专题04 科学探究与探究方法 -2024年中考物理题型精练核心素养提升

专题04 科学探究与探究方法 一、科学探究的因素 科学探究是指实验者在不知实验结果的前提下，通过自己实验、探索、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动。物理探究性实验的目标在于发展学生的能力，包括发现问题的能力、制定计划的能力和解决问题的能力；培养学生的问题意识和创新精神等。 科学探究的因素： ①提出问题；②猜想与假设；③设计实验；④进行实验与收集证据；⑤分析与论证；⑥评估；⑦交流与合作。 二、物理常用研究方法 科学方法是指在研究物理问题时常采用的一种方法。物理概念和规律是物理现象或过程的本质属性或规律的反映，它本身是无方法可言的。但当引入这些概念并加以定义时，或研究概念之间的定性或定量关系形成规律时，就需要借助一定的科学方法了。 例如，要建立“力”的概念，就要通过抽象、概括，把“推、拉、提、压”等现象的本质归结为物体之间的相互作用，从而引入“力”的概念，此时“概括归纳”就是一种科学方法。 在初中学习阶段，学过的常用物理方法有控制变量法、理想模型法、转换法、等效替代法、类比法、实验推理法、比值定义法、图像法、放大法、归纳法等。 1.控制变量法 控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该物理量与该因素之间的关系得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。 例如在“探究电流和电压的关系”实验中，我们可以先将电阻人为的控制（即不变），改变其两端电压的大小，再测出各个电压值所对应的电流的大小，从而可以得出：电阻一定时（同一导体），通过的电流和电压成正比。 2.建立物理模型法 把复杂的问题简单化，摒弃次要因素，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，构建理想化的物理模型，这是一种重要的物理思想。有时为了更加形象地描述所要研究的物理现象、物理问题，还需要引入一些模型。 ①光线、磁感线都是引入的模型，它们直观、形象地描述了物理情境与事实。通过磁感线可以研究磁场的分布，通过光线可以研究光的传播路径和方向。 ②匀速直线运动就是一种理想化的模型。在生活实际中，严格的匀速直线运动并不存在，但有很多运动情形都近似于匀速直线运动模型，按匀速直线运动处理，大大降低了难度。 ③在研究连通器的原理时，理想液片是一种理想模型。 ④研究原子结构时，将肉眼看不到的原子结构设想为原子核式结构模型（行星模型）。 ⑤电路图是实际电路的模型，可以简单明了地反映实际电路的连接情况。 3.转换法 在物理实验中，很多物理量由于其属性关系无法用仪器直接测量，或不易测量，或难以准确测量，因此常将这些物理量转换为其他物理量进行测量，然后再反过来求出待测物理量，这种方法称为转换法。 马德堡半球实验可证明大气压的存在；影子的形成可以证明光沿直线传播；月食现象可证明月亮不是光源；奥斯特实验可证明电流周围存在着磁场；指南针指南北可证明地磁场的存在；铅块实验可证明分子间存在着引力；运动的物体能对外做功可证明它具有能；可以通过电磁铁吸引铁钉的多少来显示电磁铁的磁性强弱；可以通过敲动音叉所引起的乒乓球的弹开来说明一切发声体都在振动等。 4.等效替代法 等效替代法是在保证某种效果（特性和关系）相同的前提下，将实际的、陌生的、复杂的物理问题和物理过程用等效的、简单的、易于研究的物理问题和物理过程代替来研究和处理的方法。 等效替代法既是科学家研究问题的方法，也是学生在学习物理中常用的方法。 在探究平面镜成像规律的实验中，有两处用了等效替代法。第一处用玻璃板替代了平面镜。为什么这样替代呢？因为用平面镜不便于确定虚像的位置，我们用玻璃板替代平面镜是为了获得视觉上的等效。因两者在成像特征上有共同之处——都能成像，不同之处是玻璃板是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点，揭示规律。第二处用一根没有点燃的蜡烛放在成像点，来替代所成的像。 5.类比法 所谓类比法，就是把在某些方面相同或相似的对象或事物进行对比的一种思维方法。类比可以帮助我们从较复杂的事物或想象中，提取出有用的信息或答案，合理类比，还可以降低知识的认知难度，从而对知识透彻理解。通过类比，可以把抽象的、无知的、陌生的事物用直观、熟悉的事物来说明，并且找出类似的规律。 【应用实验举例】 ①研究声波、电磁波时，将声波、电磁波与水波进行类比，理解其产生和传播。 ②研究电流时，用水流来类比电流。 ③研究电压时，用水压来类比电压。 ④研究电路时，用水路来类比电路：用抽水机类比电源，用水轮机类比用电器，用阀门类比开关，用水管类比导线等。 6.科学推理法 科学推理法，即理想实验法（实验推理法）。物理学中，常常有难以达到条件的时候，这时，我们常常需要借助将实验想象为理想情况下来达到我们的目的，在实验基础上经过概括、抽象、推理得出规律，