物理科学探究常用的研究方法及考点评析

物理课程标准》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，注意考察研究物理问题的方法，必将成为当前和今后中考的热点。

　　在初中阶段，需要学生掌握的科学研究方法主要有：控制变量法、等效替代法、转换法、理想化模型、理想化实验、类比法等。现结合20##年全国各地中考试题谈谈物理教材中的研究方法问题。

　　一、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。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。控制变量法是中学物理中最常用的研究方法，在中考中考察的力度也最大。

　　例1（20##年湖北黄石市）下表是某实验小组所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有关”的实验记录：

　　（1）分析比较序号①与②的实验数据，可得出的结论是                        。

　　（2）分析比较序号           的实验数据，可得出的结论是：压力相同时，接触面越粗糙，摩擦力越大。

　　（3）上述研究方法叫“拉制变量法”，下列实验中用到此方法的有         （填序号）

　　①探究电压、电流与电阻的关系；②探究动能跟哪些因素有关；③探究固体熔化时温度的变化规律；④研究影响电磁铁磁性强弱的因素。

　　研究方法点拨：摩擦力的大小与接触面上的压力和接触面的粗糙程度有关。根据控制变量法的研究思想，研究摩擦力与压力关系时，应控制粗糙程度相同，反之研究摩擦力与粗糙程度关系时，应控制压力相同。

　　①与②两次实验在接触面的材料相同时，压力不同造成摩擦力不同，所以可得出结论：在接触面材料性质相同时，压力越大，摩擦力就越大；而由表中数据可知：压力相同，接触面粗糙程度不同造成摩擦力不同的是②③。

　　参考答案：（1）在接触面材料性质相同时，压力越大，摩擦力就越大；（2）②③；（3）①②④。

　　联想：教材中涉及到控制变量法的知识主要有：探究摩擦力的大小与什么因素有关；探究压力的作用效果跟什么因素有关；研究液体内部的压强规律；探究动能（或重力势能）的大小与什么因素有关；探究不同物质的吸热能力与物质种类、质量、温度的关系；研究决定电阻大小的因素；探究电阻上的电流与电压的关系；探究电功（或电热）跟什么因素有关；研究影响电磁铁磁性强弱的因素；研究感应电流的方向跟什么因素有关；研究通电导体在磁场中的受力与什么因素有关等等。

　　二、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2（20##年山东潍坊）如图所示，在探究“平面镜成像的特点”实验中，将玻璃后放一只与A完全相同的未点燃的蜡烛，这样做的目的是探究                                    用直尺分别测量蜡烛和像到玻璃的距离，目的是                             。

　　研究方法点拨：替代法的测量思路是等效的思想。由于平面镜成的像是虚像，此像实际不存在。若像的位置确定不下来，平面镜成像的特点便无从研究。实验时，我们可以拿一根蜡烛在玻璃板后面来回移动，直到看上去它跟镜前蜡烛的像完全重合，则有等效替代的思想可知第二根蜡烛可以代替第一根蜡烛的虚像。

　　参考答案：像与物的大小关系；探究像和物到平面镜的关系。

　　联想：教材中涉及到等效替代法的知识主要有：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；研究多开关复杂电路时，用简单的“等效电路”简化复杂电路；研究串并联电路的电阻关系时引入“等效电阻”的概念；研究各分力的作用效果时引入了“合力”的概念。

　　三、转换法

　　物理学中有的物理现象不便于直接观察，有的物理量不便于直接测量，通过转换为容易观察或测量的与之相等或与之相关联的物理现象，从而获得结论的研究方法叫转换法。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。

　　有的物理现象不便于直接观察，如分子、电流、磁场看不见、摸不到，我们可分别通过墨水的扩散现象、电流产生的效应、磁场中小磁针的偏转来认识并研究它们。

　　有的物理量不便于直接测量，如电阻、电功率等量不宜直接测量，我们可转化成用电压表、电流表分别测出电压U和电流I，然后分别由公式、计算出电阻和电功率。

　　例3（20##年山东淄博）在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下：

　　（1）实验中他们是通过电磁铁                       来判定其磁性强弱的；

　　（2）分析第1．2．3次的实验记录，可得出结论：                                             ；

　　（3）分析第1．4次和2．5次的实验记录，可得出结论：                                        。

　　研究方法点拨：首先要知道电磁铁磁性的强弱是看不见的，通过电磁铁吸引大头针的数量可以间接知道电磁铁磁性的强弱，这就是转化的思想。由前三次实验可以看出：在线圈的匝数相同时，线圈中的电流越大，电磁铁的磁性越强；由第1．4次实验数据可以看出：在线圈中的电流一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。

　　参考答案：⑴吸引大头针的最大数量；⑵在线圈的匝数一定时，线圈中的电流越大，电磁铁的磁性越强；（3）在线圈中的电流一定时，线圈的匝数越多，电磁铁的磁性越强。

　　联想：教材中涉及到的转换法的知识主要有：

　　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；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；通过墨水的扩散现象来认识分子的无规则运动；通过观察验电器上锡箔片的开合来判断物体是否带电；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；

　　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；密度、压强、功率、电阻、电功率的测量等等。

　　四、理想化模型法

　　理想化模型是指把建立理想模型法：把复杂问题简单化、摒弃次要的条件，抓住主要的因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，这是一种重要的物理思想，在建立理想化的物理模型的基础上，有时为了更加形象地描述所要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些虚拟的内容来直观、形象的表达物理情境。如光线、磁感线都是虚拟假定出来的，但它们却可以直观、形象地表述物理情境与事实，方便的解决问题。通过光线研究光的传播路径与方向；通过磁感线研究磁场的分布；杠杆也是一种理想化模型，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。

　　例4（20##年河南）物理研究中常常用一个抽象的“模型”来形象地突出事物的主要特征，如：可以用一条有方向的直线──光线，来表示光的传播方向。下列事例中，也用到这种方法的是（   ）

　　A．研究电流时把它与水流相比

　　B．用音叉溅起的水花显示音叉的振动

　　C．用水银气压计测量大气压

　　D．利用磁感线来描述磁场

　　研究方法点拨：光线、磁感线都是虚拟假定出来的，但它们却可以直观、形象地表述物理情境与事实，方便的解决问题，通过光线研究光的传播路径与方向，通过磁感线研究磁场的形状及分布；而研究电流时把它与水流相比用到的是类比法，用音叉溅起的水花显示音叉的振动用到的是转化法。

　　参考答案：D。

 

　　联想：教材中涉及到理想模型法的知识主要有：表示光的直线传播的光线，描述磁场的磁感线，描述力的图示、示意图，推导液体压强公式时选取的“液柱”，分析连通器原理使用的“液片”，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都属于理想化模型。

　　五、理想化实验（实验推理法）

　　理想实验又叫做假想实验，它是人们在思想中塑造的一种理想实验，是逻辑推理的一种特殊形式。它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，达到认识事物本质的目的。它既要以实验事实作基础，但又不能直接由实验得到结论。

　　理想实验在物理学的理论研究中有重要的作用。比如，我们在探究空气能传声的实验中，逐渐将真空罩内的空气抽出，听到罩内的闹钟的声音逐渐变弱，于是我们推理得出将真空罩内的空气抽完（即真空），就听不到闹钟的声音了，从而得出真空不能传声的结论。这里采用的方法就是理想化，因为无论怎样抽气是不可能将真空罩内的空气抽完的。

　　例5（安徽芜湖）牛顿曾研究过这样一个问题：他发现人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面，于是牛顿提出了一个“大炮”的设想。如图是他画的“大炮”草图──在地球的一座高山上架起一只水平大炮，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，炮弹将会如何运动呢？牛顿通过科学的推理得出了一个重要的结论。这就是著名的“牛顿大炮”的故事，故事中牛顿实际也用到了理想实验的研究方法。

　　（1）研究中牛顿基于的可靠事实是                                                ；

　　（2）根据以上资料和牛顿的“大炮”草图，推测牛顿当年的重要结论是                                   ；

　　如今，牛顿当年的推测已变成了现实，人们应用他的推论，利用现代科技制成了                            。

　　研究方法点拨：地球附近的物体都受到重力的作用，所以抛出去的石头总会偏离掷出去的方向落向地面，这是事实。我们假定水平射出去的炮弹不受重力的作用，当炮弹水平射出后，由于地球不是一个平面而是圆的，炮弹会离地面越来越远，站地面的人看来，炮弹在往高处飞去，但事实上炮弹要受到重力的作用，这样使它向前飞行远离地面的同时，运动方向时刻会发生改变，向着地面下落，如果炮弹射出去的速度合适，它会围绕地球作圆周运动。现代的人造地球卫星就是利用这个原理制成。

　　参考答案：⑴人掷出去的石头总会偏离掷出方向落回地面；⑵抛出物体的速度足够大时，物体将离开地球，绕地球旋转，做圆周运动；人造地球卫星。

　　联想：教材中涉及到理想化实验的知识主要有：研究真空不能传声；用“斜面小车实验”研究牛顿第一定律等等。

　　六、类比法

　　类比法是一种推理方法。它是指为了把要表述的物理问题说的清楚明白，人们常常用具体的、有形的人们所熟知的事物来类比要说明那些抽象的、无形的、陌生的事物。通过类比使人们对所要揭示的事物有一个直接的、具体的、形象的认识，找出类似的规律。如研究电流时类比水流，形象直观的比较，很容易被学生理解记忆牢固。

　　例6（天门中考）19世纪末，汤姆逊发现了电子，将人们的视线引入到了原子的内部，由此，科学家们提出了多种关于原子结构的模型。通过学习，你认为原子结构与下列事物结构最接近的是（　　）

　　A．西红柿　　　　B．西瓜　　　　C．面包　　　　D．太阳系

　　研究方法点拨：大家首先要在头脑中再现学习过的原子结构的模型：原子由位于原子中心的原子核和核外电子组成，核外电子在原子核的电力吸引下，绕核高速运动，这与太阳系十分相似。太阳系中太阳位于中心，八大行星在引力作用下绕太阳运转。它们在空间结构和运动方式上都是相似的。

　　联想：教材中涉及到类比法的知识主要有：研究电流时类比水流；研究分子内能时类比物体的机械能；学习功率时类比速度；学习大气压时类比液体压强；研究电磁波时类比水波等等。

　　总之，利用控制变量法研究物理问题，注重了知识的形成过程，有利于扭转重结论、轻过程的倾向；等效替代法在效果相同的情况下将问题化难为易，求得解决；转换法能帮助学生认识抽象的物理现象；建立理想模型法可以帮助人们透过现象，从本质认识和处理问题；理想化实验有利于培养学生的科学思想，提高学生的创新能力；类比方法可以帮助学生理解较复杂的实验和较难的物理知识。

　　正如诺贝尔奖获得者费恩曼所说：“我们的责任是给未来的人们一双没有镣铐的双手。”物理教学必须在新课程理念的引领下，重视方法的研究，培养学生的科学素养、创新意识和实践能力。眼下，教师应转变观念，更新知识，不断提高自身的综合素养，创造性地理解和使用课本，灵活运用多种研究方法，引导学生在探究中学会学习，真正成为学习的主人，为学生的终身学习奠基。

 

第二篇：科学探究方法与物理中考

科学探究方法与物理中考

作者 黄国保

《课程标准》要求学生在学习物理过程中，领会物理概念、规律和方法，近几年来各省市的中考试题也加强了对物理研究方法的考查。

研究物理的科学方法有许多，初中物理中常用的有：观察法、实验法、控制变量法、等效法、模型法、转换法、类比法、比较法等等，但这些知识都散布在初中物理课本各处，为了帮助考生更好的掌握这一部分知识，下面就此做一个汇总。

1 控制变量法

控制变量法就是当一个物理量受到多个物理因素的影响和制约时，为了明确这个物理量与其中某个因素的关系，往往需要先控制其它的另几个因素不影响被研究的物理量的方法。这是初中物理中最常用的探索问题和分析解决问题的科学方法。

例1 （2003重庆）由于电压和电阻两者都可能影响电流的大小，用实验研究它们的关系时，可以先保持电压不变，探究电流和电阻的关系；然后保持电阻不变，探究电流和电压的关系，最后总结得出了欧姆定律，这种研究问题的方法叫“控制变量法”。在以下问题的研究中：

（1）滑动摩擦力大小与哪些物理量有关；（2）牛顿在伽利略等人研究成果的基础上得出牛顿第一定律；（3）电流产生的热量与哪些因素有

关；（4）研究磁场时，引入磁感线；应用了“控制变量法”进行研究的是??（ ）

A．（1）（3） B．（1）（2） C．（2）（4） D．（3）

（4）

解析：（2）是应用实验推理法；（4）是应用建立理想模型法。 答案：A

小结：物理中涉及这种方法的内容很多，例如探究导体的电阻与哪些因素有关、影响压力作用效果的因素、影响液体蒸发快慢的因素、探究液体内部压强的规律、比热容概念的引入等等。

2 等效法

在物理实验中有许多物理特征、过程和物理量要想直接观察和测量很困难，这时往往把所需观测的变量换成其它间接的可观察和测量的变量进行研究，这种研究方法就是等效法。它是物理学研究的重要方法，是一种精确的定量化的科学。

例2 （2003陕西）在桌面上竖立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像特点，关键的问题是设法确定像的位置。仔细想想，实验时具体的做法是__________。我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了_________的科学方法。

解析：虚像是无法用光屏承接的，因此虚像特点的研究成了实验的一个难题；为了准确的探究平面镜所成虚像的特点，实验中用两支完全相同的蜡烛和可透视的平面玻璃板采用等效法很好地解决了这一难题。

答案：另外拿一只相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合；等效替代。

小结：物理中涉及这种方法的内容很多，例如物体的重心、合力、串并联总电阻等等。

3 建立模型法

建立模型法就是把物理实体或物理过程经过科学抽象转化为一定的模型，运用这种方法的目的，是为了摒弃次要条件，突出主要因素，从而方便对物体本质的研究。模型的种类很多，现列举一些常见的分类模型：表示模型（如太阳系模型）；理论模型（如理想气体模型）；想象模型（如电场线、磁感线等力线的模型）；数学模型（如空间点阵模型）。

例3 （2002上海）在物理学中，可以用一条带箭头的直线来表示光的传播路径和方向，这条想象的线叫做光线。在下列几个物理学研究的实例中，与引入“光线”这一物理概念的方法相类似的是_________（选填序号）。（1）在研究串联、并联电路时，引入“总电阻”的概念；（2）在研究磁体的磁场时，引入“磁感线”的概念；（3）在研究物体受几个力作用的情况时，引入“合力”的概念。

解析：（1）（3）是等效法。

答案：（2）

4 转换法

对于不易研究或不好直接研究的物理问题，而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法叫转换法。

例4 分子运动看不见、摸不着，不好研究，但科学家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做“转换法”，下面是小红同学在学习中遇到的四个研究实例，其中采取的方法与刚才研究分子运动的方法相同的是（ ）

A．研究电流与电阻、电压关系时，先使电阻不变去研究电流与电压的关系；然后再让电压不变去研究电流与电阻的关系

B．用小磁针研究磁场方向

C．电流看不见、摸不着，判断电路中是否有电流时，我们可以通过电路中的灯泡是否发光去确定

D．研究电流时，将它比做水流

解析：A应用的是控制变量法，D应用的是类比法。

答案：B、C

小结：物理中涉及这种方法的内容很多，例如用小磁针研究方向、用扩散现象研究分子运动；用电流效应研究电流有无等等。

5 类比法

如果对一个物理现象或过程与另一物理现象或过程进行比较，找到若干相同或相似之处，并以此为依据，把其中某一对象的有关知识或结论推移到另一对象中去，得到后一对象的结论，这就是类比法。

例5 我们在学习大气压强时，发现大气与液体有相似的性质，因此对照液体压强知识来学习大气压强，这种学习方法叫（ ）

A．比较法 B．模型法 C．控制变量法 D．类比法 答案：D

小结：物理中涉及这种方法的内容很多，例如用水流（压）类比电流（压）；用水波类比声波等等。

6 观察比较法

在对各种物理现象、物理实验进行观察的基础上，和认定的标准（或对象）进行比较，得出结论的方法叫观察比较法。

例6 （2003青岛）下面是小宇同学在物理学习中的几个研究实例：

（1）在学习汽化现象时，研究蒸发与沸腾的异同点；（2）根据熔化过程的不同，将固体分为晶体和非晶体两类；（3）比较电流表与电压表

在使用过程中的相同点与不同点；（4）在研究磁场时，引入磁感线对磁场进行描述。上述几个实例中，采用的主要科学研究方法是“比较法”的为（ ）

A．（1）（3） B．（3）（4） C．（2）（3） D．（2）

（4）

答案：A

小结：物理中涉及这种方法的内容很多，例如运用参照物判断物体运动情况等等。

7 推理法

推理法是在实验基础上用已知的规律对未知的自然现象及规律作出科学的预见。

例7 （2004安徽）人们常用推理的方法研究物理问题，在研究物体运动状态与力的关系时，伽利略通过如图甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体，如果不受外力作用，它的速度将保持不变，并且一直运动下去。

推理的方法同样可以用在“研究声音的传播”实验中。在如图乙所示的实验中，现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的？

答案：随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越来越弱，可以推理：如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声，由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。

例8 （2004黄冈）“自然界只有两种电荷”这一结论是在实验的基础上推理得出的，下列研究实例跟这一方法相同的是（ ）

A．研究光的直线传播时引入“光线”

B．建立牛顿第一定律用“伽利略斜面小车实验”研究

C．研究物体受几个力作用时引入“合力”

D．探讨分子运动用“扩散现象实验”研究

答案：B

8 模拟法

模拟法是指通过易表现的事物或现象来反映不易表现的事物或现象。它是揭示事物本质特征的一种间接而有效的方法。模拟对象与被模拟对象之间有本质上的共同性或形式上的相似性。

例如在磁体周围均匀地散布细铁屑，通过细铁屑的规则排列，形象地模拟磁体周围的磁感线就是采用这一物理研究方法。

总之，考生要养成良好思维习惯，在解决问题时要尝试运用各种物理研究方法，不断提高科学素质，这既是中考热点也是以实现课程改革的目标。