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物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)思想方法研究論文
一、實(shí)驗(yàn)方案的操作方法
1．控制變量法。若多種因素x1、x2、……均影響著某個(gè)物理量A，則可以采用先控制其它的因素不變而研究其中某一因素xi對A的影響，然后逐步更替xi，進(jìn)而搞清所有的xi對A的影響的方法。在本實(shí)驗(yàn)中，采用了“控制變量法”:先在控制小車質(zhì)量一定的條件下研究合力與加速度的關(guān)系，然后再控制合外力一定的條件下研究小車質(zhì)量與加速度的關(guān)系，最后綜合得出物體的加速度與它受到的合力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。
2．留跡法。運(yùn)動物體無論以何種方式留下的何種痕跡，都將或多或少地暴露出它在運(yùn)動過程中的特征和規(guī)律。因此，通過對運(yùn)動物體留下的痕跡的研究來把握其運(yùn)動規(guī)律，是研究運(yùn)動的一種好方法。在本實(shí)驗(yàn)中，采用了“留跡法”:用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與小車相連的紙帶上打下眾多時(shí)刻的瞬時(shí)位置點(diǎn)跡，然后通過點(diǎn)跡的分析求解出小車的速度和加速度，最后得出小車運(yùn)動的規(guī)律。
3．比較法。在課本實(shí)驗(yàn)參考案例中，用比較法探究加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系，即取兩個(gè)相同的小車放在傾斜的木板上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被同一個(gè)夾子夾著而使小車靜止，打開夾子，讓兩小車同時(shí)開始運(yùn)動，關(guān)上夾子，兩小車同時(shí)停下來。通過增減小盤中的砝碼來改變小車所受的合力，增減小車內(nèi)的砝碼可改變小車的質(zhì)量。在控制兩輛小車質(zhì)量相同的基礎(chǔ)上，比較兩車加速度與合力的關(guān)系，再控制合力相同的基礎(chǔ)上，比較兩車加速度與小車質(zhì)量的關(guān)系，最后得出加速度與它受到的合力及物體質(zhì)量之間的關(guān)系。其中加速度的比較可通過對位移的比較來實(shí)現(xiàn)，而不必測量加速度的大小，簡化了實(shí)驗(yàn)操作，俗稱“雙車法”實(shí)驗(yàn)。
4．等效法。如果在研究某一個(gè)物理現(xiàn)象和規(guī)律中，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)象來替代，這樣不僅能順利得出結(jié)論，而且容易被學(xué)生接受和理解，這種方法稱之為“等效法”。在本實(shí)驗(yàn)中，小車所受摩擦力不可避免，若在長木板不帶滑輪的一端下面墊一些小木片，反復(fù)改變墊高，直至小車在傾斜的木板上作勻速直線運(yùn)動，這時(shí)小車重力沿斜面的下滑分量與小車所受的摩擦力平衡，即用下滑力抵消了摩擦力的影響，等效于小車不受阻力。
二、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的測量方法
1．累積法。對某些微小量來說，在現(xiàn)有儀器的精度內(nèi)難以測量準(zhǔn)確，若采用將這些微小量累積，將小量變大量，更便于測量，從而提高測量的準(zhǔn)確度，減小測量誤差。在本實(shí)驗(yàn)中，由于打點(diǎn)周期小，紙帶上相鄰兩點(diǎn)的間隔很小，用刻度尺直接測量相鄰兩點(diǎn)的間距誤差較大，而選擇每隔幾個(gè)點(diǎn)(如5個(gè)點(diǎn))作一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，再用刻度尺直接測量相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)的間距，測量結(jié)果較為準(zhǔn)確，求解出的紙帶加速度也更為準(zhǔn)確。
2．轉(zhuǎn)換法。本實(shí)驗(yàn)中，若利用速度公式求解加速度大小，則涉及到瞬時(shí)速度的測量，而直接測量瞬時(shí)速度并不容易，但把對某一段時(shí)間內(nèi)中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度的測量轉(zhuǎn)換成對該段時(shí)間內(nèi)的平均速度的測量，則顯得較為容易。當(dāng)然，本實(shí)驗(yàn)中加速度的測量也可轉(zhuǎn)換為對連續(xù)相等的時(shí)間內(nèi)位移之差與時(shí)間平方比值的測量。
3．替代法。在本實(shí)驗(yàn)中，由于小車在運(yùn)動，無法利用測力計(jì)直接測量小車所受拉力的大小，因此可在平衡摩擦力的基礎(chǔ)上，用小盤連同盤中砝碼的總重力替代小車所受的拉力大小，由連接體的運(yùn)動規(guī)律可知，這一替代需要滿足小盤連同盤中砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車總質(zhì)量為前提。教師的主導(dǎo)作用重在知識的遷移和方法的引導(dǎo)上，我們要關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)遷移能力和發(fā)散性思維能力的培養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生對物理實(shí)驗(yàn)從感性認(rèn)識上升到理性的思考，從而將物理實(shí)驗(yàn)中“過程與方法”的目標(biāo)內(nèi)化為學(xué)生的精神財(cái)富。
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