Tema de física de segundo grado: ¿Cuáles son los métodos científicos de los experimentos físicos?
El método de comparar la cantidad física que se va a medir con la cantidad física seleccionada como unidad estándar se llama método de comparación. Por ejemplo, mida la longitud de un objeto, use una balanza para pesar su masa y use un puente para medir su resistencia. A veces no basta con tener una herramienta de medición estándar, también es necesario un sistema de comparación para comparar la cantidad medida con la cantidad estándar. Por ejemplo, medir la capacidad calorífica específica de un metal a una determinada temperatura. Debido a que la capacidad calorífica específica del metal aumenta a medida que aumenta la temperatura, podemos encontrar un material metálico que tenga una capacidad calorífica específica a esta temperatura, medirla usando el método de comparación, convertirlos en muestras de la misma forma y calentarlas hasta un cierta temperatura Su enfriamiento natural crea una curva de enfriamiento (curva T-t) que se puede resolver usando la ley de enfriamiento de Newton. El método de comparación es el método experimental más común y básico en experimentos físicos, y también es la base para diseñar experimentos controlados en diseño experimental.
2. Método de sustitución
Reemplazar la cantidad desconocida a medir con una cantidad estándar conocida para mantener el estado y el efecto sin cambios, por lo que el método a probar se denomina método de sustitución. Por ejemplo, la fuerza resultante se usa para reemplazar cada componente, la resistencia total se usa para reemplazar la resistencia de cada parte y la fuerza de flotabilidad se usa para reemplazar la presión del líquido sobre el objeto.
3. Método de acumulación
También se llama método de superposición. Después de acumular trazas, el error relativo se puede reducir mediante la medición y el promedio. Este método se utiliza a menudo en experimentos. Por ejemplo, en un experimento para medir la aceleración de la gravedad con un péndulo, es necesario medir el período del péndulo. El error de tiempo al medir una vibración completa con un cronómetro es muy grande, por lo que el tiempo T es de 30-50. Se miden las vibraciones completas, de modo que el período T del péndulo es T =t/n (n es el número total de vibraciones).
4. Métodos de control
En muchos experimentos de física de la escuela secundaria, a menudo hay muchos factores cambiantes. Para estudiar la relación entre ellos, podemos controlar algunas cantidades y estudiar la influencia de un factor por turno. Si la corriente I que pasa a través de un conductor se ve afectada por la resistencia del conductor R y el voltaje U en ambos extremos, al estudiar la relación entre la corriente I y la resistencia R, el voltaje U debe mantenerse constante al estudiar la relación entre; la corriente I y el voltaje u, es necesario mantener la resistencia r permanece sin cambios.
5. Método de rastreo
Algunos fenómenos físicos, como la posición, trayectoria o imagen de objetos en movimiento, se registran mediante el método de rastreo para facilitar la medición, la comparación y la investigación. Por ejemplo, en experimentos como medir la aceleración del movimiento lineal a velocidad constante, verificar la ley de inmovilidad de Newton y verificar la ley de conservación de la energía mecánica, la posición (desplazamiento) y la posición del automóvil (u objeto pesado) en Se registran diferentes tiempos a través de puntos perforados en la cinta de papel correspondiente, de modo que se pueda calcular y calcular tranquilamente la velocidad del coche en cada posición o tiempo. Para el movimiento armónico simple, la arena fina que se filtra a través del embudo oscilante cae sobre el cartón tirado a una velocidad uniforme, y se registra la posición en cada momento para facilitar el estudio de las imágenes de movimiento armónico simple. El método de seguimiento se utilizó en experimentos como el uso de fotografías con flash para registrar trayectorias de caída libre.
6. Método de amplificación
Cuando los fenómenos, cambios y cantidades físicas a medir son pequeños, se suele utilizar el método de amplificación. Dependiendo de la naturaleza del experimento y del objeto de la amplificación, los métodos físicos utilizados para la amplificación también son diferentes. Por ejemplo, el micrómetro de espiral utilizado en experimentos para medir la resistividad del metal: la regla principal se mueve hacia adelante (o hacia atrás) 0,5 mm, y hay 5n partes iguales en la regla auxiliar correspondiente, que en realidad es una amplificación mecánica de la longitud de muchos eléctricos; medidores, como amperímetros y Un voltímetro utiliza un puntero largo para indicar el ángulo de deflexión de la bobina después de aplicar energía.
Siete. Método de compensación
El método de compensación consiste en encontrar un efecto para compensarlo, midiendo así la cantidad física medida. Dado que la acción medida se cancela durante la medición, el instrumento que indica la diferencia entre la cantidad estándar y la acción medida es 0, por lo que también se le llama método de indicación cero.
8. Método de conversión
Algunas cantidades físicas no son fáciles de medir directamente, o algunos fenómenos son difíciles de mostrar directamente. Podemos realizar observación y medición indirectas convirtiendo las variables a observar en otras variables (conversión mutua de cantidades físicas como fuerza, calor, sonido, luz, electricidad, etc.). Por ejemplo, el experimento de Cavendish utiliza un dispositivo de equilibrio de torsión para medir la constante gravitacional: el método de pensamiento básico es la transformación equivalente. Después de girar la escala de torsión de Cavendish, el par del marco en forma de T causado por la gravedad y el par de la línea de tiempo causado por la deformación elástica son conversiones equivalentes, logrando indirectamente un objetivo inalcanzable.
Para otro ejemplo, el método de conversión también se aplica a la medición del ángulo de torsión de la línea de tiempo. La corriente se conoce en función del efecto térmico de la corriente y el campo magnético se conoce en función del fuerte efecto del campo magnético. en el imán. El método de transformación es un método de pensamiento de nivel superior y un salto basado en una comprensión profunda de la naturaleza de las cosas.
9. Método de idealización
Los factores que afectan los fenómenos físicos suelen ser complejos y cambiantes. En los experimentos, a menudo podemos ignorar algunos factores secundarios o asumir algunas condiciones ideales para resaltar los factores esenciales del fenómeno, a fin de facilitar una investigación en profundidad y obtener resultados aproximados razonables en situaciones reales. Por ejemplo, el experimento de medir la aceleración de la gravedad con un solo péndulo (suponiendo que el cable de suspensión no se puede estirar) ignora la fricción del punto de suspensión y la resistencia del aire de la bola durante el proceso de oscilación. En experimentos eléctricos, los voltímetros ideales. y se utilizan resistencias internas con resistencia interna infinita. Un amperímetro ideal con resistencia igual a 0.
Método del modelo X.
A veces, debido a limitaciones de las condiciones objetivas, no se pueden realizar experimentos directos y mediciones de ciertos fenómenos físicos, por lo que se crea artificialmente un determinado modelo y se utiliza en experimentos. se llevaron a cabo bajo condiciones modelo. Sin embargo, debe existir cierta similitud entre el modelo y el prototipo. Por ejemplo, en el experimento "Dibujo de líneas equipotenciales en campos eléctricos", debido a que es muy difícil medir directamente el campo electrostático, se simula con un campo de corriente fácilmente mensurable. Otro ejemplo es determinar la distribución de las líneas de inducción magnética en un campo magnético, porque las líneas de inducción magnética en realidad no existen. Utilizamos la distribución de limaduras de hierro para simular la existencia de líneas de inducción magnética. Por ejemplo, se utiliza un modelo del sistema solar para representar la estructura atómica y líneas simples para representar palancas. Los métodos anteriores solo se usan comúnmente en experimentos de física de la escuela secundaria y, a veces, se usan varios métodos simultáneamente en un experimento. Al mismo tiempo, los métodos de diseño experimental y los métodos de procesamiento de resultados experimentales también se encontrarán en operaciones específicas y no se repetirán aquí.