制小球的速度不變.用到了控制變量法.同學們在平時的學習中應重視這些方法的使用過程，逐步提高對它們的應用能力.

責任編輯 蔡華杰