第16讲 物理研究方法专题复习

初中物理教学的一个重要任务，就是在传授知识的同时，培养同学们正确的物理思想，掌握科学的研究方法.控制变量法、理想模型法、等效替代法、推理法、类比法、转换法、图象法等研究物理问题的方法，散见于初中物理课本.由于教材中没有关于方法的系统介绍，所以同学们在遇到此类问题时，会感觉似是而非、无从下手.而这几年中招考试，对这方面内容的考查呈现逐渐加强的趋势，因此掌握这些研究方法是非常关键的.下面是初中物理课本中常用的研究方法.

第1节

重点考点

事物之间都是相互联系的，物理量也不例外，当我们研究某个物理量与其他若干个物理量之间的关系时，为了确定这个物理量与其中一个物理量的关系，就需要控制其他物理量不变，来研究这个物理量与其中一个物理量变化的关系，这种方法就叫作“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，都采用了控制变量法.

中考常见题型

例1 （2014.广州）如图1是“探究电压一定时电流与电阻关系”的电路图.

（1）按图1所示电路图在图2中连接实物图（电压表选用0—3V量程）.

（2）正确连接电路后，实验步骤如下： ①闭合开关，记录定值电阻的阻值及电流表示数：

②断开开关，换阻值不同的定值电阻：

③闭合开关，记录定值电阻的阻值及电流表示数：

④重复②、③步骤.

按上述步骤操作，观察到更换阻值不同的定值电阻，电压表示数分别如图3、4、5所示，图5电压表的示数为____.根据各电压表显示的正确示数，指出实验的失误之处____.

思路分析（1）根据实验要求，滑动变阻器与定值电阻串联，电压表并联在定值电阻两端，电流表选择小的量程，连接电路如图6所示，

图6

（2）图5电压表使用的量程为0～3V，分度值为0.1V，此时读数为2.5V.对比前两次电压表示数可知，每次更换电阻后，未控制电阻两端电压相同，

参考答案：（1）如图6. （2）2.5V每次更换电阻后，未控制电阻两端电压相同

例2 （2013.盐城）微风吹过，金属管风铃发出悦耳的声音，小明想探究管子发出声音的频率与管子长度、直径的关系.他选取了材料与管壁厚度都相同、长度和直径都不同的三根直管，将它们用细线悬挂，敲击后，测出各自发出声音的频率，数据如表1.

（1）用刻度尺测量1号管长度如图7所示，读数是____cm.

（2）三根管中音调最低的是____号.

（3）根据表l中数据，能否得出“管子发出声音的频率随长度、直径的增大都会减小”的结论？请说明你的理由.

答： ____（填“能”或“不能”）.理由：____.

（4）小明发现悬挂的金属管发出声音时在做有规律的摆动，认为金属管发出的声音是由于摆动所产生的.请设计一简单的实验来检验小明的想法，简要写出实验方案和判断方法.

实验方案：____；判断方法：____.

思路分析：（1）用刻度尺测量l号管长度是20.50cm.（2）三根管中音调最低的是3号，因为它的频率最小.（3）根据表1中数据，不能得出“管子发出声音的频率随长度、直径的增大都会减小”的结论，理由是没有控制变量，表1中三根管的长度和直径均不相同，所以无法判断.

参考答案：（1）20.50 （2）3 （3）不能 没有控制变量 （4）将金属管悬挂，轻推使其摆动若能听到其发声，说明发声是由摆动产生的，反之则不是由摆动产生的

小结：在初中物理课本中，用到“控制变量法”的实验比较多，例如：

1.研究音调与频率的关系、响度与振幅的关系.

2.研究滑动摩擦力的大小与压力的大小和接触面粗糙程度的关系.

3.研究压力的作用效果与压力大小和受力面积大小的关系.

4.研究电磁铁的磁性与线圈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.研究电流与电压和电阻的关系（即欧姆定律）.

7.研究电流产生的热量与电流、电阻的关系（即焦耳定律）.

8.研究物体动能的大小与质量和速度的关系.

9.研究物体重力势能的大小与质量和高度的关系.

10.研究不同物质的吸热能力，

第2节

转换法

重点考点

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.

中考常见题型

例3 （2013.衡阳）某同学为了探究电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关，做了以下几次实验，实验现象如图8所示.请根据图示现象回答下列问题：

（1）通过观察图8甲中A与B两个电磁铁，当通过线圈的电流相同、有无铁芯相同时，电磁铁线圈的匝数越多，它的磁性就越____.

（2）通过观察图8甲中B与C两个电磁铁，当通过线圈的电流相同、线圈的匝数相同时，____（填“有”或“无”）铁芯的电磁铁，它的磁性就强.

（3）通过观察图8乙与图8丙，当线圈的匝数相同、有无铁芯相同时，电磁铁的电流越____，它的磁性就越强.

（4）结论：影响电磁铁磁性强弱的因素有____.

思路分析：此题考查影响电磁铁磁性强弱的因素，用到的研究方法有控制变量法和转换法.（1）图8甲中A、B两电磁铁，通过线圈的电流相同、有无铁芯相同时，线圈的匝数越多，吸引大头针数目越多，表明它的磁性就越强.（2）图8甲中B、C两电磁铁，通过线圈的电流相同、线圈匝数相同时，有铁芯的电磁铁吸引大头针数目多，表明它的磁性强.（3）线圈的匝数相同、有无铁芯相同，图8丙中滑动变阻器连入电路的电阻丝变短，电阻变小，电路中电流增大，电磁铁吸引大头针增多，电磁铁的磁性增强，说明通过电磁铁的电流越大，它的磁性就越强.（4）结论：影响电磁铁磁性强弱的因素有通过电磁铁的电流大小、线圈的匝数、有无铁芯.

参考答案：（1）强 （2）有 （3）大 （4）通过电磁铁的电流大小、线圈的匝数、有无铁芯

例4 （2014.宜宾）某同学在体育活动中，从铅球下落陷入沙坑的深度情况猜想到：物体的重力势能可能与物体的质量、下落高度和运动路径有关.于是设计了如图9所示的实验：用大小和形状相同的A、B、C、D四个铅球，其中A、C、D三球的质量为m，B球质量为1.5m，让A、日两球从距沙表面高H处静止下落，C球从距沙表面高2H处静止下落，D球从距沙表面高2H的光滑弯曲管道上端静止滑入，最后从管道下端竖直地落下（球在光滑管道中运动的能量损失不计）.实验测得A、B两球陷入沙深度分别为h1和h2，，C、D两球陷入沙深度均为h，且h1

（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过____来反映的.

（2）比较A、B两球，发现B球陷入沙坑深度更大，由此可得出结论：____.

（3）比较A、C两球，发现C球陷入沙坑深度更大，由此可得出结论：____.

（4）比较C、D两球，发现两球运动的路径不同，但陷入沙坑深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径____（填“有关”或“无关”）.

思路分析：（1）本实验中，铅球的重力势能大小是通过球陷入沙坑的深度来反映的.（2）比较A、B两球，下落高度和运动路径相同，B球质量大于A球质量，发现B球陷入沙坑深度更大，由此可得出结论：当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大.（3）比较A、C两球，两球质量相同，下落路径也相同，C球的下落高度大于A球的下落高度，发现C球陷入沙坑深度更大，由此可得出结论：当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大.（4）比较C、D两球，两球的质量相同，下落高度也相同，两球的运动路径不同，发现两球陷入沙坑深度相同，由此可得出结论：物体的重力势能与物体运动的路径无关，

参考答案：（1）球陷入沙坑的深度 （2）当下落高度一定时，物体的质量越大，重力势能越大（3）当物体的质量相同时，下落高度越高，物体的重力势能越大（4）无关

小结：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受力转动来判断.

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.

重点考点

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是利用了等效替代法，

中考常见题型

例5（2014.株洲）某同学利用“替代法”测量一粒花生米的密度，实验过程如图10所示.

（1）在下列空格中填写适当内容.

①选择一粒饱满的花生米放人装有适量水的透明玻璃杯中，发现花生米下沉至杯底，如图10甲，此时花生米所受的浮力____（填“大于”“等于”或“小于”）重力.

②往杯中逐渐加盐并搅拌，直至观察到花生米____，随即停止加盐，如图10乙.

③取出花生米，用调好的天平测杯子和盐水的总质量，如图10丙，天平的读数为____g.

④将玻璃杯中的盐水全部倒入量筒，如图10丁，量筒的读数为____mL

⑤利用密度公式计算出盐水的密度，即为花生米的密度.

（2）实验中若加盐过量，可进行如下操作：____.

（3）实验中遗漏了重要的一步，即____.

思路分析：此题利用替代法来测量花生米的密度，考查了对物体浮沉条件的应用及液体密度的测量，设计新颖，要能够很好地解决，需熟练掌握有关基础知识.（1）①花生米下沉，说明此时花生米所受的浮力小于重力；②往杯中逐渐加盐并搅拌，直至观察到花生米悬浮；③由图丙知，天平的读数为m=100g+20g+lg=121g；④由图丁知，量筒的分度值为1mL，量筒的读数为55mL.（2）实验中若加盐过量，可再向盐水中加水.（3）要测量盐水的密度，需测出其质量和体积，而要测其质量，除了测出盐水和杯子的总质量，还需测出倒出盐水后空杯子的质量，

参考答案：（1）①小于②悬浮③121④55（2）向盐水中加水 （3）将玻璃杯中的盐水全部倒入量筒，测出空杯子的质量

小结：在初中物理课本中，用到等效替代法的实验有：

1.求由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，

第4节

重点考点

“理想模型法”是物理学中的一个重要的研究方法，运用这种方法的目的，就是为了摒弃次要条件，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.

中考常见题型

例6 （2013.荆州）实际上，电源自身是有电阻的，称为“内电阻”，在电路中，一个实际电源相当于一个电源电压相同的理想电源和内电阻串联连接.为了测出电源电压和内电阻，小明同学设计了如图11所示的电路（电压表和电流表均视为理想电表），实验步骤如下：

（1）闭合开关S，移动滑动变阻器R。的滑片P到某处时，分别读出电压表示数为2.0V，电流表示数为0.50A.

（2）再向 ____（填“左”或“右”）移动滑片P到另一处时，电压表示数变为2.5V，电流表示数变为0.25A.

（3）由有关公式求出电源电压U=____V，内电阻r=____Ω.

思路分析：电源内部自身也有电阻，在实际应用时，我们忽略了电源本身的电阻对电路的影响，这样做是为了便于进行有关电路的一些计算.此题以电源内电阻为依托，考查同学们的阅读理解能力、计算能力和创新能力，解题时可认为在电源旁边串联一个电阻r.由于电压表示数变大，所以应向右移动滑片P，使变阻器阻值变大，分压变大.由题中（1）可知，U=0.50A .r+2.0V；由题中（2）可知，U=0.25A.r+2.5V.联立两式可解，电源电压U=3V.内电阻r=2 n.

参考答案：（2）右 （3）3 2

小结：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.将光滑表面看作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”.

5.电源内部自身也有电阻，在实际应用时，不考虑电源本身电阻对电路的影响.

6.在研究分子运动时，将分子看作是小球，而不再考虑分子内部的实际结构，

第5节

类比法

重点考点

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，使被研究对象变得易于理解，这种方法叫作“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.

中考常见题型

例7我们常常将看似无关的两个事物或现象联系起来，进行“类比”.“类比法”可以帮助我们理解概念、巩固知识，以下是两个“类比”学习案例：

（1）将如图12所示的“水路”模型类比基本电路，可以发现：

①下面元件在电路中的作用与叶轮机在“水路”中的作用相当的是（

）.

A.电源

B.开关

C.用电器

D.导线

②类比“水路”模型中“水压是使水管中的水定向运动形成水流的原因”，我们很容易理解电压是使电路中____定向运动形成____的原因.

（2）运用“类比法”，我们还可以将实验室交流发电机和直流电动机列表比较，请完成表2中的三处填空（将答案直接写在横线上）.

思路分析：此题以类比法为主线，考查的知识涉及电路的组成、电流的形成原因及交流发电机和直流电动机的对比.（1）①叶轮机在“水路”中的作用与用电器在电路中的作用相当，应选C.②电压是使电路中电荷定向运动形成电流的原因，

参考答案：（1）①C②电荷电流（2）见表3.

小结：在初中物理课本中，用到类比法的过程还有：

1.用水波类比声波.

2.在学习电流时，将它比作水流.

3.在研究原子的结构时时，可以类比太阳系的结构.

第6节

重点考点

“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，

中考常见题型

例8 （2014.嘉兴）理想实验是科学研究中的一种重要方法，它是将实验条件、过程在思维中以理想化的方式表现出来，如为了研究轻重不同的物体在真空中的下落快慢，科学家曾做过下面的实验，

将大小相同的金、铅、木三个实心小球，分别同时放入三种密度不同的介质中（ρ介质1>ρ介质2>ρ介质3），观察比较三个小球下落的快慢，如图13所示.

试回答下列问题：

（1）“下落的快慢”可以通过比较三个实心小球在同种介质的同一高度，由静止同时释放，下落到相同位置时所需的____得出.

（2）在上述实验中，三个小球下落快慢的差异由大到小的介质依次是____.

（3）进一步推理可得，当三个小球在真空中下落时，它们下落快慢的差异将____.

思路分析：（1）运用控制变量法，使三个体积相同、不同材料的实心小球在同一介质的相同高度，同时由静止释放，比较下落到相同位置时所用的时间，可以判断三个小球下落的快慢.（2）三个小球在不同介质的相同高度下落到相同位置时，比较小球之间相对距离的大小，即可比较出小球在不同介质中下落快慢的差异，介质1中小球之间距离大，说明小球下落快慢的差异大：介质3中小球之间距离小，说明小球下落快慢的差异小，因此三个小球下落快慢的差异由大到小的介质依次是介质1、介质2、介质3.（3）比较介质1、介质2、介质3发现，三种介质密度p介质1>p介质2>p介质3，密度越小，小球下落快慢的差异越小，当介质不存在，即为真空时，小球下落快慢的差异将消失，即为零.

参考答案：（1）时间 （2）介质1、介质2、介质3（3）为零

小结：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.

第7节

重点考点

“图象法”是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.作图的基本方法是描点法，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.

中考常见题型

例9（2014.青岛）回顾实验和探究（请将表4实验报告中的空缺部分填写完整）

思路分析：根据表格中数据描点连线即可作出水沸腾的图象.根据表格信息可知水沸腾过程中，吸收热量但温度保持不1变，此时水的沸点是100℃.

参考答案：（1）水的沸腾图象如图15. 吸 100

小结：在初中物理课本中，用到图象法的过程较多，例如：

1.研究同体的熔化过程.

2.研究水沸腾过程的特点.

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.

5.研究电流与电压的关系.

6.研究路程与时间的关系，

第8节

归纳分类法

重点考点

“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.对于要分类的事物，应当进行仔细分析，找到它们之间相同之处与不同的特点，就不难正确进行分类了.归纳与分类是科学研究中最常用的方法，往往是从事物的某一特征出发，而不能有双重标准.

例10在以“力”为主题的辩论赛中，正方和反方提出了许多观点，小明把他们的观点归纳整理如表5.你认为正确的观点有____.（只填序号）

思路分析：此题将一些相近的物理概念加以归纳，由于涵盖的知识点较多，所以在解题时很容易混淆，解答此类问题的关键是依靠平时的基本功，这就要求在学习中应不断地进行归纳总结，及时掌握所学的知识.两个物体相接触，如果没有相互挤压，就不会有力的作用.两个物体不接触，例如两块互相靠近的磁铁，相互间也有力的作用，力是两个物体间的相互作用，因而不能脱离物体而单独存在.由惯性定律可知，物体自身能够保持静止状态或匀速直线运动状态，所以物体的运动不需要力来维持，力是改变物体运动状态的原因.物体受不平衡力时，运动状态改变.所述正确的观点有2、4、5、7、10.

参考答案：2、4、5、7、10

上面八种方法是初中物理课本中常用的研究方法.值得一提的是，很多物理规律的形成、实验过程的设计用到了多种研究方法，例如在研究物体动能的大小与质量和速度的关系实验中，根据小球将木块推动的远近来判断小球动能的大小，这是转换法；在研究动能的大小与质量的关系时，要控制小球的速度相同，用到了控制变量法.同学们在平时的学习中应重视这些方法的使用过程，逐步提高对它们的应用能力，