中学物理中常用的科学研究方法及应用

《物理课程标准》要求，让学生学习终身发展的物理基础知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和科学方法研究。因此，初中物理教学不仅要教给学生概念和规律，更重要的是在学习中体会和掌握物理学常用的研究方法和思想，为学生的终生发展奠定基础。现将初中物理学习过程中常用的方法归纳如下：

一、控制变量法

物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。

在初中常见实例如：探究琴弦发声的音调与弦粗细、松紧、长短的关系等；探究影响力的作用效果的因素；探究滑动摩擦力与哪些因素有关；探究二力平衡的条件；探究压力的作用效果与哪些因素有关；探究液体内部的压强与哪些因素有关；探究浮力的大小与哪些因素有关；探究动能（或重力势能）与哪些因素有关等；探究影响液体蒸发快慢的因素；探究物体吸热与物质种类、质量、温度变化的关系等；探究影响电阻大小的因素；探究电流与电压、电阻的关系；探究影响电流做功多少的因素；探究影响电流的热效应的因素；探究电磁铁的磁性与哪些因素有关；探究影响感应电流方向的因素；探究通电导体在磁场中受力的方向与电流的方向、磁感线的方向的关系等。

二、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。所谓“转换法”，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题；将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法。初中物理在研究概念规律和实验中多处应用了这种方法。

在初中常见实例如：可以通过敲动音叉所引起的乒乓球的弹开来说明发声体在振动；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；物体发生形变或运动状态改变可证明此物体受到力的作用；在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小；通过小桌陷入沙坑的深浅来比较压力的作用效果；马德堡半球实验可证明大气压的存在；运动的物体能对外做功可证明它具有能；研究影响动能大小的因素时，物体动能的大小无法直接测量和比较，通过比较物体滚到斜面底端对其它物体做的功的多少，间接比较动能的大小；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存在着引力；雾的出现可以证明空气中含有水蒸气；用加热时间长短来显示吸收热量的多少；研究电流时通过电流的热效应和磁效应去研究；研究磁场时用放在磁场中的磁体会受到力的作用去研究；指南针能指南北可证明地磁场的存在；可以通过电磁铁吸引铁钉的多少来显示电磁铁的磁性强弱等。

测量仪器：秒表、电流表、电压表、电阻表、弹簧测力计、气压计、微小压强计、温度计、托盘天平、电能表、测电笔等都是转换法的体现。

三、等效替代法

等效替代法是在保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。

在初中常见实例如：把不易分析的复杂电路简化为简单的等效电路；研究串、并联电路电阻的关系时引入总电阻（等效电阻）的概念；研究同一直线上二力的关系时引入合力；在研究平面镜成像实验中，用两根完全相同的蜡烛，用未点燃的蜡烛等效替代另一根点燃的蜡烛的像，用玻璃板等效替代平面镜等。

四、建立模型法

即将抽象的物理现象用简单易懂的具体模型表示。在初中常见实例如：研究运动时建立匀速直线运动的模型；研究液体压强时用液柱模型；研究连通器原理时用液片模型；用简单的线条代表杠杆；研究光现象时用到光线模型；研究磁现象时用到磁感线模型；电路图是实物电路的模型；研究肉眼观察不到的原子结构时建立原子核式结构模型等。

五、类比法

在认识一些物理概念时，我们常将它与生活中熟悉且有共同特点的现象进行类比，以帮助我们理解它。在初中常见实例如：内能与机械能类比；用弹簧连接的小球类比存在着相互作用力的分子；在研究电流时，用水流进行类比；认识电压时，用水压进行类比；用抽水机类比电源；原子结构与太阳系；水波和电磁波等。

六、理想实验法

理想实验法是在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律的一种研究问题的方法。

在初中常见实例如：伽利略斜面实验；推导出声音不能在真空中传播；推导出牛顿第一定律；推导出电荷的种类等。

七、比值定义法：

比值定义法就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。

在初中常见实例如：速度、密度、压强、功率、比热容、热值、电流等概念公式采取的都是这样的方法。

八、积累法

在测量微小量的时候，我们常常将微小的量积累成一个比较大的量。

在初中常见实例如：测量一枚大头针的质量；测量出一张邮票的质量；测量出心跳一下的时间；测量出导线的直径等。

九、比较法

比较法是通过对不同的物理概念、定义或事物进行比较，发现它们之间的内在联系和根本区别，找出研究对象的相同点和不同点，从而进一步揭示事物的本质属性，它是认识事物的一种基本方法。

在初中常见实例如：比较惯性和惯性定律的区别；比较蒸发和沸腾的特征；比较汽油机和柴油机的结构和工作原理；比较发电机和电动机的结构、原理、能量转化；比较电压表和电流表的使用规则等。

十、归纳法

归纳法是从个别性知识，引出一般性知识的推理，是由已知真的前提，引出可能真的结论。

在初中常见实例如：在日常生活中了解到各种声音都是由于物体振动产生的，从而归纳出：一切发声体都在振动的结论；通过铜、铁、铝、银等金属能导电归纳出金属都能导电等。

十一、图象法

利用图象这种特殊且形象的数学语言工具，来表达各种现象的过程和规律，能将物理问题简明化，比枯燥的文字、公式更容易理解和掌握。

在初中常见实例如：速度-时间图象、路程-时间图象、质量-体积图象、凸透镜成像物距-像距图象、晶体熔化、凝固过程时间-温度图象、液体沸腾时间-温度图象、导体的电流-电压图象等。（作者单位：山东省烟台市牟平区姜格庄中学）