初中物理中的科学方法课件 45页

10/5/20211\n初中物理中的科学方法教育部陕西师范大学基础教育课程研究中心陕西师范大学物理学与信息技术学院王**联系方式：电话：131********E_mail:wang*******@snnu.edu.cn10/5/20212\n一、声现象中的科学方法1.科学推理法在研究声音传播的真空铃实验中，用实验室现有的抽气设备很难将玻璃罩内抽成真空，实验中逐渐抽出其中的空气，听到的铃声越来越弱；根据这一现象推理，如果抽成真空，将听不到铃声，由此得到真空中不能传播声音的结论。10/5/20213\n2.类比法    声音在空气中传播类比水波提出了声波。发声体振动产生的声波跟水波的传播相似，用一支铅笔不断轻点水面，水面就会形成一圈一圈的水波，不断向远处传播。因此声音以波的形式传播着。10/5/20214\n3.等效转换法    (1)在探究声音的响度与什么因素有关的实验中，是通过音叉的振动来说明问题的，但音叉的振动很难观察到。将系在细绳上的乒乓球轻触正在发声的音叉，利用乒乓球将音叉的振动放大，观察乒乓球被弹开的幅度，就显示出音叉振动的幅度，使音叉发出不同响度的声音，得到响度与振幅的关系。10/5/20215\n(2)观察不到敲击桌子发声时桌面的振动，可以把盛有水的杯子放到桌面上，通过观察杯中水面的振动，显示出桌面的振动。 (3)在演示声波传递能量的实验中，用去掉罐头盒两端的盖子，给一端蒙上橡皮膜，并用橡皮筋扎紧。对着火焰敲橡皮膜时，观察到火焰会摇动，把声波传递的能量转化成了火焰的摇动。10/5/20216\n4.归纳法    在探究“声是怎样产生的”这一问题时，通过对大量正在发声的物体和不发声时有什么不同的观察和触摸，感知发声的物体都在振动，又列举了人、鸟、蟋蟀的发声器官发声时都在振动的大量实例，归纳出了“声音是由物体的振动产生的”这一结论。10/5/20217\n5.控制变量法 (1)在探究音调和频率的关系的实验时，是将一把钢尺紧按在桌面上，改变钢尺伸出桌边的长度，注意使钢尺两次振动幅度相同，比较两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调。 (2)在探究琴弦的音调与琴弦的松紧程度、粗细、长度和材料的关系时，要探究与松紧程度的关系就要保证琴弦的材料、粗细和长度相同。    在探究不同材料的隔音性能时，就要保证发声体发出声音的响度一样，材料的厚度相同等等。10/5/20218\n二、光现象中的科学方法1.理想化方法表示光线    研究光现象时，应用的是理想的“光线模型”及“点光源”、“平面镜”；把它们分别抽象成“一条带箭头的直线”、“一个点”、“一条线段”，光线模型和点光源是理想化了的实体；平面镜不考虑物体的大小、形状只突出它的位置及反射特性。    而光的直线传播，光的反射和折射过程是理想化了的过程，不考虑一些其他因素的影响。10/5/20219\n2.等效替代方法研究平面镜成像    (1)在研究平面镜成像特点的实验中，采用了用玻璃替代平面镜的方法。能让学生真实地观察到平面镜成像的大小、位置、虚实的三个特点，这种巧妙的设计就是利用了转换的物理思想。    平面镜成像的实验，在桌面上竖直一块薄玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板后面出现了蜡烛的像。另外拿一支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，后一支蜡烛的位置就是前一支蜡烛的像的位置。10/5/202110\n通过上面实验很容易观察到平面镜成像的三个特点：“像和物体到镜面的距离相等”和“像与物体大小相等”的结论，并且还可以让学生把手放在像的火焰上感受到像的“虚”。    ①等效替代方法，用玻璃板替代平面镜，玻璃板既能当平面镜用于反射成像，又是透明的可以让光线透过看到“镜”后的物体，使实验能够找出像到平面镜的距离，并能比较像的大小。10/5/202111\n②转换的方法，把点燃的蜡烛在镜中成的像，用镜后与它完全重合的另一支蜡烛来替代，这样就能真实地比较像与物的大小以及它们到镜面的距离。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转换的科学方法。    ③等效替代方法，把蜡烛的像转换成了与它完全重合的另一支蜡烛，以实物代“虚”像。我们可以把手放到镜后像的火焰上，确确实实感受到像的“虚”。10/5/202112\n(2)显微镜和望远镜都是利用两个透镜的组合看物体，利用了等效转换的方法。    用一个凸透镜（放大镜）看近处物体，放大镜的倍数有限，能否用两个透镜对物体放大两次呢？这就是发明显微镜的思维过程；同样，用一个凸透镜看远处物体，得到的总是缩小的像，能否再用一个透镜把这个缩小的像放大进行观察呢？这就是望远镜的发明的思维过程。10/5/202113\n3.凸透镜成像的规律是用归纳的方法得到的    在探究凸透镜成像的规律时，通过实验探究成不同的像（像的虚实、像的大小、像的正倒）时，根据探究所得数据进行分析和论证焦距、物距、像距之间的关系，用归纳法得出凸透镜成像的规律。10/5/202114\n三、热现象中的科学方法1.等效转换方法    (1)温度计利用转换的方法，把温度的高低转换成温度计中测温物体体积热胀冷缩的多少显示出来。    有些物理量的大小不易直接观察，但它变化时引起的其他量的变化却容易直接观察，用易观察的量显示不易观察的量是制作测量仪器的一个重要技术思路，也是等效转换思想的具体应用。10/5/202115\n(2)扩散现象就是根据分子很小，不可能用肉眼直接观察到分子的运动，通过转换法，观察扩散实验从宏观现象间接反映出分子的运动。如通过一滴墨水在冷水和热水中扩散快慢的实验比较，直接地观察实验通过推理来感知“分子不停地做无规则运动，温度越高，运动越剧烈”的结论。结论的得出用了科学推理的方法。10/5/202116\n(3)通过等效转换法，把物体内能的变化用温度的改变来判断；物体的温度升高，内能增加，温度降低，内能减少（不包括物态变化过程中的物体）；物体内能的增加或减少对外表现为物体温度的升高或降低。10/5/202117\n(4)在物体内能改变的实验中，通过转换法，易于观察。如在一个配有活塞的厚玻璃筒里放一小团蘸了乙醚的棉花，把活塞迅速压下去，活塞压缩空气做功，使空气内能增加，温度升高，到达乙醚着火点而着火。在大口瓶内有一些水，水的上方有水蒸气；给瓶内打气，当瓶塞跳起时，瓶内出现白雾。瓶塞跳起瓶内气体急剧膨胀对瓶塞做功，内能减小温度降低，瓶内水蒸气遇冷液化形成了“白雾”。10/5/202118\n(5)通过做功和热传递两种途径改变物体的内能：既可以用加热的方法使一个物体的温度升高，也可以通过做功的方法使物体升高相同的温度，过程尽管不一样，但通过转换法使结果可以是相同的。10/5/202119\n2.类比方法    分子运动论，应用了理想化模型法把组成物质的分子设想成球形；用类比方法把分子之间既有引力又有斥力，想象成被弹簧连着的小球。当分子间的距离小时，作用力表现为斥力；当分子间的距离稍大时，作用力表现为引力。10/5/202120\n3.图象法    晶体和非晶体熔化过程的特点，可通过温度和加热时间的坐标图象来表示，    水沸腾时的特点也可由温度和加热时间的关系图象来表示。    把温度、热量（加热时间）等反应物体因热传递而发生变化的量，用直角坐标系的两轴表示，通过从描点连线的折线到平滑的熔化曲线的过程，可直观形象准确地描述在加热过程中的变化规律。10/5/202121\n四、电现象中的科学方法1.类比法  水在水管中沿着一定的方向流动，水管中就有了水流；电荷在电路中沿着一定方向移动，电路中就有了电流。水在水管中流动时，水管两端必须要有一定的压力差，简称“水压”；同样，电荷在电路中定向流动时，电路两端也需要电压。水在水管中流动会受到阻力，同样，电荷在导体中定向移动也会受到阻力，导体对电流的阻碍作用叫电阻。看见，提出“电压（电动势）”、“电流”和“电阻”的概念，受了水流的启发，运用了类比的方法。10/5/202122\n2.理想化方法    研究摩擦起电时，应用了理想化模型——原子结构模型：原子是由位于中心的原子核和核外电子组成的，原子核带正电，电子带负电；元电荷中的“原子结构”主要为引入“电流”做铺垫。10/5/202123\n3.等效转换法    (1)计算串联、并联电路的等效电阻就是利用了等效转换的方法，把两个电阻等效成一个总电阻。    (2)摩擦使物体带了电，通过带电体吸引轻小物体显示出来。验电器的两片金属箔张开表示物体带了电，从验电器金属箔张角的大小，可以判断所带电荷的多少。10/5/202124\n(3)将不易观察到的现象通过其他直观现象再现出来。在研究小灯泡的实际功率时，通过小灯泡的亮度变化，很方便地定性知道小灯泡实际功率的变化。在焦耳定律实验中，将电热转换成两瓶中煤油升高的温度。10/5/202125\n(4)在电阻、电功率和电能的测量中，除电能可以用电能表直接测量外，电阻、电功率都需要利用转换法进行间接测量；电阻根据欧姆定律R=U/I进行间接测量，用电流表、电压表分别测出线路中的电流和线路两端的电压；电功率根据P=UI进行间接测量，用电流表、电压表分别测出通过用电器的电流和用电器两端的电压。10/5/202126\n4.控制变量法    (1)在探究决定电阻大小因素的实验中，如研究电阻与导体长度的关系时，要保证选用相同材料制作的导体，使它们的粗细、横截面积相同。    (2)在探究电流与电压的关系、电流与电阻的关系时，都是运用控制变量的方法来设计整个实验，如探究电流与电压的关系，要保证电阻不变；明确是用什么方法保证什么量不变，用什么方法改变了什么量。10/5/202127\n(3)在探究电流通过导体时产生热量跟什么因素有关的实验中，明确每一次实验中控制的变量是什么，在探究电阻与电热的关系时，要保证电流、通电时间相同。    5.比值定义法    用电功率表示电流做功的快慢（消耗电能的快慢），电功率的定义是在单位时间内消耗的电能。这种比值定义法在速度、密度、压强等概念的学习中都利用过。10/5/202128\n五、磁现象中的科学方法1.理想化方法    研究磁场时，应用了“磁感线”模型，依照铁屑在磁场中排列的情况，画出一些有方向的曲线，这些曲线的方向跟放在该点的小磁针静止时N极所指的方向一致，这样的曲线叫做磁感线；根据磁场方向的规定，磁体周围的磁感线都是从磁体的N极出来，回到磁体的S极。利用磁感线可以方便、形象地描述磁场。10/5/202129\n2.逆向思维方法    奥斯特发现了“电流的磁效应”以后，许多人还在按“电生磁”的正向思维定量讨论和解释磁的电本质时，法拉第却在考虑：既然“电”可以“生磁”，那么反过来，“磁”是不是可以“生电”呢？经过了10年的研究，终于发现和总结出了法拉第电磁感应定律。这里，法拉第就是应用了逆向思维方法。“电生磁”和“磁生电”的辩证关系，揭示了“物质处于永恒的运动中，不同的物质和不同的运动形式之间又发生着相互作用”。10/5/202130\n3.控制变量方法 在研究电磁铁的实验中，要知道电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，实验中就要进行变量控制，当观测电流的影响时，要保持匝数和铁芯相同；当观测匝数对电磁铁磁性强弱的影响时，要保持电流和铁芯相同；当观测铁芯的影响时，要保持电流和匝数相同。10/5/202131\n4.等效转换方法    (1)对看不见、摸不着的东西可以根据它们所产生的效应来认识它们。电流看不见、摸不着，通过电流所产生的效应——灯丝发光、电表的指针偏转等就说明电路中有电流；认识磁场也要根据它产生的效应来了解，磁场对放入其中的磁体有磁力作用，表明磁场的存在；通过小磁针放在磁场中的不同位置，它的指向不同，说明磁场是具有方向性的；通过铁屑有规则地排成一条条曲线，形象直观地呈现出磁场的分布情况。10/5/202132\n(2)电生磁的奥斯特实验，是通过当导体中有电流通过时，转换成它旁边的磁针发生了偏转来显示出来的。    (3)磁生电的法拉第电磁感应实验，是通过闭合电路中的一部分导体，在磁场中做切割磁感线运动时，导线中产生的感应电流由灵敏电流计的指针发生偏转显示出来。10/5/202133\n六、力学中的科学方法1.理想化方法    (1)匀速直线运动是一种理想化的情况，把运动路线简化为在平面上沿直线，而且方向不变的运动，把运动的快慢也加以简化，只研究快慢不变的运动，这样简化以后的运动，是一种理想化的运动，就叫匀速直线运动。    (2)忽略一些摩擦力，研究定滑轮、动滑轮和滑轮组的问题时，不考虑轴上的摩擦力。10/5/202134\n(3)在研究液体压强时，采用了理想化模型的方法，在深度h处设想了面积S的“液片”（实际上不存在，是理想化的实体），由压强公式p=F/S，计算“液片”S所受到的上方液体的压强，从而推导出液体压强p=ρgh。10/5/202135\n2.控制变量法    (1)探究摩擦力的大小与什么因素有关中，影响摩擦力的因素很多，对这些因素与摩擦力大小的关系，只能一个一个地单独研究，这就是在研究多因素问题时必须注意的“控制变量”的方法。    (2)在探究液体压强的特点的实验中，利用控制变量法，探究液体的压强与液体的密度、深度是否有关。10/5/202136\n(3)探究压力的作用效果跟什么因素有关，因为压力的效果与两个因素有关，所以要通过控制变量法研究压强与压力的大小、与受力面积的大小的关系，在做实验时，重点是弄清楚每一步实验所控制的变量和如何观察并且比较压力的不同效果即压痕的深度。10/5/202137\n3.比值定义法    (1)速度概念是这样引入的：百米运动员在比赛时，观众是看谁跑在前面，就说谁跑得快，“用相同的时间比路程”；裁判是看谁用的时间短，谁就跑得快，“用相同的路程比时间”。在物理学中我们采用的是观众的方法，即“相同的时间比路程”——单位时间内通过的路程。初中物理中的压强、密度、电流强度、功率等都是这样定义的。10/5/202138\n(2)密度的定义用了比值不变反映的数量关系来定义物理量的方法，同种物质的质量与体积的比值是一定的；物质不同，它们的质量与体积的比值也不同，这反映了不同物质的不同属性，物理学用“密度”表示这种特性。    (3)压强的定义是通过实验数据计算不同情况下单位面积所受的压力的大小，可以利用压力与受力面积的比值大小表示压力效果的大小，把物体单位面积上受到的压力叫做压强。10/5/202139\n4.科学推理法    牛顿第一定律的得出是建立在伽利略等人研究的基础上的，不是直接由实验得出的，而是在大量经验事实的基础上，根据伽利略小车实验，通过推理的方法抽象概括出来的。10/5/202140\n5.等效转换法    (1)在变速运动中，运动速度都在改变，利用“平均”的效果相同的思想，进行转换的方法，研究某一段时间内运动的平均速度。    (2)用量筒测量不规则形状物体体积，采用了等量占据空间的替代方法，把固体的体积等量转换成了排开水的体积。10/5/202141\n(3)在探究浮力的大小实验中，利用等效转换的方法，物体浸在液体中的体积等于物体排开液体的体积，把物体所受浮力的大小转换成了排开水的重力。(4)在托里拆利实验中，利用等效转换的方法，把大气压强转换成了水银柱的压强，根据液体压强公式p=ρgh计算出了大气压强的数值。10/5/202142\n(5)在测量滑动摩擦力的实验中，用弹簧测力计匀速拉动木块，使它沿长木板滑动，从弹簧测力计的示数，读出了木块与长木板之间的摩擦力的大小，就是利用了转换法，木块做匀速直线运动时，它所受的拉力和摩擦力是一对平衡力。10/5/202143\n最后需要强调指出：“掌握一种科学方法胜过解答十个问题”。对科学方法的学习和考查体现着一种新的教学理念，通过科学方法的学习使学生养成良好的思维习惯，在解决问题时能尝试运用各种物理学研究方法，不断提高科学素质。物理新课程提出三维教学目标，其中过程与方法是主要目标之一，要落实三维教学目标，教师必须认真分析教材，充分挖掘教学内容中蕴含的物理学方法要素。10/5/202144\n谢谢倾听10/5/202145