科学探究方法的类型和应用专题
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科学探究方法的类型和应用专题 科学探究方法的类型及其简单描述： 1、控制变量法：所谓控制变量法就是在研究和解决问题的过成中,对影响事物变化规律的因素和条件加以人为控制,只改变某个变量的大小,而保证其它的变量不变,最终解决所研究的问题。 2、对照法是人们在认识和分析各种事物时，根据一定的标准，把彼此有某种联系的事物加以对照，从它们的异同之处来分析、判断和处理一种认识方法。（生物和化学中常用的多） 3、理想模型法：通过模型来揭示原型的形态、特征和本质的方法称为模型法。模型法借助于与原型相似的物质模型或抽象反映原型本质的思想模型,间接地研究客体原形的性质和规律。 在初中物理课本中,应用这种方法的有： （1）光线(光线是看不见的,我们使用一条看得见的实线来表示,就将问题简化利用了理想化模型) （2）磁感线 （3）电路图是实物电路的模型 （4）力的示意图或力的图示是实际物体和作用力的模型。 （5）实验室常用手摇交流发电机及挂图来研究交流发电机的原理和工作过程 （6）研究肉眼观察不到的原子结构时，建立原子核式结构模型。 4、等效替代法： 在物理实验中有许多物理特征、过程和物理量要想直接观察和测量很困难，这时往往把所需观测的变量换成其它间接的可观察和测量的变量进行研究，这种研究方法就是等效法。等效替代法是常用的科学思维方法。等效是指不同的物理现象、模型、过程等在物理意义、作用效果或物理规律方面是相同的。它们之间可以相互替代，而保证结论不变。等效的方法是指面对一个较为复杂的问题，提出一个简单的方案或设想，而使它们的效果完全相同，从而将问题化难为易，求得解决。例如我们学过的等效电路、等效电阻、分力与合力等效…… 5、转换法：对于不易研究或不好直接研究的物理问题，而是通过研究其表现出来的现象、效应、作用效果间接研究问题的方法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。 （1）研究物体内能与温度的关系(我们无法直接感知内能的变化,只能转换成测出温度的改变来说明内能的变化)； （2）在研究电热与电流\电阻的因素时，将电热的多少转换成液柱上升的高度； （3）我们在研究电功与什么因素有关的时候，将电功转换成砝码上升的高度； （4）在我们回答动能与什么因素有关时，我们将动能转化为小木块在平面上被推动的距离，距离越远则动能越大。 注意：等效法与转换法很相似，有什么区别呢？ 请观察： 转换法：电流大小----灯泡亮度； 磁场----小磁针偏转 等效替代法：分力 ----合力； 小石块体积----排开水的体积; 小结：“等效替代法”中相互替代的两个量种类相同，大小相等，而“转换法”中的两个物理量有因果关系,．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．并且性质往往发生了改变。 6、类比法：在我们学习一些十分抽象地看不见、摸不着的物理量时，由于不易理解，我们就拿出一个大．．．．．．．家能看见的且与之很相似的量来进行对照学习。如电流的形成和电压的作用是通过以熟悉的水流的形成和．．．．．．．．．．水压是水管中形成了水流进行类比，从而得出电压是形成电流的原因的结论。 再如：学习分子的动能时，将它与物体的动能进行类比；学习功率时，将它与速度进行类比。 注意事项： 类比和对比的区别：类比都是引用和自身比较相同的，有共同性的，对比时引用有明显不同的，可以显出．．．．．．．．．．．．．．差别的。 ．．7、科学推理法： 推理法是根据已知物理现象和规律，通过想象和推理对未知的现象做出科学的推理和预见。推理法是在观察实验的基础上，忽略次要因素，进行合理的推理，得出结论，达到认识事物本质的目的。 理想实验是研究物理规律的一种重要的思想方法。它以大量的可靠的事实为基础。以真实的实验为原形。通过合理的推理得出物理规律。如牛顿第一运动定律的得出。 8、图象法： 利用图象这种特殊且形象的数学语言工具，来表达各种物理现象的过程和规律，这种方法叫图像法。 物理图象不仅可以使抽象的概念直观形象，动态变化过程清晰，物理量之间的关系明确，还能表示出用语言难以表达的内涵。 9、放大法：就是在观察某些微小变化的物理实验现象时，往往另辟蹊径，转换思路，对微小变化现象进行放大观察，使之效果明显，更加有利于得出结论。如把一杯水放到桌面上，观察桌面受到杯子压力时发生的形变，我们很难直接察觉，为此就需要用到放大法。再如将音叉的震动传递到乒乓球上，将振幅放大，便于观察。 10、模型法 有关练习题 一、选择题（每空2分，共40分。） 1．某科学兴趣小组为探究蚂蚁寻找到食物后是如何回家的，进行了以下实验。他们选择两只正要回家的蚂蚁，用剪刀剪掉其中一只蚂蚁的左右侧触角，另一只蚂蚁不作任何处理，然后把它们放回原地，观察它们的运动情况，下列叙述错误的是 （ ) ．．A．此实验的假设是蚂蚁是靠触角找到回家的路的 B．实验时应把剪掉触角的蚂蚁放在离蚂蚁窝较近的地方 C．如果发现两只蚂蚁都回家了，则这个结果不支持本实验的假设 D．本实验存在的缺陷是蚂蚁数量太少，实验存在着偶然性 2．如图所示，在做“探究二力平衡条件”实验时，选用质量较小的卡片，目的是忽略小卡片的重力对实验的影响．这种突出问题的主要方面，忽略次要因素，是物理学中经常采用的一种科学研究方法．以下四个实例中所用研究方法与此相同的是（ ） A． 选用质量相同的物体探究重力势能与高度的关系 B． 选用小磁针探究磁体周围的磁场 C． 选用轻绳探究使用定滑轮的特点 D． 选用2Ω和8Ω两个电阻串联代替10Ω的电阻 3、用托盘天平测量物体的质量，测量过程中向右移动游码的作用相当于（ ）等 A.向左调节平衡螺母 B.向右调节平衡螺母 C.往右盘增加砝码 D.往右盘减少砝码 4．下列同一选项中，采用的主要研究方法不同的是（ ） A．用光线来描述光的传播——用磁感线来描述磁场 B．研究牛顿第一定律——研究影响导体电阻大小的因素 C．研究种子萌发的条件——研究影响液体蒸发快慢的因素 D．通过亮度来判断灯泡实际功率的大小——通过吸引大头针的数目来判断磁性强弱 5、我们在学习科学过程中经常会采用很多研究方法。在探究“空气能传声”时，逐渐将真空罩内的空气抽出，根据听到罩内闹钟的声音逐渐变弱，通过实验加推理的方法得到“真空不能传声”的探究结论。研究以下科学问题所采用的研究方法与探究“真空不能传声”相同的是 （ ） A．用磁感线描述磁场 B．通过墨水的扩散现象研究分子的运动 C．探究动能跟哪些因素有关 D．牛顿得出牛顿第一运动定律 6．下列各种重要科学理论，不是建立在实验基础上的是（ ） A．哥白尼的日心说 B．原子核式结构理论 C．牛顿第一定律 D．质量守恒定律 7、根据作用效果相同的原理，作用在同一物体的两个力，我们可以用一个合力来代替它。这种“等效替代法”是物理学中常用的研究方法之一，它可使我们将研究的问题得到简化。以下几种情况中，属于这种“等效替代法”的是（ ） A、在研究磁现象时，用磁感线来描述看不见，摸不着的磁场 B、在研究电现象时，用电流产生的效应来研究看不见，摸不着的电流 C、两个电阻并联时，可用并联的总电阻来代替两个电阻 D、在研究电流的变化规律时，用水压和水流来类比电压和电流 8、如图所示，在水平桌面上铺粗糙程度不同的物体（毛巾、棉布等），让小车从同一高度滑下后，通过观察小车在不同表面运动距离的长短，就可知道阻力对物体运动的影响。我们称这种研究问题的方法为“转换法”。探究下列问题的过程中没有用到这种方法的是（ ） ．．A．探究液体蒸发的快慢与哪些因素有关 B．探究压力的作用效果与哪些因素有关 C．探究电流产生热量的多少与哪些因素有关 D．探究电磁铁磁性的强弱与哪些因素有关 9．在科学探究中，常把直接测量有困难的量转换成便于测量的量来研究．这种方法称之为转换法．例如在探究物质吸热升温的属性时，沙子和水吸收热量的多少不便直接测量，可以通过测量加热时间的长短来比较吸热的多少．下述实验中采用了转换法的是（ ） A．在探究影响动能大小的因素时，动能大小的比较方法 B．在探究阻力对物体运动的影响时，推理出物体不受阻力时的运动状态 C．在探究串联电路电流特点时，换用不同灯泡及改变电源电压，多次实验 D．在探究压力对滑动摩擦力的影响时，保持接触面粗糙程度不变，改变压力 10．有些物理量的大小不易直接观察，但变化时引起的其他量的变化却易直接观察，用易观察的量显示不易观察的量，是制作测量仪器的一种思路（转换法）。下列测量仪器中不是利用这种思路制作的是（ ） A．温度计 B．压强计 C．弹簧测力计 D．量筒 11．力是看不见的，但是我们可以通过力的作用效果去认识它，这是在科学研究中常用的方法。下面四个研究实例中，同样采用这种研究方法的是（ ） A. 研究电流与电压、电阻的关系时，先使电阻不变去研究电流与电压的关系，再让电压不变去研究电流与电阻的关系 B. 温度的高低是看不见的，我们可以通过液体体积的变化去认识它 C. 研究牛顿第一定律时，在实验的基础上经过推理，得出运动物体不受力将做匀速直线运动 D. 在学习蒸发与沸腾时，通过比较得出蒸发与沸腾的异同点 12、用易于观察的科学现象来显示不易观察的科学事实是科学研究中常用的一种方法。下列不属于这种方法的是（ ） A．将枝条插入红墨水中来显示水在茎中的运输 B．用物体发生的形状变化来显示力的存在 C．在经过褪色处理的叶片上滴加碘液来显示光合作用产生淀粉 D．用磁感线箭头表示的方向来显示磁场中各点的磁场方向 13．为了研究问题的方便，物理学家创造性地引入了一系列科学概念，比如： ①在研究光的传播时引入了“光线”； ②在研究物质结构时引入了“原子”； ③在研究物质导电性时引入了“绝缘体”； ④在研究磁场时引入了“磁感线”； ⑤在研究人类听觉范围时引入了“超声”。其中属于科学假想而实际并不存在的是（ ） A．①② B．③④ C．①④ D．②⑤ 14．下列运用科学方法的实例中，属于“缺点列举法”的是（ ） A．根据增大摩擦的方法想到减小摩擦的方法 B．为了研究磁场引入磁感线 C．制作变阻器时发现导线太长而采取缠绕方式 D．将光的反射分为镜面反射和漫反射 15．人类在探索自然规律的过程中，总结出了许多科学研究方法，如：“控制变量法”、“等效替代法”、“类比法”、“理想模型法”等。下面是初中物理中的几个研究实例：①研究电流时，把电流比作水流；②研究磁场时，引入“磁感线”；③研究动能与速度的关系时，让物体的质量保持不变；④研究光的传播时，引入“光线”。其中，采用了相同研究方法的是（ ） A．①和② B．②和③ C．②和④ D．③和④ 17．在研究和学习物理学的过程中，方法是不可缺少的。比值法是对与多个因素有密切关系的某个物理量进行测量的思想和方法。我们学习过的速度和密度概念都是通过比值法建立起来的。下列物理量不是用这种方法建立起来的有（ ） A．热值 B．功率 C．功 D．比热容 18．通过直接感知的现象，推测无法直接感知的事实，是常用的物理方法。下列根据现象所作出的推测不符合事实的是（ ） A．扩散现象 推测 分子是运动的 B．电路中的灯泡发光 推测 电路中有电流 C．小磁针放在磁体旁受力偏转 推测 磁体周围有磁场 D．街边的路灯同时亮、灭 推测 路灯是串联的 19．某物理兴趣小组的同学设计了如图所示的实验装置，当用力挤压装满水的玻璃瓶时，会看到细玻璃管内的水面明显上升，这是利用细玻璃管内水面的变化来放大玻璃瓶的微小形变。下列做法中也用到这种放大法的是（ ） A．将发声的音叉靠近乒乓球，通过乒乓球被弹开说明音叉在振动 B．在探究电阻中的电流跟其两端电压的关系时，保持电阻不变来研究电流和电压的关系 C．在研究电阻的串联时，为了使研究更方便，我们通常用一个电阻来替代多个电阻 D．用磁感线来描述磁体的磁场 20、分析复杂电路时，为了将电路简化，通常先把电路中的电流表和电压表进行理想化处理，正确的处理方式是（ ） A．把电流表看成是一个大电阻 B．把电压表看成是一根导线 C．把电流表看成是断开的 D．把电压表看成是断开的 21、科学假说在科学发现中起着重要作用，但需要相应的现象或证据支持。有以下实例： ①所有星系都在远离地球而去，星系越远退行的速度越快—大爆炸宇宙论②《圣经》中关于天堂、人间、地狱的说法—哥白尼的“日心说”③大西洋两岸大陆轮廓的可拼合性—板块学说④发现了处于爬行类和鸟类过渡类型的始祖鸟化石—达尔文进化论⑤地球有昼夜更替现象—地球是一个球体。以上现象与假说对应的有：（ ） A．①②③ B．②③④ C．①③④ D．①④⑤ 二、简答题（每空2分，共40分。） 22、我们学过的一些物理知识是有规律的，且有些规律是相似的，只有弄清他们的相同点和不同点才能更好地理解和应用．请你根据下表示例，完成填空． 知识点 声波 电磁波 电荷 磁极 相似的规律 声波可以传递能量 电磁波可以传递能量 不同点 声波在真空中不能传播 电磁波在真空中可以传播 电荷分正负，可以单独出现 磁极分南北极，总是成对出现 23．在探究“决定电阻大小因素”的实验中，运用的物理研究方是 ；在制作导线和电阻丝时主要是根据导体的 对电阻大小的影响来选的。 24．物理学中，常用新的物理量对不同事物进行比较，比如要比较物体运动的快慢，需要引入速度；要比较做功的快慢，需要引入 ；要比较压力的作用效果，需要引入 。 25．小丽总结初中物理实验探究方法后发现：当要研究的物理量不易直接测量时，都需要想办法把它们的大小间接地测量出来；当要探究的物理量与多个因素有关时，都必须采取一定措施，控制多余变量。 在下面两个实验中，甲图实验一定要让物块在水平木板上做 运动，通过弹簧测力计的示数间接地测量出物块所受摩擦力的大小；乙图实验若要探究动能与速度的关系，就要用同一小球A从轨道上的 （选填“相同”或“不同”）高度处由静止开始自由滚下，通过物块B被撞开的距离s的大小来间接显示A球到达水平面上时的动能大小。 26．控制变量法是科学研究中常用的方法。 （1）下列四个实例中，采用控制变量法进行研究的是哪些？ A、研究压力作用效果与压力、受力面积的关系 B、用一条带箭头的直线表示光的传播路线和方向 C、用水流的形成来类比电流的形成 D、探究影响电阻大小的因素 （2）为验证新鲜猪肝提取液的催化作用，小明做了以下实验： 在试管中加入7.5%的H2O2溶液10毫升，再加入2毫升新鲜猪肝提取液。观察产生气泡的速度。 有同学认为小明的实验缺少对照组，补充了如下实验： 甲：在另一试管中加入7.5%的H2O2溶液10毫升，再加入2毫升蒸馏水。观察产生气泡的速度。 乙：在另一试管中加入7.5%的H2O2溶液10毫升，不再加任何物质。观察产生气泡的速度。 则以上哪项可以作为小明所做实验的对照组 。 A．甲 B．乙 C．甲和乙均可 27．平常我们吃熟鸡蛋时，发现被蛋白质包围的蛋黄是圆球形的，那么生鸡蛋的蛋黄形状是否也是圆球形的呢？为探究这个问题，某同学在老师的指导下做了下面的实验，同时还查阅了相关材料。 步骤一：取一只玻璃杯，里面盛小半杯清水，在清水里加入一大滴菜油，发现菜油滴到水面上后呈薄片浮于水面； 步骤二：再取一定量的酒精，沿着杯壁慢慢倒入水中，发现随着倒入酒精量的增多，油的薄片慢慢变小，厚度渐渐增加，变成扁球形，最后演变成圆球形，悬浮在酒精溶液中。 小资料：当油滴处于悬浮状态时，表面张力会使它的表面积可能缩小到最小值，而在体积一定的条件下，以球形的表面积为最小。 对上述实验过程进行分析后完成下列问题； （1）推测生鸡蛋中蛋黄的形状是 __ __ __ 形； （2）请从密度的角度分析油滴处于悬浮状态的原因； __ __ __ （3）该实验体现了哪一种科学探究方法？ __ __ __ A.控制变量法 B.类比法 C.对照法 28．在学校实验室开放时．同学们对手摇发电机非常感兴趣，他们想：发电机产生感应电流大小跟哪些因素有关呢?于是他们开展了探究，以下是他们所用的发电机和实验记录表： ⑴根据表格可知，他们准备研究发电机产生感应电流的大小是否与 有关。 (2)手摇发电机在发电时将 能转化为电能。 (3)他们根据小灯泡的亮度来判断电路中感应电流的大小，像这种用能直接观测的量来显示不易直接观测的量的方法叫“转换法”。下列方法属于“转换法”的是 (填序号) ①根据磁铁吸引大头针的多少来判断磁性的强弱；②根据能否进行新陈代谢来区分生物与非生物；③根据纯净物中元素种类的多少来区分单质与化合物。 29．人类在探索自然规律的过程中，总结出了许多科学研究方法，如：“控制变量”、 “类比”、“模型”等，下面两个例子都运用了上述 的方法说明分子也具有动能和势能。 三、实验探究题（每空2分，共20分。） 30．科学探究是科学研究与学习的一种重要方式。请完成下列有关探究技能的问题。 （1）找证据：收集、分析各种证据是认识物质的基本方法。如汗液有咸味，因此有同学认为汗液中有氯化钠。为了验证猜想，他收集了一定量的汗液，然后向其中滴加一种化学试剂，看到有白色沉淀生成，这种化学试剂是 。 （2）推理：食盐和工业用盐（主要成分为亚硝酸钠，化学式NaNO2）都有咸味，但亚硝酸钠对人体是有剧毒的。比较食盐和亚硝酸钠的化学式，可推断亚硝酸钠组成成分中的 是有剧毒的。（用化学符号表示） 1 2 3 4 5 次 数 （3）处理数据：在测定硫酸铜晶体结晶水质量分数坩埚和硫酸铜晶10.7 10.1 9.8 9.8 9.8 的实验中，得到的数据如表： 体总质量（g） （已知坩埚质量为8.7克） 则该实验测得硫酸铜晶体中结晶水的质量分数为 。 31．影响导体电阻大小有多种因素。如图甲所示的实验是为了探究导体电阻大小与 的关系。同学们查阅资料后知道某些导体的电阻还与磁场强弱有关(磁场强弱称为磁场强度，用符号B表示，其单位为特斯拉，用符号T表示)，电阻随磁场的增强而增大，利用这种关系可以测量磁场的强度。如图乙所示为室温下某磁敏电阻阻值R随磁场强度变化的曲线。若实验室可提供以下器材：磁敏电阻、蹄形磁铁、电源、开关、导线、滑动变阻器、电压表、电流表(毫安为单位)。 (1)现要测定如图丙所示蹄形磁铁两极间磁敏电阻R所在处的磁场强度，请在虚线框内画出实验电路图； （2）某同学正确实验后，测得磁敏电阻R两端的电压与电流的数据如下： 实验次数 U/伏 I/毫安 1 0.3 2 0.6 3 1.0 0.45 0.91 1.50 请利用表中数据计算该磁敏电阻R在此磁场电的阻值为 欧，该处磁场强度大约为 特斯拉； (3)若要在上述实验后继续研究磁敏电阻大小与磁场方向的关系，则只要在原实验中改变 即可。 32．图甲是教材中测量平均速度的实验，图乙是某教师的改进实验：将一小块含铁小重物（涂黑部分）密封在灌满水的长直玻璃管内。当长直玻璃管竖直后，迅速移去玻璃管顶端的小磁铁，小重物开始下落，分别测得小重物到达15厘米、30厘米、45厘米处所用的时间，实验数据如下表： 距离/厘米 15 30 45 时间/秒 实验次数 1 2 3 （1）分析表中数据（不考虑实验误差），从最高处下落到玻璃管底部的过程中小重物 （填“是”或“不是”）做匀速直线运动； （2）为求小重物在第一次实验时整个下落过程的平均速度，某同学采用了下列两种计算方法： 方法1： s0.45米方法2： 1.00 0.99 0.96 1.92 1.94 1.90 2.82 2.80 2.78 vt2.82秒s0.15米(0.30-0.15)米(0.45-0.15)米v［］3t1.00秒(1.92-1.00)秒(2.82-1.92)秒以上两次计算方法正确的是 。 （3）在甲实验中，要使铅笔在桌面上滚动的平均速度变大，可采取的方法有 （写出一点即可）； （4）与甲实验相比，乙实验具有能保证物体做直线运动、便于观察实验过程等优点，但还有继续改进之处，你的改进建议是 （写出一点即可）； 30．“鼠标在鼠标垫上移动时，为什么屏幕上的光标会随之移动?”小科对此感到好奇，于是进行了下列实验：用相同大小的压力，让鼠标以相同的速度分别在鼠标垫、平整的桌面和光滑的玻璃面上移动，发现鼠标在鼠标垫上移动时，光标移动正常；在桌面上移动时，光标移动不灵活；而在玻璃面上移动时，光标基本不移动。 (1)小科做上述实骏是因为他猜测：光标会随鼠标的移动而移动，可能与鼠标移动时受到的 大小有关。通过上述实验小科认为自己的猜想是正确的。 (2)小敏仔细观察了通电时的鼠标，发现鼠标的反面有如图所示的发光点和小凸点，因此他对小科结论的正确性产生了怀疑。于是，他在不拆开 鼠标的前提下，设计了如下实验： 。 实验证明小科的猜想是错误的!“到底是什么原因使光标随着鼠标的移动而移动?”小科和小敏又开始新的探究…… 30、滑动摩擦力 用黑纸遮住光点然后在鼠标垫上移动，观察鼠标的移动情况等 参考答案 一、选择题 BCCBD ACAAD BDCCC CDADC 二、简答题 21．同种电荷相互排斥 同名磁极互相排斥（或异种电荷相互吸引；异名磁极互相吸引） 22．AD 23．控制变量法 材料 24．功率 压强 25．匀速直线 不同 26．（1） AD （2）A 27．（1）圆球（回答“球”也得分，回答“圆”、“扁球”不得分） （2）水和酒精混合液（酒精溶液）的密度等于油滴的密度（填写“酒精或水的密度和油滴密度相等”不得分） （3）B 28．(1)线圈转速和线圈转向（只写一个不给分） (2)机械(动) (3)① (4)电流 29．类比 三、实验探究题 －30．（1）硝酸银溶液 （2）NO2 （3）45% 31．温度 (1)如图 (3)1506 1.0 (4)磁场方向(或电流方向) 32．（1）不是 （2）方法1 （3）增大纸板角度（或增大铅笔放置高度或在更光滑的桌面上实验）（合理均给分） （4）增加玻璃管的长度（或改变小重物的密度或改变液体的密度）（合理均给分） 本文来源：https://www.wddqw.com/doc/0e4d9f6030687e21af45b307e87101f69e31fb7b.html