比較常用的幾種物理方法

1/1比較常用的幾種物理方法高中物理教學(xué)中幾種比較常用的方法

永州二中薛茗132********

[內(nèi)容

中常常把電場與重力場、電勢與高度、電勢差和高度差、庫侖定律與引力定律等知識內(nèi)容和知識點進行比較。幫助學(xué)生理解這些內(nèi)容之間的共同點和區(qū)別，避免混肴。又例如：在教庫侖定律時從內(nèi)容的文字?jǐn)⑹龊凸降男嗡婆c萬有引力定律從兩方面作比較，一、引力和庫侖力都跟距離的平方成反比，二、都有跟乘積成正比的敘述，三、從公式F=Gm1m2/r2;和F=kQ1Q2/r2;來看形式相同但其實質(zhì)不同，一個反應(yīng)的是有質(zhì)量的物體間引力大小的計算，另外一個是用來計算電荷間的作用力大小。

四、物理現(xiàn)象的“類比”：

在物理知識中有很多內(nèi)容具有相似性，具有相同的物理規(guī)律，解決問題的思路一樣，處理問題的方法和手段一樣。例如：物體在重力場中的運動與帶電粒子在勻場電場中的運動相比較可知它們間只是物體的加速度不同，但它們間有一個共同的特點即當(dāng)勻場電場一但確定，它們各是的加速度都保持不變；垂直磁場方向的帶電粒子在勻場磁場中的運動與物體做勻速圓周運動比較可知帶電粒子在磁場中做勻速園周運動，洛侖茲力提供向心力，其運動規(guī)律與園周運動相同；幫助他們從中找出物理現(xiàn)象之間的共同規(guī)律，進行歸納小結(jié)，達到提高解決物理問題的能力、分析問題的能力。

五、“物理圖象”與“數(shù)學(xué)圖象”類比：就是把描述物理量間變化關(guān)系的圖象與數(shù)學(xué)中函數(shù)圖象作比較，找出它們之間的特定關(guān)系，了解物理圖象的特定含義，達到掌握物理知識的目的。例如：在勻變速直線運動規(guī)律的教學(xué)中利用數(shù)學(xué)中一次線性函數(shù)的特點找出物理圖象與Ｖ、ｔ軸的交點的意義，圖象斜率的意義，從而加深了對速度、加速度和位移的理解，鞏固了基礎(chǔ)知識。

類比是將一類事物的某些相同方面進行比較，以另一事物的正確或謬誤證明這一事物的正確或謬誤。這是運用類比推理形式進行論證的一種方法.

對比，是將論據(jù)中截然相反的兩種情況進行比較。因為比較的雙方形成鮮明的對照，互為襯托，所以，這種方法特別能突出一方面的性質(zhì)，具有很強的論證力量，因而，用得也很普遍。

類比和對比的區(qū)別:說白了就是，類比都是引用和自身比較相同的，有共同性的；對比時引用有明顯不同的，可以顯出差別的。

2.等效替代法

等效法亦稱“等效替代法”，是科學(xué)研究中常用的思維方法之一，它是把復(fù)雜的物理現(xiàn)象、物理過程轉(zhuǎn)化為簡單的物理現(xiàn)象、物理過程來研究和處理的一種科學(xué)思想方法。它也是物理學(xué)研究的一種重要方法。掌握等效方法及應(yīng)用，體會物理等效思想的內(nèi)涵，有助于提高考生的科學(xué)素養(yǎng)，初步形成科學(xué)的世界觀和方法論，為終身的學(xué)習(xí)、研究和發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

力的分解是力的合成的逆運算,即幾個力的作用效果可以用一個力來替代,體現(xiàn)了等效替代的思想.

在中學(xué)物理中，合力與分力、合運動與分運動、總電阻與分電阻、平均值、有效值等，都是根據(jù)等效概念引入的。在學(xué)習(xí)過程中，若能將此法滲透到對物理過程的分析中去，不僅可以使我們對物理問題的分析和解答變得簡捷，而且對靈活運用知識，促使知識、技能和能力的遷移，都會有很大的幫助。在解題時，用的最多的是以模型替代實物。

例如在水平方向的勻強電場中，有一質(zhì)量為m的帶電小球，用長為L的細線懸于O點，當(dāng)小球平衡時，細線和豎直方向成θ角，現(xiàn)給小球一個沖量，沖

量的方向和細線垂直，使小球恰能在豎直平面內(nèi)做圓周運動。問：①小球做圓周運動的過程中，在哪個位置有最小速度？并求這個速度值。②施加的沖量值至少為多大？要求在豎直平面運動的過程中最小速度及所在位置，一般先要分析小球的受力情況，分析其運動性質(zhì)，若是曲線運動，則往往要根據(jù)能量關(guān)系來確定動能變化。此過程中，小球受線的拉力、重力和電場力，拉力不做功，重力和電場力方向相互垂直，所做的功是正是負不能確定，由于重力和電場力都是恒力，則可以用它們的合力來代替之，分析其等效合外力對小球做功的情況，若等效合力做正功，則小球動能增大，反之小球動能減少。分力和其合力是等效替代關(guān)系，此題用等效場力代替重力和電場力，將小球在重力場和電場中的運動情況轉(zhuǎn)化為類似于只在重力場中運動的一般情況，將問題大大簡化。

“等效”并非指事物的各個方面效果都相同，而是強調(diào)某一方面的效果。因此一定要明確不同事物在什么條件、什么范圍、什么方面等效。通?？梢钥紤]對下列因素進行等效替代：研究對象、物理模型、物理狀態(tài)、物理過程、物理作用等。

3.構(gòu)建物理模型法

一、構(gòu)建物理模型在物理問題中的應(yīng)用

縱觀物理學(xué)發(fā)展史，許多重大的發(fā)現(xiàn)與結(jié)論，都是由于科學(xué)家們經(jīng)過大膽的猜想構(gòu)思，創(chuàng)建出科學(xué)的理想化的物理模型，并通過實驗檢驗或?qū)嵺`驗證，模型與事實基礎(chǔ)很好吻合的前提下獲得的。模型,是一種理想化的物理形態(tài),是物理知識的一種客觀表現(xiàn),科學(xué)家作理論研究,通常都要從“模型”入手,利用抽象、理想化、簡化、類比等手法，把研究對象的本質(zhì)特征抽象出來，構(gòu)成一個概念或?qū)嵨锏捏w系，即形成模型。

從本質(zhì)上講，分析和解答物理問題的過程，就是構(gòu)建物理模型的過程，我們平時所說的解題時應(yīng)“明確物理過程”，“在頭腦中建立一幅清晰的物理圖景，其實就是指要正確的構(gòu)建物理模型。物理模型的建立在物理學(xué)習(xí)（特別是解題）中有十分廣泛的應(yīng)用。

伽利略讓小球從彎曲的斜槽上自由下落，當(dāng)斜槽充分光滑時，小球可沿另端斜槽上升到初始高度，如果另端斜槽末端越接近水平，小球為達到初始高度,將運動很遠。如果末端完全水平，小球?qū)⒁恢边\動下去，永不停止。正因為伽利略構(gòu)建了光滑這一理想化的模型，才有慣性定律的重大發(fā)現(xiàn)。

法拉第在1852年，對帶電體、磁體周圍空間存在的物質(zhì)，設(shè)想出電場線、磁場線一類力線的模型，并用鐵粉顯示了磁棒周圍的磁力線分布形狀，從而建立了場的概念，對當(dāng)前的傳統(tǒng)觀念是一個重大的突破。

1905年愛因斯坦受普朗克量子假設(shè)的啟發(fā)，大膽地建立了光子模型，并提出著名的愛因斯坦光電效應(yīng)方程，圓滿地解釋了光電效應(yīng)現(xiàn)象。

盧瑟福以特有的洞察力和直覺，抓住α粒子轟擊金箔有大角度偏轉(zhuǎn)這一反?，F(xiàn)象，從原子內(nèi)存在強電場的思想出發(fā)，于1911年構(gòu)思出原子的核式結(jié)構(gòu)模型。

“哈勃定律”所反映的大爆炸宇宙模型，指出了我們周圍的宇宙并不是靜態(tài)的、恒定的、而是動態(tài)的、膨脹的。從而沖破了傳統(tǒng)觀念的束縛，為研究宇宙的起源和演化掃清了道路。

除了上述一些理想化模型外，在高中教材中，我們要學(xué)會掌握平拋運動、圓周運動、碰撞、反沖、單擺、理想氣體、點電荷、絕緣體、點光源、薄透鏡、狹縫、薄膜等一系列物理模型的特點和研究方法，學(xué)會將研究對象簡化成理想模型，將新的物理情景抽象成我們熟知的物理模型并加以解決，并且在解題中不斷建立

新的物理模型。人船模型、測加速、測量分子速率的裝置原理運用的也是構(gòu)建物理模型法。

二、教師在教學(xué)過程中要重視對學(xué)生建模意識的培養(yǎng)

理想的物理模型，即是物理科學(xué)體系中光輝的典范，也是解決現(xiàn)實物理問題不可或缺的依據(jù)，其重要性不言而喻。所以，教師在傳授知識的過程中，要根據(jù)實際課時的內(nèi)容安排，及時向?qū)W生強調(diào)基本物理模型建立的過程和條件，并要求學(xué)生牢固把握住這些基本的物理模型，并且在具體應(yīng)用解決物理問題時,引導(dǎo)學(xué)生如何根據(jù)題設(shè)條件，從物理規(guī)律出發(fā)，通過分析、綜合、類比等，突出對所要研究問題起主要作用的因素，略去非本質(zhì)的次要因素，使思維從紛繁復(fù)雜的具體問題中抽象、構(gòu)造出我們熟悉的物理模型，然后應(yīng)用掌握的相關(guān)知識予以解決。當(dāng)然，對學(xué)生這種能力的要求并非一朝一夕就能培養(yǎng)出來的，需要教師把這種建模意識貫穿在教學(xué)的始終。要循序漸進地啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生，使學(xué)生逐步熟悉并掌握這種科學(xué)研究的思維方法，養(yǎng)成良好的思維品質(zhì)，使構(gòu)建物理模型的意識真正成為學(xué)生思考問題的方法與習(xí)慣。

三、提高建模意識是教育思想和教學(xué)觀念更新的體現(xiàn)

江澤民總書記指出：“創(chuàng)新是一個民族的靈魂，是一個國家興旺發(fā)達的不竭動力，創(chuàng)新的關(guān)鍵是人才，人才的成長靠教育。”二十一世紀(jì)的教育改革，向我們教師提出了新的更高的要求。以往那種“深挖洞”尋難題，為應(yīng)付高考而大量集訓(xùn)的做法，培養(yǎng)的只是一個個解題的機器人，創(chuàng)新意識、開放思維已經(jīng)變得麻木，這樣的教育肯定不適應(yīng)時代的需要。而培養(yǎng)學(xué)生綜合應(yīng)用所學(xué)知識的能力，收集和處理信息的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生獨立思考，激發(fā)創(chuàng)新意識和“重在參與”的意識，是我們每位教師在教學(xué)活動中努力的方向。所以教師們原有頭腦中存在的那種陳舊的教育思想和教學(xué)觀念必須徹底更換。在向?qū)W生傳授知識的同時，要重視宣揚科學(xué)家們那種大膽聯(lián)想，勇于構(gòu)建物理模型（甚至包括失敗的物理模型）的創(chuàng)新思維，讓他們體驗到科學(xué)家們?yōu)槿祟?、為科學(xué)尋求真理的進取精神和科學(xué)態(tài)度，喚起學(xué)生們對建模意識重要性的認(rèn)識，激發(fā)他們的興趣，逐步提高他們構(gòu)建物理模型的能力。提高學(xué)生的建模意識，必須向?qū)W生指明，努力掌握硬實的物理基礎(chǔ)是必備的條件，同時還要求學(xué)生建立起廣泛的物理生活知識，平時多關(guān)心、收集高新科技信息知識，并通過聯(lián)想，理論聯(lián)系實際，使自己所學(xué)的知識更扎實、更貼近實際，避免出現(xiàn)一問三不知的科盲現(xiàn)象和“指麥苗為韭菜”的書呆子現(xiàn)象，這正是現(xiàn)代教育所期望的。

四、建模意識是創(chuàng)新思維

在教學(xué)活動中構(gòu)建學(xué)生的建模意識實質(zhì)上是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造思維能力，因為建模活動本身就是一項創(chuàng)造性的思維活動。它可以培養(yǎng)學(xué)生的想象能力，直覺思維能力，猜測、轉(zhuǎn)換、構(gòu)造等能力，這些能力正是創(chuàng)造性思維所具有的最基本的特征。

在教學(xué)中構(gòu)建學(xué)生的建模意識與素質(zhì)教學(xué)所要求的培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力是相輔相成、密不可分的。要真正培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力，教師的課堂教學(xué)模式必須更改，“課題研究性”教學(xué)模式與“探究性學(xué)習(xí)”的課堂教學(xué)模式均堅持以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)的原則，充分挖掘?qū)W生的主動參與和積極思維的意識,自覺地在學(xué)習(xí)過程中構(gòu)建物理模型。只有這樣才能使學(xué)生分析和解決問題的能力得到長足的進步，也只有這樣才能真正提高學(xué)生的創(chuàng)新能力。

4.理想實驗法

理想實驗法是在實驗基礎(chǔ)上經(jīng)過概括、抽象、推理得出規(guī)律的一種研究問題的方法，但得出的規(guī)律卻又不能用實驗直接驗證的。在物理學(xué)上非常重要的牛頓第一定律就是通過理想實驗法得出的。

用理想實驗來研究物理規(guī)律時要以大量可靠的實驗為基礎(chǔ)，然后注意分析當(dāng)某個因素在向某一方向逐漸發(fā)生變化時，你所觀察到的現(xiàn)象是如何變化的，最后加以推理：當(dāng)這個因素達到極限時，那么你所觀察到的現(xiàn)象沿著它變化的趨勢最終會怎么樣？

例如我們在研究聲音在真空中是否能傳播時就應(yīng)用了理想實驗；我們實驗時在鐘罩里放入一個正在發(fā)聲的鬧鈴，然后將鐘罩里的空氣逐漸抽出，隨著空氣越來越少，鐘罩里越來越接近真空，我們聽到的鈴聲越來越弱，然后我們根據(jù)這個依據(jù)合理的推出：當(dāng)鐘罩里的空氣少到極限即鐘罩里是真空時，我們將聽不見聲音，這樣我們得出聲音不能在真空中傳播的規(guī)律。

最著名的是伽利略的斜面理想實驗以及牛頓大炮。牛頓曾研究過這樣一個問題：他發(fā)現(xiàn)人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個“大炮”的設(shè)想，在地球的一座高山上架起一只水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點就離山腳越遠。他推想：當(dāng)射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動呢？牛頓通過科學(xué)的推理得出了一個重要的結(jié)論。這就是著名的“牛頓大炮”的故事，故事中牛頓實際也用到了理想實驗的研究方法。

5.控制變量法

控制變量法是物理學(xué)研究中常用的一種研究方法。所謂控制變量法，就是在研究和解決問題的過程中，對影響事物變化規(guī)律的因素或條件加以人為控制，即保持一個或多個量不變，調(diào)整另一個或多個量改變，來探究這些量之間的關(guān)系。

為了研究導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓以及導(dǎo)體的電阻都有關(guān)系，中學(xué)物理實驗難以同時研究電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，而是在分別控制導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓不變的情況下，研究導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，分別得出實驗結(jié)論。通過學(xué)生實驗，讓學(xué)生在動腦與動手，理論與實踐的結(jié)合上找到這“兩個關(guān)系”，最終得出歐姆定律I＝U/R。

為了研究牛頓第二定律m、a、F關(guān)系等也用控制變量法。

為了研究導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)，控制導(dǎo)體的長度和材料不變，研究導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系。

為了研究滑動摩擦力的大小跟哪些因素有關(guān)，保證壓力相同時，研究滑動摩擦力與接觸面粗糙程度的關(guān)系。

控制變量法在物理實驗中有很大作用，但一定要注意結(jié)論的準(zhǔn)確性，例如上面的“從而可以得知電阻一定時電流的大小和電阻的大小成反比”切莫得出了“從而可以得知電流的大小和電阻的大小成反比”，要尊重事實。

中學(xué)物理課本中，其他的如：蒸發(fā)的快慢與