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物理實驗的科學(xué)思想方法研究論文
一、實驗方案的操作方法
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，進而搞清所有的xi對A的影響的方法。在本實驗中，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動過程中的特征和規(guī)律。因此，通過對運動物體留下的痕跡的研究來把握其運動規(guī)律，是研究運動的一種好方法。在本實驗中，采用了“留跡法”:用打點計時器在與小車相連的紙帶上打下眾多時刻的瞬時位置點跡，然后通過點跡的分析求解出小車的速度和加速度，最后得出小車運動的規(guī)律。
3．比較法。在課本實驗參考案例中，用比較法探究加速度與外力、質(zhì)量的關(guān)系，即取兩個相同的小車放在傾斜的木板上，前端各系一條細繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可放砝碼。兩小車后端各系一條細繩，一起被同一個夾子夾著而使小車靜止，打開夾子，讓兩小車同時開始運動，關(guān)上夾子，兩小車同時停下來。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現(xiàn)，而不必測量加速度的大小，簡化了實驗操作，俗稱“雙車法”實驗。
4．等效法。如果在研究某一個物理現(xiàn)象和規(guī)律中，因?qū)嶒灡旧淼奶厥庀拗苹蛞驅(qū)嶒炂鞑牡认拗�，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”。在本實驗中，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動，這時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、實驗數(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。在本實驗中，由于打點周期小，紙帶上相鄰兩點的間隔很小，用刻度尺直接測量相鄰兩點的間距誤差較大，而選擇每隔幾個點(如5個點)作一個計數(shù)點，再用刻度尺直接測量相鄰兩計數(shù)點的間距，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。本實驗中，若利用速度公式求解加速度大小，則涉及到瞬時速度的測量，而直接測量瞬時速度并不容易，但把對某一段時間內(nèi)中間時刻的瞬時速度的測量轉(zhuǎn)換成對該段時間內(nèi)的平均速度的測量，則顯得較為容易。當(dāng)然，本實驗中加速度的測量也可轉(zhuǎn)換為對連續(xù)相等的時間內(nèi)位移之差與時間平方比值的測量。
3．替代法。在本實驗中，由于小車在運動，無法利用測力計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)生實驗遷移能力和發(fā)散性思維能力的培養(yǎng)，促進學(xué)生對物理實驗從感性認識上升到理性的思考，從而將物理實驗中“過程與方法”的目標(biāo)內(nèi)化為學(xué)生的精神財富。
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