高中物理教材中常见的科学研究方法归类

耿素芹

摘 要：在长期的教育教学过程中总结了如下的一些学习物理的方法：控制变量法、建立理想模型法、等效替代法、比值定义法、放大法、理想推理法。

关键词：控制变量法；建立理想模型法；等效替代法；比值定义法；放大法；理想推理法

新课程标准中的课程目标与原来的义务教育大纲中的教学目标相比，除“知识与技能”外，新增了“过程与方法”“情感态度与价值观”。“过程与方法”目标要求学生在掌握物理知识与技能的过程中，还要掌握一些简单的科学探究方法，进而形成比较系统的物理思想。

各个版本的高中物理教材在各个章节中都有意识、有步骤地渗透和应用了物理学的科学研究方法，使学生在学习物理知识的同时受到科学思维方法的熏陶和训练。高考对这方面内容的考查也在逐渐加强，考题中经常涉及的一些具体方法有控制变量法、等效替代法、建立理想模型法、比值定义法、放大法、理想推理法等研究物理的方法。

下面根据我这几年的教学经验来系统总结一下：

一、控制变量法

控制变量法是指在研究多个物理量间的关系时，某一物理量往往同时受到几个不同物理量的影响，为了确定各个不同物理量之间的关系，就需要控制某些量，使其固定不变，只改变某一个量，看所研究的物理量与该物理量之间的关系。

控制变量法在很多探究性实验中经常用到。例如：

1.研究滑动摩擦力与压力和接触面之间的关系

2.研究加速度与力、质量的关系

3.研究物体的动能与质量和速度的关系

4.研究物体的重力势能与质量和高度的关系

5.研究物体的弹性势能与劲度系数、形变量的关系

6.研究电流产生的热量与电流、电阻和通电时间的关系

7.研究圆周运动角与线速度、半径的关系

8.研究导体电阻大小与导体的材料、长度、横截面积的关系

9.研究电磁铁的磁性与线圈的匝数和电流大小的关系

10.研究气体压强、温度、体积的关系

二、建立理想模型法

理想模型就是把复杂问题简单化，突出问题的主要因素，忽略次要因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，这是一种重要的物理思想。如光线也是虚拟假定出来的，但它却能直观、形象地表述物理情境与事实。通过光线研究光的传播路径和方向，研究光的反射、折射、衍射、干涉等。此外还有：

1.质点、点电荷的概念

2.匀变速直线运动、自由落体运动

3.通过电场线研究电场的分布

4.通过磁感线研究磁场的分布

5.原子结构模型

三、等效替代法

等效替代法是在保证某种效果、特性、关系相同的前提下，将实际的、复杂的物理问题和物理过程转化为等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程来研究和处理的方法。

运用等效替代法处理问题的一般步骤为：先分析原来的物理问题的特性。然后寻找适当的替代问题，通常是我们比较熟悉的问题。再研究替代问题的特性及规律，将替代问题的规律迁移到原问题中去。最后利用替代问题遵循的规律、方法求解，得出结论。例如：

1.研究合力和分力的关系

2.研究合运动和分运动的关系

3.重心概念的提出

4.交流电的有效值的计算

5.电路中，若干个电阻可以等效为一个合适的电阻

四、比值定义法

比值定义法，就是用两个基本的物理量的“比”来定义一个新的物理量的方法。常见的有两类：

一类是用比值法定义物质或物体属性特征的物理量，如：电场强度E、磁感应强度B、电容C、电阻R等。它们的共同特征是：物理量的属性由本身所决定。

另一类是对一些描述物体运动状态特征的物理量的定义，如速度v、加速度a、角速度ω等。这些物理量是通过简单的运动引入的，比如匀速直线运动、匀变速直线运动、匀速圆周运动。

五、放大法

放大法就是在观察某些微小变化的物理实验现象时，由于微小变化的不容易观察，而另辟蹊径，转换思路，对微小变化现象进行放大观察，使之效果更明显，更加有利于得出结论。例如：

1.利用光的折射放大桌面的微小弹性形变

2.利用细玻璃管中液面的上升放大玻璃瓶的微小形变

3.卡文迪许利用光杠杆测出两球之间微小的万有引力

4.库仑扭秤实验利用光杠杠测静电力常量k

5.游标卡尺、螺旋测微器的设计

6.升压变压器

六、理想推理法

理想推理法是以大量可靠的事实为基础，在观察实验的基础上，以真实的实验为原型，忽略次要因素，通过合理的推理得出物理规律，达到认识问题本质的目的。理想推理法能深刻揭示物理规律的本质。例如：

1.伽利略的斜面实验，研究自由落体运动

2.伽利略的理想斜面实验，研究牛顿第一定律

3.探究自然界中只存在两种电荷

此外，还有转换法、类比法、极限思想等，科学研究的方法和形式是多种多样的，各种方法也不是孤立存在的，而是处在密切的相互联系之中。即使在研究某个问题时使用了某一类方法，其中也必定包括了其他一些方法，只不过这一方法起主导作用罢了。

（作者單位 山东省广饶县第一中学一校区）

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