物理研究方法

一、理想模型法：为了便于想象和思考研究问题，把复杂的问题简单化，抛弃次要条件，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型。1、为了研究光的传播引入了光线；2、为了研究磁现象引入了磁感线；3、为了研究肉眼观察不到的原子结构引入原子核式结构模型；4、为了研究液体压强引入液柱模型；5、电路图是实物电路的模型；6、匀速直线运动；7、分析连通器原理使用的“液片”；8、杠杆（由于受力的作用会引起或大或小的形变，在研究物理问题时可以忽略不计，即理想化的杠杆可以无形变）9、理想电表；10、描述力的图示、示意图。二、理想实验法（理想推理法，科学推理法，实验＋推理法）：以大量可靠的事实为基础，以真实的实验为原形，通过合理的逻辑推理得出结论，深刻揭示物理规律的本质，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法。例：1、研究牛顿第一定律；2、研究真空不能传声；3、探究自然界中只存在两种电荷。三、控制变量法：控制变量法就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。例如：1、探究浮力大小与哪些因素有关；2、探究摩擦力的大小与什么因素有关；3、探究压力的作用效果跟什么因素有关；4、研究物体的动能与质量和速度的关系；5、探究动能（或重力势能）的大小与什么因素有关；6、滑轮组的机械效率与哪些因素有关；7、研究液体的压强与液体的密度和深度的关系；8、研究弦乐器的音调与弦的松紧、长短和粗细的关系；9、研究决定电阻大小的因素；10、研究电流与电阻、电压的关系；11、研究电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系；12、研究感应电流的方向跟什么因素有关；13、研究通电导体在磁场中的受力与什么因素；14、研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流大小的关系；15、研究影响电动机转动快慢的因素与哪些因素有关；16、研究影响蒸发快慢的因素；17、探究不同物质的吸热能力与物质种类、质量、温度的关系。四、等效替代法：等效替代法是指在保证某一方面效果相同的前提下，用理想的、熟悉的、简单的物理对象、物理过程、物理现象来替代实际的、陌生的、复杂的物理对象、物理过程、物理现象的思想方法。简言之，等效的方法就是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：1、“曹冲称象”用石块等效替换大象；2、利用量筒测量不规则固体的体积；3、研究串联并联电路关系时引入总电阻（等效电阻）的概念；4、研究多开关复杂电路时，用简单的“等效电路”简化复杂电路；5、研究平面镜成像特点时，用镜后未点燃的蜡烛代替镜前点燃蜡烛的像；6、研究各分力的作用效果时引入了“合力”的概念。五、转换法：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，通常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，这种研究问题的方法叫转换法。转换法中被转换的对象很多，可以是物理模型、研究对象和研究方法，也可以是某个图形，某个物理量，初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。1．现象转换：通过观察压强计U型管内液柱的高度差判断液体内部有压强；通过马得堡半球实验证明大气压的存在；运动的物体能对外做功可证明它具有能；通过观察木块被运动的小球碰撞后移动距离的大小来比较动能的大小；通过观察木桩被落下的金属块撞击后陷入沙坑中的深浅来比较重力势能的大小；铅块实验可证明分子间存在着引力；空气看不见、摸不到，我们可以根据空气流动（风）所产生的作用来认识它；分子看不见、摸不到，不好研究，可以通过墨水的扩散现象来认识分子的无规则运动；雾的出现可以证明空气中含有水蒸气；通过观察验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电；电流看不见、摸不到，判断电路中是否有电流时，我们可以根据通过电流产生的（热、磁、化学）效应来判断电流的存在；通过观察电流表示数来比较导体电阻的大小；通过砝码被提升的高度判断电功的多少；通过煤油温度的变化来判断电流产生热量的多少；通过指南针指南北证明地磁场的存在；通过磁体会使小磁针发生偏转来判断磁场的存在；判断通过电磁铁吸引大头针的多少来比较电磁铁磁性的强弱等等；影子的形成可以证明光沿直线传播；月食现象可证明月亮不是光源；2．测量转换：在测不规则物体的体积时转换成测物体排开水的体积；在测量滑动摩擦力时转化成测拉力的大小；在测量大气压强时转化成测被大气压压起的水银柱的压强；测液体压强时，将液体的压强转换成我们能看到的液柱高度差的变化；测硬币的直径时转换成测刻度尺的长度；测曲线的长短时转换成细棉线的长度；有一些物理量不容易测得，我们可以根据定义式转换成直接测得的物理量。在由其定义式计算出其值，如电功率（我们无法直接测出电功率只能通过P＝UI利用电流表、电压表测出U、I计算得出P）、又如电阻、密度、压强等。六、积累法：测量微小量的时候，我们常常将微小的量积累成一个比较大的量，这样使测量的结果更接近真实的值就是采取的积累法。例：1、比如在测量一张纸的厚度的时候，我们先测量100张纸的厚度在将结果除以100；2、要测量出一张邮票的质量；3、测量出心跳一下的时间；4、测量出导线的直径。七、放大法：在有些实验中，实验的现象我们是能看到的，但是不容易观察。我们就将产生的效果进行放大再进行研究。例：1、音叉的振动很不容易观察，所以我们利用小泡沫球将其现象放大；2、观察压力对玻璃瓶的作用效果时我们将玻璃瓶密闭，装水，插上一个小玻璃管，将玻璃瓶的形变引起的液面变化放大成小玻璃管液面的变化。八、模拟法：模拟法是指在研究一些物理现象、原理时按照事物的样子进行模拟操作的实验研究方法。例：1、在学习家庭电路之后，学生对家庭电路的安装很感兴趣。如果让学生直接接触家庭电路。既不方便，又不安全，我们采用模拟法模仿(干电池模拟交流电源、小灯泡、电动机模型模拟家用电器等)家庭电路的安装；2、在研究物体浮与沉时，可以通过制作模拟潜水艇来演示一下实际效果，不仅提高学生学习兴趣，又能加深对浮与沉原理的理解。九、观察法：物理是一门以观察、实验为基础的学科。人们的许多物理知识是通过观察和实验认真地总结和思索得来的。观察法是人们为了认识事物的本质和规律有目的有计划的对自然发生条件下所显现的有关事物进行考察的一种方法，是人们收集获取记载和描述感性材料的常用方法之一，是最基本最直接的研究方法。简单的讲观察法就是看仔细地看。但它和一般的看不同，观察是人的眼睛在大脑的指导下进行有意识的组织的感知活动。因此，亦称科学观察。例：1、水的沸腾:在使用温度计前，应该先观察它的量程，认清它的刻度值。实验过程中要注意观察水沸腾前和沸腾时水中气泡上升过程的两种情况，温度计在沸腾前和沸腾时的示数变化；2、在学习声音的产生时可让学生观察小纸片在扬声器中的运动状态，观察正在发声的音叉插入水中激起水花，观察蟋蟀知了鸣叫是的情况，就会发现发出声音的物体都在振动；3、著名的马德堡半球实验，证明了大气压强的存在；在教学中，可以根据教材中的实验，如长度、时间、温度、质量、密度、力、电流、电压等物理量的测量实验中，在探究光的反射规律、光的折射规律、凸透镜成像、滑动摩察力与哪些因素有关等实验时，要求学生认真细致的观察，进行规范的实验操作，得到准确的实验结果，养成良好的实验习惯，培养实验技能。大部分均利用的是观察法。十、类比法：在我们学习一些十分抽象的，看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解我们就拿出一个大家能看见的与之很相似的量来进行对照学习。根据两个对象之间在某些方面的相似或相同，把其中某一对象的有关知识、结论推移到另一个对象中去的一种逻辑方法。类比法是提出科学假说做出科学预言的重要途径，物理学发展史上的许多假说是运用类比方法创立的，开普勒也曾经说过：“我们珍惜类比推理胜于任何别的东西”。例如：1、学习功率公式时类比速度的定义；2、研究做功快慢时与物体运动快慢进行类比；3、研究电流时类比水流；用水压类比电压；4、抽水机提供水压类似电源提供电压；水轮机类比用电器；5、研究电磁波时类比水波等等；6、分子动能与物体的动能进行类比；7、学习大气压时类比液体压强；8、原子结构与太阳系。十一、比较法（对比法）：比较法是确定研究对象之间的差异点和共同点的思维过程和方法，各种物理现象和过程都可以通过比较确定它们的差异点和共同点。比较是抽象与概括的前提，通过比较可以建立物理概念总结物理规律，还可以进行鉴别和测量，从而加深对它们的理解和区别，使学生很快地记住它们。比较法有三种类型：异中求同的比较；同中求异的比较；同异综合比较。例：1、研究蒸发和沸腾的异同点；2、比较电压表与电流表在使用过程中的相同点和相异点；3、比较电动机与发电机的结构和原理的相同点和异同点；4、汽油机和柴油机的相同点和异同点；5、重力与质量的关系；6、重力与压力；7、电功与电功率等。十二、归纳法：在大量经验材料的基础上，从具体事物中抽象出共同本质，从一系列个别现象、实例概括出一般规律的逻辑推理方法。例：1、从气、液、固的扩散实现现象，得出结论：一切物体的分子都在作无规则的运动；2、由拨动张紧的橡皮筋，声带振动发声，尺子振动发声，敲响音叉等实例中，总结物体发生时的共同特征得到声是由物体的振动产生的；3、铜能导电，银能导电，锌能导电则归纳出金属能导电；4、在阿基米德原理中，为了验证F浮＝G排，我们分别利用石块和木块做了两次实验，归纳、整理均得出F浮＝G排，于是我们验证了阿基米德原理的正确性；在验证导体的电阻与什么因素有关的时候，经过多次的实验我们得出了导体的电阻与长度，材料，横截面积，温度有关，也是将实验的结论整理到一起后归纳总结得出的。在所有的科学实验和原理的得出中，我们几乎都用到了这种方法。另外，还有图象法——用图像处理物理问题的方法；分类法——把固体分为晶体和非晶体两类、导体和绝缘体；比值定义法：——用比值来定义物理量，如密度、压强、功率、电流等概念公式采取的都是这样的方法；多因式乘积法：——用乘积来定义物理量，例：电功、电热、热量等概念公式采取的都是这样的方法。