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1、中学物理实验的定性或定量分析中学物理实验的定性或定量分析 王钧毅 摘 要：本文对比地介绍定性分析与定量分析的概念和定性分析与定量分析在物理实验中的区别，以及就实例说明在物理实验中如何运用定性和定量分析等方面进行阐述，以此探讨在物理实验中定性分析与定量研究的关系和作用。 关键词：物理实验 定量分析 定性分析 The Qualitative or Quantitative Analysis of Physical Experiment in Middle School Wang Junyi (College of Physics，Changchun Normol University，Changc
2、hun 130032，China) Abstract：This paper introduces the concepts of qualitative analysis and quantitative analysis， the differences of them when they are applied in physics experiment The paper also illustrates how to use these two analytical methods in order to explore the relationship and function of
3、 them in physical experiment Key Words：Physics Quantitative analysis Qualitative analysis 1绪论 物理学是一门以实验为基础的学科，学习物理实验是学习物理学的基础，因此物理实验研究一直以来在物理教育研究中都具1 有重要的地位。在许多物理实验研究中都离不开测量，并且有些还需要十分精准的测量。经过长时间的发展和进步，物理实验中的数据已经能够达到极高的精准度。但我们需要知道的是，并不是所有的物理实验都要求数据必须要达到很高的精度。出于不同的实验目的会要求实验数据达到不同的精度，我们不应盲目的追求高精度，有些物理实
4、验只要求看到明确的物理现象就足够了。2这就需要我们针对不同的物理实验进行必要的定性分析或定量分析。 法，他们都有极大的定性分析的能力。这是因为定性分析的方法具有两个重要的特点：一是定性分析可避免繁复的计算，省时、快捷且事半功倍；二是定性分析具有相当严密的逻辑性，能够深入到事物的本质。5 21定性分析在物理实验中的应用 在一个装有碎冰块的烧杯中，插入一支同样装有碎冰块的试管，用酒精灯给烧杯加热，使得烧杯中的冰块熔化一半，这时试管中的冰块将 A全部熔化 B熔化一半 C不熔化 D无法判断 解析：想要分析并解答此题，我们必须理解以下三点： 发生热传递的条件是：物体之间必须存在温度差异，热量才能从高温物
5、体传递向低温物体； 晶体冰在达到熔点0时，如果能够不断吸收到热量，冰才能逐渐的熔化，且在冰全部熔化前，温度保持在0不变； 存在于烧杯中的冰和存在于试管中的冰我们应视之为两个物理体系。 存在于烧杯中的冰在熔化的过程中，可以通过烧杯不断地从热源处吸收热量，而存在于试管中的冰在达到0后，想要熔化，就必须能够从烧杯中的冰里吸收2物理实验研究的定性分析 英文中的“qualitative research”在中国大陆被译为“定性研究”，而在台湾、香港和新加坡等地则被译为“质的研究”。3所谓的定性分析，主要是凭借分析者的直觉和长时间的实践所积累的经验，对所要进行分析的对象的性质、特点以及发展和变化的规律做出
6、一定判断的一种方法。4 物理学家们都十分重视定性分析的方到热量。根据题设“烧杯中的冰并没有全部熔化”，烧杯中冰的温度与试管中冰的温度相同，都是0，它们之间不具备发生热传递的条件，故存在于试管中的冰不会熔化，解答。 3物理实验研究的定量分析 定量分析就是依据实验测得并加以统此题的答案应为。如果我们没有掌握以上三点，那么本题我们也就无法分析解答了。6 22定性分析的几种方法 221 运用模糊概念解答问题 我们在物理学中所涉及到的模糊概念有大于、小于、大、小、快、慢、强、弱、高、低等等。这些概念本身没有一个确定的数量界限，只是在对不同事物的相互对比中才能体现出它们的意义。在分析有些物理现象的本质时，
7、如果不追求物理量的精确度，而只是以比较有关物理量的相对地位为目的，我们完全可以借助于这些模糊概念。定性分析的基本特点之一就是对模糊概念的运用，它使得许多问题的解决显得简便而灵活。7 222 利用图像解答问题 图像解题法，是物理学中定性分析问题的一个重要方法，在问题中利用图像对其进行分析，比用数学方法推导来得更简捷、更直观。 223 利用特殊值解答问题 我们在解答物理问题时，往往会利用极值来对其进行定性分析，用该种方法可以迅速地了解该事物的特征和变化规律，从而把握住事物的本质特点。 224 运用对称性解答问题 在很多物理问题中都具有对称性，只要我们能够找到其所具有的对称性的关系，就能够轻而易举地
8、解答此类问题。 225 运用类比的方法解答问题 类比是依据两种事物具有部分相似的特性，推断出其它部分也可能具有相似特性的方法。利用类比法，我们可以把已知事物的特性推导到未知事物上去，所以它是利用定性分析解决问题的一种有效方法。 226 运用数量级估算解答问题 在物理问题中，如果有些问题没有具体的数值条件，同时问题不要求进行精确的计算，我们就可以采用数量级估算的方法进行计的数据来建立数学模型，然后用数学模型来计算出所需分析对象的各项指标以及其数值的一种分析方法。 31定量分析在物理实验中的应用 探究导体的长度与电阻的关系，这个实验最常见的做法，是用一个电池组、一个小灯泡、一个开关和若干导线，分别
9、与两根粗细相同也就是横截面积相同但长度不等的的镍铬合金线相串联，然后闭合开关，让同学们观察两次实验小灯泡亮暗的变化。那么，应该得到的现象是，小灯泡与较长的镍铬合金线相连接时，小灯泡较暗；而与较短的镍铬合金线相连接时，小灯泡较亮。通过这个实验现象可以表明，较长的导线中的电流小，较短导线中的电流大，从而得出结论：在导体的横截面积和材料相同时，导体的电阻跟导体的长度有关系；导线越长，电阻越大。这是从定性的角度分析所得出的结论。 但这只是一个理想化的实验，从实际的角度出发，每长1米，横截面积是1平方毫米的镍铬合金线的电阻只有1.1欧。而我们在实验室做实验时所用的镍铬合金丝的长度往往还不足1米，如上述方
10、法来做这个实验，现象往往不是非常明显；并且，对于小灯泡的亮暗程度也没有一个明确的规定，只能凭个人的感觉，所以这个实验做起来并不容易得出结论。 其实要想通过以上实验得到一个明显的现象来表明较长的导线中的电流小，较短导线中的电流大其实非常简单。我们只需要将对上述实验的定性分析变成定量的研究，在以上实验的电路中串联在电路中的小灯泡换成一个电流表即可。这样我们得到的现象不再是一个感性的认识，而是一个数字化的体现，可以非常直观的看到电流大小的改变，从而能够更容易地得出上述的结论。 32定量分析的几种方法 相对于不同的测量对象、不同的测量目的、不同的函数关系，我们所采用的数据处理的方法也各不相同。在定量物
11、理实验中，经常用的处理数据方法有列表法、作图法、逐差法和线性回归法等。 321列表法 列表法的实验数据中至少要包括两个变量，一个叫做独立变量或者自变量，而另一个叫做因变量。所谓的列表法，就是将一线实验所得到的数据中的自变量、因变量按照一定的形式、顺序一一对应的列出来。 8 去了物理思想和物理意义。所以说，如果没有正确的定性分析，则定量分析就会迷失方向。 同时，如果只重视定性分析，而忽略定量分析，我们就会无法全面且准确地把握在物理实验过程中的数量变化，使我们不能够足够透彻且科学地理解物理变化。所以说，定量分析可以使定性分析更加科学、准确，322作图法 将一系列实验的测量值按其对应的关系在坐标纸上
12、描绘成一条平滑的曲线，它的特点是简明直观，可直观地显示出数据的极值点周期等，并可以直接从图线中求出某些实验结果。根据已经作好的图线，我们可以采用解析的方式得到与图线相对应的函数关系，并对数据进行处理，求出经验公式。9 323逐差法(差数平均值法) 它是把实验测量出来的数据进行逐项相减，或者分成前后两组进行对应项的相减。逐差法所具备的特点是，可以验证被测量之间的函数关系，充分的利用数据来减少误差。 4结 论 物理学是一门被高度量化的学科，许多物理实验中都需要对其进行测量，而且有些测量结果还要求得十分精确，并且需要根据测量的数据结果进行精确的计算以得出结论，这是对物理实验进行定量的分析。 对于有些
13、物理实验，并不要求其测量结果达到很高精度并且要求进行精确的计算。因为实验目的的不同，对实验数据的测量和计算的精度也不尽相同，我们不应盲目的追求结果的高精度。而主要凭借分析者的经验、直觉和所被分析对象过去和现在延续的情况以及最新的信息、资料等，对分析对象的特点和性质做出一定的判断，即只要求看到明确的物理现象，这是对物理实验进行定性的分析。 在物理实验的分析过程中，定性分析是定量分析的基本前提，如果没有定性的定量，则是一种盲目的、不具有任何价值的定量，它只会变成繁复的数学计算过程，而失它能够促使定性分析得出更加广泛而深入的结论。 综上所述，在物理实验中定性分析和定量分析都具有十分重要的位置，它们之
14、间具有辩证统一的关系。我们都要加以重视，并在实验分析中合理、充分地加以利用。只有这样我们才能加深对物理实验的理解，敏锐地捕捉到物理现象背后的问题本质，提高我们对物理实验的学习能力和研究的能力。 参 考 文 献 1 易其顺从物理学习的认知过程看物理实验研究物理实验，2010，30：1419 2 沈元华定性与半定量物理实验教学初探物理实验，2004，24：2527 3 陈向明定性研究方法评介教育研究与实验，1996：6268 4 赵凯华物理教育与科学素养的培养大学物理，1995，14：26 5 宋艺华例谈物理学中的定性分析与定量分析物理教师，2009，30：4142 6 艾小燕浅析物理教学定性分析的重要性内蒙古科技与经济，2003：142143 7 周玉美物理问题定性分析的几种方法中国教育技术装备，2007：2627 8 原安娟王古有几种软件在物理实验数据处理中的应用比较大学物理实验，2007(03)：8285 9 黄德润试论大学物理实验数据处理学的选取福建教育学院学报，2005(01)：114116
