YPT所涉及實驗方法的探究

YPT所涉及實驗方法的探究引言IYPT（InternationalYoungPhysicists'Tournament）是國際青年物理學(xué)家錦標賽的簡稱，是當(dāng)前世界上最重要的中學(xué)物理競賽項目之一。而YPT實驗是基于IYPT的一類實驗，與傳統(tǒng)競賽不同，YPT賽題需要同學(xué)自主設(shè)計實驗方案，實驗方案的不同直接影響實驗的觀察效果，合理地運用實驗方法可以達到事半功倍的效果。下面主要就控制變量法，轉(zhuǎn)換法、等效替代法、極端實驗法進行具體闡述。1.控制變量法控制變量法是實驗中最常見的方法，在多變量問題中尤為重要。2015年IYPT的第14道?題環(huán)繞的光（CircleofLight）：當(dāng)一束激光照射在一根金屬絲上時，可以在垂直于金屬絲的屏幕上觀察到一個光圈，解釋這個現(xiàn)象并研究相關(guān)因素。此賽題實驗變量眾多，包括光的波長、頻率、金屬絲的直徑和材質(zhì)、入射角以及距離等。在進行實驗探究的過程中，應(yīng)采用控制變量法，只改變一個實驗變量，才能得出實驗變量與實驗結(jié)果之間一一對應(yīng)的關(guān)系。2.轉(zhuǎn)換法轉(zhuǎn)化法即對于一些看不見、摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量，通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認識，或用易測量的物理量間接測量。2016年IYPT的第六題電制蜂巢（ElectricHoneycomb）：將一個垂直的金屬針放在一個水平的金屬盤子上方，在盤子上放一些油，假如你對金屬針和盤子施加恒定的高電壓，可以產(chǎn)生格狀結(jié)構(gòu)。請解釋并研究這一現(xiàn)象。研究油面的格狀結(jié)構(gòu)需要探尋油表面產(chǎn)生微擾的臨界電壓，用人眼去判斷油面的起伏缺乏說服力，我們可采用觀察激光光束反射形成的光斑來判斷。將觀察油面的微擾轉(zhuǎn)化為觀察油面反射形成的光斑，放大油面擾動的效應(yīng)，將一個不易測量的量轉(zhuǎn)化為一個易于測量的量。同樣，2016年IYPT的第九題水波（Waterwaves）：用一個豎直振動的水平圓柱來產(chǎn)生水波，當(dāng)改變激勵頻率和振幅的時候，水波會看起來流向或背離圓柱。請研究這個現(xiàn)象。用肉眼去判斷水波的走向容易帶來視覺的偏差，且與觀察角度，觀察者的主觀意識有著較大關(guān)系，但我們可以借助其他物體的走向來判讀，例如，在水中撒上金粉，由于撒入的物質(zhì)體積較小，故不會影響原有的實驗現(xiàn)象。在YPT實驗中，很多題目都會通過轉(zhuǎn)化，將一個不易觀察的物理量轉(zhuǎn)化成一個易于表征的量，提高實驗結(jié)果的說服力，但是設(shè)計實驗時要注意不能改變實驗的原有屬性。3.等效替代法等效替代法是在保證某種效果（特性和關(guān)系）相同的前提下，將實際的、復(fù)雜的物理問題和物理過程轉(zhuǎn)化為等效的、簡單的、易于研究的物理問題和物理過程來研究和處理的方法。但在運用等效替代法時，一定要注意實驗量之間的等價性。4.放大法放大法是指把微弱的力量通過另一種方法表現(xiàn)出來。2016年IYPT第17題瘋狂的旅行箱（Crazysuitcase）：當(dāng)一個人拉著一個兩輪的旅行箱的時候，在某些時候旅行箱會很劇烈地左右擺最終傾覆。研究這個現(xiàn)象。一個人可否通過不同的裝箱方法來抵制或激化這種現(xiàn)象嗎？由初步的預(yù)實驗得出結(jié)論，是人給箱子施加的不平衡的力矩導(dǎo)致了箱子的傾覆。為了突出人對箱子的影響效果，可以將行李箱同比例縮小。人施加的力矩保持不變，箱子的質(zhì)量減小，放大箱子的搖晃現(xiàn)象。用極端實驗放大實驗效果可以初步得出實驗結(jié)論，適用于定量系數(shù)不高的實驗?？偨Y(jié)YPT實驗具有極大的探究性和開放性，學(xué)生在準備YPT類競賽的過程中，要合理設(shè)計實驗方案，可綜合運用控制變量法、轉(zhuǎn)換法、等效替代法、放大法等實驗方法，通過轉(zhuǎn)化實驗測量量或者放大實