實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)一個(gè)重要環(huán)節(jié)，除去課本上一些經(jīng)典實(shí)驗(yàn)之外，考試中會(huì)經(jīng)常遇到設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的問題。下面就講解一些在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)常用的一些思維方法。

一、轉(zhuǎn)換思維法

在設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，有一些些物理量其實(shí)是不容易直接測量或某些物理現(xiàn)象直接顯示有困難，這樣就把難以測量的物理量轉(zhuǎn)換成容易測量的物理量進(jìn)行間接測量，或?qū)⒛承┎灰罪@示的物理現(xiàn)象轉(zhuǎn)化為容易顯示的物理現(xiàn)象而進(jìn)行間接觀察，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維方法稱為轉(zhuǎn)換思維法。

研究平拋運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，利用做平拋運(yùn)動(dòng)物體的水平位移與豎直位移求平拋運(yùn)動(dòng)的初速度。在研究變速直線運(yùn)動(dòng)實(shí)驗(yàn)中，利用位移求物體的速度與加速度。

二、比較思維法

設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，利用對(duì)比實(shí)驗(yàn)，找出物理現(xiàn)象之間的同一性和差異性，從而揭示物理現(xiàn)象的本質(zhì)規(guī)律，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維方法稱為比較思維法。

1.條件比較：比較不同研究對(duì)象在不同的條件下的變化情況。如研究金屬的電阻率隨溫度變化的情況。

2.過程比較：比較不同物理過程的現(xiàn)象的變化。如比較平拋運(yùn)動(dòng)和自由落體運(yùn)動(dòng)的過程，可推知平拋運(yùn)動(dòng)豎直方向的運(yùn)動(dòng)規(guī)律。

3.狀態(tài)比較：比較物理現(xiàn)象在實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)初、末狀態(tài)的變化。如比較酒精和水混合前后的總體積，可推知物體內(nèi)分子之間有空隙。

三、替代思維法

設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，將直接無法測量或不太容易測量的物理量、直接無法觀測的物理現(xiàn)象，通過變通替代的方法間接進(jìn)行測量或觀測而達(dá)到完全相同的效果。這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維方法稱為替代思維方法。

1.物理量之間的替代：如研究單擺的運(yùn)動(dòng)圖像時(shí)，用紙板的位移替代時(shí)間，簡化了實(shí)驗(yàn)測量。

2.物理現(xiàn)象之間的替代：如初中的熱脹冷縮實(shí)驗(yàn)，利用雙金屬片熱脹冷縮的彎曲來接通電路，讓燈的明暗來反映雙金屬片的彎曲。

3.物理過程之間的替代：如研究平拋運(yùn)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)中，用水平方向的勻速運(yùn)動(dòng)與豎直方向的勻變速直線運(yùn)動(dòng)兩個(gè)分運(yùn)動(dòng)過程替代平拋運(yùn)動(dòng)過程，將曲線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為直線運(yùn)動(dòng)研究。

4.物理儀器之間的替代：如測電源電動(dòng)勢(shì)內(nèi)阻實(shí)驗(yàn)中不提供電壓表，而利用電阻箱和電流表完成實(shí)驗(yàn)。

四、近似思維法

設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，為了簡化實(shí)驗(yàn)測量，突出實(shí)驗(yàn)的物理意義，對(duì)一些中學(xué)階段精度要求不太高的試驗(yàn)，在其實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)上采取近似的處理，這種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思維方法稱為近似思維法。

1.對(duì)象近似：如在氣體實(shí)驗(yàn)中，將常溫常壓下的實(shí)際氣體近似看作理想氣體;在用單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)中，將“細(xì)線與小球”近似看作單擺。

2.過程近似：如單擺實(shí)驗(yàn)中，只有在擺角小于5度時(shí)，擺球的運(yùn)動(dòng)近似地看作簡諧運(yùn)動(dòng)。

3.結(jié)果近似：如用伏安法測電阻實(shí)驗(yàn)中，將電流表、電壓表近似地看作理想儀表。為了提高精度，要求將實(shí)驗(yàn)條件控制在一定的范圍內(nèi)。如電表合適的量程于合適的電路連接方式。

五、累積思維法

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，由于偶然因素的影響，對(duì)某些物理量進(jìn)行一次測量具有不確定性或不可靠性，則采用累積后求平均值的方法，稱為累計(jì)思維法。這是為了減小測量的相對(duì)誤差而設(shè)計(jì)的。

1.時(shí)間累計(jì)法：如單擺測重力加速度實(shí)驗(yàn)中，采用測量30~50次全振動(dòng)的總時(shí)間來求單擺的周期。

2.空間累積法：如測量一張薄紙的厚度時(shí)，可測多張薄紙的厚度后求平均而得到一張紙的厚度等。

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