中学物理实验设计思维方法

中学物理实验设计思维方法

一、转换思维法

在设计物理实验时，某些物理量不容易直接测量或某些物理现象直接显示有困难，则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

1、 时间量与空间量的转换：如伽利略在研究自由落体运动是，利用滴水法来测量时间，

将时间转换为水的体积的测量；测量小石块从井口自由下落到水面的时间来测量井口到井里水面的深度。

2、 抽象量与直观量的转换：如卡文迪许设计扭秤实验时，，利用引力对T形架的扭转

力矩与石英丝由于弹性形变产生的扭转力矩的转换，间接地观察到了引力的作用效果。而石英丝扭转角度的测量转换为平面镜反射光在刻度尺上移动的距离来间接测量出，实验设计非常巧妙。

3、 微观量与宏观量的转换：如在油膜法估测分子的大小实验中，通过测量油滴的体积

与单分子油膜的面积来测量分子的大小。

4、 状态量与过程量的转换：如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。

5、 非电学量与电学量的转换：如传感器，就是把非电学量转换为电学量进行测量的一

类元件。

二、放大思维法

在设计物理实验时，物理现象或待测物理量十分微小的情况下，把物理现象或待测物理量按一定规律放大后再进行观察或测量，这种实验设计思维方法称为放大思维法

1、 机械放大：运用机械将微小尺度的变化转换为较大尺度的变化。如利用杠杆原理将

微小长度的变化 转换为较大尺度的变化或将微小角度变化转换为较大尺度的变化。

2、 电放大：运用电子元件对微小信号进行放大。如在研究电磁感应现象中，微电流放

大计的使用。

3、 光放大：利用光学元件对观察对象的空间尺度进行放大。如微小形变的观察。

三、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