初中物理科学探究方法专题
《新课程标准》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，考查研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。控制变量法等效替代法、转换法推理法、模型法、比较法、类比法、图像法等，是初中物理常用的研究方法。
一.控制变量法
【知识回放】所谓控制变量法,就是在研究和解决问题的过成中,对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制,只改变某个变量的大小,而保证其它的变量不变,最终解决所研究的问题.
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。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。控制变量法是中学物理中最常用的方法，也是中考出题最多的方法。
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.蒸发的快慢与哪些因素有关
2.滑动摩擦力的大小与哪些因素有关
3.液体压强的大小与哪些引速又关.
4.浮力的大小与哪些因素有关
5.压力的作用效果与哪些因素有关
6.滑轮组的机械效率与哪些因素有关
7.动能的大小与哪些因素有关
8.重力势能的大小与哪些因素有关
9.导体的电阻与哪些因素有关
10.探究电流与电压的关系
11.探究电流与电阻的关系
12.探究电流做功的多少与哪些因素有关
13.探究电流的热效应与哪些因素有关
14.探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关
【典例探究1】小兰在观察提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关，于是想通过实验来探究一下
自己的猜想是否正确，上表是她在实验时控制的琴弦条件。
(1)如果小兰想探究弦发声的音调与弦的材料的关系，你认为她应该选用编号为的琴弦（只填字母代号）。
(2)探究过程通常采用下列一些步骤：A实验研究 B分析归纳 C提出问题（或猜想） D得出结论等，你认为小兰要完成本探究的全过程，所采用的合理顺序应该是：。（只填写数字代号）
(3)在上述探究过程中，总要控制某些因素，使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究方法叫做“控制变量法”。请你再写出一个初中物理中用到这种方法的实验名称：。
【标准答案】（1）D和E （2）CABD （3）实验一：研究滑动摩擦力的大小和哪些因素有关；实验二：研究电流与电压、电阻的关系；实验三：研究电流产生的热量与哪些因素有关；实验四：研究电磁铁磁性的强弱和哪些因素有关.
【典例探究2】为了研究物质的某种特性，某小组的同学先做了如下实验：他们在甲、乙两只完全相同的烧杯中分别放入100克和200克的温水，实验时，让它们自然冷却，并利用温度计和计时器测量水的温度随时间的变化情况。记录数据分别如表1、表2所示。（设甲、乙两杯水每分钟放出的热量相等）
表1 m1=100克
表2 m2=200克
（1）分析比较表1和表2中的数据可知，实验时，两杯水所处环境的温度是的。（填“相同”或“不相同”）
（2）分析比较表1（或表2）中第一行和第三行的数据及相关条件，可得出的初步结论
是：，放出的热量与降低的温度成正比。
（3）分析表1和表2中的第三列、第四列、第五列等数据及相关条件，可得出的初步结论是：。
（4）进一步综合分析比较表4和表5中的数据及相关条件，还可得出的初步结论
是：。
【名师精析】控制变量法是中考出题最多的方法,因此学生要注意有关控制变量法的实验.本题考查比热的概念和控制变量法，通过设计一个实验情境，培养处理信息、分析数据、归纳总结的能力。本题可以从热量的计算公式Q=cm△t对实验数据进行分析，当比热容c一定，当m一定时，Q 与△t成正比；△t一定时，Q与m成正比；c=Q/m△t为一定值。
【答案】（1）不同；（2）相同质量的同种物质，降低的温度越多放出的热量越多；（3）同种物质，降低相同温度时，质量大的放出热量多；（4）水（同种物质）放出的热量与质量、降低的温度的比值是定值。
【典例探究3】.学习欧姆定律时,为了研究电流与电压和电阻的关系,实验中先保持电阻一定,研究电流与电压的关系;再保持电压一定,研究电流与电阻的关系.这种方法就是控制变量法.下面研究过程中应用这种方法的是( )
A.通过电流做功的多少来判断电能的多少
B.引入合力的概念
C.研究磁场引入磁感线
D.研究电流产生热量的多少与电流的关系,先保持电阻和时间一定
【标准答案】 D
二.等效替代法
【知识回放】用相等或容易测得的量代替不便直接求出的物理量,这种方法就是等效替代法等效替代法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。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。例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效……
【典例探究】探究物理规律和解决实际问题常运用到许多重要的物理思想和方法．下列过程中运用了“等效替代”方法的是（）
A．测量一张白纸的厚度 B. 研究电流与电压、电阻的关系
C. 曹冲称象
D. 牛顿总结出惯性定律
【名师点拨】在物理实验特别是测量中，有些物理量并不是能十分方便的测量，就要用到等效法。如：用另一根相同的蜡烛等效替代平面镜后的像；称象的质量并不方便，就利用浮力相等让象的质量等于石块的质量从而方便研究。
【标准答案】C
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.在研究合力时, 一个力和两个力使弹簧发生的形变是等效的,那么这个力就替代了两个力,所以叫等效替代法
2.在研究串并联电路的总电阻时,也用到了这种方法.
3.在平面镜成像的实验中,我们利用两个完全相同的蜡烛,验证物与像的大小相同,因为我们无法
真正的测量物与像的关系,所以我们利用了一个完全相同的另一根蜡烛来等效替代物体的大小.三.转换法
【知识回放】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，通过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，一些比较抽象的看不见,摸不着的物质的微观现象,要研究它们的运动规律,使之转化为学生熟知的看得见,摸得着的宏观现象来认识它们,这种研究问题的方法叫做转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。
在初中物理课本中,应用这种方法的有:
1.测不规则小石块的体积我们转换成测排开水的体积.
2.我们测曲线的长短时转换成细棉线的长度.
3.在测量滑动摩擦力时转换成测拉力的大小.
4.研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说
明内能的变化).
5.在研究电热与电流\电阻的因素时,我们将电热的多少转换成液柱上升的高度.
6.我们在研究电功与什么因素有关的时候,将电功转换成
砝码上升的高度.
7.密度\功率\电阻\压强(大气压强)等物理量都是利用转换法测得的.
8.在我们回答动能与什么因素有关时,我们将动能转化为小木块在平面上被推动的距离,距离越
远则动能越大.
【典例探究1】爱因斯坦说过：“磁场在物理学家看来正如他坐的椅子一样实在。”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在。在物理学中还有其他一些现象也是这样，如用可证明的存在。
【名师点拨】首先通过阅读，明确磁场是无形的，而小磁针是有形的。用有形的、看得见、摸得着的事物证明无形的、看不见、摸不着的物体，是转换的思想。然后就要在头脑中搜寻学习过的物理内容，筛选出应用这个思想获取的知识点，确定答案。大家可以从力、热、光、电、磁、分子原子、能量等方面进行思考。
【标准答案】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；
马得堡半球实验可证明大气压的存在；
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；
月食现象可证明月亮不是光源；
奥斯特实验可证明电流周围有磁场；
指南针指南北可证明地磁场的存在；
用手机能打电话可证明电磁波的存在；
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引力的存在；
运动的物体能对外做功可证明它具有能；
【典例探究2】分子运动肉眼看不见、摸不着，不便于研究，但我们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“转换法”，下面四个实例也采用“转换法”的是（）
A. 利用光线来研究光的直线传播现象
B. 判断电路中是否有电流时，我们可通过电路中的灯泡是否发光去确定
C. 研究电流与电压、电阻关系时，先保持电阻不变去研究电流与电压互感器的关系；然后再保持电压不变去研究电流与电阻的关系
D. 研究电流时，将它比做水流
【名师点拨】用形象直观的现象来展示看不到、摸不着、不便研究的现象叫做转换法。电流看不见摸不着，转换为灯泡是否发光，为转换法。A为模型法，C为控制变量法，D为类比法。
【标准答案】B
四.理想模型法
【知识回放】实际现象和过程一般都十分复杂,涉及到众多因素,采用模型方法可起到简化和纯化的作用.忽略次要因素,从复杂事物中抽象出理想模型,合理近似的反应所研究事物的本质特征,这种研究问题的方法叫理想模型法.
在初中物理课本中,应用这种方法的有
1．光线(光线是看不见的,我们使用一条看得见的实线来表示,就将问题简化利用了理想化模型) 2．磁感线(为了研究磁场,我们引入一条线将研究的问题简化,其实这条线并不存在).
【典例探究1】芜湖，一直以来就是长江下游重要的商贸港口城市。芜湖长江大桥，这座目前我国科技含量最高的特大型公、铁两用斜拉索桥梁的建成，使得芜湖这座古老的城市又焕发出强烈的时代气息。大桥的建设，用到了很多物理学的知识和研究方法。
（1）在铁路桥引桥靠近居民住宅区一侧，建有高3米左右的板墙（如图所示），其作用是____________________。
（2）汽车过桥时，每隔一段距离会有明显颠簸，这是大桥桥面上的缝隙所致。这些缝隙是（）
A．一种交通标志，用于确认距离，避免发生追尾事故
B．来往车辆过多，造成路面损毁
C．避免司机开车由于过分平稳而瞌睡
D．伸缩缝，用于允许路面的膨胀和收缩
（3）将大桥的结构进行简化，取其部分可抽象成如图丁所示的模型。
①可以看出它用到了的相关知识。其中O是__________，_______代表桥重和过往车辆等产生的对桥的作用力。
②为了减小钢索承受的拉力，在需要与可能的前提下，可以适当增加塔桥的高度。请分析原因。
③假如让你来设计新的斜拉索式大桥，你还能提出什么方法可以减轻钢索承受拉力？（说出一种方法即可）
④你知道吗？在上述的研究中，我们用到了物理学中很重要的一种研究方法：建立模型。建立模型可以帮助人们透过现象，忽略次要因素，从本质认识和处理问题；建立模型还可以帮助人们显示复杂事物及过程，帮助人们研究不易甚至无法直接观察的现象。想想看，在初中物理学习中，你在研究哪些问题时也用到了这种研究方法？请举一例具体说明。（本题实例除外）
【名师点拨】本题以芜湖长江大桥为载体，将声、热、杠杆等知识有机的融合，考查学生综合利用知识的能力。特别是注重了对物理学研究方法的考查，使学生在做题过程中学会了忽略次要因素，抓住主要问题的建立模型法。题目最后一问让学生再举例子说明在初中物理学习中，在研究哪些问题时也用到了这种方法？容易激活学生的思维，促使学生对知识的回忆和重新整合。
【标准答案】①用以隔音，减少火车行驶时产生的噪音污染。②（D）。③ (1)杠杆的支点、F1；(2)增加桥塔的高度，可以增大拉力的力臂。根据杠杆的平衡条件，钢索所承受的拉力也随之减小；(3)使用新型轻质材料减小桥梁自重等。
④研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。
电路图是实物电路的模型。
力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。
实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程（柴油机、汽油机模型等）。
研究连通器原理时用到液片模型。
【典例探究2】以下是物理学习中的几个研究实例：(1)在研究磁场时，引入磁感线;(2)在研究物体受几个力时，引人合力；(3)在研究电流时，将它比作水流；(4)在研究光时，引入光线。前面几个实例中，采用“建立理想模型法”的是（）
A.（l）（3）
B.（2）（3）
C.（1）（4）
D.（3）（4）
【名师点拨】把某一个类具体事物抽象为某个物理概念的方法叫“建立理想模型法”，如把路灯看成一个点光源等。本题中从磁场中抽象出磁感线，从光中抽象出光线，用的都是“建立理想模型法”。
【标准答案】C
五．科学推理法
【知识回放】推理法是根据已知物理现象和规律，通过想象和推理对未知的现象做出科学的推理和预见.推理法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推理，得出结论，达到认识事物本质的目的。
理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法,它以大量的可靠的事实为基础,以真实的
实验为原形,通过合理的推理得出物理规律.
【典例探究】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1（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。如图1（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？
【名师点拨】伽利略通过如图（甲）所示的实验，发现当阻力越小时，小车速度减小得就越慢，由此推理出，如果阻力为零，小车的速度将不减小，即做匀速直线运动。在图乙这个实验中，虽不
能把玻璃罩内抽成真空状态，但随着玻璃罩内空气的减少，听到的声音越来越小，由此可推理得出“声音不能在真空中传播”
【标准答案】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，将听不到铃声，由此可以推出“声音不能在真空中传播”。
假如在伽利略著名的理想实验中,实验设想的步骤有:
① 减小第二个斜面的倾角,小球在该斜面上仍然要达到原来的高度.
② 要两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面.
③ 继续减小第二个斜面的倾角,最后使它成水平面,小球将沿水平面作持续的匀速运动. ④ 如果没有摩擦,小球将上升到原来释放时的高度.
(1)请将上述设想步骤按照正确的顺序排列 ②④①③ (只要填写序号)
(2)在上述设想步骤中,有的属于可靠事实,有的则是理想化的推论.下面关于这些事实和推论的分类正确的是( B )
A ①是事实,②③④是推论.
B ②是事实, ①③④是推论.
C ③是事实, ①②④是推论
D ④是事实, ①②③是推论
六.类比法
【知识回放】类比法是指将两个相似的事物做对比，从已知对象具有的某种性质推出未知对象具有相应性质的方法.类比法在物理中有广泛的应用。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理。它是根据两个（或两类）对象之间在某些方面的相同或相似而推出它们在其他方面也可能相同或相似的一种逻辑思维。在物理教学中，类比方法可以帮助理解较复杂的实验和较难的物理知识。
【典例探究1】图2甲是水流形成图，我们对电流的成因（图2乙）的认识是通过分析图甲中水流的成因来了解的，这种方法在物理学中称为（ ）
A.比较法
B.类比法
C.等效法
D.控制变量法
【名师点拨】在物理研究中，有些概念十分抽象，为了更形象的表述，常用类比的方法.例如:电流的形成,电压的作用,可通过熟悉的水流的形成,水压的作用进行类比,从而得出电压是形成
电流的原因的结论.
通过类比,用大家熟悉的水流和水压的直观认识,使得看不见摸不着的抽象的电流电压等知识跃然纸面,栩栩如生.
图1
图2
【标准答案】B
【典例探究2】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
解析：大家首先要在头脑中再现学习过的原子结构的模型，再与所给的四个选项比较，确定结构最接近的事物是太阳系。这里原子核可以类比于太阳，核外电子类比于行星，它们在空间结构和运动方式上都是相似的。
七.归纳法
【知识回放】归纳法是通过样本信息来推断总体信息的技术.要做出正确的归纳,就要从整体
中选出的样本足够大而且具有代表性.
在实验中为了验证一个物理规律或定律,就要反复的通过实验来验证它的正确性,然后分析
归纳,得出正确的结论.
比如铜能导电,铝能导电,锌也导电,归纳出金属导电.
在阿基米得原理实验中,F 浮=G 排,我们分别利用石块和木块做了两次实验,归纳总结,才得
出结论,验证了该原理的正确性.
在验证杠杆平衡条件实验中,验证导体的电阻与什么因素有关的时候,我们都是经过多次实
验,然后进行归纳总结,得出正确结论.
八.图象法
【知识回放】利用图象这种特殊且形象的数学语言工具,来表
达各种
物理现象的过程和规律,这种方法叫图像法. 物理图象不仅可以使抽象的概念直观形象，动态变化过程清
晰，物理量之间的关系明确，还能表示出用语言难以表达的内涵。
【典例探究1】在某一温度下,两个电路元件A 和B 中的电流
与其两端电压的关系如图所示.则由图可知,元件A 的电阻为5Ω;将A 和B 并联后接在电压为2.5V 的电源两端,则通过A 和B 的总
电流是0.75A .
【典例探究2】 如图所示是A 、B 、C 三种物质的质量m 与体
积V 的关系图象。由图可知，A 、B 、C 三种物质的密度ρA 、ρB 、ρC 之间的大小关系是（ ） A. ρA <ρB <ρC B. ρA <ρB >ρC C. ρA >ρB >ρC D. ρA >ρB <ρC 【标准答案】C
九猜想法：
【知识回放】猜想也称想象或幻想，是用已知的物理知识对某些未知的事物作出科学的预测。
它是人的思维的最高境界，合理的想象往往是人类创造发明的源泉。
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U/V