¡16 métodos de investigación en física para escuelas secundarias! ! !

La observación es un método para que las personas investiguen cosas relacionadas que aparecen en condiciones naturales para comprender la esencia y las leyes de las cosas. Es uno de los métodos comunes utilizados por las personas para recopilar, registrar y describir materiales perceptivos, y es el método de investigación más básico y directo. En pocas palabras, observar significa mirar con atención. Sin embargo, es diferente de la observación ordinaria. La observación es una actividad perceptiva organizada conscientemente guiada por el cerebro. Por eso también se le llama observación científica.

Ejemplo: Hervir agua: Antes de utilizar un termómetro, es necesario observar su rango y reconocer su valor de escala. Durante el experimento, se debe prestar atención a las dos situaciones en las que las burbujas suben en el agua antes de hervir y durante la ebullición, así como a los cambios en el puntero del termómetro antes y durante la ebullición, cuando aprenden sonidos, los estudiantes pueden observar el movimiento de los pequeños; Coloque pedazos de papel en los parlantes y observe lo que sucede. El diapasón sonoro se inserta en el agua para agitar el agua. Observe los grillos para saber cuál es el sonido, y luego encontrará que el objeto que produce el sonido está vibrando. Además, también existen la ley de reflexión de la luz; la ley de refracción de la luz; imágenes de lentes convexas; ¿cuáles son los factores relacionados con la fricción por deslizamiento?

2. Método de amplificación

El método de amplificación es la medición de algunas pequeñas cantidades físicas que se encuentran a menudo en experimentos físicos. Para mejorar la precisión de la medición, a menudo es necesario adoptar un método de amplificación apropiado antes de la medición y seleccionar un dispositivo de medición correspondiente para amplificar los datos de medición. Los métodos de amplificación comúnmente utilizados incluyen amplificación acumulativa, amplificación por deformación y amplificación óptica.

(1) Método de amplificación acumulativa: el método en el que la cantidad física medida se mide varias veces cuando se puede superponer fácilmente se denomina método de amplificación acumulativa (método de amplificación de superposición). Como medir el grosor del papel, el diámetro del alambre metálico, etc. , este método se usa a menudo para medir; la ventaja del método de amplificación acumulativa es que sin cambiar las propiedades de la medición, el objeto medido se amplifica varias veces antes de la medición, aumentando así el número de dígitos efectivos de los resultados de la medición y reduciendo el error relativo. de la medida. Cuando se utiliza el método de amplificación acumulativa, se deben tener en cuenta dos puntos: primero, el valor medido no puede cambiar durante el proceso de expansión; segundo, se deben hacer esfuerzos para evitar la introducción de nuevos factores de error durante el proceso de expansión.

(2) Método de amplificación de la deformación: la deformación es función de la fuerza, y las manifestaciones básicas de la deformación en mecánica son cambios de volumen, longitud y ángulo. El método de visualización de la deformación puede ser mecánico, eléctrico u óptico, tal como: visualización de cambios de volumen mediante cambios en la longitud de la columna de líquido: visualización mediante método de amplificación de palanca;

(3) Método de amplificación de la luz: existen dos métodos de amplificación de la luz comúnmente utilizados. Una es utilizar dispositivos ópticos para ampliar el ángulo de visión del objeto medido para formar una imagen ampliada, lo que facilita la observación y la identificación, mejorando así la precisión de la medición. Como lupa, microscopio, telescopio, etc. La otra es utilizar dispositivos ópticos para amplificar indirectamente las cantidades microfísicas que se van a medir y obtener las cantidades microfísicas midiendo las cantidades físicas amplificadas. Por ejemplo, el método del telescopio de palanca óptica para medir longitudes pequeñas y cambios de ángulo pequeños es un método de aumento óptico comúnmente utilizado.

3. Método de variable de control

El método de variable controlada significa que cuando se analiza la relación entre múltiples cantidades físicas, solo se cambia una cantidad física controlando varias constantes físicas, transformándola así en una influencia Un método para estudiar múltiples cantidades físicas únicas de una cantidad física. El reflejo de este método en la tabla de datos experimentales es que solo hay una diferencia de condición entre los dos experimentos. Si los resultados de los dos experimentos son diferentes, está relacionado con esta condición. De lo contrario, no importa. Por el contrario, si queremos estudiar si una cantidad física está relacionada con un determinado factor, sólo debemos dejar que ese factor difiera y los demás factores deben ser iguales.

Ejemplo: Al estudiar qué factores están relacionados con la resistencia de un conductor, para facilitar la investigación se utiliza el método de variable controlada. Es decir, se deben seleccionar dos cables adecuados a la vez, medir sus resistencias, luego compararlas y finalmente sacar una conclusión. Para estudiar la relación entre la resistencia del conductor y la longitud del conductor, debemos elegir cables con la misma sección transversal de material. Para estudiar la relación entre la resistencia del conductor y el material del conductor, debemos elegir cables con la misma longitud y sección transversal. Estudiar los factores que afectan el efecto; estudiar los factores que afectan la tasa de evaporación del líquido; estudiar la presión interna del líquido; estudiar qué factores están relacionados con la energía potencial de la energía cinética; y el espesor, tensión y longitud de la cuerda estudiar la relación entre el calor absorbido por el objeto y la relación entre el tipo, masa y temperatura de una sustancia estudiar la relación entre la resistencia de corriente y voltaje estudiar qué factores son; relacionado con la electricidad o la calefacción eléctrica; estudia qué factores están relacionados con la fuerza de un conductor cargado en un campo magnético; este método se utiliza para estudiar los efectos de los factores direccionales de la corriente inducida;

4. Método de simulación

La llamada analogía es "sacar inferencias de una instancia" y "sacar inferencias de una instancia". De hecho, es una especie de razonamiento de lo específico a lo específico y de lo general a lo general. Es un tipo de pensamiento lógico basado en la similitud o semejanza de dos o dos objetos en algunos aspectos, mientras que pueden ser iguales o similares en otros aspectos. Nos ayuda a comprender experimentos más complejos y física difícil. La analogía es un método de razonamiento. Si cosas diferentes tienen propiedades, formas matemáticas y otras descripciones cuantitativas iguales o similares, puede utilizar el razonamiento analógico. La analogía es una forma importante de proponer hipótesis científicas y hacer predicciones científicas. Muchas hipótesis en la historia de la física se establecieron mediante analogía. Kepler dijo una vez: "Valoramos el razonamiento analógico más que cualquier otra cosa".

Ejemplos: voltaje y presión del agua; flujo de agua y flujo de agua; energía interna y energía mecánica; la formación de los conceptos; de fuerza y ​​velocidad.

El uso de analogías en física puede guiar a los estudiantes a adquirir conocimientos por sí mismos, ayudarlos a plantear hipótesis para la especulación, hacer preguntas e imaginar la dirección de la resolución de problemas. La analogía puede estimular la intención de los estudiantes de explorar, guiarlos a explorar, hacer de los estudiantes una actividad consciente y activa y desarrollar la capacidad de pensamiento de los estudiantes.

La analogía es un método de pensamiento utilizado frecuentemente por los científicos. Aunque las conclusiones extraídas por este método no son necesariamente fiables, son lógicamente creativas. Hay muchos ejemplos de analogías, por lo que debes prestar más atención, seguir resumiendo y encontrar ejemplos de analogías más adecuados.

5. Método de sustitución equivalente

El llamado método de sustitución equivalente consiste en transformar problemas complejos desconocidos en modelos simples y familiares para su análisis e investigación con la premisa de garantizar el mismo efecto. forma de pensar. Tiene amplias aplicaciones en física.

Ejemplo: Al estudiar la relación entre circuitos en serie y circuitos en paralelo, se introdujo el concepto de resistencia total (resistencia equivalente). Conectar varias resistencias en un circuito en serie equivale a aumentar la longitud del conductor, por lo que la resistencia total es mayor que cualquier resistencia en serie, lo que se denomina resistencia equivalente del circuito en serie. Conectar varias resistencias en paralelo en un circuito en paralelo equivale a aumentar el área de la sección transversal del conductor, por lo que la resistencia total es menor que cualquier resistencia en paralelo, lo que se denomina resistencia equivalente del circuito en paralelo. En el análisis de circuitos, los circuitos complejos que son difíciles de analizar se pueden simplificar en circuitos equivalentes más simples cuando se estudia la relación entre dos fuerzas en la misma línea recta, el método de sustitución equivalente también utiliza el concepto de fuerza resultante.

6. Método comparativo

El método comparativo es el proceso de pensamiento y método para determinar las similitudes y diferencias entre los objetos de investigación. Se pueden comparar varios fenómenos y procesos físicos para determinar sus similitudes y diferencias. La comparación es la premisa de la generalización abstracta. A través de la comparación, se pueden establecer conceptos físicos y resumir leyes físicas. La comparación también se puede utilizar para identificación y medición. Por lo tanto, el método comparativo es el método más básico que se utiliza a menudo al estudiar fenómenos físicos. Hay tres tipos de métodos de comparación: ① Método de comparación que busca puntos en común reservando las diferencias. Es decir, comparar dos o más objetos para encontrar sus similitudes. ② Comparación de encontrar diferencias en similitudes. Es decir, comparar dos o más objetos para descubrir sus diferencias. ③Comparación completa de similitudes y diferencias. Es decir, comparar las similitudes y diferencias de dos o más objetos.

Ejemplo: Los motores de automóviles, barcos, trenes y aviones son todos diferentes, pero todos son dispositivos que convierten la energía interna liberada cuando se quema combustible en energía mecánica. Aunque los motores de gasolina y los motores diésel son motores de combustión interna, difieren en estructura, gas inhalado, método de encendido, ámbito de aplicación, etc. Otro ejemplo es la comparación entre evaporación y ebullición. La similitud entre ellos es el proceso de vaporización. La diferencia es que la temperatura cuando ocurre el líquido es diferente, el lugar donde ocurre es diferente y el fenómeno también es diferente. También se pueden utilizar métodos comparativos para estudiar la relación entre masa y volumen; la relación entre gravedad y masa y presión, etc.

7. Método de transformación

En física, algunos fenómenos invisibles o cantidades físicas que no son fáciles de medir directamente generalmente se entienden a través de algunos fenómenos muy intuitivos, o mediante mediciones fáciles. medirse indirectamente. Este método de estudiar problemas se llama método de transformación. Este método se ha aplicado en muchos lugares en el estudio de leyes conceptuales y experimentos en física de la escuela secundaria.

Ejemplo: La deformación o cambio de estado de movimiento de un objeto puede probar la fuerza ejercida sobre ciertos objetos; el Experimento del Hemisferio de Magdeburgo puede probar la existencia de presión atmosférica. La aparición de niebla puede probar que hay vapor de agua en el aire; la formación de sombras puede probar que la luz viaja en línea recta; un eclipse lunar puede probar que la luna no es una fuente de luz; el experimento de Oersted puede probar que existe una fuente de luz; campo magnético alrededor de la corriente eléctrica; la brújula puede probar que el campo magnético de la tierra La existencia del norte y el sur; el fenómeno de difusión puede probar el movimiento irregular de las moléculas; el experimento del bloque de plomo puede probar la existencia de la gravedad entre las moléculas; mover un objeto para realizar un trabajo en el exterior puede demostrar que tiene energía, etc.

8. Experimento ideal

El experimento ideal también se llama "experimento de imaginación", "experimento abstracto" o "experimento mental". Es un proceso ideal que las personas moldean en sus mentes, un proceso de pensamiento de razonamiento lógico y un método importante de investigación teórica. Aunque los experimentos ideales se denominan experimentos, en principio son diferentes de los experimentos científicos reales. Un experimento científico real es una actividad práctica, mientras que un experimento ideal es una actividad de pensamiento. El primero es un experimento que puede realizar el diseño mediante procesos físicos, y el segundo es un experimento que no puede realizarse mediante el pensamiento abstracto. Sin embargo, los experimentos ideales no son fantasías subjetivas divorciadas de la realidad. Primero, el experimento ideal se basa en la práctica. El llamado experimento ideal consiste en captar las contradicciones principales, ignorar las contradicciones secundarias y realizar un análisis abstracto más profundo del proceso real sobre la base de experimentos científicos reales. En segundo lugar, el proceso de promoción de experimentos ideales se basa en ciertas reglas lógicas, que se resumen de la práctica social a largo plazo y se confirman con la práctica.

Los experimentos ideales juegan un papel importante en la investigación ideal en ciencias naturales. Sin embargo, los métodos experimentales ideales también tienen ciertas limitaciones. El experimento ideal es simplemente un proceso de pensamiento de razonamiento lógico, su función se limita a la prueba y refutación lógicas, y no puede usarse como estándar para probar la corrección. En cambio, cualquier inferencia extraída de experimentos ideales debe compararse con los resultados de experimentos observacionales.

Ejemplo: Estudiar si el vacío puede transmitir sonido; primera ley de Newton, etc.

9. Método de modelado

El método de modelado es un modelo físico altamente abstracto de objetos y formas ideales, que puede visualizar teorías de hipótesis abstractas y facilitar la imaginación de problemas y pensamientos de investigación.

Se puede decir que el proceso de desarrollo de la física es un proceso de establecimiento constante de modelos físicos y reemplazo de modelos físicos antiguos o imperfectos por nuevos modelos físicos.

Ejemplo: Cuando se estudian estructuras atómicas que no se pueden observar a simple vista, se establece un modelo de estructura nuclear; el modelo de luz se utiliza para estudiar fenómenos luminosos; el modelo de línea de inducción magnética se utiliza para estudiar fenómenos magnéticos; ; el diagrama esquemático de la fuerza o la ilustración de la fuerza es un modelo práctico de objetos y diagramas de circuitos; utilice gráficos murales y modelos de generadores manuales para estudiar los principios y procesos de funcionamiento de los generadores; y modelos de motores de gasolina y diésel para estudiar la estructura y principios de funcionamiento de los motores de combustión interna.

10. Método del balance

El saldo es relativo a la combinación física de dos o más objetos. En el proceso de cambio físico, ciertas cantidades físicas de los objetos en la combinación permanecen sin cambios bajo ciertas condiciones. En este momento, llamamos estado de equilibrio al estado en el que se encuentran estos objetos. Los problemas del estado de equilibrio en la investigación de física de la escuela secundaria se pueden resumir en las siguientes tres categorías: primero, el equilibrio de objetos bajo la acción de fuerzas de equilibrio; segundo, equilibrio de palanca y tercero, el equilibrio térmico logrado después de mezclar objetos de diferentes temperaturas; . Estos tres problemas deben resolverse utilizando el principio de equilibrio.

Ejemplo: Cuando estés jugando con un modelo de carrito de madera, deja que el martillo caiga libremente y tira del carrito hacia adelante. Hay fricción entre el carro y la tabla de madera, por lo que la velocidad medida del carro es incorrecta. Ahora puede usar un método de equilibrio para equilibrar la fricción del carro, como levantar la tabla de madera.

11. Método de seguimiento

En los experimentos físicos, algunos fenómenos físicos son fugaces y es difícil para el experimentador observar y medir el objeto de investigación en este momento. Como la posición, trayectoria e imagen de objetos en movimiento. Pero podemos registrar la información relevante de cierta manera y luego estudiarla mediante medición u observación. Este método es el método que deja huellas.

Ejemplo: un péndulo de arena representa la curva de vibración de un péndulo simple; se utiliza un cronómetro puntual para registrar la posición de un objeto; una cámara estroboscópica se utiliza para fotografiar la posición de una bola achatada; Se utiliza para observar la forma de onda de una señal de CA.

12. Método de acumulación

No solo puede medir cómodamente algunas cantidades físicas que son difíciles de medir de forma directa y precisa con instrumentos convencionales, sino que también mejora la precisión de la medición y reduce los errores. Este método se llama método de acumulación.

Método de acumulación principal: (1) Método de acumulación de tiempo: método para promediar mediciones después de la acumulación de tiempo. (2) Método de acumulación espacial: un método de promediar después de acumular espacio.

Ejemplo: En el experimento de "Medir la aceleración de la gravedad con agua que gotea", ajusta y mide la diferencia de altura h desde el grifo hasta el plato, deja caer la primera gota de agua sobre el plato, y cuando caigas; escuche el sonido, la última gota de agua apenas sale del grifo; luego mida el tiempo total tn del sonido del golpe de ariete de n veces, y tarda en caer a la altura de h. Para otro ejemplo, en la "Medición del metal". Experimento de resistividad, si no hay un micrómetro en espiral, puede enrollar el alambre de metal alrededor del lápiz varias veces, el diámetro del alambre de metal se puede medir dividiendo la longitud total de la bobina de metal por el número de vueltas.

13. Método de extrapolación:

Algunas cantidades físicas se pueden observar o medir localmente. Debido a su situación extrema, no es fácil de observar intuitivamente. Si las leyes obtenidas mediante observaciones y mediciones locales se extrapolan al extremo, se puede lograr el propósito. Por ejemplo, en el experimento de medir la fuerza electromotriz y la resistencia interna de la fuente de alimentación, no se puede medir directamente el voltaje terminal (fuerza electromotriz) cuando I=0 (circuito abierto) y la intensidad de corriente cuando hay cortocircuito (U=0). Dibuje una línea a través de una serie de puntos de valor correspondientes U e I. La línea recta se extiende en dos direcciones, el punto del eje U es la fuerza electromotriz y el punto del eje I es la corriente de cortocircuito.