中学物理实验中常用的探索方法

王凤琴

摘要：物理是一门以实验为基础的学科。学生学习物理，重要的并不是知识本身，而是通过学习，能掌握一些探索知识的方法。我们常说，授之以鱼，不如授之以渔，教会学生在实验中常用的探索方法，比教给他们掌握一些实验结论要有用得多。本文就中学阶段物理实验中常用的探索方法做了归纳，并进行了详解。

关键词：中学物理；实验教学；探索方法归纳

中图分类号：G632.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2013）09-0250-02

物理是一门以实验为基础的学科。学生学习物理，重要的并不是学习知识本身，而是通过学习，能掌握一些探索知识的方法。我们常说，授之以鱼，不如授之以渔，教会学生在实验中常用的探索方法，比教给他们掌握一些实验结论要有用得多。只有熟练掌握一些探索方法，才能高屋建瓴，从而登上一个新的高度去指导自己的学习与研究。在实验过程中，许多实验并不是能一下就直观得到结论的，往往需要一些思想方法与策略。纵观中学阶段的物理实验，常见的实验探索方法有如下几种。

一、各个击破——控制变量法

控制变量法是物理实验中最常见的探究方法，在实验中，或是解决实际问题时，有时会涉及到两个或两个以上的物理量在变化，这时想要看清事物的本质就如雾里看花水中望月了。当变量不只一个时，就容易造成问题的复杂化，使规律性的东西不能一目了然，此时，我们用控制变量法不失为良策。这一方法的发明者是天才的科学家牛顿。他采用先控制一些变量不发生变化，只让一个量是变量，来研究它的变化带来的作用与影响，然后再通过改变另一个量继续研究。

如在研究物体的加速度时，我们知道，物体的加速度既与物体本身的质量有关，又与其所受到的合外力有关，这时，我们采用控制变量法分步进行更加有利于看清结论：我们可以先控制物体的质量不变，研究加速度与合外力的关系，第二步再控制合外力不变，研究加速度与物体质量的关系。大家熟知的牛顿第二运动定律就是运用控制变量法研究出来的，像电学中的欧姆定律，也是采用控制变量法得出的研究结论。学生在高中物理的学习中，对一些动态的物理量的研究使用此法，会使问题变得简单化。

二、化难为易——等效替代法

等效替代法是物理学的又一重要的研究方法，它把一些纷繁芜杂的问题简单化，使一些不宜直接研究的问题得以曲线解决。等效替代思想不仅是实验中常用到的探究方法之一，也是解决物理问题的重要方法，它是指在得出结论相同的前提下，把现实的复杂的现象、过程或问题转化为理想的、简单而易于操作的但等效的现象、过程或问题，通过等效代替来获得正确的结论。这种方法是一种化难为易的方法，在物理实验中应用很广。在高中物理教材中，我们在研究“力的合成与分解”实验时，由于几个分力不好直观显示，我们就可以用等效替代法，由一个合力来直接替代几个不同的分力。又如在“串并联电路”中也是用等效替代法，由总电阻等效替代它的几个分电阻，这样，大大简化了问题的烦琐程度，更利于得出正确的实验结论。

三、大小改变——零整转化法

在物理实验研究中，有些物理量太大或太小，以至难于用仪器去直接测量，此时，我们可以采用化整为零或积零为整的研究法去进行实验。如，在现象、变化、待测物理量十分微小的情况下，往往采用放大法，化零为整。无论是把大的物理量缩小化，还是把小的物理量扩大化，目的都是为了简便易行，便于测量，便于得出更精确的测理数据和结论。例如，测量较大的物体的密度时，我们可以采用此法，即只要选取物体的一部分去测量其密度，然后再计算出此物体的密度即可，这样的应用便是窥一斑而见全豹了，这是化整为零法。化零为整法的应用也很常见，如在“测定金属电阻率的实验”中，我们可以不用螺旋测微器，而是将金属丝在铅笔上均匀地密绕若干圈，由线圈总长度来测出金属丝的直径，这是高精仪器缺少的情况是一个不错的选择。

四、力求精准——求平均值法

一次实验得来的数据往往具有偶然性，多测几次后求平均值往往会更接近科学的结论，将几次测得的量累积后测量求平均值的方法，能减小相对误差，在我们的物理实验中，也经常涉及这一方法，它虽然麻烦一些，但更加精确一些。例如，在“用单摆测定重力加速度”的实验中，我们需要测定单摆周期，如果采用秒表测量一次全振动的时间，会产生很大的误差，为了得到更精确的测量数据，我们可以采用测量30～50次全振动的时间，并将之设为T，再运用公式T=t/n（n为全振动次数），从而计算出单摆的周期，这一结论相对而言是准确的。在许多物理实验中，如测摩擦力、电阻值等，都可采用此法，使结论更加科学准确。

五、排除干扰——理想极致法

在物理实验中，影响物理现象的因素复杂多样，它常常阻碍着规律的被发现。为了更好地取得实验效果以接近科学真实，实验中，我们常采用忽略某些次要因素的方法或是假设一些理想条件的存在，使实验的过程以理想极致的状态进行，使现象的本质更加凸显，从而寻得更有意义的结果。例如在“用单摆测定重力加速度”的实验中，我们通过理想极致法来假设悬线不可伸长，悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力也忽略不计，这样更容易得出科学的结论；在电学实验中，我们通过理想极致法，把电压表想象成内阻是无穷大的理想电压表，电流表变成内阻等于0的理想电流表，这样实际上更容易得出正确的结论来。

六、对比研究——相异比较法

事物之间，往往有一些相同或相反的特性存在，通过区分它们的异同，更清楚地认识事物，我们要注意对这些相似事物的对比研究，采用相异比较法，可以帮助我们认清事物的特性，辨别事物各自的特点。物理实验中，有许多相对概念的研究，像折射与反射，动能和动量，电热和电压，振动图像和波动图像等，针对它们既有相同点又有相异性的特点，我们在实验中通过对他们的不同点的比较，能引导我们更好地探索，通过对比也更清楚地凸显它们各自的特色，便于我们对比分析。

中学物理中还会用到一些其他方法，如留迹法，显微法等，每种方法的应用，都是为了将实验进行得更加成功，所以，在不同的实验中我们应科学地选择不同的方法为我们的实验服务。