實驗是物理學習一個重要環(huán)節(jié)，除去課本上一些經(jīng)典實驗之外，考試中會經(jīng)常遇到設計實驗的問題。下面就講解一些在設計實驗時常用的一些思維方法。

一、轉(zhuǎn)換思維法

在設計物理實驗時，有一些些物理量其實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)象而進行間接觀察，這種實驗設計思維方法稱為轉(zhuǎn)換思維法。

研究平拋運動實驗中，利用做平拋運動物體的水平位移與豎直位移求平拋運動的初速度。在研究變速直線運動實驗中，利用位移求物體的速度與加速度。

二、比較思維法

設計物理實驗時，利用對比實驗，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，這種實驗設計思維方法稱為比較思維法。

1.條件比較：比較不同研究對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。如比較平拋運動和自由落體運動的過程，可推知平拋運動豎直方向的運動規(guī)律。

3.狀態(tài)比較：比較物理現(xiàn)象在實驗時間內(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

設計物理實驗時，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行測量或觀測而達到完全相同的效果。這種實驗設計思維方法稱為替代思維方法。

1.物理量之間的替代：如研究單擺的運動圖像時，用紙板的位移替代時間，簡化了實驗測量。

2.物理現(xiàn)象之間的替代：如初中的熱脹冷縮實驗，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：如研究平拋運動的實驗中，用水平方向的勻速運動與豎直方向的勻變速直線運動兩個分運動過程替代平拋運動過程，將曲線運動轉(zhuǎn)化為直線運動研究。

4.物理儀器之間的替代：如測電源電動勢內(nèi)阻實驗中不提供電壓表，而利用電阻箱和電流表完成實驗。

四、近似思維法

設計物理實驗時，為了簡化實驗測量，突出實驗的物理意義，對一些中學階段精度要求不太高的試驗，在其實驗方案的設計上采取近似的處理，這種實驗設計思維方法稱為近似思維法。

1.對象近似：如在氣體實驗中，將常溫常壓下的實際氣體近似看作理想氣體;在用單擺測重力加速度實驗中，將“細線與小球”近似看作單擺。

2.過程近似：如單擺實驗中，只有在擺角小于5度時，擺球的運動近似地看作簡諧運動。

3.結(jié)果近似：如用伏安法測電阻實驗中，將電流表、電壓表近似地看作理想儀表。為了提高精度，要求將實驗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

設計實驗時，由于偶然因素的影響，對某些物理量進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，稱為累計思維法。這是為了減小測量的相對誤差而設計的。

1.時間累計法：如單擺測重力加速度實驗中，采用測量30~50次全振動的總時間來求單擺的周期。

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