中考物理复习专题――科学研究方法 4页

中考物理复习专题――科学研究方法 在解决物理问题时，若能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果． ‎ 一、控制变量法 ‎【方法特点】控制变量法是物理学研究的重要方法之一。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。‎ 例题1、两段长段、粗细和材料都不同的导体分别接在电压相同的电路中，则下列判断中正确的是（ ） ‎ A.长导体中的电流一定大些 B.短导体中的电流一定大些 C.无论哪段导体被拉长后，通过的电流都一定变小 D.无论哪段导体被冷却后，通过的电流都一定变小 解析：在电压相同的情况下，通过导体的电流小，则说明导体的电阻大，所以，本题4个选项是以导体的材料、横截面积、长度和导体中的电流、温度5个因素中，分别改变或比较导体电阻大小的因素，从而判断选项的正误。电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的长度、材料和横截面积，又与导体电阻与它本身具有的3个因素都有关系，在控制任意2个因素不变时，另一个因素改变，就一定会引起导体的电阻改变；在3个影响电阻的因素都不受控制或知道3个因素中的一个因素的变化，另外2个因素变化情况不知道，就无法判断这个电阻大小是否变化。导体的电阻还与温度有关，一般情况下，温度越高，导体的电阻越大，当导体被冷却后，导体的电阻应变小，通过的电流应变大。由此比较4个选项，只有C选项是正确的。‎ 答案：C。‎ 图1‎ 例题2、在“研究电流跟电压、电阻的关系”的实验中，如图1所示，我们先使电阻箱的电阻取某一值，多次改变滑动变阻器的阻值，记录每次的电流值和相应的______值，得到当电阻不变时，电流跟____成正比的关系；然后多次改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使每次_____保持不变，记录每次电阻箱的阻值R和相应的_____值，得到此时电流跟_____成反比的关系。‎ 解析：本试题用控制变量法研究电流跟电压、电阻的关系，得出电学中重要规律欧姆定律。对电流、电压、电阻三个物理量关系研究时，保持电阻不变，得出电流跟电压成正比的关系；保持电压不变，得出电流跟电阻成反比的关系。‎ 答案：电阻箱两端电压、导体两端电压、电压表示数、电流、导体电阻。‎ 例题3、在验证焦耳定律实验中，为了比较两根不同的电阻丝发出的热量跟电阻的关系，实验时应该同时让两根电阻丝的 （ ）‎ A．两端电压和通过的电流相同 B．电阻和通电时间相同 C．通电时间和通过的电流相同 D．两端电压、通过的电流和通电时间相同 ‎ 解析：如果研究某个物理量变化时，若其被多个因素变化所影响，则必须控制其它变量处于稳恒状态，只保留一个因素的变化，即转化为多个单因素变化的问题，通常称为控制变量法。由焦耳定律可知，Q＝I2R t (或U2 t /R)，电阻丝发热量仅与I (或U)、R、t有关。现根据题意必须控制I和t两个因素，保留一个变量R，即C是正确的。‎ 答案：C。‎ 点拨：控制变量法主要适用于一个物理量的变化与多个因素的变化有关的问题讨论。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。‎ 二、转换法 ‎【方法特点】物理学中对于一些抽象、空洞、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，间接获取问题解决的一种解题方法叫转换法。‎ 例题4、分子运动看不见、摸不着，不好研究，但科学家可以通过墨水扩散现象去认识它.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．利用磁感应线去研究磁场问题 B．电流看不见、摸不着，判断电路中是否存在电流时，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 D．研究电流时，将它比做水流 解析：人们对电流虽然不能直接观察感知，但是可以转化为电流产生的效应而进行判定，如灯泡发光(试电笔发光)及电流的热效应、磁效应等。此题中A为理想模型法, C为控制变量法,D为类比法。‎ 答案：B。‎ 例题5、如图2所示，电池的内阻可以忽略不计，电压表和可变电阻器R串联接成通路，如果可变电阻器R的值减为原来的1/3时，电压表的读数由U增加到2U，则下列说法中正确的是 （ ） ‎ A.流过可变电阻器R的电流增大为原来的4倍   ‎ B.可变电阻器R消耗的电功率增加为原来的2倍   ‎ 图2‎ C.可变电阻器两端的电压减小为原来的2/3     D.若可变电阻器R的阻值减小到0，那么电压表的示数变为4U     解析：在做该题时，大多数学生认为研究对象应选可变电阻器，因为四个选项中都问的是有关R的问题；但R的电阻、电压、电流均改变，判断不出各量的定量变化，从而走入思维的误区．若灵活地转换研究对象，会出现“柳暗花明”的意境。电压表内阻为一定值，当它的读数由U增加到2U时，通过它的电流一定变为原来的2倍，而R与电压表串联，故A错。再利用P＝I２R和U＝IR，R消耗的功率P′＝（2I）２R/3＝4P/3；R后来两端的电压U＝2IR/3，不难看出B、C也错。又因电池内阻不计，R与电压表的电压之和为U总，当R减小到0时，电压表的示数也为总电压U总；通过U总＝IR+U0＝2IR/3+2U0，解得U总＝4U0.‎ 答案:D。‎ 点拨：转换法能充分展示解题人的想象设计能力和创造性思维品质，充分体现解题人分析问题的能力，同时达到巧解，进而实现速解之目的．‎ 三、类比法 ‎【方法特点】‎ 类比在物理学中有着广泛的应用。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,有效地揭示自然界的各种秘密，促进学生创造性思维发展，达到“他山之石，可以功玉”的效果。‎ 例题6、学生学习电学知识时，在老师的引导下，联想到如图3所示的力学实验现象，进行比较找出相类似的规律，其中不正确的是（ ）‎ 图3‎ 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.抽水机是提供水压的装置，类似地，电源是提供电压的装置 C.抽水机工作时消耗水能，类似地，电灯发光时消耗电能 D.水流通过涡轮时，消耗水能转化为涡轮的动能；类似地，电流通过电灯时，消耗电能转化为内能和光能 解析：在人们认识事物过程中，类比法是十分有用的科学方法。本题所涉及到的水压一电压,水流一电流，抽水机一电源，水能—电能等，都非常类似,故A、B、D都对。但C中提到的“抽水机工作时”给水增加机械能, 并不消耗水能，所以是错误的。‎ 答案：C。‎ 点拨：运用物理类比思维，可以依据两种不同的事物的某些相似特征，以旧喻新，以熟喻生，以简喻繁，把陌生的对象和熟悉的对象进行对比，把未知的东西和已知的东西对比，特别是在还不足以进行归纳推理和演绎思维的情况下，类比更是得天独厚，它可以启发思路、提供线索，使学生进一步认识物理世界。‎ 四、等效法 ‎【方法特点】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，从而将问题化繁为简、化生为熟、化难为易，这不仅能提高学生的解题速度，而且还有助于学生理解能力、应变能力和创造能力的培养。 ‎ 例题7、在物理实验中常用到等效替代法。例如将一个7Ω的电阻替换某支路中2Ω和5Ω串联的电阻，在其他条件不变的情况下，该支路中电流不变，说明一个7Ω的电阻与阻值为2Ω和5Ω串联的电阻对电流的阻碍作用是等效的，所以可用7Ω的电阻替代2Ω和5Ω串联的电阻。在用如图4所示电路测量未知电阻的实验中，用的就是等效替代法。其中Rx是待测电阻（阻值大约几百欧），R是滑动变阻器，R0是电阻箱（电阻箱的最大电阻值大于Rx。）‎ ‎（1）请根据实验电路图把下列主要实验步骤中的空白填齐。‎ ‎①按电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大。‎ 图4‎ ‎②闭合开关S1前，滑片P置于______端。（选填“a”或“b”）‎ ‎③闭合开关S1。‎ ‎④闭合开关__________，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数I。‎ ‎⑤先断开开关_________，再闭合开关________，保持________的电阻不变，调节____，使电流表的示数仍为I。‎ ‎（2）在此实验中，若将电流表改为电压表，其他器材不变，在虚线框内画出用等效替代法测量Rx 电阻的实验电路图。（要求所设计的电路在连接好后，只能通过开关改变电路连接情况）‎ 解析：（1）根据题意。当合上，S2断开，移动滑动变阻器滑片，使电流表读数超过量程的2/3，并记下此时的电流I；当S1、S2合上，S3断开时，滑动变阻器R不变。调节变阻箱的电阻R0，使电流表的示数仍为I，此时变阻箱接入电路的电阻R0与待测电阻Rx值相等。‎ ‎（2）将电压表与待测电阻Rx并联，如图所示，过程和思路同上。闭合S1、S3断开S2，调节滑动变阻器R，使电压表的示数超过量程的2/3，并记下此时电压表的示数U0。闭合S1、S2、断开S3，调节变阻箱R0的阻值，使电压表的示数仍为U0，此时变阻箱接入电路的电阻R0与待测电阻Rx相同。也可以将电压表与滑动变阻器并联。‎ 图5‎ 答案：（1）②a端，④S3，⑤S3、S2，滑动变阻器R；变阻箱的电阻R0；‎ ‎（2）电路如图5所示。‎ 点拨：“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。不能简单的从文字或形式上判定事物或现象间的等效。‎