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用实验探究物理问题的方法

来源:不详       更新时间:2013-3-11 13:26:12
 
    实验是学习和研究物理问题的一种基本方法,如何通过实验来研究物理问题,初中物理大概有如下几种方法:
  
  1通过实验来测定物理量
  
  研究物理问题离不开测定有关的物理量,用实验来测定所需的物理量有两种方法:其一是用仪器、仪表或者量具直接测定。如用刻度尺测长度、用钟表测时间、用弹簧秤测力、用量筒测体积、用天平测物体的质量、用安培表和伏特表测电流和电压等,这是初中物理实验必须学会和掌握的。其二是运用物理概念和规律,通过物理公式间接测定。如测量物质的密度,须先测出它的质量m和体积V,然后运用公式Q=mV求出密度;测导体的电阻须先测出通过导体的电流I和导体两端的电压U,然后运用公式R=UI求出该段导体的电阻。类似这样的实验还有测小灯泡的功率,测机械效率等。
  
  2通过实验验证物理规律
  
  有些物理规律是根据某些物理现象提出假说或者从已知规律作出推理。这些假说或推理是否正确,可以通过实验来验证。例如分析浮在液面上物体所受到的力,得到这时它的浮力与重力相等,进而推理得出物体要浮在液面上必须满足浮力等于重力这个条件,这个推理对不对呢?通过实验“研究物体浮在液面的条件”。实际测出浮在液面上的物体的重量和计算它所受到的浮力,得到F浮=G的结论。这样就证明了物体沉浮条件的正确性。再如弹簧秤的刻度为什么是均匀的,即要均匀必须有弹簧的伸长和拉力成正比,实际测得在弹性限度内,F增大几倍,弹簧的伸长X也增加了相同的倍数,据此制造出弹簧秤。
  
  3通过实验探索物理规律
  
  对某些物理现象的未知规律,需要通过实验来进行探索,找出它的规律性。例如,物体在接触面上滑动时会受到摩擦,那么摩擦力的大小与哪些因素有关呢?这就需要通过实验来进行研究。在多种研究方法中,通常采用的是控制条件的方法。所谓控制条件就是人为地控制某一个因素或某几个因素不变,只改变其中的一个因素,观察这个因素所起的作用,然后采取同样的办法,逐个逐次地观察每个因素的作用;最后综合实验结果,得到一个较全面的认识。
  
  根据这种方法,在“研究滑动摩擦”时首先控制木块的重量(即控制木块的压力)不变,只改变木块表面的粗糙程度,经过逐次观察,得到在压力不变的情况下,滑动摩擦力与接触面的粗糙程度有关系,即木块表面越粗糙,滑动摩擦力越大;再保持木块的粗糙程度不变,改变压力的大小得到,滑动摩擦力与压力有关,即压力越大,摩擦力就越大。最后综合两方面的认识得出结论:摩擦力与压力的大小有关,与接触面的粗糙程度有关。压力越大,摩擦力越大;接触面越粗糙,摩擦力越大。实验数据如何处理,初中物理介绍了两种基本方法即图表法和图象法。这两种方法使实验数据一目了然,便于对比分析出各物理量之间的关系。例如“研究晶体的熔解和凝固过程”就是采用这种方法处理实验数据的,如图1所示。
  


  通过图象可以很直观地看到AB段:在给晶体加热的过程中,随着时间的增长,温度不断升高,此阶段仍为固态晶体;BC段:当温度升高到B点时,继续加热,开始有液体出现,随着时间的推移,液体越来越多,固体越来越少,虽然在继续加热,但温度一直不变,这个不变的温度就是熔点,萘的熔点为800C。达到C点,全部变为液体;CD段:继续加热,液态萘温度不断升高。至此,晶体的熔化过程经过了三个阶段。
  
  晶体的凝固与熔解过程相反,如图中DE段液态萘温度下降(放热),达到E点所对应的温度时有固态萘出现;继续放热,固态萘越来越多,液态萘越来越少,此阶段虽然放热,但温度始终不变,此温度叫凝固点。同种晶体与其熔点相同,直到F点全部凝固为固态萘;继续放热,出现FG阶段固态萘的温度下降。可见晶体在熔解BC段和凝固EF段都是固液共存。
  
  由实验数据作出的上述萘的熔解和凝固图象,清楚地反映了晶体萘在熔解和凝固过程中温度随时间变化的情况和物理特征。根据图象还可以找到它的熔点和凝固点,反映了晶体从固态到液态和从液态到固态之间的变化规律。因此,精确地测量出实验数据(填表),再根据实验数据作出图象,根据图象便能反映出某种规律是物理实验的基本目的。

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