时间：2023-07-05 15:57:23
绪论：在寻找写作灵感吗？爱发表网为您精选了8篇初中物理等效替代法，愿这些内容能够启迪您的思维，激发您的创作热情，欢迎您的阅读与分享！
关键词：高中；物理教学；替代法
教学改革的实施，要求给予学生活动的空间、思维的空间。解决这一问题，在很大程度上还是在课堂上进行，怎样在有限的课时中解决此种矛盾，其中一个途径就是让学生多体会物理思想和提高物理思维能力。
学生怎样提高物理思维能力，从看似复杂的物理情景中提炼出一个个物理模型，从物理现象中洞察物理的本质，从而跨越思维障碍，高效解决物理问题，促进其创造性思维能力的发展，以实现由知识到能力的质的飞跃，是非常重要的。本文着重介绍高中常用的一种科学思维方法——替代法。
一、什么是替代法
替代法指的是通过相应的物理转换，用熟知的、简单的物理量、状态、结构、过程等去替代那些陌生繁杂且难于求解的物理量、状态、结构及过程，以间接获取问题的解决方法。它是将复杂的物理现象和过程转化为简易的物理现象和过程来研究处理的科学思维方法。
二、替代法在高中物理教学中应用的必要性
替代法在高中物理教学中的应用不但可以使问题化繁为简、化难为易，甚至变未知为已知，更重要的是通过应用替代法可在一定程度上培养学生的科学思维方法。掌握替代法及应用，体会物理等效思维的内涵，有助于提高学生的科学素养。初步形成科学的世界观和方法论，为终身的学习、研究和发展奠定良好基础。
三、替代法在高中物理教学中的应用
在高中物理教学中，替代法是一种重要的科学思想方法。替代法在物理解题中起着重要作用，也有广泛的实际应用，将此法渗透到对教学过程分析中，可以使我们对物理问题的分析和解答变得简捷。替代法可以分为等值替代和等效替代。
（一）等值替代
等值替代是根据相关物理量间具有数值上相等的关系，通过计算一些物理量的数值，从而间接求出另一些物理量数值的方法。具体常见的有：用理想模型替代真实体、用状态替代过程、用过程替代过程等。
1.用理想模型替代真实体
用理想模型替代真实体，理想模型集中地突出了某一类实际对象的主要特征，忽略其次要特征，使得事物的主要特点变得简单、清晰，研究事物现象的方法更简捷，对客观事物本质的认识更深刻、全面。
案例1：半径为R的导体球壳不带电，现将一带电量为q的点电荷放在球壳内距球心为■处，如右图所示，求达到静电平衡后，球壳上感应电荷在球心处产生的场强。
本题如果直接取感应电荷为研究对象来求解它在O处产生的场强，由于不知感应电荷的分布规律而无法求解。考虑到壳内电场是点电荷与感应电荷产生的电场叠加，且静电平衡时壳内场强为0，因此感应电荷在壳内任意点产生的电场的场强均与点电荷在这一点产生的电场的场强等值反向。所以感应电荷在球壳内产生的场强大小可以用点电荷——理想模型在这一点的场强大小来替代，即感应电荷在球心处产生的场强大小，E=■=■，方向水平向右。
在应用等效思想方法的同时再引入物理模型，可在抓住主要的物理条件、过程和方法的基础上，找出解决物理问题的切入点，把实际问题加以简化。又如有质点概念、重心概念、求球体内挖去部分形状规则物体后受到的引力等均用到了理想模型替代真实体方法。
2.用状态替代过程
在一些较为复杂物理现象、物理状态中，利用物理量作用效果上的相似性进行等效处理，可以将复杂多样的物理现象、物理状态得以简化，方便问题的处理。
案例2：一个小球从距地面h=2 m高处由静止开始下落（不计空气阻力），假设每次与地面碰撞后都能弹起本次下落高度的3/4，问小球静止前通过的总路程是多少？
这道题有两种常用思路，一是用演绎归纳的方法，即用数学等比数列求和方式，对小球往复运动过程逐一求解，出总路程的变化规律，这种方法肯定很复杂；二是由于初态与末态清楚，因此外力做功（过程量）使物体动能的变化（状态量）很容易求出，根据动能定理，外力做功在数值上等于物体动能的变化量，用物体动能的变化量来替代外力所做的功，继而求出物体所通过的路程。
等效思维利用了物理现象、物理状态的相似性，把一些复杂的相对较陌生的物理现象、物理状态，回归等效至学生感觉较为熟悉的物理状态，很大层面上也降低了题目的难度，同时也使得学生的知识迁移能力和对知识的应用能力得到有效提高。
3.物理过程等效思维
在建立模型、处理物理过程中，依据题目情景，转换角度思考问题，可降低思维梯度，易于解答一些难度较高的问题。
案例3：如下图所示，在水平地面上有一段光滑圆弧形槽，弧的半径是R，所对圆心角小于10°，现在圆弧的右侧边缘M处放一个小球A，使其由静止下滑，则球由M至O的过程中所需时间t为多少？
■
审题过程中要抓住圆弧光滑且圆心角小于10°这个条件，隐含条件是小球的运动可等效为单摆，即球在圆弧上做简谐运动，从而利用简谐运动的周期性和对称性解决问题。由单摆的周期公式T=2π■，可知球A的运动周期为T=2π■，所以tA0=■T=■■。
我们往往将不可直接测量的物理量用可直接测量的物理量来替代，从而使问题迎刃而解。解题中利用等效物理模型不仅能起到事半功倍的效果，还能培养学生分析、概括问题和推理的能力。
（二）等效替代
如果物理量（物体）经替代后产生的效果相同，则称这种替代为等效替代。等效替代思维是用较熟悉的思维形式来替代相对生疏、复杂的思维形式。运用它不但可以使问题化繁为简、化难为易，甚至变未知为已知，更重要的是通过等效思维应用可在一定程度上培养学生的科学思维方法。
1.力的等效替代
合力与分力的等效替代关系，由于在作用效果上是相同的，依题目条件可以合理选用替代途径。如求力的合成与分解过程。
力的等效替代在效果相同、类似模型相互替代常用到，如用等效重力法求单摆在不同条件下作简谐振动周期的程序。
2.分解与合成替代
用平均速度将变速直线运动等效变换为匀速直线运动；合运动与分运动；平抛、斜抛曲线运动等效为两个直线运动等。这些都是根据等效概念引入的，利用等效替代的思维方法让学生理解所学物理概念。
3.运动的等效替代
圆周运动的等效最高、低点，单摆的等效摆长。从另一个角度去分析，案例2中小球的运动过程也可等效为与地面碰撞无能量损失而受恒定的空气阻力作用的过程。这样用另一过程替代复杂的运动过程使解题难度也得以降低。虽然看问题角度不同，但两种较快解题的思维都是根据等效思想引入的。
四、替代法存在的不足之处
替代法的应用使得学生对物理现象到本质、物理规律理解更为透彻。用替代法简化了繁杂的计算过程，也会消除如伏安法测电阻的系统误差等等，对学生提高自主学习能力和科学思维能力的培养大有好处。当然在实际操作过程中也存在着一些不足之处，如由于对定义本身理解不透，学生易把一些不能等效的物理模型进行等效替代处理；也有一些在审题时忽略了相应条件，凭已有经验进行过程替代处理导致出错。针对诸多此类问题，也同时对教师提出了更高要求，要正确辨析替代内在关联和可替代条件，以防弄巧成拙。
总之，替代法在高中物理教学中的普遍应用有助于学生跨越思维障碍，提高物理思维能力、综合分析推理能力，高效解决物理问题，促进其创造性思维能力的发展，以实现由知识到能力的质的飞跃。科学方法的教育更需要长期的熏陶，在学习中有意识地训练，并要持之以恒，对促进素质教育，贯策新课程理念，提高教育教学质量都是大有裨益的。
参考文献：
［1］赵长青.大学物理教学中如何培养等效思维.物理通报，2010（3）.
［2］赵宁.等效思维方法在初中物理教学中的应用.中学物理，2000（1）.
［3］阎金铎.中学物理教材教法.北京师范大学出版社，1984.
［4］戴立军.方法导引与解题技巧.湖南师范大学出版社，1999.
科学方法反映了科学知识的发生和发展过程，是理解和应用科学知识的桥梁，是引导学生树立科学观的有效途径。所以在初中物理教学中除了认真做好物理知识的探究外还应利用物理实验引导学生做好方法性的探究。
一、控制变量法
控制变量法在初中物理实验探究过程中最常用的方法。控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法。当一个物理量与多个因素有关时，为了确定这个物理量与某个因素的关系，就要控制其他因素不变，只改变这个因素，看所研究的物理量与这个因素的变化关系，这种研究方法就是控制变量法。
例如在探究影响导体电阻的大小的因素的实验中，影响导体电阻大小的因素有导体的长度、横截面积、材料这三个变量，怎样才能确定其中一个因素对导体电阻的影响及影响程度呢？这就需要用控制变量法。如下一练习题：两个同学在做探究影响导体的电阻的大小实验时他准备在电路中接入待研究的电阻丝，电源电压恒定，待用电阻丝规格如下表：
1、要研究电阻与材料的关系应选择序号＿＿＿和＿＿＿的两组电阻丝
2、选择2和3两组电阻丝能研究电阻和＿＿＿的关系
3、将2和4号电阻丝接入两个完全相同的电路发现接有4号电阻丝的电路中的电流表示数大于接有2号的电路中电流表的示数，可得出的结论是：＿＿＿＿＿＿＿
4、这种方法在初中物理中经常用到，以下实验中与此方法不同的是（）
A液体蒸发的快慢与哪些因素有关
B动能与质量和速度的关系
C电流与电压和电阻的关系
D电流时用水流类比
在初中物理中用到控制变量法的实验除了上题中提到的A、B、C三个选项的实验外，还有如下实验：研究不同物质的吸热能力、研究电磁铁的磁性与线圈匝数和电流大小的关系、研究物体运动的快曼、研究滑动摩擦力与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系、研究压力的作用效果与压力大小和受力面积大小的关系、研究液体压强的大小与液体的密度和深度的关系等等。
二、转换法
有某些物质或现象我们看不见摸不着，但是可以通过研究该物质或现象所产生的可见效果，对物质和现象进行进一步的分析的方法叫做转换法。
在声音的产生和传播这一节课中，音叉的振动我们看不清楚，把正在振动的音叉放入水中溅起水花可来认识它。电流看不见但我们可以通过它表现出来年的热效应和磁效应来认识它；磁场看不到可以通过放入其中的小磁针转动方向发生偏转来认识。
例如下面的一个习题：磁场是一种看不见的特殊物质，我们可以通过磁场对小磁针的作用效果来认识他。这是科学研究的一种常用方法。下列选项中不是采用这种研究方法的是（）
A比较温度高低，通过液体受热后的体积变化
B学习了电压，通过水压来认识它
C电磁铁磁性的强弱可以观察吸引的大头针的数目
D电路是否有电流可以观察电流表指针是否发生偏转
在下列问题的研究中还可以用到转化法:通过扩散现象来研究分子的运动；研究物理的动能与质量和速度的关系时通过木块被撞击后移动的距离来判断动能的大小等等。
三、等效替代法
当两个物理量或两个物理过程产生的效果相同时就可以利用其中的一个物理量来代替另一个物理量，或利用一个物理过程来代替另一个物理过程的方法叫等效替代法。等效法是物理方法中应用广泛的重要方法，是科学研究中常用的一种思维方法。在效果等同的前提下，把实际的、复杂的物理过程变成理想的简单的等效过程来处理，可加深对物理概念、规律的理解。
例如用等效替代法测电阻：实验设计方案如图1所示：电源电压保持不变，S是单刀双掷开关、R＇是电阻箱、R0是已知阻值的电阻、Rx是待测电阻。
实验步骤：
①将开关S拨到a，读出电流表的示数为I；
②再将开关S拨到b，调节电阻箱R＇的阻值，使电流表的示数为I，读出电阻箱的阻值为R，则被测电阻Rx的阻值为R。另外，在研究平面镜成像的实验中也用到等效替代法。
等效替代法还可以在如下实验探究中：排水法测小块固体的体积；求多个电阻组成的串联、并联电路的总电阻等等。
四、理想化法
理想化法制根据所研究的问题的需要和具体情况，确定主要因素和次要因素，保留主要因素忽略次要因素，排除干扰，从而简明的揭示事物的本质理想化法是一种科学抽象，是研究物理的重要方法。包括理想化实验法和理想模型法。
[关键词] 物理学 研究方法 科学
现在大力提倡素质教育,掌握科学的研究方法是中学生必备的素质。我认为,掌握科学的研究方法比单纯的记住一个现象、一种结果、一项规律更重要,对学生的可持续发展尤为重要。这就要求教师在教学过程中注重对学生科学研究方法的指导,现就初中物理教学中常用的科学研究方法及实例归类总结。物理学的研究方法有许多种,如控制变量法、转化法、实验推理法、等效替代法、理想模型法、归纳法、类比法、比较法、图像法等。
一、控制变量法
在研究物理问题时,某一物理量往往受到多种因素的影响,为了确定其中一个因素对被研究对象的影响情况,首先,要控制其它因素不变,也就是排除其它干扰因素,只改变这一因素,观察该因素的变化对被研究对象的影响情况,找出内在的规律,这就是控制变量法。控制变量法是探究性实验中最常用的方法。初中物理应用实例:
研究压力的作用效果(压强)与压力和受力面积的关系;
研究物体的动能与质量和速度的关系;
研究电流与电阻和电压之间的关系即欧姆定律;
研究电磁铁磁性的强弱与线圈匝数和电流大小的关系。
二、转化法
有些物质的形态通常是看不见的,可以通过该物质产生的各种效应来研究,也就是通过间接的方法来研究该物质。例如,风是看不见的,我们可以通过观察风产生的效应如被风刮起的尘土、树叶、烟、旗面、水波来判断风向、风速。这种研究问题方法就是转化法。初中物理应用实例:大气压是看不见、摸不着的,我们可以通过研究大气压产生的现象来认识它;电流是看不见、摸不着的,我们可以通过观察电路中的灯泡是否发光、发光亮度来判断电路中是否有电流以及电流的大小;磁场是看不见、摸不着的,我们可以通过观察其中的小磁针的北极所指的方向来判断磁场方向;在磁体周围撒一些铁屑来判断磁体周围的磁场分布情况;判断电磁铁的磁性强弱时,我们可以通过观察电磁铁能够吸引大头针的多少来确定;音叉发声时的振动不易观察,我们可以把正在发声的音叉接触水面,通过观察水面的振动来判断,也可以把正在发声的音叉靠近并接触用细线吊起的乒乓球,通过乒乓球的振动来判断。在研究响度与振幅的关系时,可以在鼓面上放一些塑料泡沫颗粒,用大小不同的力敲击鼓面时通过观察塑料泡沫颗粒的振动的高度来判断鼓面的振幅。
三、实验推理法
有些特定实验条件不易达到或不能达到,我们可以通过使现有的实验条件逐渐接近要达到的特定实验条件,通过现有的实验规律进行科学推理,得出特定条件下的结论。这种研究问题的方法就是实验推理法。初中物理应用实例:在研究牛顿第一定律时,通过大量实验得出,在水平面上运动的小车,如果受到的摩擦阻力逐渐减小,小车的运动速度变化会逐渐减少,据此可以推理得出:假如在水平面上运动的小车不受摩擦阻力,小车的运动速度将保持不变,小车将做匀速直线运动;在研究真空能否传声时,把正在发声的电铃放入玻璃罩内,用抽气机把玻璃罩内的空气逐渐抽出,听到的铃声逐渐减小,根据这一规律可以推理得出:假如玻璃罩内被抽成真空,在周围的人将听不到铃声,据此得出“真空不能传声”的结论。
四、等效替代法
某些物体的物理量由于受到实验本身的特殊限制或因实验器材的条件限制,不可以或很难直接进行测量,可以通过测量与之有相同效果的物体的物理量来进行研究,从而得出相同的结论,这种研究问题的方法就是等效替代法,这种方法可以使要研究的问题简单化、直观化,易于理解,便于操作。初中物理应用实例:在著名的“曹冲称象”故事中,大象的质量太大,在当时的条件下不便于直接测量,可以测量与之效果相同的石块的总质量,从而得出大象的质量;在电路中,一个电阻可以等效于几个电阻,几个电阻也可以等效于一个电阻,如串联电路的总电阻、并联电路的总电阻都是利用了等效的思想;在力的合成与分解中,若干个分力可以等效于一个合力,一个力也可以分解为作用效果相同的若干个分力。
五、理想模型法
理想模型法就是指把复杂的问题简单化,摒弃次要因素,抓住主要因素,对实际问题进行理想化处理,构成理想化的物理模型。这是一种重要的物理研究方法,有时为了更加形象的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,借此来形象、直观地表述物理情景。初中物理应用实例:光线、磁感线都是虚拟假定出来的,但却能形象、直观地表述物理情景与事实,方便地解决问题,通过磁感线研究磁场的分布,通过光线研究光传播的路径和方向;洪水季节,江河中的水有时会透过大坝的底层从大坝外的地面冒出来,形成“管涌”,“管涌”的物理模型就是连通器;杠杆是一种理想模型,杠杆在实际使用时,都会发生形变,这个形变可以忽略不计。因此,我们就把杠杆理想化,认为它无形变视为一个硬棒,从而使学生在研究时不被细枝末节的因素影响,顺利地得出杠杆平衡原理。
六、归纳法
在研究某一现象的规律时,不可能也没有必要把与之有关的所有现象都列举出来,而是通过大量与某一现象有关的事实,从中找出共同的规律,这种研究问题的方法就是归纳法。初中物理应用实例:声音是由物体振动产生的;光在同一中均匀介质中沿直线传播;光的反射规律;光的折射规律;平面镜成像特点;凸透镜成像规律;分子运动论;晶体的熔化特点;液体的沸腾特点;牛顿第一定律,阿基米德原理;液体压强规律;杠杆的平衡条件;功的原理;欧姆定律;焦耳定律,磁极间的相互作用规律;电磁感应;能量守恒定律。
七、类比法
有些物理现象、概念比较抽象,对学生来说比较陌生、难于理解和记忆,我们可以通过学生熟知的事物来类比,找出类似的规律,类比的对象要有相同或相似之处,这种研究问题的方法就是类比法。初中物理应用实例:用水流类比电流;用水压类比电压;用抽水机类比电源;用速度类比功率。
八、比较法
比较法就是找出事物之间的相同点和不同点,便于理解、记忆和区别。初中物理应用实例:比较汽油机和柴油机的构造和工作原理;比较晶体和非晶体的熔化和凝固特点;比较蒸发和沸腾的条件、剧烈程度、特点、吸热;比较乐音和噪声;比较电动机和发动机的构造、工作原理、工作过程、能量转化;比较火电站、水电站、风电站、核电站,太阳能电站的工作原理、工作过程、能量转化、以及对环境的污染和可持续发展情况。
关键词：探究；物理；教学
G633.7
物理学是人类科学文化的重要组成部分，是研究物质相互作用和运动规律的自然科学。《物理课程标准》教学建议指出：“重视科学探究式教学。在义务教育物理课程中，实施科学探究式教学对提高学生的科学素养具有重大的作用。因此，在科学探究中，教师不仅应关注让学生通过探究发现某些规律，而且应注重在探索过程中发展学生的探究能力，提高探索兴趣，增进对探究本质的理解，培养科学态度和科学精神。”笔者担任了我校物理教研组长，对于物理探究式教学如何取得有效性，笔者经常“课改课”教学，积累了许多经验和做法。
一、组建合作探究学习小组，构建探究式教学环境
《物理课程标准》基本理念指出：“提倡教学方式多样化，注重采用探究式的教学方法。”因此，构建物理探究学习小组是进行合作探究学习活动的组织前提。学习小组在构成上要求小组成员的性别、学习成绩、智力水平、个性特征、家庭背景等方面有着合理的差异，这样构建的合作学习小组才能“组内异质、组间同质”。组内异质为互相合作奠定了基础，而组间同质又为全班各小组间公平探究创造了条件。6人一组，全班分成若干组。选好小组长，给小组取一个响亮的名字，定好组规，为探究式教学营造良好的环境和空间。
二、运行合作探究小组，实施科学高效探究式教学
（一）概括结论的控制变量法
控制变量法是初中物理教学中最重要的方法之一，是学生必须掌握的技能与方法。教师引导学习小组用控制变量法进行实验或探究时，得出结论是有规律可循的。复习教学通过小组探究，这个规律可以概括为以下三种模式：方式一，研究的问题与某个因素有关；方式二，（当）某个（或某些）因素相同时，某个因素越大（或小），研究的问题越大（或小）；方式三，（当）某个（或某些）因素相同时，研究的问题与某个因素成正（或反）比 。第一种表达方式最简单，第二种次之，第三种最详细、具体。下面为全班分别举例。例一，“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的结论可写成：1.滑动摩擦力大小与接触面的粗糙程度、压力大小有关；2.当接触面的粗糙程度相同时，压力越大，滑动摩擦力越大；当压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。例二，“探究电流大小与电压、电阻的关系”的结论可写成：当导体的电阻相同时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；当导体两端的电压相同时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。初中物理中凡是应用控制变量法的实验或探究都可用类似的方式去写结论，甚至在选择题也会出现类似的选项。学生一旦熟知@个方法，不但能快速地说出结论，快速地去判断说法是否准确，还能规范答题。在思考问题时也能自觉地去应用，可以说是一种见效很快的方法。
（二）激发兴趣的“数字接龙法”
初中物理电学部分有一类较为重要的题型，就是根据电路图连接对应的实物图，此类题型中通过学习小组探究，教师指导应用“数字接龙”的方法会让学生感觉简单有趣。具体探究做法是：首先在电路图的每个元件符号两端按顺序标上数字1、2，3、4，5、6，等等；然后在实物图的每个元件两端接线柱上标上相对应的数字1、2，3、4，5、6，等等；最后对照电路图把对应的数字连接起来就能完成实物连接了。只含有串联的实物图连接绝大部分学生都能完成，但含有并联的实物图连接很多学生就可能出问题了。往往搞不清怎么连元件是在干路上还是在支路上，特别是初学者中的成绩不是很理想的学生，还可能因为这一类题的不会做而失去学习电学的兴趣。这个时候让学生尝试探究“数字接龙法”往往能激发学生的学习兴趣，并轻松愉快的完成答题，对学生以后的学习都能起到帮助。当然，学习解这类题关键还是要多理解、多探究。如果熟悉了，这个方法就可以弃之不用了。
（三）高效实用的等效替代法
等效替代法在初中物理中出现的频率很高，如大家所熟知的合力的概念、等效电阻的概念就用到等效替代的思想，还有平面镜成像中用未点燃的蜡烛代替虚像也用到了等效替代法。其实等效替代思想的应用远不止这些，以下两处就可以用到，通过探究式教学，能为教学带来很好的效果。
一是在探究验证“串联电路的等效电阻等于各串联电阻之和”时，传统的方法是用伏安法测出两串联电阻的电流和电压，再根据欧姆定律算出电阻进行对比。这个方法有点重复繁杂，学生接收起来也不容易。我们完全可以换一个思路，比如把一个5Ω和一个10Ω的电阻串联起来，学生自然会猜想等效电阻为15Ω。 探究验证时只要先把5Ω和10Ω的电阻串联接入电路中，并同时串联一个灵敏电流计，闭合电路，观察灵敏电流计的指针的位置。接着把5Ω和10Ω的电阻用15Ω的电阻替换， 可以观察到灵敏电流计的指针的位置保持不变，学生很容易就接受了。探究验证并联电路的等效电阻时也可以用同样的方法。
二是探究验证“通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场很相似”时，教师可以指导学生在通电螺线管断电时往里面插入一根条形磁体，可以观察到周围小磁针的情况与通电螺线管通电时是一样的。从而就探究验证了通电螺线管的磁场与条形磁体的磁场很相似这个结论，通过组组合作探究，学生很快就能理解。当改变通电螺线管中的电流方向时，教师也可以调整条形磁体插入的方向，学生探究能快速比较得出通电螺线管的磁场特点，可以说事半功倍。
除此之外，笔者在教学中还会用到一些其他的方法，如在讲到电学计算时，强调P、U、I、R要一一对应，我就会跟学生打比方“I是孩子，P、U就是爸妈，R就像一个家（房子）。一个变，全家变，唯独R不变。”引导学生探究，往往能记牢P、U、I、R应当同一时间、同一地点。在讲到电压表的特点时，笔者会告诉学生“电压表能拿得起，放得下，最后再处理它。” 学生探究后往往能心领神会，知道在分析电路时先把电压表舍去、把电路简化，从而在学习中减少了很多的失误。
事物之间都是相互联系的，物理量也不例外.当一个物理量与几个因素都有关系时，我们要控制其他因素不变，只改变其中的一个因素，研究物理量与这个因素的关系；之后再控制别的因素不变，改变另一个因素，研究物理量和它的关系……这种分别控制、逐一研究的方法就叫做“控制变量法”.
初中物理教材中，很多物理概念的形成、规律的产生、实验的设计等等，都采用了控制变量法.控制变量法是初中物理知识中最重要最常见的研究方法，同学们一定要认真对待.
例1 （2006年三明）某物理学习小组，选择如图1所示的四个透镜进行探究实验（其中A、B和C、D是两组形状相同的凸透镜，它们分别用玻璃、塑料和水晶制作而成）：
（1） 为了探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系，小组同学应选择图1中的哪两个凸透镜做实验？答：____（选填字母序号）.器材确定后，接着小组同学让一束与主光轴平行的光，分别经过两凸透镜后会聚于焦点处，如图1的甲、乙所示.
比较两次实验的现象，可以得到的结论是：凸透镜表面越凸，凸透镜的焦距越____.
（2） 如果选择A、B两个透镜，他们还可以探究凸透镜的焦距大小与____的关系.
分析与解答：（1） 探究凸透镜的焦距大小与透镜球形表面弯曲程度的关系时，应选择材料相同的凸透镜，因此应选择A、C两个凸透镜做实验.比较两次实验的现象，可以得到的结论是：凸透镜表面越凸，凸透镜的焦距越小（或短）.（2） A、B两个透镜的球形表面弯曲程度相同，但材料不同，因此可以探究凸透镜的焦距大小与材料的关系.
例2 在探究导体的电阻跟哪些因素有关时，某老师引导学生作了如下的猜想：
猜想1：导体的电阻可能跟导体的横截面积有关；
猜想2：导体的电阻可能跟导体的长度有关；
猜想3：导体的电阻可能跟导体的材料有关.
图2是他们进行实验探究的器材，演示板上固定了四条金属电阻丝.a、b、c长度均是1 m，d的长度是0.5 m；a、b的横截面积相同，材料不同；a、c的材料相同，但c的横截面积大于a；a、d的材料和横截面积都相同.
（1） 在探究电阻跟横截面积的关系时，可依次把M、N跟____的两端连接，闭合开关，记下电流表的示数，分析比较这两根金属丝电阻的大小.
（2） 依次把M、N跟a、d的两端连接，闭合开关，记下电流表示数，分析比较a、d两根金属丝电阻的大小，可探究电阻跟____的关系，其结论是：____.
（3） 以上方法在研究物理问题时经常用到，被称为控制变量法.试根据学过的物理知识再列出两例用这种方法研究的问题：____.
（4） 一般说来，所有物体都有电阻，探究过程中，又有同学提出猜想4：电阻还可能跟温度有关.请用一个废灯泡的灯芯设计一个实验来研究这个问题，要求：① 说出方法；② 画出电路图.
分析与解答：导体的长度、横截面积、材料和温度是本实验中的四个变量，因此，要研究电阻与其中一个变量的关系，需要控制其他三个量不变.
（1） 研究电阻跟横截面积的关系时，应控制长度、材料、温度不变，由题设条件，应依次把M、N跟a、c的两端连接.
（2） a、d的材料、横截面积相同，显见，比较它们电阻的大小，可探究电阻跟长度的关系.其结论是：在导体的材料、横截面积相同时，导体越长，电阻越大（或导体电阻跟长度成正比等）.
（3） 控制变量法应用十分普遍，除此之外还有：研究电流与电压、电阻的关系；研究压强与压力、受力面积的关系等.
（4） 略.
例3 滑动摩擦力在研究相关物体运动情况时起着重要的作用.通过实验探究已经知道，滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关，也与接触面之间的压力有关.有些同学猜想“滑动摩擦力可能还与接触面的大小有关”.请你从以下器材中选出部分器材，设计实验对此猜想进行检验.
器材：a． 斜面 b． 带钩的正方体木块 c． 带钩的长方体木块 d． 表面平整的长木板 e． 几条毛巾 f． 直尺 g． 弹簧测力计 h． 硬纸板
（1） 你所需要的实验器材（用器材前面的字母表示）：____.
（2） 简述主要的实验步骤：____.
分析与解答：本题中提出问题的方法叫“假说”，设计实验的思想是控制变量法.因此在设计实验时，一定要保证接触面粗糙程度和压力不变，仅让接触面的大小发生变化.（1） 实验器材为c、d、g.（2） 实验步骤为：① 将长方体木块平放在水平放置的长木板上，用弹簧测力计拉着它匀速前进，观察并记录这时弹簧测力计的示数；② 将长方体木块侧放在长木板上，用弹簧测力计拉着它匀速前进，观察并记录这时弹簧测力计的示数；③ 比较两次弹簧测力计的示数，即可初步检验上述猜想；④ 重复几次上述3个步骤.
在初中物理课本中，用到控制变量法的实验比较多，例如：
1． 研究滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面的粗糙程度的关系；
2． 研究物体的动能的大小与质量和速度的关系；
3． 研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小的关系；
4． 研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流大小的关系；
5． 研究导体电阻大小跟导体的材料、长度、横截面积的关系；
6． 研究电流与电压、电阻的关系（即欧姆定律）；
7． 研究不同物质的吸热能力.
在研究看不见的物质或现象时，可以通过研究该物质或现象所产生的可见的效果，由此进一步分析物质或现象，这种方法叫转换法.值得注意的是，等效替代法虽然也包含有转换法的思想，但其研究主体已发生转移，而转换法则是通过研究主体所产生的效果来上溯其原因的一种研究方法.
例4 在体育课上练习投掷铅球时，小楠想借此探究重力势能的大小与哪些因素有关．请你帮他完成设计过程.
（1） 你将选择哪些实验器材？
（2） 写出实验步骤.
（3） 说出实验中判断重力势能大小的方法.
分析与解答：此题将同学们所熟悉的体育课场景转化为物理情景，同学们一般会想到利用铅球陷入沙子的深浅程度来判断重力势能的大小，这种方法就是转换法的应用.（1） 质量不同的两个铅球（也可添加刻度尺）.（2） 根据课本知识可知，重力势能的大小与重力和高度有关，所以在设计实验步骤时应考虑这两方面，并注意控制变量法的使用.实验步骤为：① 让同一铅球从不同的高度落下；② 使质量不同的两个铅球从同一高度落下.（3） 观察沙子凹陷程度，凹陷程度越大，则重力势能越大.
例5 （2006年南京）小明和小华做“探究导体电阻大小与长度的关系”的实验.他们准备在图3中的A、B两点间接入待研究的电阻丝，电源电压恒定，忽略灯丝电阻受温度变化的影响，待用电阻丝的规格如下表.
（1） 他们应选择序号为____的两根电阻丝来探究.
（2） 正确选择后，他们将所选电阻丝分别接入A、B两点间，闭合开关，通过观察灯泡的亮暗或电流表的示数来比较电阻丝电阻的大小.实验中，两次电流表指针均有偏转，但第二次的示数小于第一次的示数，说明第二次接入电路的电阻丝的阻值____（填“较大”或“较小”），同时小华发现第二次实验中灯泡不亮，你认为原因是____.
（3） 以上（2）中判断电阻大小关系的方法在初中物理中经常用到，以下描述中能体现这种方法的是（）.
A． 水压使水管中形成水流，类似地，电压使电路中形成电流
B． 根据物质在常态下的形状和体积是否固定，可将物质分为三态
C． 通过观察木块被运动物体撞击后移动距离的大小，可比较运动物体动能的大小
D． 研究滑动摩擦力大小与压力大小的关系，应控制接触面粗糙程度相同
（4） 科学研究表明：在导体的材料、横截面积和温度相同的条件下，导体电阻的大小与长度成正比.你认为他们用上述（2）中的方案能否得到这个结论？请用欧姆定律加以解释.
（5） 若电流表损坏，换用一只电压表，仍然利用上述器材来探究导体电阻的大小与长度是否成正比，请画出一个能反映该实验原理的电路图.（电阻丝用电阻符号表示，导线根数不限）
分析与解答：此题考查设计实验、分析与论证、评估等方面的能力.在第（3）问中用到了转换法.另外在设计探究过程中，还应注意控制变量法这一最常用物理研究方法的应用.（1） 因为是“探究导体电阻大小与长度的关系”，所以应选择序号为2和4的两根电阻丝.（2） 由于第二次电流表的示数变小了，说明第二次接入电路的电阻丝的阻值较大；第二次实验中灯泡不亮，是因为灯泡两端的电压太小，实际功率太小，不足以发光.（3） 此实验中判断电阻大小关系的方法用到了转换法，只有选项C用到了这种方法.（4） 不能得到这个结论.根据欧姆定律可知，在电压一定的条件下，通过导体的电流与导体的电阻成反比，而此方案不能控制电阻丝两端的电压一定.（5） 如图4.
在初中物理课本中，用到转换法的实验比较多，例如：
1. 利用小球的振动来判断发声体在振动；
2. 判断电路中是否有电流时，可通过电路中的灯泡是否发光去确定；
3. 通过扩散现象研究分子的热运动；
4. 电磁铁的磁性强弱可通过它吸引大头针的多少来确定；
5. 判断磁场是否存在时，可用小磁针放在其中看是否转动来判断；
6. 利用小桌陷入海绵的深度判断压力的作用效果；
7. 根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小.
将某个物理量、物理装置、物理状态（或过程），用另外一个物理量、物理装置、物理状态（或过程）来替代，得到同样的结论，这种方法叫“等效替代法”.在间接测量中，有许多物理量的测量都利用了等效替代法.
例6 （2007年大连）图5是探究平面镜成像规律的实验装置.
（1） 用玻璃板代替平面镜，主要是利用玻璃板透明的特点，便于____.
（2） 如果有3 mm厚和2 mm厚的两块玻璃板，应选择____mm厚的玻璃板做实验.
（3） 如果玻璃板没有放正，将对实验产生什么影响？____.
（4） 使点燃的蜡烛在两个不同的位置，分别测出了物距和像距相等的两组数据，得出实验结论之一：“像距与物距相等”.你认为这种方法是否合理？____.理由是：____.
分析与解答：“探究平面镜成像的规律”是光学中的一个重要实验，该实验中为了明确像和物体的大小、距离等关系，用到了等效替代法，即用一根同样大小的未点燃的蜡烛和玻璃后面已燃蜡烛的像去重合，从而替代已燃蜡烛的像.在第（1）问中用玻璃板代替平面镜，主要是为了看到玻璃板后面的蜡烛.在第（2）问中，由于玻璃板的两个表面都会成像，实验中应尽量选择较薄的玻璃，减小两个像的距离，从而减小误差.在第（3）问中，如果玻璃板没有放正，倾斜了，所成的像在白纸上方或下方，不利于找到像的位置.在第（4）问中，寻找规律时一般最少有三组数据.答案是：（1） 透过玻璃看到像，进而找到并画出像的位置 （2） 2 （3） 有可能找不到像 （4） 不合理 两组数据太少
例7 （2007年玉溪）“曹冲称象”的故事流传至今，最为人称道的是曹冲采用的方法，他把船上的大象换成石头，而其他条件保持不变，使两次的效果（船体浸入水中的深度）相同，于是得出大象的重就等于石头的重.人们把这种方法叫“等效替代法”.请尝试利用“等效替代法”解决下面的问题.
【探究目的】粗略测量待测电阻Rx的值.
【探究器材】待测电阻Rx、一个标准的电阻箱（符号为）、若干开关、干电池、导线和一个刻度不准确但灵敏度良好的电流表（电流表量程足够大）．
【设计实验和进行实验】
（1） 画出你设计的实验电路图.
（2） 将下面的实验步骤补充完整，并用字母表示需要测出的物理量.
第一步：开关断开，并按设计的电路图连接电路；____.
（3） 写出Rx的表达式：Rx=____.
分析与解答：题中明确指出用“等效替代法”解决问题，因此设计实验时应设法利用电阻箱的阻值来替代待测电阻的阻值，这是解题的关键.
（1） 电路图如图6所示.（2） 第二步：闭合开关S1，观察并记录电流表的指针偏转位置；第三步：断开开关S1，闭合开关S2，调节电阻箱电阻大小，观察电流表的指针，使它指向前面记录的位置；第四步：读出此时电阻箱电阻大小R.（3） Rx＝R.
在初中物理课本中，用到等效替代法的实验有：
1. 探究多个用电器组成的串、并联电路的总电阻；
2. 测量不规则小块固体的体积时，用它排开水的体积替代固体的体积；
3. 托里拆利实验中，利用水银柱产生的压强与大气压相等测定大气压的数值.
理想模型是物理学中的一个重要的研究方法，运用这种方法的目的，就是为了摒弃次要因素，突出主要因素，对实际问题进行理想化、简单化处理，从而方便对物理本质的研究.在物理学中，常常把实际研究对象或实际过程抽象成为理想模型或物理模型.
例8 物理学常常把实际的研究对象或实际的过程抽象成物理模型.如用铡刀铡草时，可以把铡刀看做是一个能够绕轴转动的硬杆，而不必考虑刀的形状、刀的材质，在物理学中把它称为“杠杆”，这时“杠杆”就是铡刀的物理模型.汛期，江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来，形成“管涌”.初中物理讲过的什么装置可以作为“管涌”的物理模型？自行车的车把可以控制车的方向，它的物理模型又是什么？
分析与解答：江河中的水有时会透过大坝的底层从坝外的地面冒出来，说明大坝的底层有洞穴连通，所以管涌的物理模型是连通器.当转动自行车的车把时，可以使车把和车子的前叉一起转动，达到控制方向的作用，车把和前叉构成一个轮轴.
在初中物理课本中，用到理想模型法的实验有：
1． 在研究磁场的分布时，引入磁感线；
2. 在研究光的传播路径和方向时，引入光线；
3. 将光滑表面看做是没有摩擦的理想表面；
4. “电流表”、“电压表”也是一种理想模型，在实际应用时，不考虑电流表本身的电阻对电路的影响；而电压表在接入电路时，则认为其“断路”.
在研究某些较为抽象的物理问题时，往往用具体的、形象的事物来进行类比说明，找出共性的特点，使得被研究对象变得易于理解，这种方法叫做类比法.进行类比的两个对象应具备较多的共同点或相似之处.
例9 自从汤姆逊发现了电子，人们开始研究原子内部结构.科学家提出了许多原子结构的模型，在20世纪上半叶，最为大家接受的原子结构与图7中哪个图最相似？（）
分析与解答：此题考查对原子内部结构的掌握情况.原子由原子核与电子组成，其中原子核位于原子的中央，电子在周围绕原子核高速运动.因此原子的结构与太阳系的结构最为相似，在理解原子的结构时可以类比太阳系的结构.正确答案是D.
在初中物理课本中，用到类比法的还有：
1. 用水波类比声波；
2. 在学习电流时，将它比作水流；
3. 在研究分子的作用力时，用弹簧的作用力进行类比.
推理法是在大量可靠事实的基础上，以实际的实验过程为原形，通过合理的推理总结出结论，从而深刻地揭示物理规律的本质.这种方法是物理学中进行研究的一种重要方法.
例10 图8所示是伽利略著名的斜面理想实验，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 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，小球将沿水平面做持续的匀速运动.
④ 如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度.
（1） 请将上述步骤按照正确的顺序排列：____（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（）.
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
分析与解答：（1） 分析实验过程，可得出正确的顺序排列是②④①③；（2） 步骤②中的现象是可以观察到的事实，而步骤①、③、④中的结论都必须建立在光滑斜面的基础上，所以这些步骤是推论.正确选项是B.
此题用到了控制变量法、理想模型法和推理法.步骤③中讲到“继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球将沿水平面做持续的匀速运动”，这一过程是在前面三个步骤（即步骤②④①）的基础上通过合理的推理得出的，这里用到了推理法.
在初中物理课本中，用到推理法的过程不多，例如：
1. 研究真空中不能传声；
2. 研究牛顿第一定律.
借助于图象来研究物理问题，是物理学中对数据进行处理的常用方法，目的是使问题形象化.作图最基本的方法是描点法，即在坐标系中，先找出对应的点，用平滑的曲线（或直线）连接各点，从而直观地反映出物理量之间的变化.
例11 某初中科技活动小组的同学们准备自己动手制作弹簧测力计，他们选了甲、乙两种规格不同的弹簧进行测试，绘出如图9所示的图象，图中只有OA段和OB段是弹性形变.若他们要制作量程较大的弹簧测力计，应选用弹簧____；若要制作精确程度较高的弹簧测力计，应选用弹簧____.从图象中你还可以获得的信息有：____.
分析与解答：此题应结合图象与弹簧的有关性质综合分析.从图象中可以看出，在弹性限度内，弹簧乙所能承受的拉力更大，所以要制作量程较大的弹簧测力计，应选用弹簧乙；在受到相同的拉力时，弹簧甲的伸长量更大，所以要制作精确程度较高的弹簧测力计，应选用弹簧甲，因为它的刻度间隔大.从图象中还可以获得的信息有：在弹性限度内，弹簧的伸长量与拉力成正比.
例12 在“观察水的沸腾”实验中，当水温升到90 ℃时，随着加热过程，每隔1 min记录一次水的温度.某同学记录的数据如下表.
（1） 根据记录，在图10中画出水的沸腾图象.
（2） 试根据实验现象归纳水沸腾时的特点：____.
分析与解答：根据实验数据，采用描点法作出水的沸腾图象可直观地反映出水温随时间变化的特点.（1） 见图11.（2） 水沸腾时的特点有：由液体变为气体；沸腾时继续吸热；沸腾时水的温度保持不变等.
在初中物理课本中，用到图象法的过程较多，例如：
1. 研究固体的熔化过程；
2. 研究水的沸腾过程的特点；
3. 研究同种物质质量与体积的关系；
4. 研究重力与质量的关系.
归纳与分类是研究事物的重要方法之一.在物理实验中，经常要对实验现象或实验数据进行归纳总结，比如上例中的第（2）问，就用到了归纳法.对于要分类的事物，应当进行仔细的分析，找到它们之间相同之处与不同的特点，就不难正确地进行分类了.归纳与分类是科学研究中最常用的方法，归纳与分类往往是从事物的某一特征出发，而不能有双重标准.
例13 有下列光学器具：照相机、潜望镜、幻灯机、穿衣镜、放大镜、牙医内窥镜.可以把它们分成两类：
一类包括____，其特征为____.二类包括____，其特征为____.
分析与解答：此题考查对光学内容的掌握情况.在初中物理中，光学主要分为光的直线传播、光的反射和光的折射三部分内容.题中所给的光学器具中，一类是利用光的反射成像，另一类是利用光的折射成像，可以从这个角度解析分类.一类包括：潜望镜、穿衣镜、牙医内窥镜；特征：由平面镜组成.二类包括：照相机、幻灯机、放大镜；特征：由凸透镜组成.
【关键词】初中物理 研究方法 有效教学
物理学习，不但要获得物理知识，还要掌握技能、技巧，掌握物理问题的研究方法。初中物理所涉及到的研究方法主要有观察法、实验法、猜想法、等效法、建立模型法、转换法、替代法、控制变量法等。
1.观察法，指通过对实验过程的认真观察，再归纳总结出规律等。如通过对水沸腾实验的观察得到水沸腾的特点，从而推出液体沸腾时吸收热量但温度不变的特点。
2.实验法，人们使用仪器，通过人工控制条件，使自然现象、过程再现出来。它是物理研究的一种非常重要的方法。通过实验可发现定律、规律，如欧姆通过实验发现欧姆定律；通过实验验证假说，如布朗通过“布朗运动”的实验验证分子动理论假说；通过实验测定物理量，如托里拆利通过实验测定出大气压值。
3.猜想法，是探索物理的一种广泛应用的方法，它是用已知的物理规律对未知的自然现象及规律做出的科学预见。猜想法和实验法律相结合使用，先猜想然后设计实验验证，是目前探索物理经常使用的方法。如初三物理（沪科版）中研究“通电导体放出热量跟哪些因素有关？”先要求大家猜想，然后设计实验验证猜想，就是采用“猜想+实验”的方法。
4.等效法，狭义等效法是根据同一性质的几个量与一个量之间效果相同而建立的方法。如研究物体受几个力作用时引入合力。广义等效法指自然界中不同物质之间存在着的联系而建立的原理或方法，如改变物体内能的方法有做功和热传递，它们的作用效果是等效的。
5.建立模型法，从自然界中抽取更为本质的、概括了的类似物的方法，如连通器、光线。
6.转换法，是指将那些看不见、摸不着的现象或者不容易直接去测量的物理量，用一些直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量的方法。如用电流的效应去判断电流的存在，用扩散现象去说明分子是运动的。
7.类比法，指两个或两类对象有某些共有的相同或者相似的属性，推出一个对象可能具有另一个或另一类现象已经具有的属性。如研究电流概念时用水流作类比。
8.替代法，在研究物体的某一物理量时，由于这一物理量难于测量，可用便于测量的其他物体的相同物理量来测定代替。如曹冲称象用的就是替代法。
9.控制变量法，在研究某一物理量与其他几个物理量关系时，可先研究这一物理量与几个中的一个量的关系，然后逐一研究这一物理量与其他物理量关系，研究时，每次都要保证除研究的那两个物理量外，其他物理量保持不变，最后将这些单一关系综合起来，如研究力的作用效果与哪些因素有关，研究电流与电压、电阻之间关系，用的就是控制变量法。
例1：说出下列研究物理问题的方法
1.根据磁铁产生的作用来认识磁场（转换法）；
2.通过观察冰熔化、松香熔化实验得出晶体与非晶体区别（观察法）；
3.通过实验来研究杠杆平衡条件（实验法）；
4.研究两个及两个以上电阻组成的电路时，引入总电阻（等效法）；
5.研究磁场时引入磁感线（建立模型法）；
6.讲授电压时，用水压作类化（类比法）；
7.用量筒、水测不规则小石块的体积（替代法）；
8.探究影响滑动摩擦力的影响因素（控制变量法）。
例2：滑动摩擦力在研究相关物体运动情况时起着非常重要作用。通过实验探究已经知道滑动摩擦力与接触面粗糙程度有关，也与接触面之间的压力有关。有些同学又猜想滑动摩擦力可能还与接触面的大小有关。请你从以下器材中选出部分器材，设计一个实验对以上猜想进行验证。
器材：a、斜面；b、带钩的正方体木块；c、带钩的长方体木块；d、表面平整的长木板；e、几条毛巾；f、直尺；g、弹簧测力计；h、硬纸板。
（1）写出你需要的器材（用器材前面字母表示）
（2）简述主要实验步骤（安徽省中考题）
解题点拨：本题所提出问题的方法叫猜想假设，设计实验的思路是控制变量。因此设计实验时，要从便于控制变量的角度确定器材。
解：（1）c、d、g。
实验步骤：（1）将长方体木块放在长木板上，用弹簧测力拉着它匀速前进，观察记录这时弹簧测力计的示数；（2）将长方体木块侧放在长木板上，用弹簧测力计拉着匀速前进，观察、记录这时弹簧测力计示数；（3）比较两次弹簧测力计示数，即可初步检验上述猜想。
例3（无锡市中考题）：现有各种规格的不锈钢丝和铜丝，请你设计实验研究方案，比较不锈钢丝和铜丝这两种材料的导电性能。
（1）实验研究中对不锈钢和铜丝的选取有什么要求？
（2）你用什么方法显示材料的导电性能？（可画出相应电路图加以说明）
说明：本题涉及到物理方法有控制变量法、转换法，选择材料时要控制它的长度、横截面积，材料的导电性能则从其他物体的特征上反映出来。
解：（1）选取的不锈钢丝和铜丝长度要相等，粗细要相同。
关键词：素质教育 科学探究 科学方法
在《初中物理课程标准》中，科学探究既是学生的学习目标，又是重要的教学方式之一。在探究科学规律的过程中，学生通过动手动脑，通过物理学知道“再发现”过程，体验到科学探究的乐趣，学习科学家的科学探究方法，领悟科学的思想和精神，掌握科学学习的策略和科学的思维方法，从而提高他们的科学素质。要想使物理教学达到新课程标准确定的目标，我们必须重视物理教学中蕴含的大量的科学方法，把它们渗透到教学活动中去，适时向学生介绍、点拨，让学生在学习活动中去体验、体会科学方法，逐步提高学生科学探究能力，掌握一些科学方法，为学生的终生学习打下良好的基础。下面就与大家一起来探讨物理教学中常用的一些科学方法。
一、猜想法
在科学探究的学习过程中，猜想这一步骤有着举足轻重的地位，它是物理智慧中最活跃的成分，对学生猜想能力的培养，也是物理探究过程中的一个重要环节，而且猜想决定了科学探究的方向，因此，在物理教学的过程中，引导学生科学合理地猜想就显得格外重要。
首先，猜想要有一定经验和知识作为基础。在进行科学猜想能力方面的教学时，可先针对问题让学生展开想象的翅膀，鼓励学生把所有可能的情况都大胆地说出来，然后让学生根据已有知识和生活经验逐一进行分析，想想生活中有哪些事实支持它，它和已有知识是否一致，排除那些与经验和知识相矛盾的想法，留下的就可能是科学的猜想了，没有一定的知识和经验，猜想恐怕只能是无本之木，无源之水。所以在教学中为了避免学生胡猜乱想，让学生说出猜想的理由、事实依据是很有效的避免课堂混乱的手段，也是培养学生探究能力的方法之一。
另外，教师引导学生猜想要注意把握好方向性。在学生的自主探究过程中，教师的引导可以起到了画龙点睛的作用，由于课堂教学的时间和器材以及学生的知识的限制，我们不可能将学生讲的、说的一一进行探究，必须进行去粗取精、去伪存真，才能让探究过程顺利完成。
例如在猜想动能大小与哪些因素有关的时候，学生猜想到的因素可能有质量、速度、重力、斜面坡度、高度等，特别应该注意要让学生说出猜想的理由和依据，要能举出相关的实例来证明。然后教师引导学生把其中类似的因素归为一类，即质量和重力可以归为质量这个因素，斜面坡度、高度、速度都可以归为速度这个因素。这样就把动能大小归纳猜想为与质量和速度这两个因素有关。同时引导学生复习前面学习过的牛顿第一定律实验，可以知道要控制物体到达斜面上的速度相同，必须控制物体从斜面上滑下的高度相同。然后通过控制变量的研究方法，这个探究实验就不难完成了。完成实验后，教师可以补充做一个实验，即把质量和速度分别增大一倍，观察木块被推动的距离，来判断质量和速度这两个因素中到底哪一个因素对动能的影响更大，这样为到高中的继续学习打下基础。
当然，学生的猜想能力的培养并不是一朝一夕完成的，需要我们教师在教学过程中切实重视这一能力的培养，时时注意引导学生进行合理的猜想，以达到素质教育的目的。
二、控制变量法
“控制变量法”是初中物理中常用的探究问题的科学方法。由于影响物理研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。所以要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，必须人为的制造一些条件，便于问题的研究。例如当一个物理量与几个因素有关时，我们一般是分别研究这个物理量与各个因素之间的关系，再进行综合分析得出结论。这样就必须在研究物理量同其中一个因素之间的关系时，将另外几个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该物理量与这个因素之间的关系。这就是“控制变量”的方法。
在初中物理教学中有许多概念或规律的探索过程，都要用到控制变量法。例如，在八年级刚接触物理时，有一个探究实验是探究“声音怎样从发声的物体传到远处？”。让一个学生在桌子一端敲击桌面，另一个学生在另一端听声音，一次贴在桌面上听，一次只是贴近桌面。发现两次都可以听到声音，引导学生分析这两次声音分别是通过桌子和空气传来的，从而说明声音要靠介质传播。同时让学生比较两次听到的声音大小，从而认识到声音在固体中比在空气中传播得快，即固体的传声能力强。在这里，老师一定要强调实验中需要控制的变量就是听声音的距离和敲击桌面的力度要相同，使学生体验到控制变量的思想，为以后的探究实验作好方法上的准备。
初中物理还用到控制变量法的实验有：影响声音的音调、响度等的因素有哪些？蒸发的快慢与哪些因素有关？导体的电阻大小与哪些因素有关？导体中的电流与导体两端电压和导体的电阻的关系，电热的大小与哪些因素有关？影响电磁铁磁性强弱的因素有哪些？研究感应电流方向与哪些因素有关？研究通电导体在磁场中受力方向与哪些因素有关？力的作用效果与哪些因素有关？影响滑动摩擦力大小的因素有哪些？影响压力作用效果的因素有哪些？研究液体的压强与哪些因素有关？研究浮力的大小与哪些因素有关？研究动能或势能的大小与哪些因素有关？研究物体吸引热量的多少与哪些因素有关等等。
控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。通过控制变量法，可以让我们很方便的研究出某个物理量与多个因素之间的定性或定量关系，从而能得出普遍的规律。
三、等效替代法
有一个广为人知的历史故事──曹冲称象。他运用的就是一种等效替代的思想，他是用石头替代了大象，巧妙地测出了大象的重力。当然，这里还用到了“化整为零”的思想。
很多伟人也经常会用等效法来使研究问题简化，例如，爱迪生用围成一圈的平面镜的反射光等效多个太阳造成了无影灯，他的助手阿普顿在苦苦计算灯泡的容积时，爱迪生却告诉他只需要把灯泡装满水，测量水的体积即为灯泡的容积。还有阿基米德在洗澡时发现了鉴别王冠真假的方法，从而也导致了一个重要的原理──阿基米德原理的发现。
这样看来，当测量器材无法直接测量某个物理量时，就要设法用可以直接测量的物理量来取代不能直接测量的物理量，这就是“等效替代法”。采用此方法时，唯一要注意的是直接测量的与不能直接测量的物理量之间要有内在的联系，找到这种内在的联系，也就完成了实验的设计。
可以说“等效替代”的思想是物理实验成功的最根本、最重要的思路，物理学中的相关定律、定理、公式、原理都是以替代思维成立的基础为出发点的。例如，测量不规则固体的体积，就是利用物体浸没在液体中时，物体体积与物体排开的液体的体积相等的原理，将用替代。在有量筒或量杯时，可采用“排液补差法”或叫“等量空间占据法”测量。没有量筒或量杯时，可用弹簧秤和水，通过测量浮力大小，结合阿基米德原理计算（全部浸没），也可以用天平测排水的质量（全部浸没），再利用密度知识来计算。当无法直接测物体的质量时，就可以用漂浮的方法利用的原理，测出也就知道了，物体的质量也就可求了。这种质量或体积的替代测量方法一般多见于测量物质密度的方法中。还有许多物理量的测量都用到了等效替代法。
等效替代法还可以用在一些器材的等效上，如果在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代，这样不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。
例如，在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点，揭示出平面镜成像的规律。
有了这些科学方法的启发，学生在以后遇到有关问题时就可能运用自如了。比如在学习伏安法测电阻之后，要求学生设计一个实验，在缺少电压表或电流表，但另给一个定值电阻的情况下，要求测出未知电阻的阻值，应该怎么办？学生就可以用等效替代的思想来进行设计了，即让电流表与定值电阻串联来与电压表等效，或者让电压表与定值电阻并联来与电流表等效，每当学生自我解决了一个问题后，他们绝对会有一种“柳暗花明又一村”的感觉，对物理的兴趣也自然而然的增加了不少。
四、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。
例如，在研究电热的功率与电阻关系的实验中，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较，而我们通过转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出哪个电阻放热多。进而再问该实验能否不用煤油而改用其它方式来观察电阻通电后的发热情况？这样促使学生思维得以发散，转换的思维方法得到训练，设计实验的能力也随着提高了。
弹簧测力计的原理也隐含了一个间接测量原则。即用可直接量度的量去间接表现那些不便直接观察不便直接测量的量。在这里，弹簧的长度变化是可以直接观察直接测量的，而力的大小是看不到摸不着的，但是力的大小却和弹簧长度的变化有关系，所以我们就可以用弹簧的伸长量来量度力的大小。不仅测力计是这样的，温度计、压强计、气压表（高度计）、电流表、电压表、时钟速度表都是如此，看见的是长度、角度的变化，反映的是温度、液体压强、大气压强（高度）、电流、电压、时间、速度的变化。
初中物理中有很多地方都用到了转换法的原理。研究物体升温吸热的多少与哪些因素有关时，可通过观察放入其中的相同电热器加热时间的长短来判断吸热多少。利用扩散现象来研究分子的运动及分子运动的快慢。研究动能或势能大小时通过观察运动的小球推动纸盒移动距离的大小或是木桩被打入地下的深度，来推断动能和势能的大小。研究力、电流、磁场时，由于它们都是看不见摸不着的东西，我们可以利用力所产生的效果、电流产生的各种效应、磁场的基本性质来研究它们。比如可以通过泡沫塑料凹陷的程度来知道压力的作用效果大小，用灯光的亮度来感知电流的大小、用电磁铁吸引大头针的个数来判断其磁性强弱。将光在透明空气中的传播转换为在烟或水雾中的传播来观察光的传播方向。
再如，把发声体的微小振动用泡沫塑料球的振动来进行放大，把物体热胀冷缩的微小变化用细管中液柱的高度变化来放大，把物体受力后的微小形变用平面镜反射光线的偏转角度来进行放大等等都是利用了转换法。
转换法可以通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简，化难为易，间接地解决问题。这对于学生的想象设计能力和创造性思维品质的培养是大有益处的。
五、理想化方法
纵观物理学发展史，许多重大的发现与结论，都是由于科学家们经过大胆的猜想构思，创建出科学的理想化的物理模型，并通过实验检验或实践验证，在模型与事实基础很好吻合的前堤下获得的。伽里略和牛顿构建了光滑这一理想化的模型，才有惯性定律的重大发现。法拉第在1852年，对带电体、磁体周围空间存在的物质，设想出电场线、磁场线一类力线的模型，并用铁粉显示了磁铁周围的磁力线分布形状，从而建立了场的概念，对当前的传统观念是一个重大的突破。卢瑟福也在1911年构思出原子的核式结构模型。
用理想化模型代替客观原型的研究方法就是“理想化方法”。它又分为“理想实验法”和“理想模型法”。
例如，我们在研究真空能否传声的时候，将一只小电铃放在密闭的玻璃罩内，接通电路，可清楚的听到铃声，用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，听到铃声越来越弱，这说明空气越稀薄，空气的传声能力越弱。实验中无法达到绝对的真空，但可以通过铃声的变化趋势，推测出真空不能传声，这与牛顿第一定律的建立过程是非常类似的。这属于理想实验法。如果教师在教学中注意很好地渗透这一方法，有利于培养学生的科学思想，提高学生的创新能力。
在初中教材中，我们熟悉的理想化模型有：杠杆（只要能绕着固定点转动的物体都可以看作是杠杆）、斜面（像盘山公路这样起点为低终点高的弯曲面可以看作是斜面）、轮轴（如门把手、汽车方向盘、脚踏板、扳手这样在使用中某部分转动形成的轨迹是一个圆的机械都可以看作轮轴）、连通器（上端开口、底部连通的容器都可以看作是连通器）、薄透镜、光线、磁感线等等。正是引入了这些理想化的物理模型，才得以使我们面对许多复杂的现实问题，通过简化处理能够比较顺利地予以解决。我们也常常运用理想化方法，对于某些问题可以通过寻找和建立合适的理想化模型来处理，即将研究对象、条件等理想化，以达到化繁为简的目的。
另外常用的科学方法还有类比法、图像法、归纳法、比较法、演绎法、推理法、想象法、逆向思维法、宏观与微观结合法、累积法，以及微分法等等，这里就不一一獒述了。
总之，在初中物理教学中，蕴含着许多科学方法，我们既不能视而不见的忽视它，又不能唯方法讲方法，要时时做有心人，把握时机，把科学方法渗透到教学活动中，恰当点拨，就能不断提高学生的科学探究能力，让学生领悟科学的本质，培养他们的科学思想以及创新思维，提高他们的科学素质。
参考文献
初中物理涉及到的研究方法有很多，以下分别加以说明。
一、控制变量法
自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影响物理学研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，单个自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，造成特定的便于观察的条件，这就是“控制变量”的方法。
在初中物理实验过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。其在初中物理教材中的应用有：
1.研究蒸发的快慢与哪些因素有关；
2.研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；
3.研究液体压强与哪些因素有关；
4.研究浮力大小与哪些因素有关；
5.研究压力的作用效果与哪些因素有关；
6.研究滑轮组的机械效率与哪些因素有关；
7.研究动能、重力势能大小与哪些因素有关；
8.研究导体的电阻与哪些因素有关；
9.研究电阻一定，电流与电压的关系；
10.研究电压一定，电流和电阻的关系；
11.研究电流做功的多少与哪些因素有关；
12.研究电流的热效应与哪些因素有关；
13.研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关；
14.研究物体吸收放热的多少与哪些因素有关；
15.研究电功大小与哪些因素有关；
16.研究通电螺线管的极性与哪些因素有关；
17.研究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关；
18.研究感应电流的方向与哪些因素有关；
19.研究通电导体在磁场中受力方向与哪些因素有关。
二、等效替代法
等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解其在初中物理教材中的应用有：
1.研究串、并联电路时，引入总电阻的概念；
2.等效替代法测电阻；
3．滑动摩擦力的测量；
4．“曹冲称象”；
5．通过导体时产生的一些现象（如小灯泡发光）来确定是否有电流通过；
6．研究大气压的值时，用水银柱高所产生的压强来研究大气压；
7.在平面镜成像的实验中用两个完全相同的蜡烛，验证物与像的大小相同。
三、推理法
有一些物理现象，由于受实验条件所限，无法直接验证，需要我们先进行实验，再进行合理推理得出正确结论。其在初中物理教材中的应用有：
1．研究声音不能在真空中传播；
2．研究牛顿第一定律。
四、类比与归纳法
类比法是指由一类事物所具有的属性，可以推出与其类似事物也具有这种属性的思考和处理问题的方法。从一般性较小的前提出发，推出一般性较大的结论的推理方法叫归纳法。在科学研究中，归纳法发挥着重要的作用，许多物理概念、定律及规律的获得都是借助了归纳法的力量，由实验（演示实验或学生实验）归纳获得的。其在初中物理教材中的应用有：
1．研究电流和电压时，用水流和水压类比；
2．用水波类比声波；
3．类比磁极间和电荷间的相互作用。
大多数定理和规律的提出都应用了归纳法，比如铜能导电，银能导电，锌能导电，则归纳出金属能导电。在实验中为了验证一个物理规律或定理，反复通过实验来验证它的正确性，然后归纳、分析整理得出正确的结论。在阿基米德原理中，为了验证F浮＝G排，我们分别利用石块和木块做了两次实验，归纳、整理后均得出F浮＝G排，于是验证了阿基米德原理的正确性，而我们使用的正是这种方法。
五、转换法
对于一些看不见、摸不着的物质或物理问题我们往往要抛开事物本身，通过观察和研究它们在自然界中表现出来的外显特性、现象或产生的效应等去认识事物的方法。其在初中物理教材中的应用有：
1.用细线测量地图上铁路线的长度，用直尺和三角板测硬币的直径；
2．用小磁针研究磁场方向；
3．用电磁铁吸引大头针的多少来比较磁性的强弱；
4．根据电灯的亮暗程度比较电流的功率；
5．通过比较电流的大小来比较电阻的大小；
6．通过观察木块被运动物体撞击后移动的距离大小来比较物体动能的大小；
7．通过观察木桩被打入沙中的深浅来比较重物的重力势能的大小；
8．通过墨水滴入水中的扩散现象来说明分子的运动特点；
9．通过物体形变量的大小来说明物体受力的大小。
研究方法多种多样，每一种方法都有自己的特点。在指导学生研究物理现象、概念和规律时，要潜移默化地渗透科学研究方法，正确地认识各种教学方法的功能和效果，在具体教学过程中，根据实际情况选择不同的教学方法。
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