時間：2023-07-05 15:57:23
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關(guān)鍵詞：高中；物理教學(xué)；替代法
教學(xué)改革的實(shí)施，要求給予學(xué)生活動的空間、思維的空間。解決這一問題，在很大程度上還是在課堂上進(jìn)行，怎樣在有限的課時中解決此種矛盾，其中一個途徑就是讓學(xué)生多體會物理思想和提高物理思維能力。
學(xué)生怎樣提高物理思維能力，從看似復(fù)雜的物理情景中提煉出一個個物理模型，從物理現(xiàn)象中洞察物理的本質(zhì)，從而跨越思維障礙，高效解決物理問題，促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)由知識到能力的質(zhì)的飛躍，是非常重要的。本文著重介紹高中常用的一種科學(xué)思維方法——替代法。
一、什么是替代法
替代法指的是通過相應(yīng)的物理轉(zhuǎn)換，用熟知的、簡單的物理量、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)、過程等去替代那些陌生繁雜且難于求解的物理量、狀態(tài)、結(jié)構(gòu)及過程，以間接獲取問題的解決方法。它是將復(fù)雜的物理現(xiàn)象和過程轉(zhuǎn)化為簡易的物理現(xiàn)象和過程來研究處理的科學(xué)思維方法。
二、替代法在高中物理教學(xué)中應(yīng)用的必要性
替代法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用不但可以使問題化繁為簡、化難為易，甚至變未知為已知，更重要的是通過應(yīng)用替代法可在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。掌握替代法及應(yīng)用，體會物理等效思維的內(nèi)涵，有助于提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。初步形成科學(xué)的世界觀和方法論，為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定良好基礎(chǔ)。
三、替代法在高中物理教學(xué)中的應(yīng)用
在高中物理教學(xué)中，替代法是一種重要的科學(xué)思想方法。替代法在物理解題中起著重要作用，也有廣泛的實(shí)際應(yīng)用，將此法滲透到對教學(xué)過程分析中，可以使我們對物理問題的分析和解答變得簡捷。替代法可以分為等值替代和等效替代。
（一）等值替代
等值替代是根據(jù)相關(guān)物理量間具有數(shù)值上相等的關(guān)系，通過計(jì)算一些物理量的數(shù)值，從而間接求出另一些物理量數(shù)值的方法。具體常見的有：用理想模型替代真實(shí)體、用狀態(tài)替代過程、用過程替代過程等。
1.用理想模型替代真實(shí)體
用理想模型替代真實(shí)體，理想模型集中地突出了某一類實(shí)際對象的主要特征，忽略其次要特征，使得事物的主要特點(diǎn)變得簡單、清晰，研究事物現(xiàn)象的方法更簡捷，對客觀事物本質(zhì)的認(rèn)識更深刻、全面。
案例1：半徑為R的導(dǎo)體球殼不帶電，現(xiàn)將一帶電量為q的點(diǎn)電荷放在球殼內(nèi)距球心為■處，如右圖所示，求達(dá)到靜電平衡后，球殼上感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的場強(qiáng)。
本題如果直接取感應(yīng)電荷為研究對象來求解它在O處產(chǎn)生的場強(qiáng)，由于不知感應(yīng)電荷的分布規(guī)律而無法求解。考慮到殼內(nèi)電場是點(diǎn)電荷與感應(yīng)電荷產(chǎn)生的電場疊加，且靜電平衡時殼內(nèi)場強(qiáng)為0，因此感應(yīng)電荷在殼內(nèi)任意點(diǎn)產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)均與點(diǎn)電荷在這一點(diǎn)產(chǎn)生的電場的場強(qiáng)等值反向。所以感應(yīng)電荷在球殼內(nèi)產(chǎn)生的場強(qiáng)大小可以用點(diǎn)電荷——理想模型在這一點(diǎn)的場強(qiáng)大小來替代，即感應(yīng)電荷在球心處產(chǎn)生的場強(qiáng)大小，E=■=■，方向水平向右。
在應(yīng)用等效思想方法的同時再引入物理模型，可在抓住主要的物理?xiàng)l件、過程和方法的基礎(chǔ)上，找出解決物理問題的切入點(diǎn)，把實(shí)際問題加以簡化。又如有質(zhì)點(diǎn)概念、重心概念、求球體內(nèi)挖去部分形狀規(guī)則物體后受到的引力等均用到了理想模型替代真實(shí)體方法。
2.用狀態(tài)替代過程
在一些較為復(fù)雜物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)中，利用物理量作用效果上的相似性進(jìn)行等效處理，可以將復(fù)雜多樣的物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)得以簡化，方便問題的處理。
案例2：一個小球從距地面h=2 m高處由靜止開始下落（不計(jì)空氣阻力），假設(shè)每次與地面碰撞后都能彈起本次下落高度的3/4，問小球靜止前通過的總路程是多少？
這道題有兩種常用思路，一是用演繹歸納的方法，即用數(shù)學(xué)等比數(shù)列求和方式，對小球往復(fù)運(yùn)動過程逐一求解，出總路程的變化規(guī)律，這種方法肯定很復(fù)雜；二是由于初態(tài)與末態(tài)清楚，因此外力做功（過程量）使物體動能的變化（狀態(tài)量）很容易求出，根據(jù)動能定理，外力做功在數(shù)值上等于物體動能的變化量，用物體動能的變化量來替代外力所做的功，繼而求出物體所通過的路程。
等效思維利用了物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)的相似性，把一些復(fù)雜的相對較陌生的物理現(xiàn)象、物理狀態(tài)，回歸等效至學(xué)生感覺較為熟悉的物理狀態(tài)，很大層面上也降低了題目的難度，同時也使得學(xué)生的知識遷移能力和對知識的應(yīng)用能力得到有效提高。
3.物理過程等效思維
在建立模型、處理物理過程中，依據(jù)題目情景，轉(zhuǎn)換角度思考問題，可降低思維梯度，易于解答一些難度較高的問題。
案例3：如下圖所示，在水平地面上有一段光滑圓弧形槽，弧的半徑是R，所對圓心角小于10°，現(xiàn)在圓弧的右側(cè)邊緣M處放一個小球A，使其由靜止下滑，則球由M至O的過程中所需時間t為多少？
■
審題過程中要抓住圓弧光滑且圓心角小于10°這個條件，隱含條件是小球的運(yùn)動可等效為單擺，即球在圓弧上做簡諧運(yùn)動，從而利用簡諧運(yùn)動的周期性和對稱性解決問題。由單擺的周期公式T=2π■，可知球A的運(yùn)動周期為T=2π■，所以tA0=■T=■■。
我們往往將不可直接測量的物理量用可直接測量的物理量來替代，從而使問題迎刃而解。解題中利用等效物理模型不僅能起到事半功倍的效果，還能培養(yǎng)學(xué)生分析、概括問題和推理的能力。
（二）等效替代
如果物理量（物體）經(jīng)替代后產(chǎn)生的效果相同，則稱這種替代為等效替代。等效替代思維是用較熟悉的思維形式來替代相對生疏、復(fù)雜的思維形式。運(yùn)用它不但可以使問題化繁為簡、化難為易，甚至變未知為已知，更重要的是通過等效思維應(yīng)用可在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維方法。
1.力的等效替代
合力與分力的等效替代關(guān)系，由于在作用效果上是相同的，依題目條件可以合理選用替代途徑。如求力的合成與分解過程。
力的等效替代在效果相同、類似模型相互替代常用到，如用等效重力法求單擺在不同條件下作簡諧振動周期的程序。
2.分解與合成替代
用平均速度將變速直線運(yùn)動等效變換為勻速直線運(yùn)動；合運(yùn)動與分運(yùn)動；平拋、斜拋曲線運(yùn)動等效為兩個直線運(yùn)動等。這些都是根據(jù)等效概念引入的，利用等效替代的思維方法讓學(xué)生理解所學(xué)物理概念。
3.運(yùn)動的等效替代
圓周運(yùn)動的等效最高、低點(diǎn)，單擺的等效擺長。從另一個角度去分析，案例2中小球的運(yùn)動過程也可等效為與地面碰撞無能量損失而受恒定的空氣阻力作用的過程。這樣用另一過程替代復(fù)雜的運(yùn)動過程使解題難度也得以降低。雖然看問題角度不同，但兩種較快解題的思維都是根據(jù)等效思想引入的。
四、替代法存在的不足之處
替代法的應(yīng)用使得學(xué)生對物理現(xiàn)象到本質(zhì)、物理規(guī)律理解更為透徹。用替代法簡化了繁雜的計(jì)算過程，也會消除如伏安法測電阻的系統(tǒng)誤差等等，對學(xué)生提高自主學(xué)習(xí)能力和科學(xué)思維能力的培養(yǎng)大有好處。當(dāng)然在實(shí)際操作過程中也存在著一些不足之處，如由于對定義本身理解不透，學(xué)生易把一些不能等效的物理模型進(jìn)行等效替代處理；也有一些在審題時忽略了相應(yīng)條件，憑已有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行過程替代處理導(dǎo)致出錯。針對諸多此類問題，也同時對教師提出了更高要求，要正確辨析替代內(nèi)在關(guān)聯(lián)和可替代條件，以防弄巧成拙。
總之，替代法在高中物理教學(xué)中的普遍應(yīng)用有助于學(xué)生跨越思維障礙，提高物理思維能力、綜合分析推理能力，高效解決物理問題，促進(jìn)其創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)由知識到能力的質(zhì)的飛躍?？茖W(xué)方法的教育更需要長期的熏陶，在學(xué)習(xí)中有意識地訓(xùn)練，并要持之以恒，對促進(jìn)素質(zhì)教育，貫策新課程理念，提高教育教學(xué)質(zhì)量都是大有裨益的。
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科學(xué)方法反映了科學(xué)知識的發(fā)生和發(fā)展過程，是理解和應(yīng)用科學(xué)知識的橋梁，是引導(dǎo)學(xué)生樹立科學(xué)觀的有效途徑。所以在初中物理教學(xué)中除了認(rèn)真做好物理知識的探究外還應(yīng)利用物理實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生做好方法性的探究。
一、控制變量法
控制變量法在初中物理實(shí)驗(yàn)探究過程中最常用的方法?？刂谱兞糠ㄊ墙鉀Q復(fù)雜問題的一種有效方法。當(dāng)一個物理量與多個因素有關(guān)時，為了確定這個物理量與某個因素的關(guān)系，就要控制其他因素不變，只改變這個因素，看所研究的物理量與這個因素的變化關(guān)系，這種研究方法就是控制變量法。
例如在探究影響導(dǎo)體電阻的大小的因素的實(shí)驗(yàn)中，影響導(dǎo)體電阻大小的因素有導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料這三個變量，怎樣才能確定其中一個因素對導(dǎo)體電阻的影響及影響程度呢？這就需要用控制變量法。如下一練習(xí)題：兩個同學(xué)在做探究影響導(dǎo)體的電阻的大小實(shí)驗(yàn)時他準(zhǔn)備在電路中接入待研究的電阻絲，電源電壓恒定，待用電阻絲規(guī)格如下表：
1、要研究電阻與材料的關(guān)系應(yīng)選擇序號＿＿＿和＿＿＿的兩組電阻絲
2、選擇2和3兩組電阻絲能研究電阻和＿＿＿的關(guān)系
3、將2和4號電阻絲接入兩個完全相同的電路發(fā)現(xiàn)接有4號電阻絲的電路中的電流表示數(shù)大于接有2號的電路中電流表的示數(shù)，可得出的結(jié)論是：＿＿＿＿＿＿＿
4、這種方法在初中物理中經(jīng)常用到，以下實(shí)驗(yàn)中與此方法不同的是（）
A液體蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)
B動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系
C電流與電壓和電阻的關(guān)系
D電流時用水流類比
在初中物理中用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)除了上題中提到的A、B、C三個選項(xiàng)的實(shí)驗(yàn)外，還有如下實(shí)驗(yàn)：研究不同物質(zhì)的吸熱能力、研究電磁鐵的磁性與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系、研究物體運(yùn)動的快曼、研究滑動摩擦力與壓力的大小和接觸面的粗糙程度的關(guān)系、研究壓力的作用效果與壓力大小和受力面積大小的關(guān)系、研究液體壓強(qiáng)的大小與液體的密度和深度的關(guān)系等等。
二、轉(zhuǎn)換法
有某些物質(zhì)或現(xiàn)象我們看不見摸不著，但是可以通過研究該物質(zhì)或現(xiàn)象所產(chǎn)生的可見效果，對物質(zhì)和現(xiàn)象進(jìn)行進(jìn)一步的分析的方法叫做轉(zhuǎn)換法。
在聲音的產(chǎn)生和傳播這一節(jié)課中，音叉的振動我們看不清楚，把正在振動的音叉放入水中濺起水花可來認(rèn)識它。電流看不見但我們可以通過它表現(xiàn)出來年的熱效應(yīng)和磁效應(yīng)來認(rèn)識它；磁場看不到可以通過放入其中的小磁針轉(zhuǎn)動方向發(fā)生偏轉(zhuǎn)來認(rèn)識。
例如下面的一個習(xí)題：磁場是一種看不見的特殊物質(zhì)，我們可以通過磁場對小磁針的作用效果來認(rèn)識他。這是科學(xué)研究的一種常用方法。下列選項(xiàng)中不是采用這種研究方法的是（）
A比較溫度高低，通過液體受熱后的體積變化
B學(xué)習(xí)了電壓，通過水壓來認(rèn)識它
C電磁鐵磁性的強(qiáng)弱可以觀察吸引的大頭針的數(shù)目
D電路是否有電流可以觀察電流表指針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn)
在下列問題的研究中還可以用到轉(zhuǎn)化法:通過擴(kuò)散現(xiàn)象來研究分子的運(yùn)動；研究物理的動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系時通過木塊被撞擊后移動的距離來判斷動能的大小等等。
三、等效替代法
當(dāng)兩個物理量或兩個物理過程產(chǎn)生的效果相同時就可以利用其中的一個物理量來代替另一個物理量，或利用一個物理過程來代替另一個物理過程的方法叫等效替代法。等效法是物理方法中應(yīng)用廣泛的重要方法，是科學(xué)研究中常用的一種思維方法。在效果等同的前提下，把實(shí)際的、復(fù)雜的物理過程變成理想的簡單的等效過程來處理，可加深對物理概念、規(guī)律的理解。
例如用等效替代法測電阻：實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案如圖1所示：電源電壓保持不變，S是單刀雙擲開關(guān)、R＇是電阻箱、R0是已知阻值的電阻、Rx是待測電阻。
實(shí)驗(yàn)步驟：
①將開關(guān)S撥到a，讀出電流表的示數(shù)為I；
②再將開關(guān)S撥到b，調(diào)節(jié)電阻箱R＇的阻值，使電流表的示數(shù)為I，讀出電阻箱的阻值為R，則被測電阻Rx的阻值為R。另外，在研究平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中也用到等效替代法。
等效替代法還可以在如下實(shí)驗(yàn)探究中：排水法測小塊固體的體積；求多個電阻組成的串聯(lián)、并聯(lián)電路的總電阻等等。
四、理想化法
理想化法制根據(jù)所研究的問題的需要和具體情況，確定主要因素和次要因素，保留主要因素忽略次要因素，排除干擾，從而簡明的揭示事物的本質(zhì)理想化法是一種科學(xué)抽象，是研究物理的重要方法。包括理想化實(shí)驗(yàn)法和理想模型法。
[關(guān)鍵詞] 物理學(xué) 研究方法 科學(xué)
現(xiàn)在大力提倡素質(zhì)教育,掌握科學(xué)的研究方法是中學(xué)生必備的素質(zhì)。我認(rèn)為,掌握科學(xué)的研究方法比單純的記住一個現(xiàn)象、一種結(jié)果、一項(xiàng)規(guī)律更重要,對學(xué)生的可持續(xù)發(fā)展尤為重要。這就要求教師在教學(xué)過程中注重對學(xué)生科學(xué)研究方法的指導(dǎo),現(xiàn)就初中物理教學(xué)中常用的科學(xué)研究方法及實(shí)例歸類總結(jié)。物理學(xué)的研究方法有許多種,如控制變量法、轉(zhuǎn)化法、實(shí)驗(yàn)推理法、等效替代法、理想模型法、歸納法、類比法、比較法、圖像法等。
一、控制變量法
在研究物理問題時,某一物理量往往受到多種因素的影響,為了確定其中一個因素對被研究對象的影響情況,首先,要控制其它因素不變,也就是排除其它干擾因素,只改變這一因素,觀察該因素的變化對被研究對象的影響情況,找出內(nèi)在的規(guī)律,這就是控制變量法。控制變量法是探究性實(shí)驗(yàn)中最常用的方法。初中物理應(yīng)用實(shí)例:
研究壓力的作用效果(壓強(qiáng))與壓力和受力面積的關(guān)系;
研究物體的動能與質(zhì)量和速度的關(guān)系;
研究電流與電阻和電壓之間的關(guān)系即歐姆定律;
研究電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)和電流大小的關(guān)系。
二、轉(zhuǎn)化法
有些物質(zhì)的形態(tài)通常是看不見的,可以通過該物質(zhì)產(chǎn)生的各種效應(yīng)來研究,也就是通過間接的方法來研究該物質(zhì)。例如,風(fēng)是看不見的,我們可以通過觀察風(fēng)產(chǎn)生的效應(yīng)如被風(fēng)刮起的塵土、樹葉、煙、旗面、水波來判斷風(fēng)向、風(fēng)速。這種研究問題方法就是轉(zhuǎn)化法。初中物理應(yīng)用實(shí)例:大氣壓是看不見、摸不著的,我們可以通過研究大氣壓產(chǎn)生的現(xiàn)象來認(rèn)識它;電流是看不見、摸不著的,我們可以通過觀察電路中的燈泡是否發(fā)光、發(fā)光亮度來判斷電路中是否有電流以及電流的大小;磁場是看不見、摸不著的,我們可以通過觀察其中的小磁針的北極所指的方向來判斷磁場方向;在磁體周圍撒一些鐵屑來判斷磁體周圍的磁場分布情況;判斷電磁鐵的磁性強(qiáng)弱時,我們可以通過觀察電磁鐵能夠吸引大頭針的多少來確定;音叉發(fā)聲時的振動不易觀察,我們可以把正在發(fā)聲的音叉接觸水面,通過觀察水面的振動來判斷,也可以把正在發(fā)聲的音叉靠近并接觸用細(xì)線吊起的乒乓球,通過乒乓球的振動來判斷。在研究響度與振幅的關(guān)系時,可以在鼓面上放一些塑料泡沫顆粒,用大小不同的力敲擊鼓面時通過觀察塑料泡沫顆粒的振動的高度來判斷鼓面的振幅。
三、實(shí)驗(yàn)推理法
有些特定實(shí)驗(yàn)條件不易達(dá)到或不能達(dá)到,我們可以通過使現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件逐漸接近要達(dá)到的特定實(shí)驗(yàn)條件,通過現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)規(guī)律進(jìn)行科學(xué)推理,得出特定條件下的結(jié)論。這種研究問題的方法就是實(shí)驗(yàn)推理法。初中物理應(yīng)用實(shí)例:在研究牛頓第一定律時,通過大量實(shí)驗(yàn)得出,在水平面上運(yùn)動的小車,如果受到的摩擦阻力逐漸減小,小車的運(yùn)動速度變化會逐漸減少,據(jù)此可以推理得出:假如在水平面上運(yùn)動的小車不受摩擦阻力,小車的運(yùn)動速度將保持不變,小車將做勻速直線運(yùn)動;在研究真空能否傳聲時,把正在發(fā)聲的電鈴放入玻璃罩內(nèi),用抽氣機(jī)把玻璃罩內(nèi)的空氣逐漸抽出,聽到的鈴聲逐漸減小,根據(jù)這一規(guī)律可以推理得出:假如玻璃罩內(nèi)被抽成真空,在周圍的人將聽不到鈴聲,據(jù)此得出“真空不能傳聲”的結(jié)論。
四、等效替代法
某些物體的物理量由于受到實(shí)驗(yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材的條件限制,不可以或很難直接進(jìn)行測量,可以通過測量與之有相同效果的物體的物理量來進(jìn)行研究,從而得出相同的結(jié)論,這種研究問題的方法就是等效替代法,這種方法可以使要研究的問題簡單化、直觀化,易于理解,便于操作。初中物理應(yīng)用實(shí)例:在著名的“曹沖稱象”故事中,大象的質(zhì)量太大,在當(dāng)時的條件下不便于直接測量,可以測量與之效果相同的石塊的總質(zhì)量,從而得出大象的質(zhì)量;在電路中,一個電阻可以等效于幾個電阻,幾個電阻也可以等效于一個電阻,如串聯(lián)電路的總電阻、并聯(lián)電路的總電阻都是利用了等效的思想;在力的合成與分解中,若干個分力可以等效于一個合力,一個力也可以分解為作用效果相同的若干個分力。
五、理想模型法
理想模型法就是指把復(fù)雜的問題簡單化,摒棄次要因素,抓住主要因素,對實(shí)際問題進(jìn)行理想化處理,構(gòu)成理想化的物理模型。這是一種重要的物理研究方法,有時為了更加形象的描述所要研究的物理現(xiàn)象、物理問題,還需要引入一些虛擬的內(nèi)容,借此來形象、直觀地表述物理情景。初中物理應(yīng)用實(shí)例:光線、磁感線都是虛擬假定出來的,但卻能形象、直觀地表述物理情景與事實(shí),方便地解決問題,通過磁感線研究磁場的分布,通過光線研究光傳播的路徑和方向;洪水季節(jié),江河中的水有時會透過大壩的底層從大壩外的地面冒出來,形成“管涌”,“管涌”的物理模型就是連通器;杠桿是一種理想模型,杠桿在實(shí)際使用時,都會發(fā)生形變,這個形變可以忽略不計(jì)。因此,我們就把杠桿理想化,認(rèn)為它無形變視為一個硬棒,從而使學(xué)生在研究時不被細(xì)枝末節(jié)的因素影響,順利地得出杠桿平衡原理。
六、歸納法
在研究某一現(xiàn)象的規(guī)律時,不可能也沒有必要把與之有關(guān)的所有現(xiàn)象都列舉出來,而是通過大量與某一現(xiàn)象有關(guān)的事實(shí),從中找出共同的規(guī)律,這種研究問題的方法就是歸納法。初中物理應(yīng)用實(shí)例:聲音是由物體振動產(chǎn)生的;光在同一中均勻介質(zhì)中沿直線傳播;光的反射規(guī)律;光的折射規(guī)律;平面鏡成像特點(diǎn);凸透鏡成像規(guī)律;分子運(yùn)動論;晶體的熔化特點(diǎn);液體的沸騰特點(diǎn);牛頓第一定律,阿基米德原理;液體壓強(qiáng)規(guī)律;杠桿的平衡條件;功的原理;歐姆定律;焦耳定律,磁極間的相互作用規(guī)律;電磁感應(yīng);能量守恒定律。
七、類比法
有些物理現(xiàn)象、概念比較抽象,對學(xué)生來說比較陌生、難于理解和記憶,我們可以通過學(xué)生熟知的事物來類比,找出類似的規(guī)律,類比的對象要有相同或相似之處,這種研究問題的方法就是類比法。初中物理應(yīng)用實(shí)例:用水流類比電流;用水壓類比電壓;用抽水機(jī)類比電源;用速度類比功率。
八、比較法
比較法就是找出事物之間的相同點(diǎn)和不同點(diǎn),便于理解、記憶和區(qū)別。初中物理應(yīng)用實(shí)例:比較汽油機(jī)和柴油機(jī)的構(gòu)造和工作原理;比較晶體和非晶體的熔化和凝固特點(diǎn);比較蒸發(fā)和沸騰的條件、劇烈程度、特點(diǎn)、吸熱;比較樂音和噪聲;比較電動機(jī)和發(fā)動機(jī)的構(gòu)造、工作原理、工作過程、能量轉(zhuǎn)化;比較火電站、水電站、風(fēng)電站、核電站,太陽能電站的工作原理、工作過程、能量轉(zhuǎn)化、以及對環(huán)境的污染和可持續(xù)發(fā)展情況。
關(guān)鍵詞：探究；物理；教學(xué)
G633.7
物理學(xué)是人類科學(xué)文化的重要組成部分，是研究物質(zhì)相互作用和運(yùn)動規(guī)律的自然科學(xué)?！段锢碚n程標(biāo)準(zhǔn)》教學(xué)建議指出：“重視科學(xué)探究式教學(xué)。在義務(wù)教育物理課程中，實(shí)施科學(xué)探究式教學(xué)對提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)具有重大的作用。因此，在科學(xué)探究中，教師不僅應(yīng)關(guān)注讓學(xué)生通過探究發(fā)現(xiàn)某些規(guī)律，而且應(yīng)注重在探索過程中發(fā)展學(xué)生的探究能力，提高探索興趣，增進(jìn)對探究本質(zhì)的理解，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神?！惫P者擔(dān)任了我校物理教研組長，對于物理探究式教學(xué)如何取得有效性，筆者經(jīng)?！罢n改課”教學(xué)，積累了許多經(jīng)驗(yàn)和做法。
一、組建合作探究學(xué)習(xí)小組，構(gòu)建探究式教學(xué)環(huán)境
《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》基本理念指出：“提倡教學(xué)方式多樣化，注重采用探究式的教學(xué)方法?！币虼耍瑯?gòu)建物理探究學(xué)習(xí)小組是進(jìn)行合作探究學(xué)習(xí)活動的組織前提。學(xué)習(xí)小組在構(gòu)成上要求小組成員的性別、學(xué)習(xí)成績、智力水平、個性特征、家庭背景等方面有著合理的差異，這樣構(gòu)建的合作學(xué)習(xí)小組才能“組內(nèi)異質(zhì)、組間同質(zhì)”。組內(nèi)異質(zhì)為互相合作奠定了基礎(chǔ)，而組間同質(zhì)又為全班各小組間公平探究創(chuàng)造了條件。6人一組，全班分成若干組。選好小組長，給小組取一個響亮的名字，定好組規(guī)，為探究式教學(xué)營造良好的環(huán)境和空間。
二、運(yùn)行合作探究小組，實(shí)施科學(xué)高效探究式教學(xué)
（一）概括結(jié)論的控制變量法
控制變量法是初中物理教學(xué)中最重要的方法之一，是學(xué)生必須掌握的技能與方法。教師引導(dǎo)學(xué)習(xí)小組用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)或探究時，得出結(jié)論是有規(guī)律可循的。復(fù)習(xí)教學(xué)通過小組探究，這個規(guī)律可以概括為以下三種模式：方式一，研究的問題與某個因素有關(guān)；方式二，（當(dāng)）某個（或某些）因素相同時，某個因素越大（或?。?，研究的問題越大（或?。?；方式三，（當(dāng)）某個（或某些）因素相同時，研究的問題與某個因素成正（或反）比 。第一種表達(dá)方式最簡單，第二種次之，第三種最詳細(xì)、具體。下面為全班分別舉例。例一，“探究滑動摩擦力大小與哪些因素有關(guān)”的結(jié)論可寫成：1.滑動摩擦力大小與接觸面的粗糙程度、壓力大小有關(guān)；2.當(dāng)接觸面的粗糙程度相同時，壓力越大，滑動摩擦力越大；當(dāng)壓力相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。例二，“探究電流大小與電壓、電阻的關(guān)系”的結(jié)論可寫成：當(dāng)導(dǎo)體的電阻相同時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比；當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓相同時，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。初中物理中凡是應(yīng)用控制變量法的實(shí)驗(yàn)或探究都可用類似的方式去寫結(jié)論，甚至在選擇題也會出現(xiàn)類似的選項(xiàng)。學(xué)生一旦熟知@個方法，不但能快速地說出結(jié)論，快速地去判斷說法是否準(zhǔn)確，還能規(guī)范答題。在思考問題時也能自覺地去應(yīng)用，可以說是一種見效很快的方法。
（二）激發(fā)興趣的“數(shù)字接龍法”
初中物理電學(xué)部分有一類較為重要的題型，就是根據(jù)電路圖連接對應(yīng)的實(shí)物圖，此類題型中通過學(xué)習(xí)小組探究，教師指導(dǎo)應(yīng)用“數(shù)字接龍”的方法會讓學(xué)生感覺簡單有趣。具體探究做法是：首先在電路圖的每個元件符號兩端按順序標(biāo)上數(shù)字1、2，3、4，5、6，等等；然后在實(shí)物圖的每個元件兩端接線柱上標(biāo)上相對應(yīng)的數(shù)字1、2，3、4，5、6，等等；最后對照電路圖把對應(yīng)的數(shù)字連接起來就能完成實(shí)物連接了。只含有串聯(lián)的實(shí)物圖連接絕大部分學(xué)生都能完成，但含有并聯(lián)的實(shí)物圖連接很多學(xué)生就可能出問題了。往往搞不清怎么連元件是在干路上還是在支路上，特別是初學(xué)者中的成績不是很理想的學(xué)生，還可能因?yàn)檫@一類題的不會做而失去學(xué)習(xí)電學(xué)的興趣。這個時候讓學(xué)生嘗試探究“數(shù)字接龍法”往往能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并輕松愉快的完成答題，對學(xué)生以后的學(xué)習(xí)都能起到幫助。當(dāng)然，學(xué)習(xí)解這類題關(guān)鍵還是要多理解、多探究。如果熟悉了，這個方法就可以棄之不用了。
（三）高效實(shí)用的等效替代法
等效替代法在初中物理中出現(xiàn)的頻率很高，如大家所熟知的合力的概念、等效電阻的概念就用到等效替代的思想，還有平面鏡成像中用未點(diǎn)燃的蠟燭代替虛像也用到了等效替代法。其實(shí)等效替代思想的應(yīng)用遠(yuǎn)不止這些，以下兩處就可以用到，通過探究式教學(xué)，能為教學(xué)帶來很好的效果。
一是在探究驗(yàn)證“串聯(lián)電路的等效電阻等于各串聯(lián)電阻之和”時，傳統(tǒng)的方法是用伏安法測出兩串聯(lián)電阻的電流和電壓，再根據(jù)歐姆定律算出電阻進(jìn)行對比。這個方法有點(diǎn)重復(fù)繁雜，學(xué)生接收起來也不容易。我們完全可以換一個思路，比如把一個5Ω和一個10Ω的電阻串聯(lián)起來，學(xué)生自然會猜想等效電阻為15Ω。 探究驗(yàn)證時只要先把5Ω和10Ω的電阻串聯(lián)接入電路中，并同時串聯(lián)一個靈敏電流計(jì)，閉合電路，觀察靈敏電流計(jì)的指針的位置。接著把5Ω和10Ω的電阻用15Ω的電阻替換， 可以觀察到靈敏電流計(jì)的指針的位置保持不變，學(xué)生很容易就接受了。探究驗(yàn)證并聯(lián)電路的等效電阻時也可以用同樣的方法。
二是探究驗(yàn)證“通電螺線管的磁場與條形磁體的磁場很相似”時，教師可以指導(dǎo)學(xué)生在通電螺線管斷電時往里面插入一根條形磁體，可以觀察到周圍小磁針的情況與通電螺線管通電時是一樣的。從而就探究驗(yàn)證了通電螺線管的磁場與條形磁體的磁場很相似這個結(jié)論，通過組組合作探究，學(xué)生很快就能理解。當(dāng)改變通電螺線管中的電流方向時，教師也可以調(diào)整條形磁體插入的方向，學(xué)生探究能快速比較得出通電螺線管的磁場特點(diǎn)，可以說事半功倍。
除此之外，筆者在教學(xué)中還會用到一些其他的方法，如在講到電學(xué)計(jì)算時，強(qiáng)調(diào)P、U、I、R要一一對應(yīng)，我就會跟學(xué)生打比方“I是孩子，P、U就是爸媽，R就像一個家（房子）。一個變，全家變，唯獨(dú)R不變?！币龑?dǎo)學(xué)生探究，往往能記牢P、U、I、R應(yīng)當(dāng)同一時間、同一地點(diǎn)。在講到電壓表的特點(diǎn)時，筆者會告訴學(xué)生“電壓表能拿得起，放得下，最后再處理它?！?學(xué)生探究后往往能心領(lǐng)神會，知道在分析電路時先把電壓表舍去、把電路簡化，從而在學(xué)習(xí)中減少了很多的失誤。
事物之間都是相互聯(lián)系的，物理量也不例外.當(dāng)一個物理量與幾個因素都有關(guān)系時，我們要控制其他因素不變，只改變其中的一個因素，研究物理量與這個因素的關(guān)系；之后再控制別的因素不變，改變另一個因素，研究物理量和它的關(guān)系……這種分別控制、逐一研究的方法就叫做“控制變量法”.
初中物理教材中，很多物理概念的形成、規(guī)律的產(chǎn)生、實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)等等，都采用了控制變量法.控制變量法是初中物理知識中最重要最常見的研究方法，同學(xué)們一定要認(rèn)真對待.
例1 （2006年三明）某物理學(xué)習(xí)小組，選擇如圖1所示的四個透鏡進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)（其中A、B和C、D是兩組形狀相同的凸透鏡，它們分別用玻璃、塑料和水晶制作而成）：
（1） 為了探究凸透鏡的焦距大小與透鏡球形表面彎曲程度的關(guān)系，小組同學(xué)應(yīng)選擇圖1中的哪兩個凸透鏡做實(shí)驗(yàn)？答：____（選填字母序號）.器材確定后，接著小組同學(xué)讓一束與主光軸平行的光，分別經(jīng)過兩凸透鏡后會聚于焦點(diǎn)處，如圖1的甲、乙所示.
比較兩次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，可以得到的結(jié)論是：凸透鏡表面越凸，凸透鏡的焦距越____.
（2） 如果選擇A、B兩個透鏡，他們還可以探究凸透鏡的焦距大小與____的關(guān)系.
分析與解答：（1） 探究凸透鏡的焦距大小與透鏡球形表面彎曲程度的關(guān)系時，應(yīng)選擇材料相同的凸透鏡，因此應(yīng)選擇A、C兩個凸透鏡做實(shí)驗(yàn).比較兩次實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，可以得到的結(jié)論是：凸透鏡表面越凸，凸透鏡的焦距越?。ɑ蚨蹋?（2） A、B兩個透鏡的球形表面彎曲程度相同，但材料不同，因此可以探究凸透鏡的焦距大小與材料的關(guān)系.
例2 在探究導(dǎo)體的電阻跟哪些因素有關(guān)時，某老師引導(dǎo)學(xué)生作了如下的猜想：
猜想1：導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)；
猜想2：導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的長度有關(guān)；
猜想3：導(dǎo)體的電阻可能跟導(dǎo)體的材料有關(guān).
圖2是他們進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的器材，演示板上固定了四條金屬電阻絲.a、b、c長度均是1 m，d的長度是0.5 m；a、b的橫截面積相同，材料不同；a、c的材料相同，但c的橫截面積大于a；a、d的材料和橫截面積都相同.
（1） 在探究電阻跟橫截面積的關(guān)系時，可依次把M、N跟____的兩端連接，閉合開關(guān)，記下電流表的示數(shù)，分析比較這兩根金屬絲電阻的大小.
（2） 依次把M、N跟a、d的兩端連接，閉合開關(guān)，記下電流表示數(shù)，分析比較a、d兩根金屬絲電阻的大小，可探究電阻跟____的關(guān)系，其結(jié)論是：____.
（3） 以上方法在研究物理問題時經(jīng)常用到，被稱為控制變量法.試根據(jù)學(xué)過的物理知識再列出兩例用這種方法研究的問題：____.
（4） 一般說來，所有物體都有電阻，探究過程中，又有同學(xué)提出猜想4：電阻還可能跟溫度有關(guān).請用一個廢燈泡的燈芯設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)來研究這個問題，要求：① 說出方法；② 畫出電路圖.
分析與解答：導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度是本實(shí)驗(yàn)中的四個變量，因此，要研究電阻與其中一個變量的關(guān)系，需要控制其他三個量不變.
（1） 研究電阻跟橫截面積的關(guān)系時，應(yīng)控制長度、材料、溫度不變，由題設(shè)條件，應(yīng)依次把M、N跟a、c的兩端連接.
（2） a、d的材料、橫截面積相同，顯見，比較它們電阻的大小，可探究電阻跟長度的關(guān)系.其結(jié)論是：在導(dǎo)體的材料、橫截面積相同時，導(dǎo)體越長，電阻越大（或?qū)w電阻跟長度成正比等）.
（3） 控制變量法應(yīng)用十分普遍，除此之外還有：研究電流與電壓、電阻的關(guān)系；研究壓強(qiáng)與壓力、受力面積的關(guān)系等.
（4） 略.
例3 滑動摩擦力在研究相關(guān)物體運(yùn)動情況時起著重要的作用.通過實(shí)驗(yàn)探究已經(jīng)知道，滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度有關(guān)，也與接觸面之間的壓力有關(guān).有些同學(xué)猜想“滑動摩擦力可能還與接觸面的大小有關(guān)”.請你從以下器材中選出部分器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對此猜想進(jìn)行檢驗(yàn).
器材：a． 斜面 b． 帶鉤的正方體木塊 c． 帶鉤的長方體木塊 d． 表面平整的長木板 e． 幾條毛巾 f． 直尺 g． 彈簧測力計(jì) h． 硬紙板
（1） 你所需要的實(shí)驗(yàn)器材（用器材前面的字母表示）：____.
（2） 簡述主要的實(shí)驗(yàn)步驟：____.
分析與解答：本題中提出問題的方法叫“假說”，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思想是控制變量法.因此在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，一定要保證接觸面粗糙程度和壓力不變，僅讓接觸面的大小發(fā)生變化.（1） 實(shí)驗(yàn)器材為c、d、g.（2） 實(shí)驗(yàn)步驟為：① 將長方體木塊平放在水平放置的長木板上，用彈簧測力計(jì)拉著它勻速前進(jìn)，觀察并記錄這時彈簧測力計(jì)的示數(shù)；② 將長方體木塊側(cè)放在長木板上，用彈簧測力計(jì)拉著它勻速前進(jìn)，觀察并記錄這時彈簧測力計(jì)的示數(shù)；③ 比較兩次彈簧測力計(jì)的示數(shù)，即可初步檢驗(yàn)上述猜想；④ 重復(fù)幾次上述3個步驟.
在初中物理課本中，用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)比較多，例如：
1． 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(guān)系；
2． 研究物體的動能的大小與質(zhì)量和速度的關(guān)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(guān)系；
4． 研究電磁鐵的磁性與線圈的匝數(shù)和電流大小的關(guān)系；
5． 研究導(dǎo)體電阻大小跟導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積的關(guān)系；
6． 研究電流與電壓、電阻的關(guān)系（即歐姆定律）；
7． 研究不同物質(zhì)的吸熱能力.
在研究看不見的物質(zhì)或現(xiàn)象時，可以通過研究該物質(zhì)或現(xiàn)象所產(chǎn)生的可見的效果，由此進(jìn)一步分析物質(zhì)或現(xiàn)象，這種方法叫轉(zhuǎn)換法.值得注意的是，等效替代法雖然也包含有轉(zhuǎn)換法的思想，但其研究主體已發(fā)生轉(zhuǎn)移，而轉(zhuǎn)換法則是通過研究主體所產(chǎn)生的效果來上溯其原因的一種研究方法.
例4 在體育課上練習(xí)投擲鉛球時，小楠想借此探究重力勢能的大小與哪些因素有關(guān)．請你幫他完成設(shè)計(jì)過程.
（1） 你將選擇哪些實(shí)驗(yàn)器材？
（2） 寫出實(shí)驗(yàn)步驟.
（3） 說出實(shí)驗(yàn)中判斷重力勢能大小的方法.
分析與解答：此題將同學(xué)們所熟悉的體育課場景轉(zhuǎn)化為物理情景，同學(xué)們一般會想到利用鉛球陷入沙子的深淺程度來判斷重力勢能的大小，這種方法就是轉(zhuǎn)換法的應(yīng)用.（1） 質(zhì)量不同的兩個鉛球（也可添加刻度尺）.（2） 根據(jù)課本知識可知，重力勢能的大小與重力和高度有關(guān)，所以在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟時應(yīng)考慮這兩方面，并注意控制變量法的使用.實(shí)驗(yàn)步驟為：① 讓同一鉛球從不同的高度落下；② 使質(zhì)量不同的兩個鉛球從同一高度落下.（3） 觀察沙子凹陷程度，凹陷程度越大，則重力勢能越大.
例5 （2006年南京）小明和小華做“探究導(dǎo)體電阻大小與長度的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn).他們準(zhǔn)備在圖3中的A、B兩點(diǎn)間接入待研究的電阻絲，電源電壓恒定，忽略燈絲電阻受溫度變化的影響，待用電阻絲的規(guī)格如下表.
（1） 他們應(yīng)選擇序號為____的兩根電阻絲來探究.
（2） 正確選擇后，他們將所選電阻絲分別接入A、B兩點(diǎn)間，閉合開關(guān)，通過觀察燈泡的亮暗或電流表的示數(shù)來比較電阻絲電阻的大小.實(shí)驗(yàn)中，兩次電流表指針均有偏轉(zhuǎn)，但第二次的示數(shù)小于第一次的示數(shù)，說明第二次接入電路的電阻絲的阻值____（填“較大”或“較小”），同時小華發(fā)現(xiàn)第二次實(shí)驗(yàn)中燈泡不亮，你認(rèn)為原因是____.
（3） 以上（2）中判斷電阻大小關(guān)系的方法在初中物理中經(jīng)常用到，以下描述中能體現(xiàn)這種方法的是（）.
A． 水壓使水管中形成水流，類似地，電壓使電路中形成電流
B． 根據(jù)物質(zhì)在常態(tài)下的形狀和體積是否固定，可將物質(zhì)分為三態(tài)
C． 通過觀察木塊被運(yùn)動物體撞擊后移動距離的大小，可比較運(yùn)動物體動能的大小
D． 研究滑動摩擦力大小與壓力大小的關(guān)系，應(yīng)控制接觸面粗糙程度相同
（4） 科學(xué)研究表明：在導(dǎo)體的材料、橫截面積和溫度相同的條件下，導(dǎo)體電阻的大小與長度成正比.你認(rèn)為他們用上述（2）中的方案能否得到這個結(jié)論？請用歐姆定律加以解釋.
（5） 若電流表損壞，換用一只電壓表，仍然利用上述器材來探究導(dǎo)體電阻的大小與長度是否成正比，請畫出一個能反映該實(shí)驗(yàn)原理的電路圖.（電阻絲用電阻符號表示，導(dǎo)線根數(shù)不限）
分析與解答：此題考查設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析與論證、評估等方面的能力.在第（3）問中用到了轉(zhuǎn)換法.另外在設(shè)計(jì)探究過程中，還應(yīng)注意控制變量法這一最常用物理研究方法的應(yīng)用.（1） 因?yàn)槭恰疤骄繉?dǎo)體電阻大小與長度的關(guān)系”，所以應(yīng)選擇序號為2和4的兩根電阻絲.（2） 由于第二次電流表的示數(shù)變小了，說明第二次接入電路的電阻絲的阻值較大；第二次實(shí)驗(yàn)中燈泡不亮，是因?yàn)闊襞輧啥说碾妷禾。瑢?shí)際功率太小，不足以發(fā)光.（3） 此實(shí)驗(yàn)中判斷電阻大小關(guān)系的方法用到了轉(zhuǎn)換法，只有選項(xiàng)C用到了這種方法.（4） 不能得到這個結(jié)論.根據(jù)歐姆定律可知，在電壓一定的條件下，通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比，而此方案不能控制電阻絲兩端的電壓一定.（5） 如圖4.
在初中物理課本中，用到轉(zhuǎn)換法的實(shí)驗(yàn)比較多，例如：
1. 利用小球的振動來判斷發(fā)聲體在振動；
2. 判斷電路中是否有電流時，可通過電路中的燈泡是否發(fā)光去確定；
3. 通過擴(kuò)散現(xiàn)象研究分子的熱運(yùn)動；
4. 電磁鐵的磁性強(qiáng)弱可通過它吸引大頭針的多少來確定；
5. 判斷磁場是否存在時，可用小磁針放在其中看是否轉(zhuǎn)動來判斷；
6. 利用小桌陷入海綿的深度判斷壓力的作用效果；
7. 根據(jù)小球?qū)⒛緣K推動的遠(yuǎn)近來判斷小球動能的大小.
將某個物理量、物理裝置、物理狀態(tài)（或過程），用另外一個物理量、物理裝置、物理狀態(tài)（或過程）來替代，得到同樣的結(jié)論，這種方法叫“等效替代法”.在間接測量中，有許多物理量的測量都利用了等效替代法.
例6 （2007年大連）圖5是探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)裝置.
（1） 用玻璃板代替平面鏡，主要是利用玻璃板透明的特點(diǎn)，便于____.
（2） 如果有3 mm厚和2 mm厚的兩塊玻璃板，應(yīng)選擇____mm厚的玻璃板做實(shí)驗(yàn).
（3） 如果玻璃板沒有放正，將對實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生什么影響？____.
（4） 使點(diǎn)燃的蠟燭在兩個不同的位置，分別測出了物距和像距相等的兩組數(shù)據(jù)，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論之一：“像距與物距相等”.你認(rèn)為這種方法是否合理？____.理由是：____.
分析與解答：“探究平面鏡成像的規(guī)律”是光學(xué)中的一個重要實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)中為了明確像和物體的大小、距離等關(guān)系，用到了等效替代法，即用一根同樣大小的未點(diǎn)燃的蠟燭和玻璃后面已燃蠟燭的像去重合，從而替代已燃蠟燭的像.在第（1）問中用玻璃板代替平面鏡，主要是為了看到玻璃板后面的蠟燭.在第（2）問中，由于玻璃板的兩個表面都會成像，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)盡量選擇較薄的玻璃，減小兩個像的距離，從而減小誤差.在第（3）問中，如果玻璃板沒有放正，傾斜了，所成的像在白紙上方或下方，不利于找到像的位置.在第（4）問中，尋找規(guī)律時一般最少有三組數(shù)據(jù).答案是：（1） 透過玻璃看到像，進(jìn)而找到并畫出像的位置 （2） 2 （3） 有可能找不到像 （4） 不合理 兩組數(shù)據(jù)太少
例7 （2007年玉溪）“曹沖稱象”的故事流傳至今，最為人稱道的是曹沖采用的方法，他把船上的大象換成石頭，而其他條件保持不變，使兩次的效果（船體浸入水中的深度）相同，于是得出大象的重就等于石頭的重.人們把這種方法叫“等效替代法”.請嘗試?yán)谩暗刃娲ā苯鉀Q下面的問題.
【探究目的】粗略測量待測電阻Rx的值.
【探究器材】待測電阻Rx、一個標(biāo)準(zhǔn)的電阻箱（符號為）、若干開關(guān)、干電池、導(dǎo)線和一個刻度不準(zhǔn)確但靈敏度良好的電流表（電流表量程足夠大）．
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
（1） 畫出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖.
（2） 將下面的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整，并用字母表示需要測出的物理量.
第一步：開關(guān)斷開，并按設(shè)計(jì)的電路圖連接電路；____.
（3） 寫出Rx的表達(dá)式：Rx=____.
分析與解答：題中明確指出用“等效替代法”解決問題，因此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時應(yīng)設(shè)法利用電阻箱的阻值來替代待測電阻的阻值，這是解題的關(guān)鍵.
（1） 電路圖如圖6所示.（2） 第二步：閉合開關(guān)S1，觀察并記錄電流表的指針偏轉(zhuǎn)位置；第三步：斷開開關(guān)S1，閉合開關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱電阻大小，觀察電流表的指針，使它指向前面記錄的位置；第四步：讀出此時電阻箱電阻大小R.（3） Rx＝R.
在初中物理課本中，用到等效替代法的實(shí)驗(yàn)有：
1. 探究多個用電器組成的串、并聯(lián)電路的總電阻；
2. 測量不規(guī)則小塊固體的體積時，用它排開水的體積替代固體的體積；
3. 托里拆利實(shí)驗(yàn)中，利用水銀柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)與大氣壓相等測定大氣壓的數(shù)值.
理想模型是物理學(xué)中的一個重要的研究方法，運(yùn)用這種方法的目的，就是為了摒棄次要因素，突出主要因素，對實(shí)際問題進(jìn)行理想化、簡單化處理，從而方便對物理本質(zhì)的研究.在物理學(xué)中，常常把實(shí)際研究對象或?qū)嶋H過程抽象成為理想模型或物理模型.
例8 物理學(xué)常常把實(shí)際的研究對象或?qū)嶋H的過程抽象成物理模型.如用鍘刀鍘草時，可以把鍘刀看做是一個能夠繞軸轉(zhuǎn)動的硬桿，而不必考慮刀的形狀、刀的材質(zhì)，在物理學(xué)中把它稱為“杠桿”，這時“杠桿”就是鍘刀的物理模型.汛期，江河中的水有時會透過大壩的底層從壩外的地面冒出來，形成“管涌”.初中物理講過的什么裝置可以作為“管涌”的物理模型？自行車的車把可以控制車的方向，它的物理模型又是什么？
分析與解答：江河中的水有時會透過大壩的底層從壩外的地面冒出來，說明大壩的底層有洞穴連通，所以管涌的物理模型是連通器.當(dāng)轉(zhuǎn)動自行車的車把時，可以使車把和車子的前叉一起轉(zhuǎn)動，達(dá)到控制方向的作用，車把和前叉構(gòu)成一個輪軸.
在初中物理課本中，用到理想模型法的實(shí)驗(yàn)有：
1． 在研究磁場的分布時，引入磁感線；
2. 在研究光的傳播路徑和方向時，引入光線；
3. 將光滑表面看做是沒有摩擦的理想表面；
4. “電流表”、“電壓表”也是一種理想模型，在實(shí)際應(yīng)用時，不考慮電流表本身的電阻對電路的影響；而電壓表在接入電路時，則認(rèn)為其“斷路”.
在研究某些較為抽象的物理問題時，往往用具體的、形象的事物來進(jìn)行類比說明，找出共性的特點(diǎn)，使得被研究對象變得易于理解，這種方法叫做類比法.進(jìn)行類比的兩個對象應(yīng)具備較多的共同點(diǎn)或相似之處.
例9 自從湯姆遜發(fā)現(xiàn)了電子，人們開始研究原子內(nèi)部結(jié)構(gòu).科學(xué)家提出了許多原子結(jié)構(gòu)的模型，在20世紀(jì)上半葉，最為大家接受的原子結(jié)構(gòu)與圖7中哪個圖最相似？（）
分析與解答：此題考查對原子內(nèi)部結(jié)構(gòu)的掌握情況.原子由原子核與電子組成，其中原子核位于原子的中央，電子在周圍繞原子核高速運(yùn)動.因此原子的結(jié)構(gòu)與太陽系的結(jié)構(gòu)最為相似，在理解原子的結(jié)構(gòu)時可以類比太陽系的結(jié)構(gòu).正確答案是D.
在初中物理課本中，用到類比法的還有：
1. 用水波類比聲波；
2. 在學(xué)習(xí)電流時，將它比作水流；
3. 在研究分子的作用力時，用彈簧的作用力進(jìn)行類比.
推理法是在大量可靠事實(shí)的基礎(chǔ)上，以實(shí)際的實(shí)驗(yàn)過程為原形，通過合理的推理總結(jié)出結(jié)論，從而深刻地揭示物理規(guī)律的本質(zhì).這種方法是物理學(xué)中進(jìn)行研究的一種重要方法.
例10 圖8所示是伽利略著名的斜面理想實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)設(shè)想的步驟有：
① 減小第二個斜面的傾角，小球在該斜面上仍然要達(dá)到原來的高度.
② 兩個對接的斜面，讓靜止的小球沿一個斜面滾下，小球?qū)L上另一個斜面.
③ 繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動.
④ 如果沒有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉磲尫艜r的高度.
（1） 請將上述步驟按照正確的順序排列：____（只要填寫序號）.
（2） 在上述設(shè)想步驟中，有的屬于可靠事實(shí)，有的則是理想化的推論.下面關(guān)于這些事實(shí)和推論的分類正確的是（）.
A. ①是事實(shí)，②③④是推論
B． ②是事實(shí)，①③④是推論
C. ③是事實(shí)，①②④是推論
D． ④是事實(shí)，①②③是推論
分析與解答：（1） 分析實(shí)驗(yàn)過程，可得出正確的順序排列是②④①③；（2） 步驟②中的現(xiàn)象是可以觀察到的事實(shí)，而步驟①、③、④中的結(jié)論都必須建立在光滑斜面的基礎(chǔ)上，所以這些步驟是推論.正確選項(xiàng)是B.
此題用到了控制變量法、理想模型法和推理法.步驟③中講到“繼續(xù)減小第二個斜面的傾角，最后使它成水平面，小球?qū)⒀厮矫孀龀掷m(xù)的勻速運(yùn)動”，這一過程是在前面三個步驟（即步驟②④①）的基礎(chǔ)上通過合理的推理得出的，這里用到了推理法.
在初中物理課本中，用到推理法的過程不多，例如：
1. 研究真空中不能傳聲；
2. 研究牛頓第一定律.
借助于圖象來研究物理問題，是物理學(xué)中對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理的常用方法，目的是使問題形象化.作圖最基本的方法是描點(diǎn)法，即在坐標(biāo)系中，先找出對應(yīng)的點(diǎn)，用平滑的曲線（或直線）連接各點(diǎn)，從而直觀地反映出物理量之間的變化.
例11 某初中科技活動小組的同學(xué)們準(zhǔn)備自己動手制作彈簧測力計(jì)，他們選了甲、乙兩種規(guī)格不同的彈簧進(jìn)行測試，繪出如圖9所示的圖象，圖中只有OA段和OB段是彈性形變.若他們要制作量程較大的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選用彈簧____；若要制作精確程度較高的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選用彈簧____.從圖象中你還可以獲得的信息有：____.
分析與解答：此題應(yīng)結(jié)合圖象與彈簧的有關(guān)性質(zhì)綜合分析.從圖象中可以看出，在彈性限度內(nèi)，彈簧乙所能承受的拉力更大，所以要制作量程較大的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選用彈簧乙；在受到相同的拉力時，彈簧甲的伸長量更大，所以要制作精確程度較高的彈簧測力計(jì)，應(yīng)選用彈簧甲，因?yàn)樗目潭乳g隔大.從圖象中還可以獲得的信息有：在彈性限度內(nèi)，彈簧的伸長量與拉力成正比.
例12 在“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)水溫升到90 ℃時，隨著加熱過程，每隔1 min記錄一次水的溫度.某同學(xué)記錄的數(shù)據(jù)如下表.
（1） 根據(jù)記錄，在圖10中畫出水的沸騰圖象.
（2） 試根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象歸納水沸騰時的特點(diǎn)：____.
分析與解答：根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用描點(diǎn)法作出水的沸騰圖象可直觀地反映出水溫隨時間變化的特點(diǎn).（1） 見圖11.（2） 水沸騰時的特點(diǎn)有：由液體變?yōu)闅怏w；沸騰時繼續(xù)吸熱；沸騰時水的溫度保持不變等.
在初中物理課本中，用到圖象法的過程較多，例如：
1. 研究固體的熔化過程；
2. 研究水的沸騰過程的特點(diǎn)；
3. 研究同種物質(zhì)質(zhì)量與體積的關(guān)系；
4. 研究重力與質(zhì)量的關(guān)系.
歸納與分類是研究事物的重要方法之一.在物理實(shí)驗(yàn)中，經(jīng)常要對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納總結(jié)，比如上例中的第（2）問，就用到了歸納法.對于要分類的事物，應(yīng)當(dāng)進(jìn)行仔細(xì)的分析，找到它們之間相同之處與不同的特點(diǎn)，就不難正確地進(jìn)行分類了.歸納與分類是科學(xué)研究中最常用的方法，歸納與分類往往是從事物的某一特征出發(fā)，而不能有雙重標(biāo)準(zhǔn).
例13 有下列光學(xué)器具：照相機(jī)、潛望鏡、幻燈機(jī)、穿衣鏡、放大鏡、牙醫(yī)內(nèi)窺鏡.可以把它們分成兩類：
一類包括____，其特征為____.二類包括____，其特征為____.
分析與解答：此題考查對光學(xué)內(nèi)容的掌握情況.在初中物理中，光學(xué)主要分為光的直線傳播、光的反射和光的折射三部分內(nèi)容.題中所給的光學(xué)器具中，一類是利用光的反射成像，另一類是利用光的折射成像，可以從這個角度解析分類.一類包括：潛望鏡、穿衣鏡、牙醫(yī)內(nèi)窺鏡；特征：由平面鏡組成.二類包括：照相機(jī)、幻燈機(jī)、放大鏡；特征：由凸透鏡組成.
【關(guān)鍵詞】初中物理 研究方法 有效教學(xué)
物理學(xué)習(xí)，不但要獲得物理知識，還要掌握技能、技巧，掌握物理問題的研究方法。初中物理所涉及到的研究方法主要有觀察法、實(shí)驗(yàn)法、猜想法、等效法、建立模型法、轉(zhuǎn)換法、替代法、控制變量法等。
1.觀察法，指通過對實(shí)驗(yàn)過程的認(rèn)真觀察，再歸納總結(jié)出規(guī)律等。如通過對水沸騰實(shí)驗(yàn)的觀察得到水沸騰的特點(diǎn)，從而推出液體沸騰時吸收熱量但溫度不變的特點(diǎn)。
2.實(shí)驗(yàn)法，人們使用儀器，通過人工控制條件，使自然現(xiàn)象、過程再現(xiàn)出來。它是物理研究的一種非常重要的方法。通過實(shí)驗(yàn)可發(fā)現(xiàn)定律、規(guī)律，如歐姆通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)歐姆定律；通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假說，如布朗通過“布朗運(yùn)動”的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證分子動理論假說；通過實(shí)驗(yàn)測定物理量，如托里拆利通過實(shí)驗(yàn)測定出大氣壓值。
3.猜想法，是探索物理的一種廣泛應(yīng)用的方法，它是用已知的物理規(guī)律對未知的自然現(xiàn)象及規(guī)律做出的科學(xué)預(yù)見。猜想法和實(shí)驗(yàn)法律相結(jié)合使用，先猜想然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，是目前探索物理經(jīng)常使用的方法。如初三物理（滬科版）中研究“通電導(dǎo)體放出熱量跟哪些因素有關(guān)？”先要求大家猜想，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想，就是采用“猜想+實(shí)驗(yàn)”的方法。
4.等效法，狹義等效法是根據(jù)同一性質(zhì)的幾個量與一個量之間效果相同而建立的方法。如研究物體受幾個力作用時引入合力。廣義等效法指自然界中不同物質(zhì)之間存在著的聯(lián)系而建立的原理或方法，如改變物體內(nèi)能的方法有做功和熱傳遞，它們的作用效果是等效的。
5.建立模型法，從自然界中抽取更為本質(zhì)的、概括了的類似物的方法，如連通器、光線。
6.轉(zhuǎn)換法，是指將那些看不見、摸不著的現(xiàn)象或者不容易直接去測量的物理量，用一些直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識或用易測量的物理量間接測量的方法。如用電流的效應(yīng)去判斷電流的存在，用擴(kuò)散現(xiàn)象去說明分子是運(yùn)動的。
7.類比法，指兩個或兩類對象有某些共有的相同或者相似的屬性，推出一個對象可能具有另一個或另一類現(xiàn)象已經(jīng)具有的屬性。如研究電流概念時用水流作類比。
8.替代法，在研究物體的某一物理量時，由于這一物理量難于測量，可用便于測量的其他物體的相同物理量來測定代替。如曹沖稱象用的就是替代法。
9.控制變量法，在研究某一物理量與其他幾個物理量關(guān)系時，可先研究這一物理量與幾個中的一個量的關(guān)系，然后逐一研究這一物理量與其他物理量關(guān)系，研究時，每次都要保證除研究的那兩個物理量外，其他物理量保持不變，最后將這些單一關(guān)系綜合起來，如研究力的作用效果與哪些因素有關(guān)，研究電流與電壓、電阻之間關(guān)系，用的就是控制變量法。
例1：說出下列研究物理問題的方法
1.根據(jù)磁鐵產(chǎn)生的作用來認(rèn)識磁場（轉(zhuǎn)換法）；
2.通過觀察冰熔化、松香熔化實(shí)驗(yàn)得出晶體與非晶體區(qū)別（觀察法）；
3.通過實(shí)驗(yàn)來研究杠桿平衡條件（實(shí)驗(yàn)法）；
4.研究兩個及兩個以上電阻組成的電路時，引入總電阻（等效法）；
5.研究磁場時引入磁感線（建立模型法）；
6.講授電壓時，用水壓作類化（類比法）；
7.用量筒、水測不規(guī)則小石塊的體積（替代法）；
8.探究影響滑動摩擦力的影響因素（控制變量法）。
例2：滑動摩擦力在研究相關(guān)物體運(yùn)動情況時起著非常重要作用。通過實(shí)驗(yàn)探究已經(jīng)知道滑動摩擦力與接觸面粗糙程度有關(guān)，也與接觸面之間的壓力有關(guān)。有些同學(xué)又猜想滑動摩擦力可能還與接觸面的大小有關(guān)。請你從以下器材中選出部分器材，設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)對以上猜想進(jìn)行驗(yàn)證。
器材：a、斜面；b、帶鉤的正方體木塊；c、帶鉤的長方體木塊；d、表面平整的長木板；e、幾條毛巾；f、直尺；g、彈簧測力計(jì)；h、硬紙板。
（1）寫出你需要的器材（用器材前面字母表示）
（2）簡述主要實(shí)驗(yàn)步驟（安徽省中考題）
解題點(diǎn)撥：本題所提出問題的方法叫猜想假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的思路是控制變量。因此設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時，要從便于控制變量的角度確定器材。
解：（1）c、d、g。
實(shí)驗(yàn)步驟：（1）將長方體木塊放在長木板上，用彈簧測力拉著它勻速前進(jìn)，觀察記錄這時彈簧測力計(jì)的示數(shù)；（2）將長方體木塊側(cè)放在長木板上，用彈簧測力計(jì)拉著勻速前進(jìn)，觀察、記錄這時彈簧測力計(jì)示數(shù)；（3）比較兩次彈簧測力計(jì)示數(shù)，即可初步檢驗(yàn)上述猜想。
例3（無錫市中考題）：現(xiàn)有各種規(guī)格的不銹鋼絲和銅絲，請你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究方案，比較不銹鋼絲和銅絲這兩種材料的導(dǎo)電性能。
（1）實(shí)驗(yàn)研究中對不銹鋼和銅絲的選取有什么要求？
（2）你用什么方法顯示材料的導(dǎo)電性能？（可畫出相應(yīng)電路圖加以說明）
說明：本題涉及到物理方法有控制變量法、轉(zhuǎn)換法，選擇材料時要控制它的長度、橫截面積，材料的導(dǎo)電性能則從其他物體的特征上反映出來。
解：（1）選取的不銹鋼絲和銅絲長度要相等，粗細(xì)要相同。
關(guān)鍵詞：素質(zhì)教育 科學(xué)探究 科學(xué)方法
在《初中物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中，科學(xué)探究既是學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)，又是重要的教學(xué)方式之一。在探究科學(xué)規(guī)律的過程中，學(xué)生通過動手動腦，通過物理學(xué)知道“再發(fā)現(xiàn)”過程，體驗(yàn)到科學(xué)探究的樂趣，學(xué)習(xí)科學(xué)家的科學(xué)探究方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神，掌握科學(xué)學(xué)習(xí)的策略和科學(xué)的思維方法，從而提高他們的科學(xué)素質(zhì)。要想使物理教學(xué)達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)確定的目標(biāo)，我們必須重視物理教學(xué)中蘊(yùn)含的大量的科學(xué)方法，把它們滲透到教學(xué)活動中去，適時向?qū)W生介紹、點(diǎn)撥，讓學(xué)生在學(xué)習(xí)活動中去體驗(yàn)、體會科學(xué)方法，逐步提高學(xué)生科學(xué)探究能力，掌握一些科學(xué)方法，為學(xué)生的終生學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。下面就與大家一起來探討物理教學(xué)中常用的一些科學(xué)方法。
一、猜想法
在科學(xué)探究的學(xué)習(xí)過程中，猜想這一步驟有著舉足輕重的地位，它是物理智慧中最活躍的成分，對學(xué)生猜想能力的培養(yǎng)，也是物理探究過程中的一個重要環(huán)節(jié)，而且猜想決定了科學(xué)探究的方向，因此，在物理教學(xué)的過程中，引導(dǎo)學(xué)生科學(xué)合理地猜想就顯得格外重要。
首先，猜想要有一定經(jīng)驗(yàn)和知識作為基礎(chǔ)。在進(jìn)行科學(xué)猜想能力方面的教學(xué)時，可先針對問題讓學(xué)生展開想象的翅膀，鼓勵學(xué)生把所有可能的情況都大膽地說出來，然后讓學(xué)生根據(jù)已有知識和生活經(jīng)驗(yàn)逐一進(jìn)行分析，想想生活中有哪些事實(shí)支持它，它和已有知識是否一致，排除那些與經(jīng)驗(yàn)和知識相矛盾的想法，留下的就可能是科學(xué)的猜想了，沒有一定的知識和經(jīng)驗(yàn)，猜想恐怕只能是無本之木，無源之水。所以在教學(xué)中為了避免學(xué)生胡猜亂想，讓學(xué)生說出猜想的理由、事實(shí)依據(jù)是很有效的避免課堂混亂的手段，也是培養(yǎng)學(xué)生探究能力的方法之一。
另外，教師引導(dǎo)學(xué)生猜想要注意把握好方向性。在學(xué)生的自主探究過程中，教師的引導(dǎo)可以起到了畫龍點(diǎn)睛的作用，由于課堂教學(xué)的時間和器材以及學(xué)生的知識的限制，我們不可能將學(xué)生講的、說的一一進(jìn)行探究，必須進(jìn)行去粗取精、去偽存真，才能讓探究過程順利完成。
例如在猜想動能大小與哪些因素有關(guān)的時候，學(xué)生猜想到的因素可能有質(zhì)量、速度、重力、斜面坡度、高度等，特別應(yīng)該注意要讓學(xué)生說出猜想的理由和依據(jù)，要能舉出相關(guān)的實(shí)例來證明。然后教師引導(dǎo)學(xué)生把其中類似的因素歸為一類，即質(zhì)量和重力可以歸為質(zhì)量這個因素，斜面坡度、高度、速度都可以歸為速度這個因素。這樣就把動能大小歸納猜想為與質(zhì)量和速度這兩個因素有關(guān)。同時引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)前面學(xué)習(xí)過的牛頓第一定律實(shí)驗(yàn)，可以知道要控制物體到達(dá)斜面上的速度相同，必須控制物體從斜面上滑下的高度相同。然后通過控制變量的研究方法，這個探究實(shí)驗(yàn)就不難完成了。完成實(shí)驗(yàn)后，教師可以補(bǔ)充做一個實(shí)驗(yàn)，即把質(zhì)量和速度分別增大一倍，觀察木塊被推動的距離，來判斷質(zhì)量和速度這兩個因素中到底哪一個因素對動能的影響更大，這樣為到高中的繼續(xù)學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。
當(dāng)然，學(xué)生的猜想能力的培養(yǎng)并不是一朝一夕完成的，需要我們教師在教學(xué)過程中切實(shí)重視這一能力的培養(yǎng)，時時注意引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行合理的猜想，以達(dá)到素質(zhì)教育的目的。
二、控制變量法
“控制變量法”是初中物理中常用的探究問題的科學(xué)方法。由于影響物理研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的。所以要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，必須人為的制造一些條件，便于問題的研究。例如當(dāng)一個物理量與幾個因素有關(guān)時，我們一般是分別研究這個物理量與各個因素之間的關(guān)系，再進(jìn)行綜合分析得出結(jié)論。這樣就必須在研究物理量同其中一個因素之間的關(guān)系時，將另外幾個因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這個因素之間的關(guān)系。這就是“控制變量”的方法。
在初中物理教學(xué)中有許多概念或規(guī)律的探索過程，都要用到控制變量法。例如，在八年級剛接觸物理時，有一個探究實(shí)驗(yàn)是探究“聲音怎樣從發(fā)聲的物體傳到遠(yuǎn)處？”。讓一個學(xué)生在桌子一端敲擊桌面，另一個學(xué)生在另一端聽聲音，一次貼在桌面上聽，一次只是貼近桌面。發(fā)現(xiàn)兩次都可以聽到聲音，引導(dǎo)學(xué)生分析這兩次聲音分別是通過桌子和空氣傳來的，從而說明聲音要靠介質(zhì)傳播。同時讓學(xué)生比較兩次聽到的聲音大小，從而認(rèn)識到聲音在固體中比在空氣中傳播得快，即固體的傳聲能力強(qiáng)。在這里，老師一定要強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)中需要控制的變量就是聽聲音的距離和敲擊桌面的力度要相同，使學(xué)生體驗(yàn)到控制變量的思想，為以后的探究實(shí)驗(yàn)作好方法上的準(zhǔn)備。
初中物理還用到控制變量法的實(shí)驗(yàn)有：影響聲音的音調(diào)、響度等的因素有哪些？蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)？導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，電熱的大小與哪些因素有關(guān)？影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素有哪些？研究感應(yīng)電流方向與哪些因素有關(guān)？研究通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與哪些因素有關(guān)？力的作用效果與哪些因素有關(guān)？影響滑動摩擦力大小的因素有哪些？影響壓力作用效果的因素有哪些？研究液體的壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)？研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)？研究動能或勢能的大小與哪些因素有關(guān)？研究物體吸引熱量的多少與哪些因素有關(guān)等等。
控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。通過控制變量法，可以讓我們很方便的研究出某個物理量與多個因素之間的定性或定量關(guān)系，從而能得出普遍的規(guī)律。
三、等效替代法
有一個廣為人知的歷史故事──曹沖稱象。他運(yùn)用的就是一種等效替代的思想，他是用石頭替代了大象，巧妙地測出了大象的重力。當(dāng)然，這里還用到了“化整為零”的思想。
很多偉人也經(jīng)常會用等效法來使研究問題簡化，例如，愛迪生用圍成一圈的平面鏡的反射光等效多個太陽造成了無影燈，他的助手阿普頓在苦苦計(jì)算燈泡的容積時，愛迪生卻告訴他只需要把燈泡裝滿水，測量水的體積即為燈泡的容積。還有阿基米德在洗澡時發(fā)現(xiàn)了鑒別王冠真假的方法，從而也導(dǎo)致了一個重要的原理──阿基米德原理的發(fā)現(xiàn)。
這樣看來，當(dāng)測量器材無法直接測量某個物理量時，就要設(shè)法用可以直接測量的物理量來取代不能直接測量的物理量，這就是“等效替代法”。采用此方法時，唯一要注意的是直接測量的與不能直接測量的物理量之間要有內(nèi)在的聯(lián)系，找到這種內(nèi)在的聯(lián)系，也就完成了實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)。
可以說“等效替代”的思想是物理實(shí)驗(yàn)成功的最根本、最重要的思路，物理學(xué)中的相關(guān)定律、定理、公式、原理都是以替代思維成立的基礎(chǔ)為出發(fā)點(diǎn)的。例如，測量不規(guī)則固體的體積，就是利用物體浸沒在液體中時，物體體積與物體排開的液體的體積相等的原理，將用替代。在有量筒或量杯時，可采用“排液補(bǔ)差法”或叫“等量空間占據(jù)法”測量。沒有量筒或量杯時，可用彈簧秤和水，通過測量浮力大小，結(jié)合阿基米德原理計(jì)算（全部浸沒），也可以用天平測排水的質(zhì)量（全部浸沒），再利用密度知識來計(jì)算。當(dāng)無法直接測物體的質(zhì)量時，就可以用漂浮的方法利用的原理，測出也就知道了，物體的質(zhì)量也就可求了。這種質(zhì)量或體積的替代測量方法一般多見于測量物質(zhì)密度的方法中。還有許多物理量的測量都用到了等效替代法。
等效替代法還可以用在一些器材的等效上，如果在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代，這樣不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解。
例如，在探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用玻璃板替代了平面鏡，因兩者在成像特征上有共同之處，容易使學(xué)生接受，而玻璃板又是透明的，能通過它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點(diǎn)，揭示出平面鏡成像的規(guī)律。
有了這些科學(xué)方法的啟發(fā)，學(xué)生在以后遇到有關(guān)問題時就可能運(yùn)用自如了。比如在學(xué)習(xí)伏安法測電阻之后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個實(shí)驗(yàn)，在缺少電壓表或電流表，但另給一個定值電阻的情況下，要求測出未知電阻的阻值，應(yīng)該怎么辦？學(xué)生就可以用等效替代的思想來進(jìn)行設(shè)計(jì)了，即讓電流表與定值電阻串聯(lián)來與電壓表等效，或者讓電壓表與定值電阻并聯(lián)來與電流表等效，每當(dāng)學(xué)生自我解決了一個問題后，他們絕對會有一種“柳暗花明又一村”的感覺，對物理的興趣也自然而然的增加了不少。
四、轉(zhuǎn)換法
所謂“轉(zhuǎn)換法”，主要是指在保證效果相同的前提下，將不可見、不易見的現(xiàn)象轉(zhuǎn)換成可見、易見的現(xiàn)象；將陌生、復(fù)雜的問題轉(zhuǎn)換成熟悉、簡單的問題；將難以測量或測準(zhǔn)的物理量轉(zhuǎn)換為能夠測量或測準(zhǔn)的物理量的方法。
例如，在研究電熱的功率與電阻關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，電流通過阻值不等的兩根電阻絲產(chǎn)生的熱量無法直接觀測和比較，而我們通過轉(zhuǎn)換為讓煤油吸熱，觀察煤油溫度變化情況，從而推導(dǎo)出哪個電阻放熱多。進(jìn)而再問該實(shí)驗(yàn)?zāi)芊癫挥妹河投挠闷渌绞絹碛^察電阻通電后的發(fā)熱情況？這樣促使學(xué)生思維得以發(fā)散，轉(zhuǎn)換的思維方法得到訓(xùn)練，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力也隨著提高了。
彈簧測力計(jì)的原理也隱含了一個間接測量原則。即用可直接量度的量去間接表現(xiàn)那些不便直接觀察不便直接測量的量。在這里，彈簧的長度變化是可以直接觀察直接測量的，而力的大小是看不到摸不著的，但是力的大小卻和彈簧長度的變化有關(guān)系，所以我們就可以用彈簧的伸長量來量度力的大小。不僅測力計(jì)是這樣的，溫度計(jì)、壓強(qiáng)計(jì)、氣壓表（高度計(jì)）、電流表、電壓表、時鐘速度表都是如此，看見的是長度、角度的變化，反映的是溫度、液體壓強(qiáng)、大氣壓強(qiáng)（高度）、電流、電壓、時間、速度的變化。
初中物理中有很多地方都用到了轉(zhuǎn)換法的原理。研究物體升溫吸熱的多少與哪些因素有關(guān)時，可通過觀察放入其中的相同電熱器加熱時間的長短來判斷吸熱多少。利用擴(kuò)散現(xiàn)象來研究分子的運(yùn)動及分子運(yùn)動的快慢。研究動能或勢能大小時通過觀察運(yùn)動的小球推動紙盒移動距離的大小或是木樁被打入地下的深度，來推斷動能和勢能的大小。研究力、電流、磁場時，由于它們都是看不見摸不著的東西，我們可以利用力所產(chǎn)生的效果、電流產(chǎn)生的各種效應(yīng)、磁場的基本性質(zhì)來研究它們。比如可以通過泡沫塑料凹陷的程度來知道壓力的作用效果大小，用燈光的亮度來感知電流的大小、用電磁鐵吸引大頭針的個數(shù)來判斷其磁性強(qiáng)弱。將光在透明空氣中的傳播轉(zhuǎn)換為在煙或水霧中的傳播來觀察光的傳播方向。
再如，把發(fā)聲體的微小振動用泡沫塑料球的振動來進(jìn)行放大，把物體熱脹冷縮的微小變化用細(xì)管中液柱的高度變化來放大，把物體受力后的微小形變用平面鏡反射光線的偏轉(zhuǎn)角度來進(jìn)行放大等等都是利用了轉(zhuǎn)換法。
轉(zhuǎn)換法可以通過轉(zhuǎn)換研究對象、空間角度、物理規(guī)律、物理模型、思維角度、物理過程、物理狀態(tài)、時間角度等達(dá)到化繁為簡，化難為易，間接地解決問題。這對于學(xué)生的想象設(shè)計(jì)能力和創(chuàng)造性思維品質(zhì)的培養(yǎng)是大有益處的。
五、理想化方法
縱觀物理學(xué)發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型，并通過實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)或?qū)嵺`驗(yàn)證，在模型與事實(shí)基礎(chǔ)很好吻合的前堤下獲得的。伽里略和牛頓構(gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發(fā)現(xiàn)。法拉第在1852年，對帶電體、磁體周圍空間存在的物質(zhì)，設(shè)想出電場線、磁場線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁鐵周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當(dāng)前的傳統(tǒng)觀念是一個重大的突破。盧瑟福也在1911年構(gòu)思出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。
用理想化模型代替客觀原型的研究方法就是“理想化方法”。它又分為“理想實(shí)驗(yàn)法”和“理想模型法”。
例如，我們在研究真空能否傳聲的時候，將一只小電鈴放在密閉的玻璃罩內(nèi)，接通電路，可清楚的聽到鈴聲，用抽氣機(jī)逐漸抽去玻璃罩內(nèi)的空氣，聽到鈴聲越來越弱，這說明空氣越稀薄，空氣的傳聲能力越弱。實(shí)驗(yàn)中無法達(dá)到絕對的真空，但可以通過鈴聲的變化趨勢，推測出真空不能傳聲，這與牛頓第一定律的建立過程是非常類似的。這屬于理想實(shí)驗(yàn)法。如果教師在教學(xué)中注意很好地滲透這一方法，有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思想，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。
在初中教材中，我們熟悉的理想化模型有：杠桿（只要能繞著固定點(diǎn)轉(zhuǎn)動的物體都可以看作是杠桿）、斜面（像盤山公路這樣起點(diǎn)為低終點(diǎn)高的彎曲面可以看作是斜面）、輪軸（如門把手、汽車方向盤、腳踏板、扳手這樣在使用中某部分轉(zhuǎn)動形成的軌跡是一個圓的機(jī)械都可以看作輪軸）、連通器（上端開口、底部連通的容器都可以看作是連通器）、薄透鏡、光線、磁感線等等。正是引入了這些理想化的物理模型，才得以使我們面對許多復(fù)雜的現(xiàn)實(shí)問題，通過簡化處理能夠比較順利地予以解決。我們也常常運(yùn)用理想化方法，對于某些問題可以通過尋找和建立合適的理想化模型來處理，即將研究對象、條件等理想化，以達(dá)到化繁為簡的目的。
另外常用的科學(xué)方法還有類比法、圖像法、歸納法、比較法、演繹法、推理法、想象法、逆向思維法、宏觀與微觀結(jié)合法、累積法，以及微分法等等，這里就不一一獒述了。
總之，在初中物理教學(xué)中，蘊(yùn)含著許多科學(xué)方法，我們既不能視而不見的忽視它，又不能唯方法講方法，要時時做有心人，把握時機(jī)，把科學(xué)方法滲透到教學(xué)活動中，恰當(dāng)點(diǎn)撥，就能不斷提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)的本質(zhì)，培養(yǎng)他們的科學(xué)思想以及創(chuàng)新思維，提高他們的科學(xué)素質(zhì)。
參考文獻(xiàn)
初中物理涉及到的研究方法有很多，以下分別加以說明。
一、控制變量法
自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯綜復(fù)雜的，因此影響物理學(xué)研究對象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯、共同起作用的。要想精確地把握研究對象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單個自然條件下整體觀察研究對象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須對研究對象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法。
在初中物理實(shí)驗(yàn)過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法。其在初中物理教材中的應(yīng)用有：
1.研究蒸發(fā)的快慢與哪些因素有關(guān)；
2.研究滑動摩擦力的大小與哪些因素有關(guān)；
3.研究液體壓強(qiáng)與哪些因素有關(guān)；
4.研究浮力大小與哪些因素有關(guān)；
5.研究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)；
6.研究滑輪組的機(jī)械效率與哪些因素有關(guān)；
7.研究動能、重力勢能大小與哪些因素有關(guān)；
8.研究導(dǎo)體的電阻與哪些因素有關(guān)；
9.研究電阻一定，電流與電壓的關(guān)系；
10.研究電壓一定，電流和電阻的關(guān)系；
11.研究電流做功的多少與哪些因素有關(guān)；
12.研究電流的熱效應(yīng)與哪些因素有關(guān)；
13.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱跟哪些因素有關(guān)；
14.研究物體吸收放熱的多少與哪些因素有關(guān)；
15.研究電功大小與哪些因素有關(guān)；
16.研究通電螺線管的極性與哪些因素有關(guān)；
17.研究電磁鐵的磁性強(qiáng)弱與哪些因素有關(guān)；
18.研究感應(yīng)電流的方向與哪些因素有關(guān)；
19.研究通電導(dǎo)體在磁場中受力方向與哪些因素有關(guān)。
二、等效替代法
等效替代法是指在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來替代的方法。這種方法若運(yùn)用恰當(dāng)，不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解其在初中物理教材中的應(yīng)用有：
1.研究串、并聯(lián)電路時，引入總電阻的概念；
2.等效替代法測電阻；
3．滑動摩擦力的測量；
4．“曹沖稱象”；
5．通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的一些現(xiàn)象（如小燈泡發(fā)光）來確定是否有電流通過；
6．研究大氣壓的值時，用水銀柱高所產(chǎn)生的壓強(qiáng)來研究大氣壓；
7.在平面鏡成像的實(shí)驗(yàn)中用兩個完全相同的蠟燭，驗(yàn)證物與像的大小相同。
三、推理法
有一些物理現(xiàn)象，由于受實(shí)驗(yàn)條件所限，無法直接驗(yàn)證，需要我們先進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，再進(jìn)行合理推理得出正確結(jié)論。其在初中物理教材中的應(yīng)用有：
1．研究聲音不能在真空中傳播；
2．研究牛頓第一定律。
四、類比與歸納法
類比法是指由一類事物所具有的屬性，可以推出與其類似事物也具有這種屬性的思考和處理問題的方法。從一般性較小的前提出發(fā)，推出一般性較大的結(jié)論的推理方法叫歸納法。在科學(xué)研究中，歸納法發(fā)揮著重要的作用，許多物理概念、定律及規(guī)律的獲得都是借助了歸納法的力量，由實(shí)驗(yàn)（演示實(shí)驗(yàn)或?qū)W生實(shí)驗(yàn)）歸納獲得的。其在初中物理教材中的應(yīng)用有：
1．研究電流和電壓時，用水流和水壓類比；
2．用水波類比聲波；
3．類比磁極間和電荷間的相互作用。
大多數(shù)定理和規(guī)律的提出都應(yīng)用了歸納法，比如銅能導(dǎo)電，銀能導(dǎo)電，鋅能導(dǎo)電，則歸納出金屬能導(dǎo)電。在實(shí)驗(yàn)中為了驗(yàn)證一個物理規(guī)律或定理，反復(fù)通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證它的正確性，然后歸納、分析整理得出正確的結(jié)論。在阿基米德原理中，為了驗(yàn)證F?。紾排，我們分別利用石塊和木塊做了兩次實(shí)驗(yàn)，歸納、整理后均得出F浮＝G排，于是驗(yàn)證了阿基米德原理的正確性，而我們使用的正是這種方法。
五、轉(zhuǎn)換法
對于一些看不見、摸不著的物質(zhì)或物理問題我們往往要拋開事物本身，通過觀察和研究它們在自然界中表現(xiàn)出來的外顯特性、現(xiàn)象或產(chǎn)生的效應(yīng)等去認(rèn)識事物的方法。其在初中物理教材中的應(yīng)用有：
1.用細(xì)線測量地圖上鐵路線的長度，用直尺和三角板測硬幣的直徑；
2．用小磁針研究磁場方向；
3．用電磁鐵吸引大頭針的多少來比較磁性的強(qiáng)弱；
4．根據(jù)電燈的亮暗程度比較電流的功率；
5．通過比較電流的大小來比較電阻的大??；
6．通過觀察木塊被運(yùn)動物體撞擊后移動的距離大小來比較物體動能的大??；
7．通過觀察木樁被打入沙中的深淺來比較重物的重力勢能的大??；
8．通過墨水滴入水中的擴(kuò)散現(xiàn)象來說明分子的運(yùn)動特點(diǎn)；
9．通過物體形變量的大小來說明物體受力的大小。
研究方法多種多樣，每一種方法都有自己的特點(diǎn)。在指導(dǎo)學(xué)生研究物理現(xiàn)象、概念和規(guī)律時，要潛移默化地滲透科學(xué)研究方法，正確地認(rèn)識各種教學(xué)方法的功能和效果，在具體教學(xué)過程中，根據(jù)實(shí)際情況選擇不同的教學(xué)方法。
