第121758号初中物理科学探究方法专题

1初中物理科学探究方法专题《新课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。因此，考查研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。控制变量法等效替代法、转换法推理法、模型法、比较法、类比法、图像法等，是初中物理常用的研究方法。一.控制变量法【知识回放】所谓控制变量法,就是在研究和解决问题的过成中,对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制,只改变某个变量的大小,而保证其它的变量不变,最终解决所研究的问题.这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法，也是中考出题最多的方法。在初中物理课本中,应用这种方法的有:1.蒸发的快慢与哪些因素有关2.滑动摩擦力的大小与哪些因素有关3.液体压强的大小与哪些引速又关.4.浮力的大小与哪些因素有关5.压力的作用效果与哪些因素有关6.滑轮组的机械效率与哪些因素有关7.动能的大小与哪些因素有关8.重力势能的大小与哪些因素有关9.导体的电阻与哪些因素有关10.探究电流与电压的关系11.探究电流与电阻的关系12.探究电流做功的多少与哪些因素有关13.探究电流的热效应与哪些因素有关14.探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关【典例探究1】小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关，于是想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确，上表是她在实验时控制的琴弦条件。2(1)如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用编号为的琴弦（只填字母代号）。(2)探究过程通常采用下列一些步骤：A实验研究B分析归纳C提出问题（或猜想）D得出结论等，你认为小兰要完成本探究的全过程，所采用的合理顺序应该是：。（只填写数字代号）(3)在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：。【标准答案】（1）D和E（2）CABD（3）实验一：研究滑动摩擦力的大小和哪些因素有关；实验二：研究电流与电压、电阻的关系；实验三：研究电流产生的热量与哪些因素有关；实验四：研究电磁铁磁性的强弱和哪些因素有关.【典例探究2】为了研究物质的某种特性，某小组的同学先做了如下实验：他们在甲、乙两只完全相同的烧杯中分别放入100克和200克的温水，实验时，让它们自然冷却，并利用温度计和计时器测量水的温度随时间的变化情况。记录数据分别如表1、表2所示。（设甲、乙两杯水每分钟放出的热量相等）表1m1=100克时间/min0246810121416温度/℃363534333231303030降低温度/℃012345666表2m2=200克时间/min02412142024283236温度/℃36353433323130292828降低温度/℃0123456788（1）分析比较表1和表2中的数据可知，实验时，两杯水所处环境的温度是的。（填“相同”或“不相同”）（2）分析比较表1（或表2）中第一行和第三行的数据及相关条件，可得出的初步结论是：，放出的热量与降低的温度成正比。（3）分析表1和表2中的第三列、第四列、第五列等数据及相关条件，可得出的初步结论是：。（4）进一步综合分析比较表4和表5中的数据及相关条件，还可得出的初步结论是：。【名师精析】控制变量法是中考出题最多的方法,因此学生要注意有关控制变量法的实验.本题考查比热的概念和控制变量法，通过设计一个实验情境，培养处理信息、分析数据、归纳总结的能力。本题可以从热量的计算公式Q=cm△t对实验数据进行分析，当比热容c一定，当m一定时，Q与△t成正比；△t一定时，Q与m成正比；c=Q/m△t为一定值。【答案】（1）不同；（2）相同质量的同种物质，降低的温度越多放出的热量越多；（3）同种物质，降低相同温度时，质量大的放出热量多；（4）水（同种物质）放出的热量与质量、降低的温度的比值是定值。【典例探究3】.学习欧姆定律时,为了研究电流与电压和电阻的关系,实验中先保持电阻一定,研究电流与电压的关系;再保持电压一定,研究电流与电阻的关系.这种方法就是控制变量法.下面研究过程中应用这种方法的是()A.通过电流做功的多少来判断电能的多少B.引入合力的概念3C.研究磁场引入磁感线D.研究电流产生热量的多少与电流的关系,先保持电阻和时间一定【标准答案】D二.等效替代法【知识回放】用相等或容易测得的量代替不便直接求出的物理量,这种方法就是等效替代法等效替代法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易，求得解决。例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效……【典例探究】探究物理规律和解决实际问题常运用到许多重要的物理思想和方法．下列过程中运用了“等效替代”方法的是（）A．测量一张白纸的厚度B.研究电流与电压、电阻的关系C.曹冲称象D.牛顿总结出惯性定律【名师点拨】在物理实验特别是测量中，有些物理量并不是能十分方便的测量，就要用到等效法。如：用另一根相同的蜡烛等效替代平面镜后的像；称象的质量并不方便，就利用浮力相等让象的质量等于石块的质量从而方便研究。【标准答案】C在初中物理课本中,应用这种方法的有:1.在研究合力时,一个力和两个力使弹簧发生的形变是等效的,那么这个力就替代了两个力,所以叫等效替代法2.在研究串并联电路的总电阻时,也用到了这种方法.3.在平面镜成像的实验中,我们利用两个完全相同的蜡烛,验证物与像的大小相同,因为我们无法真正的测量物与像的关系,所以我们利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小.三.转换法【知识回放】物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，通过用一些非常直观的现象去认识，或用易测量的物理量间接测量，一些比较抽象的看不见,摸不着的物质的微观现象,要研究它们的运动规律,使之转化为学生熟知的看得见,摸得着的宏观现象来认识它们,这种研究问题的方法叫做转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。在初中物理课本中,应用这种方法的有:1.测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积.2.我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度.3.在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小.4.研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化).5.在研究电热与电流\电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度.6.我们在研究电功与什么因素有关的时候,将电功转换成砝码上升的高度.7.密度\功率\电阻\压强(大气压强)等物理量都是利用转换法测得的.8.在我们回答动能与什么因素有关时,我们将动能转化为小木块在平面上被推动的距离,距离越远则动能越大.4【典例探究1】爱因斯坦说过：“磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。”磁场虽然看不见、摸不着，但可以通过对小磁针的作用证明其存在。在物理学中还有其他一些现象也是这样，如用可证明的存在。【名师点拨】首先通过阅读，明确磁场是无形的，而小磁针是有形的。用有形的、看得见、摸得着的事物证明无形的、看不见、摸不着的物体，是转换的思想。然后就要在头脑中搜寻学习过的物理内容，筛选出应用这个思想获取的知识点，确定答案。大家可以从力、热、光、电、磁、分子原子、能量等方面进行思考。【标准答案】物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用；苹果落地可证明重力存在；马得堡半球实验可证明大气压的存在；雾的出现可证明空气中含有水蒸气；影的形成光沿直线传播；月食现象可证明月亮不是光源；奥斯特实验可证明电流周围有磁场；指南针指南北可证明地磁场的存在；用手机能打电话可证明电磁波的存在；扩散现象可证明分子做无规则运动；铅块实验可证明分子间引力的存在；运动的物体能对外做功可证明它具有能；【典例探究2】分子运动肉眼看不见、摸不着，不便于研究，但我们可以通过研究墨水的扩散现象来认识它，这种方法在科学上叫“转换法”，下面四个实例也采用“转换法”的是（）A.利用光线来研究光的直线传播现象B.判断电路中是否有电流时，我们可通过电路中的灯泡是否发光去确定C.研究电流与电压、电阻关系时，先保持电阻不变去研究电流与电压互感器的关系；然后再保持电压不变去研究电流与电阻的关系D.研究电流时，将它比做水流【名师点拨】用形象直观的现象来展示看不到、摸不着、不便研究的现象叫做转换法。电流看不见摸不着，转换为灯泡是否发光，为转换法。A为模型法，C为控制变量法，D为类比法。【标准答案】B5四.理想模型法【知识回放】实际现象和过程一般都十分复杂,涉及到众多因素,采用模型方法可起到简化和纯化的作用.忽略次要因素,从复杂事物中抽象出理想模型,合理近似的反应所研究事物的本质特征,这种研究问题的方法叫理想模型法.在初中物理课本中,应用这种方法的有1．光线(光线是看不见的,我们使用一条看得见的实线来表示,就将问题简化利用了理想化模型)2．磁感线(为了研究磁场,我们引入一条线将研究的问题简化,其实这条线并不存在).【典例探究1】芜湖，一直以来就是长江下游重要的商贸港口城市。芜湖长江大桥，这座目前我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁的建成，使得芜湖这座古老的城市又焕发出强烈的时代气息。大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图所示），其作用是____________________。（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。这些缝隙是（）A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故B．来往车辆过多，造成路面损毁C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图丁所示的模型。①可以看出它用到了的相关知识。其中O是__________，_______代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。请分析原因。6③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？（说出一种方法即可）④你知道吗？在上述的研究中，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：建立模型。建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？请举一例具体说明。（本题实例除外）【名师点拨】本题以芜湖长江大桥为载体，将声、热、杠杆等知识有机的融合，考查学生综合利用知识的能力。特别是注重了对物理学研究方法的考查，使学生在做题过程中学会了忽略次要因素，抓住主要问题的建立模型法。题目最后一问让学生再举例子说明在初中物理学习中，在研究哪些问题时也用到了这种方法？容易激活学生的思维，促使学生对知识的回忆和重新整合。【标准答案】①用以隔音，减少火车行驶时产生的噪音污染。②（D）。③(1)杠杆的支点、F1；(2)增加桥塔的高度，可以增大拉力的力臂。根据杠杆的平衡条件，钢索所承受的拉力也随之减小；(3)使用新型轻质材料减小桥梁自重等。④研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。电路图是实物电路的模型。力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程（柴油机、汽油机模型等）。研究连通器原理时用到液片模型。【典例探究2】以下是物理学习中的几个研究