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物理實驗的科學思想方法研究論文
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”:先在控制小車質量一定的條件下研究合力與加速度的關系，然后再控制合外力一定的條件下研究小車質量與加速度的關系，最后綜合得出物體的加速度與它受到的合力及物體質量之間的關系。
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、質量的關系，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，增減小車內的砝碼可改變小車的質量。在控制兩輛小車質量相同的基礎上，比較兩車加速度與合力的關系，再控制合力相同的基礎上，比較兩車加速度與小車質量的關系，最后得出加速度與它受到的合力及物體質量之間的關系。其中加速度的比較可通過對位移的比較來實現，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象和規(guī)律中，因實驗本身的特殊限制或因實驗器材等限制，不可以或很難直接揭示物理本質，而采取與之相似或有共同特征的等效現象來替代，這樣不僅能順利得出結論，而且容易被學生接受和理解，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、實驗數據的測量方法
1．累積法。對某些微小量來說，在現有儀器的精度內難以測量準確，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)作一個計數點，再用刻度尺直接測量相鄰兩計數點的間距，測量結果較為準確，求解出的紙帶加速度也更為準確。
2．轉換法。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中間時刻的瞬時速度的測量轉換成對該段時間內的平均速度的測量，則顯得較為容易。當然，本實驗中加速度的測量也可轉換為對連續(xù)相等的時間內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量遠小于小車總質量為前提。教師的主導作用重在知識的遷移和方法的引導上，我們要關注學生實驗遷移能力和發(fā)散性思維能力的培養(yǎng)，促進學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”的目標內化為學生的精神財富。
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