逍遥右脑 2019-01-03 14:38
实验是物理学习一个重要环节，除去课本上一些经典实验之外，考试中会经常遇到设计实验的问题。下面就讲解一些在设计实验时常用的一些思维方法。
一、转换思维法
在设计物理实验时，有一些些物理量其实是不容易直接测量或某些物理现象直接显示有困难，这样就把难以测量的物理量转换成容易测量的物理量进行间接测量，或将某些不易显示的物理现象转化为容易显示的物理现象而进行间接观察，这种实验设计思维方法称为转换思维法。
研究平抛运动实验中，利用做平抛运动物体的水平位移与竖直位移求平抛运动的初速度。在研究变速直线运动实验中，利用位移求物体的速度与加速度。
二、比较思维法
设计物理实验时，利用对比实验，找出物理现象之间的同一性和差异性，从而揭示物理现象的本质规律，这种实验设计思维方法称为比较思维法。
1.条件比较：比较不同研究对象在不同的条件下的变化情况。如研究金属的电阻率随温度变化的情况。
2.过程比较：比较不同物理过程的现象的变化。如比较平抛运动和自由落体运动的过程，可推知平抛运动竖直方向的运动规律。
3.状态比较：比较物理现象在实验时间内初、末状态的变化。如比较酒精和水混合前后的总体积，可推知物体内分子之间有空隙。
三、替代思维法
设计物理实验时，将直接无法测量或不太容易测量的物理量、直接无法观测的物理现象，通过变通替代的方法间接进行测量或观测而达到完全相同的效果。这种实验设计思维方法称为替代思维方法。
1.物理量之间的替代：如研究单摆的运动图像时，用纸板的位移替代时间，简化了实验测量。
2.物理现象之间的替代：如初中的热胀冷缩实验，利用双金属片热胀冷缩的弯曲来接通电路，让灯的明暗来反映双金属片的弯曲。
3.物理过程之间的替代：如研究平抛运动的实验中，用水平方向的匀速运动与竖直方向的匀变速直线运动两个分运动过程替代平抛运动过程，将曲线运动转化为直线运动研究。
4.物理仪器之间的替代：如测电源电动势内阻实验中不提供电压表，而利用电阻箱和电流表完成实验。
四、近似思维法
设计物理实验时，为了简化实验测量，突出实验的物理意义，对一些中学阶段精度要求不太高的试验，在其实验方案的设计上采取近似的处理，这种实验设计思维方法称为近似思维法。
1.对象近似：如在气体实验中，将常温常压下的实际气体近似看作理想气体;在用单摆测重力加速度实验中，将“细线与小球”近似看作单摆。
2.过程近似：如单摆实验中，只有在摆角小于5度时，摆球的运动近似地看作简谐运动。
3.结果近似：如用伏安法测电阻实验中，将电流表、电压表近似地看作理想仪表。为了提高精度，要求将实验条件控制在一定的范围内。如电表合适的量程于合适的电路连接方式。
五、累积思维法
设计实验时，由于偶然因素的影响，对某些物理量进行一次测量具有不确定性或不可靠性，则采用累积后求平均值的方法，称为累计思维法。这是为了减小测量的相对误差而设计的。
1.时间累计法：如单摆测重力加速度实验中，采用测量30~50次全振动的总时间来求单摆的周期。
2.空间累积法：如测量一张薄纸的厚度时，可测多张薄纸的厚度后求平均而得到一张纸的厚度等。