初中物理中等效替代法與控制變量法例析

精品文檔-下載后可編輯初中物理中等效替代法與控制變量法例析《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》要求，在突出科學(xué)探究?jī)?nèi)容的同時(shí)，重視研究方法的指導(dǎo)，使學(xué)生在進(jìn)行科學(xué)探究、學(xué)習(xí)物理知識(shí)的過(guò)程中，逐漸拓寬視野，初步領(lǐng)悟到科學(xué)研究方法的真諦。重視學(xué)生研究方法的指導(dǎo)是進(jìn)行科學(xué)探究、培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)能力的重要一環(huán)。掌握正確的研究方法是能否得到正確結(jié)論的關(guān)鍵。各地的中考也有不少對(duì)探究方法的的考察，這體現(xiàn)著一種新的教學(xué)理念，同學(xué)們只有真正掌握了研究方法，才能有效解決實(shí)際問(wèn)題，真正提高自己的創(chuàng)新意識(shí)和能力。研究方法有很多種，現(xiàn)結(jié)合各地中考試題談?wù)勎锢碇械膸追N常見(jiàn)的研究方法。

方法一、等效替代法：

等效替代法是指在研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律時(shí)，因?qū)嶒?yàn)本身的特殊限制或因?qū)嶒?yàn)器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質(zhì)，而采取與之相似或有共同特征的等效現(xiàn)象來(lái)替代的方法。這種方法若運(yùn)用恰當(dāng)，不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解。在探究平面鏡成像規(guī)律的實(shí)驗(yàn)中，用玻璃板替代了平面鏡，因兩者在成像特征上有共同之處，容易使學(xué)生接受，而玻璃板又是透明的，能通過(guò)它觀察到玻璃板后面的蠟燭，便于研究像的特點(diǎn)。

比如在學(xué)習(xí)伏安法測(cè)電阻之后，要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，在上述實(shí)驗(yàn)中缺少電壓表或電流表，其它器材不變，另有電阻箱供選用，要求測(cè)出未知電阻，應(yīng)該怎么辦？學(xué)生就可以用等效替代的思想進(jìn)行設(shè)計(jì)了。

例：現(xiàn)有兩節(jié)電池，三個(gè)開(kāi)關(guān)，若干導(dǎo)線(xiàn)，還有電流表、滑動(dòng)變阻器、電阻箱各一個(gè)，請(qǐng)用以上器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案測(cè)出未知電阻Rx的值（電阻箱的最大阻值大于Rx）。

解析：（1）按圖1連接好實(shí)物電路，將滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值調(diào)到最大值。

圖一圖二

（2）閉合開(kāi)關(guān)S1、S2，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1的電阻，使電流表的示數(shù)為某一合適的數(shù)值并記為I0。

（3）斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S2，閉合開(kāi)關(guān)S3并調(diào)節(jié)電阻箱R2的阻值，使電流表的數(shù)值仍為I0，則Rx的阻值就等于此時(shí)電阻箱R2的阻值。

點(diǎn)評(píng)：這里用電阻箱R2（已知阻值電阻）等效替代了待測(cè)電阻Rx，電路中的電流仍為I0，所以Rx=R2。測(cè)量方法突破常規(guī)思維，非常獨(dú)特、新穎。

若在此實(shí)驗(yàn)中，將電流表改為電壓表，其他器材不變，試用上述等效替代法測(cè)出未知電阻Rx的阻值。測(cè)量方法和操作步驟與上題大同小異，它的電路圖如圖2所示，只需調(diào)節(jié)R2知道兩次電壓表讀數(shù)相同，此時(shí)R2的讀數(shù)九等于Rx的阻值。

方法二、控制變量法：

所謂控制變量法是指為了研究物理量同影響它的多個(gè)因素中的一個(gè)因素的關(guān)系，可將除了這個(gè)因素以外的其它因素人為地控制起來(lái)，使其保持不變，再比較、研究該物理量與該因素之間的關(guān)系，得出結(jié)論，然后再綜合起來(lái)得出規(guī)律的方法。這種方法在整個(gè)初中物理實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用比較普遍。

在初中物理中，探究影響液體的蒸發(fā)快慢的因素、影響滑動(dòng)摩擦力大小、影響導(dǎo)體電阻大小的因素、電流跟電壓電阻的關(guān)系、影響電熱功率大小的因素、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素的因素、決定壓力作用效果的因素等實(shí)驗(yàn)，都運(yùn)用了控制變量法。

例：（10·鎮(zhèn)江）小凡同學(xué)在4塊相同的玻璃板上各滴一滴質(zhì)量相同的水，進(jìn)行如圖所示的實(shí)驗(yàn)探究，得出水蒸發(fā)快慢與水的溫度、水的表面積和水面上方空氣流動(dòng)快慢有關(guān)。

（1）通過(guò)A、B兩圖的對(duì)比，可以得出水蒸發(fā)快慢與水的有關(guān)。

（2）通過(guò)兩圖的對(duì)比，可以得出水蒸發(fā)快慢與水的溫度有關(guān)。

（3）小凡同學(xué)猜想水蒸發(fā)快慢還可能與水的質(zhì)量有關(guān)，于是繼續(xù)進(jìn)行了如下探究：在相同環(huán)境下的兩塊相同的玻璃板上分別滴上一滴和兩滴水（如圖4）.結(jié)果發(fā)現(xiàn)甲圖中水先蒸發(fā)完，于是他得出結(jié)論：水蒸發(fā)快慢與水的質(zhì)量有關(guān)，水的質(zhì)量越小蒸發(fā)越快。從實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)看，他沒(méi)有控制水的（選填“質(zhì)量”或“表面積”）相同；從得出結(jié)論環(huán)節(jié)看，“根據(jù)誰(shuí)先蒸發(fā)完，判斷誰(shuí)蒸發(fā)快”是否正確？（選填“正確”或“不正確”），理由是。

解析：我們知道影響液體蒸發(fā)的因素有三個(gè)：液體的溫度、液體的表面積和液體上方的空氣流動(dòng)，因此要想研究液體蒸發(fā)快慢與哪一種因素有關(guān)，需控制其他因素保持不變。A、B兩圖中液體的表面積不同，其他因素相同，那就是探究蒸發(fā)快慢與液體表面積的關(guān)系。同樣，A、C就是探究蒸發(fā)快慢與液體的溫度的關(guān)系。此外，我們由題還可以得知，A、D是探究液體的蒸發(fā)快慢與液面上方空氣流通速度的關(guān)系。如果要探究蒸發(fā)快慢與質(zhì)量的關(guān)系，就只能改變液體的質(zhì)量，保持其他因素不變。題中沒(méi)有控制液體的表面積相同，所以實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)就是錯(cuò)誤的。觀察