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用實驗探究物理問題的方法

來源:不詳       更新時間:2013-3-11 13:26:12
 
    實驗是學習和研究物理問題的一種基本方法,如何通過實驗來研究物理問題,初中物理大概有如下幾種方法:
  
  1通過實驗來測定物理量
  
  研究物理問題離不開測定有關的物理量,用實驗來測定所需的物理量有兩種方法:其一是用儀器、儀表或者量具直接測定。如用刻度尺測長度、用鐘表測時間、用彈簧秤測力、用量筒測體積、用天平測物體的質量、用安培表和伏特表測電流和電壓等,這是初中物理實驗必須學會和掌握的。其二是運用物理概念和規律,通過物理公式間接測定。如測量物質的密度,須先測出它的質量m和體積V,然后運用公式Q=mV求出密度;測導體的電阻須先測出通過導體的電流I和導體兩端的電壓U,然后運用公式R=UI求出該段導體的電阻。類似這樣的實驗還有測小燈泡的功率,測機械效率等。
  
  2通過實驗驗證物理規律
  
  有些物理規律是根據某些物理現象提出假說或者從已知規律作出推理。這些假說或推理是否正確,可以通過實驗來驗證。例如分析浮在液面上物體所受到的力,得到這時它的浮力與重力相等,進而推理得出物體要浮在液面上必須滿足浮力等于重力這個條件,這個推理對不對呢?通過實驗“研究物體浮在液面的條件”。實際測出浮在液面上的物體的重量和計算它所受到的浮力,得到F浮=G的結論。這樣就證明了物體沉浮條件的正確性。再如彈簧秤的刻度為什么是均勻的,即要均勻必須有彈簧的伸長和拉力成正比,實際測得在彈性限度內,F增大幾倍,彈簧的伸長X也增加了相同的倍數,據此制造出彈簧秤。
  
  3通過實驗探索物理規律
  
  對某些物理現象的未知規律,需要通過實驗來進行探索,找出它的規律性。例如,物體在接觸面上滑動時會受到摩擦,那么摩擦力的大小與哪些因素有關呢?這就需要通過實驗來進行研究。在多種研究方法中,通常采用的是控制條件的方法。所謂控制條件就是人為地控制某一個因素或某幾個因素不變,只改變其中的一個因素,觀察這個因素所起的作用,然后采取同樣的辦法,逐個逐次地觀察每個因素的作用;最后綜合實驗結果,得到一個較全面的認識。
  
  根據這種方法,在“研究滑動摩擦”時首先控制木塊的重量(即控制木塊的壓力)不變,只改變木塊表面的粗糙程度,經過逐次觀察,得到在壓力不變的情況下,滑動摩擦力與接觸面的粗糙程度有關系,即木塊表面越粗糙,滑動摩擦力越大;再保持木塊的粗糙程度不變,改變壓力的大小得到,滑動摩擦力與壓力有關,即壓力越大,摩擦力就越大。最后綜合兩方面的認識得出結論:摩擦力與壓力的大小有關,與接觸面的粗糙程度有關。壓力越大,摩擦力越大;接觸面越粗糙,摩擦力越大。實驗數據如何處理,初中物理介紹了兩種基本方法即圖表法和圖象法。這兩種方法使實驗數據一目了然,便于對比分析出各物理量之間的關系。例如“研究晶體的熔解和凝固過程”就是采用這種方法處理實驗數據的,如圖1所示。
  


  通過圖象可以很直觀地看到AB段:在給晶體加熱的過程中,隨著時間的增長,溫度不斷升高,此階段仍為固態晶體;BC段:當溫度升高到B點時,繼續加熱,開始有液體出現,隨著時間的推移,液體越來越多,固體越來越少,雖然在繼續加熱,但溫度一直不變,這個不變的溫度就是熔點,萘的熔點為800C。達到C點,全部變為液體;CD段:繼續加熱,液態萘溫度不斷升高。至此,晶體的熔化過程經過了三個階段。
  
  晶體的凝固與熔解過程相反,如圖中DE段液態萘溫度下降(放熱),達到E點所對應的溫度時有固態萘出現;繼續放熱,固態萘越來越多,液態萘越來越少,此階段雖然放熱,但溫度始終不變,此溫度叫凝固點。同種晶體與其熔點相同,直到F點全部凝固為固態萘;繼續放熱,出現FG階段固態萘的溫度下降。可見晶體在熔解BC段和凝固EF段都是固液共存。
  
  由實驗數據作出的上述萘的熔解和凝固圖象,清楚地反映了晶體萘在熔解和凝固過程中溫度隨時間變化的情況和物理特征。根據圖象還可以找到它的熔點和凝固點,反映了晶體從固態到液態和從液態到固態之間的變化規律。因此,精確地測量出實驗數據(填表),再根據實驗數據作出圖象,根據圖象便能反映出某種規律是物理實驗的基本目的。

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