高中物理实验教学中的思想方法归纳
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作者: 雷育荣
摘 要： 本文论述了存在于物理实验教学中的思想方法，主要包括理想化法、等效替代法、累积法、模拟法、控制变量法、图像法、放大法和留迹法。
关键词： 新课程改革 物理实验教学 思想方法
物理是一门以实验为基础的学科，许多物理概念、现象、规律都是通过实验发现总结出来的。因此，在平时的教学中应培养学生的实验意识，搞好实验课教学，通过实验再现客观世界，探究验证其中的规律。这样，既能真实有效地帮助学生认识物理现象和周围世界，掌握物理知识，又能激发学生的学习兴趣和创新意识，进一步提高学生发现问题、提出问题和解决问题的能力。下面就物理实验教学中常见的思想方法进行归纳。
一、理想化法
理想化法是中学物理课本中研究物理现象和规律最基本、最广泛的方法，在研究的过程中假设一些理想条件或忽略某些次要因素，突出本质因素，从而得到与实际情况近似的合理结果。
其一般包括两个方面：理想化实验和理想化模型。理想化实验是在真实实验的基础上，通过对条件进行理想化处理，进一步得出更本质的结论，是一种假想实验或思想上的实验，不能用真实实验直接探究或验证。例如伽利略论证惯性定律所设想的实验就是物理学史上著名的理想实验，其认为若没有摩擦阻力，从斜面滚下的小球将在无限长的水平面上永远运动下去。理想化模型可以说已经渗透到了课本中，尤其在实验中常常用来代替客观原型。实验“探究单摆周期与摆长的关系”，单摆就是实际摆的理想化模型，实验过程中也采用了理想化处理，假设悬线不可伸长，悬点的摩擦和小球摆动过程中空气阻力不计，等等；电学实验中把电压表看作内阻无穷大的理想电压表，把电流表看作内阻为零的理想电流表；运动学中的质点、自由落体运动、匀速直线运动，机械振动中的弹簧振子，静电场中的点电荷、试探电荷、匀强电场等都进行了理想化处理。
二、等效替代法
等效替代法是物理实验中常用的研究方法，是把一些复杂问题用简单的或已经解决的问题来代替，但不会改变物理效果。比如“探究求合力的方法”实验，先用两个互成角度的力拉橡皮条，再用一个力代替这两个力使橡皮条伸长相同的长度，两种情况下作用效果相同，是一种等效替代，把这一个力称为另外两个力的合力；“碰撞中的动量守恒”实验，把小球水平速度的测量等效地转化为水平位移，这种方法直观明了，大大地简化了实验过程。
三、累积法
实验中一些微小量用常规仪器难以直接准确测量，将其累积变大量测量的方法为累积法。例如“探究单摆周期与摆长关系”实验，用秒表直接测量单摆做一次全振动的时间T，误差很大，这时，可测量多次（30―50次）全振动的时间t，那么，单摆的周期T=t/n（n为全振动次数）。这种方法可提高测量准确度，减小实验相对误差。在“测定金属电阻率”的实验中，除了用螺旋测微器直接测量金属丝直径外，还可将金属丝密绕在铅笔上，由线圈的排列长度除以圈数得到金属丝直径。
四、模拟法
它是通过设计与物理现象或过程相似的模型，并利用该模型间接研究原型的方法。典型实验就是电学部分“电场中等势线的描绘”，由于直接描绘静电场的等势线很困难，而恒定电流的电场与静电场相似，因此用恒定电流的电场模拟静电场中等势线的分布情况；电场线可以形象地描述电场的分布，形状通过实验来模拟；还有磁场线、铁棒的磁化和退磁、布朗运动等都是模拟的例子。
五、控制变量法
一个物理量或现象往往受很多因素的影响。保持其他因素不变，研究某一因素与该物理量的关系，称之为控制变量法。如在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，先保持物体质量不变，分析加速度与力的关系，再保持力不变，分析加速度与质量的关系。最后综合分析得出它们之间的关系。“影响电荷间作用力的因素”、“探究导体电阻与其他因素的关系”实验也用到了该实验思想。
六、图像法
将物理量间的代数关系用图像方式来表示，可清晰描述物理量之间的动态变化过程，把物理量之间的相互依赖关系（线性关系、周期性等）形象直观地呈现出来，能产生一般计算法所不能得到的效果。在振动和波的这部分内容中图像法是主角。简谐振动通过图像来描述单个质点位移随时间的变化关系，简谐波也是运用图像来描述不同质点在同一时刻偏离平衡位置的位移；在“探究小车速度随时间的变化”、“测绘小灯泡伏安特性曲线”实验中都运用了此方法来处理数据。
七、放大法
为了提高测量精度，把物理量的数值变大、作用时间延长、作用空间扩展的方法叫做放大法。对象不同，放大时所使用的方法也各异。螺旋测微计、读数显微镜等测量仪器的机械部分都是采用螺旋测微装置进行的，螺旋测微计就是把沿轴线方向微小移动量用可动尺上较大的旋转量表示出来；库伦扭秤实验中运用了两次放大：一方面微小的力通过较长的力臂可以产生较大的力矩，使悬丝产生一定角度的扭转，另一方面在悬丝上固定一平面镜，它可以把入射光线反射到刻度尺上，通过反射光线射到刻度尺上的光点移动，就可把悬丝的微小扭转显现出来。将微小形变放大的具体应用还有卡文迪许引力实验等。
八、留迹法
利用特殊手段把一些转瞬即逝的现象记录下来可便于研究。在动力学实验中，利用打点计时器在纸带上留下的点迹来记录小车或重物在不同时刻对应的位置，通过分析点迹计算得出实验结果。“用打点计时器测速度”、“探究小车速度随时间变化的规律”、“探究加速度与力、质量的关系”等实验都用到此方法。另外，用频闪照相机记录自由落体或平抛运动中小球的轨迹；在“电场中等势线的描绘”实验中，用探针通过复写纸在白纸上留下的痕迹记录等势点的位置，这些都是留迹法在实验中的巧妙应用。
总之，在新课程改革的环境中，我们必须摒弃“实验不重要、干讲比实做好、用动画代替真实实验”等错误的观念，进一步重视落实实验教学的创新和实验仪器的配备，深刻领悟真实实验中的思想方法，这样才能全面促进实验教学的开展，更好地为学生服务。
参考文献：
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［4］王彬.对高中物理实验教学的体会［J］.新课程研究・基础教育，2008，（3）.
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