一、科學研究的基本過程

二、研究物理現象常用的幾種方法

1.轉換法。對于一些看不見、摸不著的物質或物理問題，我們往往要拋開事物本身，通過觀察和研究它們在自然界中表現出來的外顯特性、現象或產生的效應等去認識事物的方法，在物理學中稱作轉換法。轉換法是幫助我們認識抽象物理現象的一種常用的科學方法，如：在認識和研究“分子在永不停息地做無規則運動”理論時，可以通過宏觀上的擴散現象去認識和理解它；通過各種電流的效應來判斷電流的存在；通過小磁針的指向或偏轉以及與其他一些磁場的效應來判斷磁場的存在；通過觀察驗電器中錫箔片的開合來判斷物體是否帶電；通過感覺空氣的流動以及現實生活中對大氣壓強的各種應用來證明空氣和大氣壓強的存在。很多儀器的制造也利用了轉換法，如：將看不見、摸不著的溫度轉換成液柱的升降制成了溫度計；將看不見、摸不著的液體壓強轉換成兩液面的高度差制成了壓強計等。

2.類比法。由一類事物所具有的屬性，推出與其類似事物也具有這種屬性的思考和處理問題的方法，在物理學中稱作類比法。認識和研究物理現象、概念和規律時，將它與生活中熟悉且有共同特點的現象進行靈活、合理的類比，有助于理解，如：在認識電流、電壓的概念，研究電源的作用和影響電阻大小的因素等概念或規律時，與水流水壓模擬實驗、抽水機的作用和水渠對水流的影響等物理現象進行類比等。

3.理想化法。根據所研究的問題（一般都十分復雜，涉及諸多因素）的需要和具體情況，確定研究對象的主要因素和次要因素，保留主要因素，忽略次要因素，排除無關干擾，從而簡明扼要地揭示事物的本質的方法，在物理學中稱作理想化法。理想化法是一種科學抽象，是研究物理學的重要方法。理想化法包括理想實驗法和理想模型法。

（1）理想實驗法。理想實驗又叫做假想實驗或思想上的實驗，它是人們在思想中塑造的一種理想實驗，是邏輯推理的一種特殊形式，在現實中并不能進行。理想實驗法在物理學的理論研究中有重要的作用，如：伽利略論證慣性定律所設想的實驗——在無摩擦的情況下，從斜槽滾下的小球將以恒定的速度在無限長的水平面上永遠不停地運動下去，就是物理學史上著名的理想實驗；將一只鬧鐘放在密封的玻璃罩內，當罩內空氣被抽走時，鈴聲變小，由此推理出真空不能傳聲等。顯然上述實驗是人們在思維中進行的理想過程，與實際實驗相比，理想實驗能更大程度地突出實驗中的主要因素，忽略次要因素，得出更本質的結論。

（2）理想模型法。理想模型可分為對象模型、條件模型和過程模型三類。

①對象模型。用來代替研究對象實體的理想化模型叫做對象模型，如：視為點光源的較小發光體，表示光的直線傳播的光線，描述磁場的磁感線；描述力的圖示、力的示意圖；推導液體壓強公式時選取的“液柱”，分析連通器原理和托里拆利實驗原理時取的“液片”等。

②條件模型。把研究對象所處的外部條件理想化建立的模型叫做條件模型，如：光滑表面，輕桿，輕繩，均勻介質；電學實驗中把電壓表視為內阻是無窮大的理想電壓表，將電流表視為內阻等于0的理想電流表等。

③過程模型。實際的物理過程都是諸多因素作用的結果，忽略次要因素的作用，只考慮主要因素引起的變化過程叫做過程模型，如：在空氣中自由下落的物體，空氣阻力的作用與重力相比較忽略不計時，可抽象為自由落體運動。

4.等效替代法。在研究某物體或物理現象的作用效果時，有時為了使問題簡化，常用一個物理量來代替其他所有物理量，但不改變物理效果的方法，在物理學中稱作等效替代法。等效替代法給問題的闡釋或解答帶來極大方便，如：用合力替代各個分力；用總電阻替代串聯、并聯的部分電阻；用浮力替代液體對物體的各個方向的壓力等。

6.歸納推理法（又稱歸納法）。從一般性較小的前提出發，推出一般性較大的結論的推理方法，在物理學中稱作歸納法。在科學研究中，歸納法發揮著重要的作用，許多物理概念、定律及規律的獲得都是由實驗歸納獲得的。

在研究物理現象、概念和規律時，要注意使用科學研究方法，以加深對物理現象、概念或規律的認識和理解，培養科學思維習慣，提高科學素養。知識點一

科學方法中的實驗推理法

【福州】牛頓第一定律是在大量經驗事實的基礎上，通過推理而抽象概括出來的。如圖所示的實驗中也應用了這種研究方法的是

(

)

AA.探究聲音能否在真空中傳播B.研究壓力的作用效果C.用磁感線描述磁場D.用總電阻表示同一段電路上串聯的兩個電阻[解析]

解題思路研究壓力的作用效果應用的是控制變量法，用磁感線描述磁場應用的是理想模型法，用總電阻表示同一段電路上串聯的兩個電阻應用的是等效替代法，它們的研究方法都與推出牛頓第一定律所用的研究方法不同。真空不能傳聲的實驗是建立在真實實驗的基礎上，通過進一步推理（向外抽氣體，只能越來越少，不可能抽成真空）形成結論，該實驗應用了實驗推理法，其應用的研究方法與推出牛頓第一定律所用的研究方法相同。

方法歸納

本題主要是對科學方法的考查，解答時首先要了解牛頓第一定律的建立過程，然后回憶各個實驗過程的情景，并與牛頓第一定律實驗對比，從而找到最佳答案。

易錯誤區

不理解探究聲音能否在真空中傳播的實驗是通過先實驗再推理的方法研究的，而誤選其他答案。知識點二

科學方法中的控制變量法

【河北】在探究電流跟電壓和電阻的關系時，采用“保持電阻不變，研究電流和電壓的關系”的研究方法。以下探究沒有運用該方法的是

(

)

BA.探究燃燒的條件B.探究磁場的方向C.探究催化劑對反應速率的影響D.探究動能的大小跟質量和速度的關系[解析]

解題思路在探究電流跟電壓和電阻的關系時，應用的是控制變量法。控制變量法是通過控制其余幾個因素不變，來研究被改變的因素對事物的影響，這種方法常常應用于物理學中多因素的問題。在探究燃燒的條件時，要保持物體是可燃物、溫度達到著火點、與充足的氧氣接觸這三個量中的兩個量一定，改變另一個量，應用的是控制變量法。用小磁針判斷磁場的方向，應用的是轉換法。在探究催化劑對反應速率的影響時，要保持液體的濃度、溫度一定，應用的是控制變量法。在探究動能的大小跟質量和速度的關系時，必須保持其中的一個物理量不變，探究另一個物理量對動能的影響，應用的是控制變量法。

方法歸納

解答此類科學方法的問題，要結合具體的研究對象，分析探究時需控制的一部分變量，從而找出利用控制變量法的探究過程。

易錯誤區

對四個選項中的研究對象及其研究方法不熟悉而誤選。知識點三

根據物理學原理對科學方法的正確性進行分析和選擇

【鹽城】小華發現賓館里的“插卡取電器”有兩種類型，第一種無論插入哪種卡片都能使房間通電，第二種用專門的磁卡插入或靠近都能使房間通電。小華設計了如下三種方法用于判斷取電器類型：①將硬紙片插入，看能否通電；②將專門的磁卡貼在面板上不插入，看能否通電；③將專門的磁卡插入，看能否通電。其中可行的方法是

(

)

AA.①②

B.②③

C.①③

D.①②③解題思路

①硬紙片沒有磁性，將硬紙片插入，若通電，則說明取電器屬于第一種類型；②將專門的磁卡貼在面板上不插入，若通電，則說明取電器屬于第二種類型；③將專門的磁卡插入，第一種取電器會通電，第二種取電器也會通電，所以無法判斷是哪種類型。

方法歸納

“插卡取電器”有兩種類型，第一種無論插入哪種卡片都能使房間通電，對卡片種類沒有限制，但需要將卡片插入；第二種用專門的磁卡插入或靠近都能使房間通電，前提是專門的磁卡，優點是插入或靠近都可以。

易錯誤區

做生活的有心人，平時注意觀察周圍與物理規律有關或利用物理規律的實例，特別是物理規律在新科技方面的應用。知識點四

不同科學方法在各種科學研究和學習中的應用

下列有關科學方法的說法中錯誤的是(

)

CA.用坐在座位上的學生比喻固態物質的分子排列規則，是運用了類比法B.為觀察玻璃瓶的形變，采取觀察瓶塞上的玻璃管中液柱的變化，是運用了放大法C.研究液體壓強大小的決定因素時，將壓強計的金屬盒浸入液體里，隨著浸入深度的增大，觀察到的現象是U形管兩側的液面高度差增大，是運用了比較法D.做“探究阻力對物體運動的影響”實驗時，三次讓小車從同一斜面上的同一高度處滑下，是運用了控制變量法[解析]

解題思路類比法是將一類事物的某些相同方面進行比較，以另一事物的正確或謬誤證明這一事物的正確或謬誤，是運用類比推理形式進行論證的一種方法；在有些實驗中，我們是能看到現象的，但是不容易觀察，我們就將產生的效果進行放大再進行研究，這種方法叫放大法；比較法是通過觀察、分析，找出研究對象的相同點和不同點，是認識事物的一種基本方法；物理學中對于多因素（多變量）的問題，常常應用控制變量法，即把多因素的問題變成多個單因素的問題，每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，分別加以研究，最后再綜合解決。

方法歸納

正確理解常用的科學方法，對照各選項進行分析，得出正確結論。

易錯誤區B選項的放大法易與轉換法相混，C選項的控制變量法易與比較法相混。知識點五

比較法和控制變量法的應用

如圖所示，斜拉橋使用斜拉懸索來固定大橋，這就要求制作懸索的金屬材料要有很大的抗斷拉力。用金屬制成的線材（如鋼絲、鋼筋）受到拉力會伸長。十七世紀物理學家胡克發現：金屬絲或金屬桿在彈性限度內它的伸長量與拉力成正比，這就是著名的胡克定律。這一發現為后人對材料的研究奠定了重要基礎。

拉力

2505007501000長度為、橫截面積為的伸長量

0.040.080.120.16長度為、橫截面積為的伸長量

0.080.160.240.32長度為、橫截面積為的伸長量

0.020.040.060.08（1）測試結果表明，影響這種線材受拉力作用后的伸長量的因素有____________________________

。材料的長度、橫截面積、拉力解題思路

觀察表格可知，影響這種線材受拉力作用后的伸長量的因素有材料的長度、橫截面積、拉力。（2）在其他因素相同時，線材的伸長量與長度的大小成____比。正解題思路

根據控制變量法的要求，要緊扣除了所研究的量（影響因素）可變，其他有影響的量（因素）都要控制不變這個關鍵。在表格里選擇長度變化、橫截面積和拉力都不變的幾組數據，經過比較就能發現，線材的伸長量與長度成正比。（3）在其他因素相同時，線材的伸長量與橫截面積的大小成____比。反解題思路

解法同第（2）小題，結論為成反比。（4）以上方法在研究物理（科學）問題時經常被用到，被稱為_____________，試根據學過的物理知識再列出兩例應用這種方法研究的問題：__________________________________________________________________________

。

控制變量法歐姆定律、焦耳定律、電阻的影響因素、壓力作用效果的影響因素等（合理即可）解題思路

以上方法都是運用控制變量法。運用控制變量法研究物理中的問題有歐姆定律、焦耳定律、電阻的影響因素、壓力作用效果的影響因素等，答案不唯一。（5）除了（1）中所提出的因素外，線材受拉力作用后的伸長量還可能與______有關。材料解題思路

在其他因素相同時，線材受拉力作用后的伸長量還可能與材料有關。

方法歸納

這類圖表數據型實驗題，數據部分基本都會運用到對比法或比較法，從橫向或縱向比較，有同中求異的，有異中求同的，還有需要找出數學關系的。另外，若表中含有多種項目的，則大多需運用控制變量法。本題就是典型的運用控制變量法和比較法來解答的題目。

易錯誤區

第（6）小題的計算有一定的難度，計算時要注意長度與橫截面積兩方面的倍數關系，需要一定的技巧。拓展訓練1.【義烏】下列選項中的每組實驗，運用的主要研究方法不同的是(

)

BA.①用光線來描述光的傳播；②用磁感線來描述磁場B.①研究牛頓第一定律；②研究影響導體電阻大小的因素C.①研究種子萌發的條件；②研究影響液體蒸發快慢的因素D.①通過亮度來判斷燈泡實際功率的大小；②通過吸引大頭針的數目來判斷磁性強弱2.【濟南】下列各電學實驗都可以通過調節滑動變阻器來測量多組電流和電壓，其中為了減小實驗誤差的是

(

)

CA.電阻的大小與哪些因素有關

B.電流的大小與哪些因素有關C.用“伏安法”測電阻

D.用“伏安法”測小燈泡的功率3.【福州】如圖所示，小明用手使勁捏玻璃瓶，細玻璃管內的水面就會上升，通過觀察細玻璃管內水柱高度的變化，就能判斷玻璃瓶受壓后是否發生微小形變。這種把微小量放大有利于觀察的方法在物理學中稱為“微小量放大法”。下列各實驗中應用了與此實驗相同方法的是

(

)

A.探究聲音由振動產生B.探究平面鏡成像特點C.用磁感線表示條形磁鐵的磁場D.研究分子運動與溫度的關系√4.【揚州】泡沫混凝土是一種新型的建筑材料，具有輕質、多孔、保溫、隔熱、隔音、減震等優點，同學們對此很好奇，圍繞其保溫、隔熱的性能，提出了以下問題，你認為較有價值且可探究的問題是

(

)

CA.它為什么能防火、保溫B.它的輕質特點對減震有什么影響C.厚度的變化對保溫、隔熱性能有什么影響D.多孔結構對隔音性能有什么影響5.物理小組的同學想利用閃電和雷聲的時間間隔計算閃電發生位置到他們所在處的距離，以下是四名同學提出的不同方案，其中計算結果誤差最小的是

(

)

A

6.電流看不見、摸不著，但我們可以通過導體中有電流時發生的一些現象，如小燈泡發光等，知道電流的存在，這種方法叫做轉換法。下列事例中應用了轉換法的是

(

)

AA.在研究電流放出的熱量多少時，小明通過觀察兩個燒瓶中煤油溫度變化的大小來判斷電流放出熱量的多少B.用光線來表示光的傳播路徑C.用水流類比電流D.研究電流與電壓、電阻的關系時，先保持電阻不變，研究電流與電壓的關系7.下雨天，小穎站在窗前看到對面人字形屋面上雨水在不停地流淌，她想，雨水在屋面流淌的時間與哪些因素有關呢？她提出了

質量

3681220時間

1.71.71.71.71.7

小穎經過分析得出的結論是___________________________________________________________________________________________________________________________。

（2）不改變底邊的長度，多次改變傾角，讓同一小球從斜面的頂端由靜止釋放（如圖乙所示），測出小球下滑的時間如表二所示。表二傾角

度1530456075時間

1.91.61.21.61.9

小穎對上述數據進行了歸納分析，得出的結論是__________________________________________________________________________________。

在不改變斜面底邊長度的情況下，隨著斜面傾角的不斷增大，小球下滑的時間先減小后增大（3）根據實驗可知，為了減少雨水在屋面上流淌的時間，在建造人字形屋面時，屋面的傾角應該以_____為宜。但實際建造房屋時，屋面傾角通常小于這個角，其原因之一可能是____________________________________________________________。

防止瓦片下滑（或同樣耗材情況下增大空間，或節約建筑材料等）8.如圖甲所示，某同學利用彈簧測力計測量木塊在桌面上受到的摩擦力。

（2）要測出滑動摩擦力的大小，應該在__________時讀出彈簧測力計的示數。勻速拉動

（4）物理學上，滑動摩擦力與壓力的比值稱為動摩擦因數。由圖乙可求出木塊與桌面間的動摩擦因數大小為______。

9.測電阻有電流表外接法（如圖甲所示）和電流表內接法（如圖乙所示）兩種選擇，兩種電路測量電阻都有誤差。

小于越小

大于越小

（1）由這兩個現象，小明猜想：物體受力一定時，它的質量越____（填“大”或“小”），物體的運動狀態就越容易改變。

現有器材：一輛小車、一個木塊、幾個鉤碼、一根細繩、一個滑輪和一只秒表，現要利用以上器材在水平桌面上驗證小明的猜想是否正確，請回答有關問題：小（2）你準備選用小車還是木塊來作為研究對象？為什么這樣選擇？[答案]

選用小車作為研究對象，因為小車的摩擦為滾動摩擦而木塊的摩擦為滑動摩擦。（3）實驗中必須改變研究對象的質量，如何改變？[答案]

通過增減小車上的鉤碼來改變物體的質量。（4）實驗中如何比較物體的運動狀態是否容易改變？

走進重高1.【岳陽】科學探究一般包括“提出問題”“猜想與假設”“設計實驗”“進行實驗”“分析與論證”等幾個環節。小明觀察到建筑物的支柱一般為圓柱或四棱柱，他想了解支柱能承受的最大壓力與支柱的形狀是否有關，這一過程屬于科學探究步驟中的

(

)

AA.提出問題

B.設計實驗

C.進行實驗

D.分析與論證2.【紹興】用能被感知的現象來表現難以感知或度量的事物、現象是科學研究的重要方法。下列實驗研究中與其余三個方法不同的是

(

)

DA.說明光具有能量B.說明原子核的存在C.說明電流周圍有磁場D.說明板塊在張裂3.【南京】如圖所示，在做探究“二力平衡條件”實驗時，選用質量較小的卡片，目的是忽略小卡片的重力對實驗的影響。這種突出問題的主要方面，忽略次要因素，是物理學中經常采用的一種科學研究方法。以下四個實例中所用的研究方法與此相同的是

(

)

√4.概念圖的建立有助于我們對知識的理解和掌握，構建概念圖時要特別注意概念的完整性和邏輯性。下列各項中的概念，能分別代表圖中①、②、③的是

(

)

AA.機械能、動能、勢能B.分子、原子、離子C.銀河系、太陽系、地月系D.用電器、電燈、插座5.在實驗的基礎上進行科學推理是研究科學問題的方法之一。得出下列規律的過程中，運用了這一方法的是

(

)

BA.阿基米德原理

B.牛頓第一定律C.伏安法測電阻

D.平面鏡成像特點6.【嘉興】如圖所示為探究“摩擦力對物體運動的影響”的實驗裝置示意圖，其實驗過程用到了許多科學方法。（1）怎樣控制小車在水平面上開始滑行時的速度相等呢？方法是把小車放在同一斜面的__________，由靜止開始下滑。同一位置（2）怎樣反映摩擦力對物體運動的影響呢？方法是比較小車在不同表面上運動的距離或____________________。小車速度減小的快慢（3）怎樣得到小車不受力時的運動狀態呢？必須要用推理的方法，即如果小車運動時不受摩擦力的作用，那么小車將________________。做勻速直線運動7.【南昌】關于測量定值電阻阻值的實驗。

【方案一】如圖甲所示。實驗步驟：步驟一：請在下面的虛線框中畫出實驗時所需的電路圖。

并聯并聯

【方案二】

運用一只電壓表（無電流表）、一個已知最大阻值的滑動變阻器測量定值電阻的阻值。器材：一只電壓表、一個已知最大阻值的滑動變阻器、電源、開關和導線若干。實驗要求：請在下面的虛線框中畫出實驗所需的電路圖。評估交流：從實驗操作角度看，以上兩個方案中，方案____更好，好在__________________________________________________（寫出一條即可）。二方案二在測量電壓時無須換接電壓表，測量電壓更方便8.【蕪湖】理想實驗是研究物理規律的一種重要的思想方法，它以大量可靠的事實為基礎，以真實的實驗為原型，通過合理的推理得出物理規律。理想實驗能深刻地揭示物理規律的本質。

牛頓曾研究過這樣一個問題：他發現人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面，于是牛頓提出了一個“大炮”的設想，如圖所示為他畫的“大炮”草圖——在地球的一座高山上架起一臺水平大炮，以不同的速度將炮彈平射出去，射出速度越大，炮彈落地點就離山腳越遠。他推想：當射出速度足夠大時，炮彈將會如何運動呢？牛頓通過科學的推理得出了一個重要的結論。這就是著名的“牛頓大炮”的故事，故事中牛頓實際也用到了理想實驗的研究方法。（1）研究中牛頓基于的可靠事實是_________________________________________。

人擲出去的石頭總會偏離擲出方向落回地面（2）根據以上資料和牛頓的“大炮”草圖，推測牛頓當年的重要結論是___________________________________________________________________。如今，牛頓當年的推測已變成了現實，人們應用他的推論，利用現代科技制成了__________。當拋出物體的速度足夠大時，物體將離開地球，繞地球旋轉，做圓周運動人造衛星（3）想想看，初中物理學習中，你在研究什么問題時用到過理想實驗的方法？請舉一例并說明你的研究過程。[答案]

研究牛頓第一定律時用到了理想實驗的方法：讓滑塊從同一斜面的同一高度滑到表面粗糙程度不同的水平木板上，發現水平木板越光滑，滑塊滑得越遠，在這一可靠的事實基礎上，推理出假如木板絕對光滑，滑塊將做勻速直線運動。9.【陜西】某興趣小組的同學觀察到不同物體在空氣中下落的快慢不同，如石子下落比羽毛快得多，于是他們聯想到“物體在液體中