浅谈物理思维方法在实验教学中的应用

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1、浅谈物理思维方法在实验教学中的应用　　物理是一门以实验为基础的科学，实验对理解和掌握物理概念和规律，对物理知识的巩固和运用，对提高物理教学质量等都起着重要的作用.教学实践证明，物理实验课的教学，使学生明确实验目的，掌握实验结论固然重要，但更重要的是通过实验培养学生的思维能力和掌握各种科学的思维方法，提高综合素质.在此，笔者根据教学实践的经验，将物理实验中几种常用的思维方法作肤浅的分析.　　1控制变量的思维方法在实验中的应用　　控制变量的思维方法是物理学在研究多因素变化问题时常用的一种基本方法，其过程为：研究几个物理变量间的关系，先控制某一

2、个变量（或一些变量）保持不变，研究其余变量之间的变化关系；然后，再转换控制另一变量（或一些变量）保持不变，研究其余变量之间的变化关系；最后，在上述基础上综合得出几个物理变量间的关系.　　如图1所示，让钢球从斜面上滚下，打到一个小木块上并推动木块做功.让同一钢球从不同高度滚下，看哪次木块被推得远.换用质量不同的钢球，让它们从同一高度滚下，看哪个钢球把木块推得远.　　思维方法分析该实验研究三个变量，即物体动能的大小与物体的质量、速度的大小的关系.我们知道，如果物体的动能、质量、速度同时变化，那么就难以确定速度变化与动能的关系和质量变化与动能变

3、化的关系.因此，要确定速度变化与动能变化的关系，必须先控制质量不变.同理，要确定质量变化与动能变化的关系，必须先控制速度不变.实验第一步研究动能与速度的关系，钢球通过从不同高度滚下，改变了钢球滚到斜面底端的速度大小，根据木块被推得远近，就能明确动能与速度的关系.但确定这两个变量的关系时，必须先控制另一变量――质量不变，即钢球必须为“同一个钢球”.实验第二步研究动能与质量的关系.同样道理，在进行这一步研究时，必须控制另一变量――速度不变，即控制钢球必须从同一高度滚下，使不同钢球滚到斜面低端的速度大小相同.　　通过实验教学，对应用控制变量的思

4、维方法，笔者有两点体会：（1）应用条件：几个物理量，必须都是变量，每一个变量又保持独立，但它们之间的变化是互相联系，互相影响的.（2）应用的特点：该思维方法应用的每一步，往往只定性研究其中两个变量间的关系，而其余的一个或一些变量必须控制不变.　　2假设与推理的思维方法在实验中的应用　　假设与推理是研究物理问题的另一种思维方法，在解释和论证物理现象、物理规律时，常常先提出假设，然后依据已掌握的物理知识进行逻辑推理，进而得出结论.这种思维方法在教材实验中也有体现，下面笔者结合实验浅谈怎样应用假设与推理.　　在“牛顿第一定律”这一节的演示实验中

5、，实验研究的问题是物体在没有受到外力作用的情况下，运动状态将会如何？　　（1）如图2所示，让小车从斜面端滑下，滑到铺有毛巾的平面上，观察小车前进的距离.　　（2）让小车从斜面端滑下，滑到铺有棉布的平面上，观察小车前进的距离有何变化.　　（3）让小车从斜面端滑下，滑到木板平面上，观察小车前进的距离有何变化.　　思维方法分析从实验中观察到，在同样条件下，平面越光滑，小车受到的摩擦阻力越小，速度减少越慢，小车前进得越远.在此实验的基础上设想――从平面光滑程度的角度考虑，若平面足够光滑，小车应能永远运动下去.于是可产生下面的假设与推理过程：假设在

6、理想情况下，如果平面绝对光滑，则改变小车运动状态的摩擦阻力为零，即小车的速度不会减小，这时小车以恒定不变的速度永远运动下去.　　在此基础上，经笛卡尔的补充和完善，牛顿总结出重要的牛顿第一定律.在应用假设与推理的思维方法研究问题时，应注意下面三点：（1）方法应用的关键：在真实的实验基础上，抓住主要因素，忽略次要因素，把经验事实抽象结合起来，通过假设与推理，揭示现象或规律的本质；（2）假设提出的条件：大胆的假设是有条件的，假设的提出应建立在可靠的事实的基础上，必须合乎情理，而不是盲目的胡猜乱想；（3）假设提出的角度：在研究问题而用到假设与推理

7、时，应从与问题相关的某一方面提出假设，然后根据已掌握的物理知识进行推理.　　3逆向思维方法在实验中的应用　　逆向思维方法就是在顺向思维的基础上，以截然相反的方式、方法、途径去研究问题的一种思维方法.在物理学的发展史中，应用逆向思维获得重大成就的大有人在，如物理学家法拉第就是由这种思维产生了磁生电的想法，从而发现电磁感应现象.在初中物理实验教学中，亦多次应用逆向思维方法研究问题.　　如图3所示，让光线以某一角度射向水面，观察进入水中的光线方向如何改变.改变入射角，再做一次，如果让光线逆着折射光线的方向从水或其他介质射入空气中的折射光线逆着原

8、来入射光线的方向射出.　　思维方法分析本实验是研究光的折射，通过实验得出光从空气射入水（或其他介质）的折射规律.整个过程是顺向思维过程，如果从相反方面用相反方法、相反过程去进行实验，会得到什么