俗话说“教有法而无定法”，同样学习也是“学有法而无定法”。尽管如此，学习和教学一样，也是有一定规律可寻的。只要同学们在学习中遵循一定的学习规律，借鉴现成的学习方法或是别人成功的学习方法，努力探索适合自己的学习方法，最终必会找到适合自己的最优化学习方法。本章介绍的物理学习方法，可供您在学习过程中借鉴，相信必能能起到“它山之石，可以攻玉”的作用。

物理实验中蕴藏的方法

我们常说“兴趣是最好的老师”；一旦我们有了学习物理的兴趣，就会获得巨大的动力，学习成绩也就会突飞猛进。兴趣的培养可以有多种渠道，结合物理学科的特点，实验应该是最重要的一种方法。

在我们的物理课本中有许多实验，如演示实验、学生实验和课本中介绍的小实验等。课本中的这些实验主要是用来验证规律的，但如果我们能认真研究并做好这些实验，我们的收获就不仅在于验证规律，它同时能使我们发现物理是有趣的，从而激发我们学习物理的兴趣。例如：课本上“显示微小形变”的小实验，如果我们自己动手做一下，并能认真分析一下其结果所反映的内容。那么我们不仅能对微小形变有正确的认识，而且从中我们也可以体会到学习物理的乐趣。所以培养学习物理的兴趣，认真观察、认真分析、努力做好实验是非常有用的一个方法。做完实验以后，如果仅仅停留在对于物理实验现象的好奇上，这是远远不够的，除了认真分析实验现象所反映的实质内容而外，更重要的，也是更高的要求要善于从物理实验中寻觅到隐藏在物理实验背后的实验方法。

实验方法主要是按照实验的目的，利用仪器、设备，人为地控制研究对象，排除干扰、突出主要因素，突出实验的现象、过程及其特征，研究物理规律所采用的方法。从认识论角度看，实验方法与分析、综合、归纳、演绎、类比等思维方法不同，因为实验方法更是一种感性的活动，能够直接改变客观事物，而分析等方法则是属于理性活动，但实验中又广泛运用这些思维方法，并把它们物化到实验设备和过程中去。实验方法与这些思维方法互相联系、互相贯通、融为一体。从这个意义上讲，实验更是一种抽象，因为在实验中已经把多种干扰因素、次要因素排除掉，而留下的是纯化了的被当作研究对象的主要的内容；实验也是一种分析与综合，是从物质手段再现出来的分析与综合；实验还是一种比较，对比实验就是比较。

近年来无论是中考还是高考都对学生的实验能力提出了更高层次的要求：由对实验的考查己从简单的背诵实验转向考查对实验的思想、方法和原理的理解以及应用的层次。特别是“3+X”高考考试科目设置改革，其测试重点考查学生对所学知识的理解、掌握和运用，因此实验题对实验能力考核要求更高，设计性实验也在所难免。因此，搞好物理实验的复习，摸清实验中蕴藏的研究方法也就至关重要。结合初高中物理教材，在中学物理实验蕴藏的中有存在的实验方法主要有以下几种。

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一、比较方法

比较（包括对比、对照、替代）的方法，是物理实验中最普通、最基本的实验方法。就物理量的测量而言，比较法可分为直接比较和间接比较两类。直接比较是将被测量与同类物理量具直接进行比较。如砝码、直尺、角规等，它们被赋予标准量值，供比较使用。在物理实验中，对一些物理实验现象或物理量，可通过比较而达到异中求同，同中求异的目的。例如，①研究物体的沉浮条件时，用重量相同的压偏的和中空的牙膏皮作比较；②斜面省力实验中，把不同倾角的斜面对比，斜面与竖直面对比；③用黑白颜色截然不同的两种物体表面来对比研究物体吸热本领的不同；④通电导体周围磁针偏转与磁性与磁铁周围的偏转作对比；⑤导体、绝缘体、半导体导电特性的对比；⑥同性与异性磁极间磁感线的对比；⑦静电场和电流场的比较；⑧研究密度、比热、电阻等表征物质特性的量的实验，采取对比更是有效的方法。

二、放大方法

对于物理实验中微小量或小变化的观察，可采用放大的方法.例如体温计、游标卡尺等仪器都是按放大原理制成的,此外还有:卡文迪许扭秤、库仑扭秤、微小形变的观察.放大的思想隶属于化归的方法，是化归法中的一种.

在实验教学中，为了更好，更方便的对实验中一些微小量的测量与显示，有时需对一些量进行适当的放大。放大的方法通常运用在力学、电学（电子学）、光学等实验中。根据实验的性质和放大对象的不同，放大所使用的物理方法也各异。

中学物理力学实验中的放大主要有两类：

1．“时间”的放大

在运动学实验中，有时为了便于对某些力学量的测量，为了清晰地显示物体运动过程，以便于观察比较，而需使物体运动一定过程或下落一定高度所用的时间“延长”。对此常用的方法有两种：①加阻力。如，钢球在油中匀速下落。②减小斜面倾角。如，伽俐略的“理想斜面实验”、“冲淡引力”的结果是“放大了时间”。

2．“形变”的放大

形变的放大是中学物理实验中常用放大技术应用的典型事例。形变是力的作用效果。在力学中，形变的基本表现形式为体积、长度和角度的改变。而显示形变的方法既可以用力学的方法，又可以用电学（电子学）、光学的方法等。

①体积改变的显示显示微小形变的实验就是通过小细管显示出玻璃瓶改变的体积；

②长度（位移）及其变化的测量与显示例如：在《测定金属电阻率》实验中所便用的螺旋测微器：主尺上前进（或后退）0.5毫米，对应副尺上有5n个等分，实际上是对长度的机械放大；

③角度变化的显示许多电表如电流表、电压表是利用一根较长的指针把通电后线圈的偏转角显示出来。又比如在《卡文迪许扭实验》，其测定万有引力恒量的思路最后转移到光点的移动（跟“库仑静电力扭枰实验一样），都是将微小形变放大方法的具体应用。

三、转换方法

某些物理量不容易直接测量，或某些物理现象直接显示有困难，可以采取把所要观测的变量转换成其它变量（力、热、声、光、电等物理量）的相互转换进行间接观察和测量，这就是转换法是以卡文迪许《利用扭秤装置测定万有引力恒量实验》为例：其基本的思维方法便是等效转换。卡文迪许扭秤发生扭转后，引力对T形架的扭转力矩与石英丝由于弹性形变产主的扭转力矩这就是等效转换，间接地达到了无法直接达到的目的。本实验中转换法还应用于石英丝扭转角度的测量上，这个角度不是直接测出的，而是利用平面镜反射光在刻度尺上移动的距离间接测出的。转换法是一种较高层次的思维方法。是对事物本质深刻认识的基础上才产生的一种飞跃。

“转换法”的特点，主要是指在保证效果相同的前提下，将不可见、不易见的现象转换成可见、易见的现象；将陌生、复杂的问题转换成熟悉、简单的问题。简单地说就是化繁归简、化难归易、化未知归已知．化归的思想要求不是直接对问题展开攻击，而是对问题进行变形、转化，直至把它化归为某个（些）已经解决的问题，或容易解决的问题。物理学中将难以测量或测准的物理量转换为能够测量或测准的物理量的方法就是典型的转化化归思想。高中物理课标教材的整个传感器一章，实质上着重讲的就是一个转换的思想，无非就是把非电学量（包括力的、热的、光的）转化为电学量。

例如，在研究电热的功率与电阻关系的实验中，电流通过阻值不等的两根电阻丝产生的热量无法直接观测和比较，而我们通过转换为让煤油吸热，观察煤油温度变化情况，从而推导出哪个电阻放热多.进而再问该实验能否不用煤油而改用其它方式来观察电阻通电后的发热情况？这样促使思维得以发散，转换的思维方法得到训练，相应设计实验的能力也随着提高了。

转化思想可以通过转换研究对象、空间角度、物理规律、物理模型、思维角度、物理过程、物理状态、时间角度等达到化繁为简，化难为易，间接地解决问题.这对于同学们的想象力、设计能力和创造性思维品质的培养是大有益处的。

四、模拟方法

有时受客观条件限制，不能对某些物理现象送行直接实验和测量，于是就人为地创造一定的模拟条件，在这样模拟的条件下进行实验叫做模拟法。模拟法是一种间接实验方法。它是以物理现象、过程为原型，设计出与其相似的模型，通过模型来说明原形或研究原型的规律性。

在中学物理实验中，模拟方法主要有物理模拟和数学模拟两类。

1.物理模拟

以模型与原型之间的物理相似或几何相似为基础的一种模拟方法称为物理模拟。所谓物理相似是指在模型和原型中所发生的物理过程是相似的。例如，高中物理课本中有关远距离输电的相关实验：远距离输电线路损耗的模型实验，远距离高压输电的模拟实验等等。

中学物理实验中相当一类实验也可以认为是物理模拟。

①形象直观的模仿。如人体触电“模拟”。这一实验方案多，但大多是将一“模拟人”置于一直观线路(环境)中，形象说明(显示)人触电的各种情况(类型)及预防措施。

②器材的仿制。仿制仪器、装置或工具等(整体的或局部的)，并用以说明(显示)原理、结构、性能、使用等情况。

2.数学模拟

数学模拟又称类比。它和物理相似不同，其模型和原型在物理实质上无共同之处，但它们却遵守相同的数学规律。在物理概念规律的学习中，对那些不易观察或不能从外部直接观察其内部状态的现象，因缺乏形象的感性材料而引起思维障碍就可以借助模拟实验来提供同学们熟悉的生动形象的感性材料，从而达到揭示现象本质，点拨思维的目的。例如在《电场中等势线的描绘》实验中，因为对静电场直接测量很困难，故采用易测量的电流场来模拟静电场。又如在确定磁场中磁感线的分布，因为磁感线实际不存在。我们就用铁屑的分布来模拟磁感线的形状.行之有效的模拟实验不但要形似，更要强调模拟实验和研究对象的共同点，从而创设正确的物理情景。

五、图象方法

图象法是处理实验数据常用的一种方法。它不仅具有简单明了、形象直观的特点，还能起到一般计算法所起不到的作用。

图象法除了一些常规用途之外，在中学物理实验中，还能在下面几个方面发挥它的作用。

1、简化方法

利用图象法常使人们较容易地抓住主要矛盾，抛开一些次要的未知因素或复杂因素，排除干扰，以使人们在确定实验方法时，不为过多的细小问题搞昏了头，在处理数据时，不为繁难的数学运算和大大小小的实验误差束缚了手脚。

2、抑制若干误差因素的影响

图描绘的过程，实际上是根据图线的总趋势(大部分数据的离散情况)，对各实验数据进行休整，而画出一条“平均线”的过程，在这一过程中，偶然误差的影响将被大大降低。这就为我们抑制若干主要误差因素的影响提供了一种有效的方法。

3、便于对实验数据进行深入分析

物理图象能直观地显示相应的物理量之间的相互关系和变化规律，反应一定的物理原理。图象不仅反应了物理量在若干个特定条件下的数值和状态，而且常能反应一般情况下的数值和状态。因此，我们可以由若干个特定条件下得到的数据，绘出图象，然后，根据这一图象去推测其他条件(状态)下的可能数据，并由此进行分析，以得到尽可能多的实验结论，或期望得到我们的实验无法直接得到的实验数据。对此，用得比较多的是“外推法”。有些物理量可以局部观察或测量，作为它的极端情况，不易直观观测，如果把这局部观察测量得到的规律外推到极端，可以达到目的。例如在测电源电动势和内电阻的实验中，无法直接测量I=0(断路)时的路端电压(电动势)和短路(U=0)时的电流强度，通过一系列U、I对应值点画出直线并向两方延伸，交U轴点为电动势，交I轴点为短路电流.；再比如气体实验定律图象中V-t和P-t图象，适当延长后与t轴的交点即是绝对零度。

六、理想实验的方法：影响物理现象的因素往往复杂多变，实验中常可采用忽略某些次要因素或假设一些理想条件的办法，以突出现象的本质因素，便于深入研究，从而取得实际情况下合理的近似结果（通俗他说就是抓大放小）。例如在《用单摆测定重力加速度》的实验中，假设悬线不可伸长，悬点的摩擦和小球在摆动过程的空气阻力不计；在电学实验中把电压表变成内阻是无穷大的理想电压表，电流表变成内阻等于0的理想电流表等等实际都采用了理想化法。利用理想模型所做的实验我们称为是理想实验，所以理想实验又叫“假想实验”“抽象的实验”或“思想上实验”、“头脑中的实验”。它是人们在思想中塑造的理想过程，是一种逻辑推理的思维过程和理论研究的重要方法。理想实验虽然也叫实验，但它同所说的真实的科学实验是有原则区别的，真实的科学实验是一种实践活动，而理想实验则是一种思维的活动，前者是可以将设计通过物理过程而实现的实验，后者则是由人们在抽象思维中设想出来而实际上无法做到的实验。理想实验的进行实际上也是过程模型的建立，只不过这个过程是运用想象和逻辑方法进行的实验过程而已。理想实验并不是脱离实际的主观臆想.首先，理想实验是以实践为基础的，所谓的理想实验就是在真实的科学实验的基础上，抓住主要矛盾忽略次要矛盾对实际过程做出更深入一层的抽象分析.其次，理想实验的推广过程是以一定的逻辑法则为根据的，而这些逻辑法则都是从长期的社会实践中总结出来的并为实践所证实了的.理想实验在自然科学的理想研究中有着重要的作用.但是，理想实验的方法也有其一定的局限性，理想实验只是一种逻辑推理的思维过程，它的作用只限于逻辑上的证明与反驳，而不能用来作为检验正确与否的标准。相反，由理想实验所得出的任何推论都必然要由观察实验的结果来检验。伽利略的斜面实验就是一个理想实验，整个实验过程是运用想象和逻辑方法进行的实验过程而已．另外，在初中阶段关于研究真空能否传声的问题，将一只小电铃放在密闭的玻璃罩内，接通电路，可清楚的听到铃声，用抽气机逐渐抽去玻璃罩内的空气，听到铃声越来越弱，这说明空气越稀薄，空气的传声能力越弱.实验中无法达到绝对的真空，但可以通过铃声的变化趋势，推测出真空不能传声，这与牛顿第一定律的建立过程是非常类似的，也属于理想实验。

七、控制变量法

控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。由于影响物理研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的.所以要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，必须人为的制造一些条件，便于问题的研究。例如当一个物理量与几个因素有关时，我们一般是分别研究这个物理量与各个因素之间的关系，再进行综合分析得出结论.这样就必须在研究物理量同其中一个因素之间的关系时，将另外几个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该物理量与这个因素之间的关系.这就是“控制变量”的方法。通过控制变量法，可以让我们很方便的研究出某个物理量与多个因素之间的定性或定量关系，从而能得出普遍的规律。

“控制变量法”无论在初中物理还是高中物理实验当中都是最常用的探究问题的科学方法。另外在初、高中物理教学中有许多概念或规律的探索过程，也都要用到控制变量法.例如，在研究导体的电阻跟哪些因素有关时，为了研究方便采用控制变量法.即每次须挑选两根合适的导线，测出它们的电阻，然后比较，最后得出结论.为了研究导体的电阻与导体长度的关系，应选用材料横截面相同的导线，为了研究导体的电阻与导体材料的关系，应选用长度和横截面相同的导线，为了研究导体的电阻与导体横截面的关系，应选用材料和长度相同的导线。研究影响力的作用效果的因素；研究液体蒸发快慢的因素；研究液体内部压强；研究动能势能大小与哪些因素有关；研究通电导体在磁场中受力与哪些因素有关；研究影响感应电流的方向的因素均采用此法。在高中物理中的许多实验，也多采用控制变量法来研究问题。最典型的例子是《验证牛顿第二运动定律》的实验，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加速度与力的关系：再保持力不变研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体质量之间的关系；再比如气体的性质，压强、体积和温度通常是同时变化的，我们可以分别控制一个状态参量不变，寻找另外两个参量的关系，最后再进行统一得出结论。

八、等效替代法

有一个广为人知的历史故事──曹冲称象。运用的就是一种等效替代的思想，曹冲用石头替代了大象，巧妙地测出了大象的重力。历史上，很多伟人也经常用等效法来使研究问题简化，例如，爱迪生用围成一圈的平面镜的反射光等效多个太阳造成了无影灯，他的助手阿普顿在苦苦计算灯泡的容积时，爱迪生却告诉他只需要把灯泡装满水，测量水的体积即为灯泡的容积。还有阿基米德在洗澡时发现了鉴别王冠真假的方法，从而也导致了一个重要的原理──阿基米德原理的发现.这样看来，当测量器材无法直接测量某个物理量时，就要设法用可以直接测量的物理量来取代不能直接测量的物理量，这就是“等效替代法”.采用此方法时，唯一要注意的是直接测量的与不能直接测量的物理量之间要有内在的联系，找到这种内在的联系，也就完成了实验的设计.可以说“等效替代”的思想是物理实验成功的最根本、最重要的思路，物理学中的相关定律、定理、公式、原理都是以替代思维成立的基础为出发点的.例如合力和分力的关系、重心的概念、等效电阻、等效电容等等。再如在初中物理中测量不规则固体的体积，就是利用物体浸没在液体中时，物体体积与物体排开的液体的体积相等的原理，将用替代.在有量筒或量杯时，可采用“排液补差法”或叫“等量空间占据法”测量。

等效替代法还可以用在一些器材的等效上，如果在研究某一个物理现象和规律中，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代，这样不仅能顺利得出结论，而且容易接受和理解。如：高中物理选修3-5探究动量守恒实验中，发生碰撞的两个小球的速度不易直接测量，可用水平位移代替水平速度研究；选修3-1中可以用电流场来模拟静电场等都用了等效替代的思想。

九、猜想法

在科学探究的学习过程中，猜想这一步骤有着举足轻重的地位，它是物理智慧中最活跃的成分，对学生猜想能力的培养，也是物理探究过程中的一个重要环节，而且猜想决定了科学探究的方向，因此，在物理学习的过程中，科学合理地猜想就显得格外重要。

首先，猜想要有一定经验和知识作为基础.在进行科学猜想能力方面的教学时，可先针对问题让学生展开想象的翅膀，鼓励学生把所有可能的情况都大胆地说出来，然后让学生根据已有知识和生活经验逐一进行分析，想想生活中有哪些事实支持它，它和已有知识是否一致，排除那些与经验和知识相矛盾的想法，留下的就可能是科学的猜想了，没有一定的知识和经验，猜想就成了是无本之木，无源之水。所以在学习中不能胡猜乱想，而应当依据事实、说出猜想的理由，这也是培养学生探究能力的方法之一。

进行猜想要注意把握好方向。在自主探究过程中，老师的引导可以起到了画龙点睛的作用，由于课堂教学的时间和器材以及学生的知识的限制，我们不可能一一进行探究，必须进行去粗取精、去伪存真，才能让探究过程顺利完成。

例如在猜想动能大小与哪些因素有关的时候，同学们猜想到的因素可能有质量、速度、重力、斜面坡度、高度等，特别应该注意一定要说出你猜想的理由和依据，要能举出相关的实例来证明。然后可以把其中类似的因素归为一类，即质量和重力可以归为质量这个因素，斜面坡度、高度、速度都可以归为速度这个因素。这样就把动能大小归纳猜想为与质量和速度这两个因素有关。

十、留迹法：

有些物理现象瞬间即逝，我们需要将其记录下来研究，如同摄像机一样拍摄下来进行分析。例如：在《测定匀变速直线运动的加速度》、《验证牛顿第二运动定律》、《验证机械能守恒定律》等实验中，就是通过纸带上打出的点记录下小车（或重物）在不同时刻的位置，（位移）及所对应的时刻，从而可从容计算小车在各个位置或时刻的速度并求出加速度；对于简谐运动，则是通过摆动的漏斗漏出的细沙落在匀速拉动的硬纸板上而记录下各个时刻摆的位置，从而很方便地研究简谐运动的图像；又如利用闪光照相记录自由落体运动的轨迹；用示波器观察交流信号的波形等等实际都采用了留迹法。

十一、累积法：

把某些难以用常规仪器直接准确测量的物理量用累积的方法，将小量变大量，不仅可以便于测量，而且还可以提高测量的准确程度，减小误差.如测量均匀细金属丝直径时，可以采用密绕多匝的方法；测量单摆的周期时，可测30-50个全振动的时间；分析打点计时器打出的纸带时，可隔几个点找出计数点分析等.将微小量累积后测量求平均的方法，能减小相对误差。实验中也经常涉及这一方法。例如，在《用单摆测定重力加速度》实验中，需要测定单摆周期，用秒表测一次全振动的时间误差很大，于是采用测量30-50次全振动的时间t，从而求出单摆的周期T=t/n(n为全振动次数)。又如在《测定金属电阻率》的实验中，若没有螺旋测微器时，也可把金属在铅笔上密绕若干圈，由线圈总长度来测出金属丝的直径、”十二、平衡法

“物理学中常常利用一个量的作用与另一个（或几个）量的作用相同、相当或相反来设计实验，制作仪器，进行测量。例如测量中的基本工具弹簧秤的设计是利用了力的平衡，天平的设计是根据力矩的平衡；温度计是利用了热的平衡；量热器的制造也是利用了热量的平衡；验证玻意耳定律的实验也是利用了压强的平衡。

通过上述的介绍，您是不是已经充分了解了蕴藏在物理实验当中的方法？只有认真领悟到真实实验中的思想方法，并把这些方法应用到设计性实验当中去，达到能够运用这些实验方法独立设计实验的能力，这样这些实验方法才算内化成为你自己的方法，您的思维能力自然就会相应地有所提高。

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