物理实验的科学思想方法研究

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一、实验方案的操作方法

1．控制变量法。若多种因素x1、x2、……均影响着某个物理量A，则可以采用先控制其它的因素不变而研究其中某一因素xi对A的影响，然后逐步更替xi，进而搞清所有的xi对A的影响的方法。在本实验中，采用了“控制变量法”:先在控制小车质量一定的条件下研究合力与加速度的关系，然后再控制合外力一定的条件下研究小车质量与加速度的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合力及物体质量之间的关系。

2．留迹法。运动物体无论以何种方式留下的何种痕迹，都将或多或少地暴露出它在运动过程中的特征和规律。因此，通过对运动物体留下的痕迹的研究来把握其运动规律，是研究运动的一种好方法。在本实验中，采用了“留迹法”:用打点计时器在与小车相连的纸带上打下众多时刻的瞬时位置点迹，然后通过点迹的分析求解出小车的速度和加速度，最后得出小车运动的规律。

3．比较法。在课本实验参考案例中，用比较法探究加速度与外力、质量的关系，即取两个相同的小车放在倾斜的木板上，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放砝码。两小车后端各系一条细绳，一起被同一个夹子夹着而使小车静止，打开夹子，让两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。通过增减小盘中的砝码来改变小车所受的合力，增减小车内的砝码可改变小车的质量。在控制两辆小车质量相同的基础上，比较两车加速度与合力的关系，再控制合力相同的基础上，比较两车加速度与小车质量的关系，最后得出加速度与它受到的合力及物体质量之间的关系。其中加速度的比较可通过对位移的比较来实现，而不必测量加速度的大小，简化了实验操作，俗称“双车法”实验。

4．等效法。如果在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代，这样不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解，这种方法称之为“等效法”。在本实验中，小车所受摩擦力不可避免，若在长木板不带滑轮的一端下面垫一些小木片，反复改变垫高，直至小车在倾斜的木板上作匀速直线运动，这时小车重力沿斜面的下滑分量与小车所受的摩擦力平衡，即用下滑力抵消了摩擦力的影响，等效于小车不受阻力。

二、实验数据的测量方法

1．累积法。对某些微小量来说，在现有仪器的精度内难以测量准确，若采用将这些微小量累积，将小量变大量，更便于测量，从而提高测量的准确度，减小测量误差。在本实验中，由于打点周期小，纸带上相邻两点的间隔很小，用刻度尺直接测量相邻两点的间距误差较大，而选择每隔几个点(如5个点)作一个计数点，再用刻度尺直接测量相邻两计数点的间距，测量结果较为准确，求解出的纸带加速度也更为准确。

2．转换法。本实验中，若利用速度公式求解加速度大小，则涉及到瞬时速度的测量，而直接测量瞬时速度并不容易，但把对某一段时间内中间时刻的瞬时速度的测量转换成对该段时间内的平均速度的测量，则显得较为容易。当然，本实验中加速度的测量也可转换为对连续相等的时间内位移之差与时间平方比值的测量。

3．替代法。在本实验中，由于小车在运动，无法利用测力计直接测量小车所受拉力的大小，因此可在平衡摩擦力的基础上，用小盘连同盘中砝码的总重力替代小车所受的拉力大小，由连接体的运动规律可知，这一替代需要满足小盘连同盘中砝码的总质量远小于小车总质量为前提。教师的主导作用重在知识的迁移和方法的引导上，我们要关注学生实验迁移能力和发散性思维能力的培养，促进学生对物理实验从感性认识上升到理性的思考，从而将物理实验中“过程与方法”的目标内化为学生的精神财富。

作者:周笑春 单位:江苏省清江中学