物理研究方法专题.ppt
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1、物理研究方法专题物理研究方法专题和平区教研室和平区教研室 朱轶男朱轶男物理学家劳尔说:物理学家劳尔说:“教育无教育无非是当一切所学的知识都忘掉的非是当一切所学的知识都忘掉的时候,最后所剩下的东西时候,最后所剩下的东西.”这这就是学习过程和学习方法的作用就是学习过程和学习方法的作用.巴甫洛夫认为:巴甫洛夫认为:“重要重要的是科学方法,科学是思想的的是科学方法,科学是思想的总结,认识一个科学家的方法总结,认识一个科学家的方法远比认识他的成果价值要大远比认识他的成果价值要大.”物理学中常见的研究方法有:物理学中常见的研究方法有:控制变量法控制变量法等效法等效法实验推理法(理想化实验)实验推理法(理想
2、化实验)转换法(转换替代、转换放大)转换法(转换替代、转换放大)类比法类比法建立模型法建立模型法归纳法归纳法比较法比较法一、一、控制变量法控制变量法 一个物理量可能要受到多个因素的影一个物理量可能要受到多个因素的影响和制约,在探究这个物理量与其中某个响和制约,在探究这个物理量与其中某个因素的关系时,需要先控制其它因素不变,因素的关系时,需要先控制其它因素不变,来确定相关物理量之间的关系,这种方法来确定相关物理量之间的关系,这种方法即即“控制变量法控制变量法”.研究滑动摩檫力与哪些因素有关;研究滑动摩檫力与哪些因素有关;f=N研究影响液体蒸发快慢的因素;研究影响液体蒸发快慢的因素;研究影响力的作
3、用效果的因素研究影响力的作用效果的因素研究影响压力的作用效果的因素;研究影响压力的作用效果的因素;p=F/s 研究液体内部的压强;研究液体内部的压强;p=gh研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系;研究物体吸热与物质种类、质量、温度的关系;Q=cmt研究影响电阻大小的因素;研究影响电阻大小的因素;R=L/S研究电流与电压、电阻的关系;研究电流与电压、电阻的关系;I=U/R研究动能与哪些因素有关研究动能与哪些因素有关Ek=mv2/2研究重力势能与哪些因素有关研究重力势能与哪些因素有关Ep=mgh研究电功或电热与哪些因素有关;研究电功或电热与哪些因素有关;Q=I2Rt研究通电导体在磁场中的受力与
4、哪些因素有关;研究通电导体在磁场中的受力与哪些因素有关;研究影响感应电流的方向因素;研究影响感应电流的方向因素;研究影响电磁铁磁性的因素;研究影响电磁铁磁性的因素;1、给出运用控制变量法的探究实例,、给出运用控制变量法的探究实例,要求要求辨别研究的是什么问题辨别研究的是什么问题n例例1(07上海)在两块相同的玻璃片上,小明同学分上海)在两块相同的玻璃片上,小明同学分别滴一滴质量相同的水,如图别滴一滴质量相同的水,如图1所示所示.观察图中情景观察图中情景可知,他主要研究蒸发快慢是否与可知,他主要研究蒸发快慢是否与()nA水的温度有关水的温度有关B水的表面积有关水的表面积有关nC水上方空气的流速有
5、关水上方空气的流速有关D水的质量有关水的质量有关中考控制变量法考查形式中考控制变量法考查形式B2、给出运用控制变量法所要探究的课题,、给出运用控制变量法所要探究的课题,要求要求选出实验过程选出实验过程.例例2(07黄石)在研究黄石)在研究“水果电池电压与哪些因素有关水果电池电压与哪些因素有关”的实的实验中(如图验中(如图2所示),小星作出如下猜想:所示),小星作出如下猜想:n猜想一:水果电池电压与水果种类有关猜想一:水果电池电压与水果种类有关n猜想二:水果电池电压与两电极间距离有关猜想二:水果电池电压与两电极间距离有关n猜想三:水果电池电压与两电极插入水果的深度有关猜想三:水果电池电压与两电极
6、插入水果的深度有关为了验证上述猜想是否正确,小星设计了如下准备实验和为了验证上述猜想是否正确,小星设计了如下准备实验和记录的表格记录的表格.n为验证猜想一:水果电池电压与水果种类有关水果电池电压与水果种类有关,应做编号为_的实验;n为验证猜想二:水果电池电压与两电极间距离有关水果电池电压与两电极间距离有关 应做编号为_的实验;n为验证猜想三:水果电池电压与两电极插入水果的深度有关水果电池电压与两电极插入水果的深度有关 应做编号为_的实验.实验编号水果种类深度(cm)两极间距离(cm)电压(V)1苹果132223334菠萝215222、54、51、33、给出需要运用控制变量法探究的课题,、给出需
7、要运用控制变量法探究的课题,要求进行实验方案设计要求进行实验方案设计例例3(06广东)滑动摩擦力大小与压力大小、接触面大小有广东)滑动摩擦力大小与压力大小、接触面大小有关吗?请你利用下列实验器材进行探究:量程足够的弹簧测关吗?请你利用下列实验器材进行探究:量程足够的弹簧测力计一个,重为力计一个,重为2N、相同的长方体木块(带钩)两个,长木、相同的长方体木块(带钩)两个,长木板一块板一块.写出实验步骤写出实验步骤:na.;nb.;nc.把一木块平放在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下弹簧测力计的示数把一木块平放在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下弹簧测力计的示数 把一木块侧放
8、在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下相应的示数把一木块侧放在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下相应的示数 把两木块叠放在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下弹簧测力计的示数把两木块叠放在长木板上,用弹簧测力计水平匀速拉动木块,记下弹簧测力计的示数.(09天津)天津)27.物体只在重力作用下由静止开始下落的物体只在重力作用下由静止开始下落的运动称为自由落体运动运动称为自由落体运动”.小明对这种落体运动产生了小明对这种落体运动产生了探究的兴趣,提出如下两个问题探究的兴趣,提出如下两个问题.问题一:物体下落的快慢是否与物体的质量有关问题一:物体下落的快慢是否与物体的质量有
9、关?问题二:物体下落的高度与下落的时间存在着怎样的问题二:物体下落的高度与下落的时间存在着怎样的关系关系?于是他找来一些器材并在可忽略空气阻力情况下于是他找来一些器材并在可忽略空气阻力情况下准备进行实验准备进行实验.(1)请你帮助小明设计探究请你帮助小明设计探究“问题一问题一”的实验方案的实验方案.选用质量不同的物体,比较它们下落相同的高度选用质量不同的物体,比较它们下落相同的高度所用的时间所用的时间.或选用质量不同的物体,比较它们在相同时间内或选用质量不同的物体,比较它们在相同时间内下落的高度下落的高度.4、给出需要运用控制变量法的探究实例,、给出需要运用控制变量法的探究实例,要求要求对实验
10、方案或结论进行评价对实验方案或结论进行评价n例例4(06南通)学习了液体压强的知识后做了如图南通)学习了液体压强的知识后做了如图3所示的实验,所示的实验,在饮料瓶中灌满水,然后在瓶的在饮料瓶中灌满水,然后在瓶的a、b处各扎一个小孔,观察其处各扎一个小孔,观察其后发生的现象后发生的现象.经过反复的试验,发现从小孔中射出水流的射程经过反复的试验,发现从小孔中射出水流的射程s 跟小孔在水中的深度跟小孔在水中的深度h和小孔到地面的高度和小孔到地面的高度H这两个因素有关这两个因素有关.为了研究水流的射程为了研究水流的射程s与与h之间的关系,他们将饮料瓶放置在水之间的关系,他们将饮料瓶放置在水平桌面边缘,
11、看到如图所示的现象,由此他们得出了结论:平桌面边缘,看到如图所示的现象,由此他们得出了结论:n小孔距水面的深度小孔距水面的深度h越大,水流的射程越大,水流的射程s越大越大.你认为根据图示的现象能否得出上述结论?你认为根据图示的现象能否得出上述结论?请说明你的理由请说明你的理由.n5、给出需要运用控制变量法进行探究而得到的一、给出需要运用控制变量法进行探究而得到的一组实验数据,要求组实验数据,要求分析归纳实验结论分析归纳实验结论方法一:计算下落高度方法一:计算下落高度h与下落时间平方与下落时间平方t2的比值的比值h/t2是否相同(或是否相同(或t2/h),如相同,则成正比),如相同,则成正比方法
12、三:计算上升高度方法三:计算上升高度h与下落时间平方与下落时间平方t2是否满足是否满足h=kt2(k0),如,如满足,则成正比满足,则成正比方法四:画出上升高度方法四:画出上升高度h与与下落时间平方下落时间平方t2的图象是否是过原点的一的图象是否是过原点的一条直线,如是,则成正比条直线,如是,则成正比方法二:计算下落高度方法二:计算下落高度h与下落时间平方与下落时间平方t2是否满足是否满足t21/t22=h1/h2、t21/t23=h1/h3、t21/t24=h1/h4如满足,则成正比如满足,则成正比(09天津)天津)27.(2)小明探究小明探究“问题二问题二”时,通过实验,测量时,通过实验,
13、测量出同一物体分别从最高点下落的高度为出同一物体分别从最高点下落的高度为h1、h2、h3,并测量,并测量出每次下落的高度所对应的下落时间为出每次下落的高度所对应的下落时间为t1、t2、t3.分析实验分析实验数据发现:数据发现:“物体下落的高度与下落的时间不满足正比例关物体下落的高度与下落的时间不满足正比例关系系”.他猜想他猜想“物体下落的高度与下落的时间平方成正比物体下落的高度与下落的时间平方成正比”,若要验证这一猜想,应如何处理分析实验数据,若要验证这一猜想,应如何处理分析实验数据?二、转换法二、转换法 对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测对于一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,
14、通常用一些非常直观的现象去认识量的物理量,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方法叫转换法.物体发生形变或运动状态改变可证明此物受到力的作用;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;苹果落地可证明重力存在;月食现象可证明月亮不是光源;月食现象可证明月亮不是光源;雾的出现可证明空气中含有水蒸气;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;影的形成光沿直线传播;马得堡半球实验可证明大气压的存在;马得堡半球实验可证明大气压的存在;奥斯特实验可证明电流周围有磁场奥斯特实
15、验可证明电流周围有磁场运动的物体能对外做功可证明它具有能;运动的物体能对外做功可证明它具有能;铅块实验可证明分子间引力的存在;铅块实验可证明分子间引力的存在;扩散现象可证明分子做无规则运动;扩散现象可证明分子做无规则运动;用手机能打电话可证明电磁波的存在;用手机能打电话可证明电磁波的存在;指南针指南北可证明地磁场的存在;指南针指南北可证明地磁场的存在;例:力是看不见的,但是我们可以通过力的作用效果去认例:力是看不见的,但是我们可以通过力的作用效果去认识它,这是在科学研究中常用的方法,下面四个研究实例识它,这是在科学研究中常用的方法,下面四个研究实例中,同样采用这种研究方法的是(中,同样采用这种
16、研究方法的是()A研究电流与电压、电阻的关系时,先使电阻不变去研研究电流与电压、电阻的关系时,先使电阻不变去研究电流与电压的关系,再让电压不变去研究电流与电阻的究电流与电压的关系,再让电压不变去研究电流与电阻的关系关系.B温度的高低是看不见的,我们可以通过液体体积的变温度的高低是看不见的,我们可以通过液体体积的变化去认识它化去认识它.C研究牛顿第一定律时,在实验基础上经过推理,得出研究牛顿第一定律时,在实验基础上经过推理,得出运动物体不受力将做匀速直线运动运动物体不受力将做匀速直线运动.D在学习蒸发与沸腾时,通过比较得出蒸发与沸腾的异在学习蒸发与沸腾时,通过比较得出蒸发与沸腾的异同点同点.例:
17、爱因斯坦说过:例:爱因斯坦说过:“磁场在物理学家看来正磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在如他坐的椅子一样实在.”磁场虽然看不见、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摸不着,但可以通过对小磁针的作用证明其存在在.在物理学中还有其他一些现象也是这样,在物理学中还有其他一些现象也是这样,如用如用可证明可证明的存在的存在.橡皮膜上所受压强的大小 U型管内液柱的高度差 焦耳定律中将电流通过导体产生的热量多少 火柴点燃快慢三、等效法三、等效法 “等效法等效法”就是在特定的某种意义上,在保证就是在特定的某种意义上,在保证效果相同的前提下,将效果相同的前提下,将陌生的、复杂的、难处理
18、陌生的、复杂的、难处理的问的问题转换成题转换成熟悉的、容易的、易处理熟悉的、容易的、易处理的一种方法的一种方法.等效法是常用的科学思维方法等效法是常用的科学思维方法.等效是指不同的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理规律方面是相同的.它们之间可以相互替代,而保它们之间可以相互替代,而保证结论不变证结论不变.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,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
19、决从而将问题化难为易,求得解决.等效电路图等效电路图等效电阻(串联、并联)等效电阻(串联、并联)研究合力与分力的关系研究合力与分力的关系物体的重心物体的重心曹冲称象曹冲称象例:篮球落地后,篮球给了地面多大的力呢?例:篮球落地后,篮球给了地面多大的力呢?给你一架台秤,一张白纸,你能测出篮球砸在地给你一架台秤,一张白纸,你能测出篮球砸在地上的力吗?说说你的步骤上的力吗?说说你的步骤.四、理想化物理模型四、理想化物理模型:模型的构建是物理学中较有模型的构建是物理学中较有特点的研究方法,它是对复杂特点的研究方法,它是对复杂事物、复杂过程进行删繁就简,事物、复杂过程进行删繁就简,去粗存精,抓住问题本质的
20、高去粗存精,抓住问题本质的高度抽象体度抽象体杠杆模型杠杆模型原子核式结构模型原子核式结构模型电路图是实际电路的模型电路图是实际电路的模型力的示意图或力的图示是实际物体和作力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型用力的模型手摇交流发电机、柴油机、汽油机模型手摇交流发电机、柴油机、汽油机模型(挂图)(挂图)连通器液片模型连通器液片模型用光线来描绘光的传播用光线来描绘光的传播用磁感线来描绘磁场用磁感线来描绘磁场建立模型建立模型例:建立物理模型是物理学习研究问题的一种重要方法例:建立物理模型是物理学习研究问题的一种重要方法.例如:研究平静水面产生的反射现象时,可以将水面看例如:研究平静水面产生的反
21、射现象时,可以将水面看成平面镜成平面镜.同理,定滑轮可以看成是同理,定滑轮可以看成是_.为了减小钢索承受的拉力,可以适当增加桥塔的高度.请分析原因 五、实验推理法(理想模型)五、实验推理法(理想模型)推理法是在观察实验的基础上,忽略次要推理法是在观察实验的基础上,忽略次要因素,进行合理的推想,得出结论,达到认识因素,进行合理的推想,得出结论,达到认识事物本质的目的事物本质的目的.理想模型就是指利用理想化的方法,把研理想模型就是指利用理想化的方法,把研究对象的一些次要细节、非本质的东西舍去,究对象的一些次要细节、非本质的东西舍去,从而能够以简化和理想化的形式去再现原形的从而能够以简化和理想化的形
22、式去再现原形的各种复杂结构、功能和联系的一种方法和手段各种复杂结构、功能和联系的一种方法和手段.有匀速直线运动模型、牛顿第一定律(光滑平有匀速直线运动模型、牛顿第一定律(光滑平面)、功的原理等面)、功的原理等.理想推理著名的著名的“牛顿大炮牛顿大炮”的故的故事事 以不同的速度将炮弹平射出去,射出速度越大,炮弹落地点就离山脚越远.他推想:当射出速度足够大时,炮弹将会六、类比法六、类比法类比在物理学中有着广泛的应用类比在物理学中有着广泛的应用.所谓类比,所谓类比,实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推实际上是一种从特殊到特殊或从一般到一般的推理理.它是根据两个(或两类)对象之间在某些方它是根据
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