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實驗探究題是以考查與實驗相關(guān)的知識為主要內(nèi)容的一類題目 其考查內(nèi)容包括 基本工具和儀器的使用 基本物理量的測量 得出物理規(guī)律的過程 物理實驗的基本技能以及嘗試利用實驗手段和已知的規(guī)律有目的地設(shè)計實驗解決問題等方面 這類試題一般信息量較大 具有新穎性 綜合性 開放性 探究性的 特點 強調(diào)解決問題的過程與方法 有利于同學們科學態(tài)度 科學精神的形成 按考查的內(nèi)容可以分為基本測量型實驗 間接測量型實驗 觀察型實驗和探究型實驗 一 儀器 儀表直接測量型實驗解答直接測量型實驗 要了解各種基本儀器的工作原理 刻度特點 要熟練掌握各種儀器的使用方法 例1如圖甲電路 當開關(guān)S閉合后 電流表的指針偏轉(zhuǎn)如乙圖所示 其中a電流表測量的是通過 選填 電源 L1 或 L2 的電流 b電流表的讀數(shù)應為 A 解析 此題主要考查了電流表的讀數(shù)和使用 注意讀數(shù)時要先確定量程和分度值 否則容易讀錯量程 由電路圖可知此電路為并聯(lián)電路 電流表a串聯(lián)在L1的支路中 測量L1的電流 電流表b串聯(lián)在干路中 測量干路電流 因并聯(lián)電路的干路電流要大于支路電流 所以推知電流表b使用的量程應是0 3A 分度值是0 1A 讀數(shù)為1A 0 2A 1 2A 答案 L11 2 二 間接測量型實驗間接測量型實驗就是運用已學過的知識和熟悉的器材測定一些物理量而進行的實驗 要完成這些實驗 必須理解實驗所依據(jù)的原理 明確實驗的條件 步驟和過程 并進行實際測量 避免紙上談兵 解答間接測量型實驗應由實驗原理引出實驗器材 由實驗原理理清實驗步驟 由實驗原理突出實驗過程中的注意事項 例2小軍同學用下列四種方法測定小球沿桌面滾動時的平均速度 其中你認為最好的是 A 先選定一段較長的路程 測定小球通過這段路程所用的時間B 先選定一段較短的路程 測定小球通過這段路程所用的時間C 先選定一段較長的時間 測定小球在這段時間內(nèi)通過的路程D 先選定一段較短的時間 測定小球在這段時間內(nèi)通過的路程 解析 為了減小誤差 測運動物體的平均速度不能選太小的路程或時間 一般選定較長的路程來測時間 因為選定了路程時 路程的測量誤差相對較小 而如果先選定時間 則時間測量誤差絲毫沒有減少的情況下 路程的測量誤差也相對較大 誤差比較大 答案 A 例3同學們在做完了 測量小燈泡的電功率 的實驗后 老師提出了一個新問題 大家都已經(jīng)知道了決定導體電阻的三個因素 也知道溫度會影響導體電阻的大小 可是具體到一個小燈泡 溫度對其燈絲電阻有什么影響呢 請大家利用現(xiàn)有的實驗器材通過實驗來探究一下 小華同學利用 測量小燈泡的電功率 的實驗器材 其中小燈泡的額定電壓是2 5V 重新進行了實驗 1 小華同學連接了如圖甲所示的電路 圖中有一處連接錯誤 請在錯誤連線上打 并用筆畫線替代導線畫上正確的連線 2 電路連好后 小華閉合開關(guān) 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 但電流表和電壓表都有示數(shù) 接下來應進行的操作是 選填字母序號 a 檢查電路是否斷路b 更換小燈泡c 移動滑動變阻器滑片觀察小燈泡是否發(fā)光 3 小華繼續(xù)進行實驗 并將測得的實驗數(shù)據(jù)記錄在下表中 4 小華同學在做實驗序號為2的實驗時 電流表的連線以及指針位置如圖乙所示 請你讀出這組實驗數(shù)據(jù)并計算出此時的燈絲電阻 把它們填寫在上表中相應的位置 5 小華在實驗中并沒有使用溫度計 燈絲溫度的高低是通過觀察 來判斷的 6 小華查找資料 發(fā)現(xiàn)大多數(shù)金屬的電阻都具有和燈絲電阻隨溫度變化規(guī)律相同的性質(zhì) 他用一段具有這種性質(zhì)的金屬絲代替小燈泡接入圖甲的電路中 并將滑動變阻器的滑片調(diào)到適當位置固定不動 設(shè)計了一個簡易的測溫裝置 若要滿足溫度升高時測溫裝置的示數(shù)變大 應將圖甲中 表的表盤改裝成測溫裝置的刻度盤 解析 本題考查測量小燈泡的功率的實驗 考查的知識點比較多 主要考查學生的綜合應用能力 有一定的難度 1 滑動變阻器接線柱接錯 2 電路連好后 小華閉合開關(guān) 發(fā)現(xiàn)小燈泡不亮 但電流表和電壓表都有示數(shù) 說明是通路 接下來應進行的操作是移動滑動變阻器滑片觀察小燈泡是否發(fā)光 4 電流表的量程為0 0 6A 分度值為0 02A 此時示數(shù)為0 10A 電阻R為10 0 5 通過觀察電流表的示數(shù) 電流表的示數(shù)越小 說明電阻越大 燈絲的溫度越高 6 溫度升高時測溫裝置的示數(shù)變大 圖中和電阻對應變大的是電阻兩端的電壓 所以應將圖甲中電壓表的表盤改裝成測溫裝置的刻度盤 答案 1 如圖所示 2 c 4 0 1010 0 5 電流表的示數(shù) 6 電壓 例4小明同學想用如圖所示的電路來測量Rx的電阻 阻值大約幾百歐 其中R是滑動變阻器 R0是電阻箱 電阻箱的最大電阻值大于Rx 請根據(jù)實驗電路圖把下列主要實驗步驟中的空白填齊 1 閉合開關(guān)S1前 滑片P置于 端 2 閉合開關(guān)S1后 閉合開關(guān) 調(diào)節(jié)滑片P 使電流表指針指在合適的位置 記下此時電流表的示數(shù)I0 3 先斷開開關(guān) 再閉合開關(guān) 保持 的電阻不變 調(diào)節(jié) 使電流表的示數(shù)仍為I0 即為待測電阻的阻值 解析 本題沒有直接考查伏安法測電阻的原理即歐姆定律 而是結(jié)合歐姆定律 通過等效替代法測待測電阻和已知電阻的電壓或電流 從而間接測出待測電阻的阻值 注意實驗中 滑動變阻器既起保護電路的作用 又可調(diào)節(jié)電路 在本實驗中 等效替代就是在電路其他條件不變的情況下 用可以直接讀出阻值的變阻箱來等效替代待測電阻 實驗前 為了保護電路應將滑動變阻器的滑片置于最大阻值處 先使Rx接入電路 后使電阻箱接入電路 使前后兩次電路中的電流 滑動變阻器滑片的位置不變 這樣就可以通過電阻箱得出待測電阻的阻值了 答案 1 a 2 S3 3 S3S2滑動變阻器變阻箱的阻值變阻箱的最后阻值 三 觀察型實驗對于這類實驗應弄清實驗對象 實驗的現(xiàn)象和相應的結(jié)論 要做到 會看圖說話 例5某同學利用如圖所示裝置研究電與磁的關(guān)系 請仔細觀察圖中的裝置 操作和現(xiàn)象 然后歸納得出初步結(jié)論 1 比較甲 乙兩圖可知 2 比較乙 丙兩圖可知 解析 在觀察本題中的三幅圖時 應將觀察的重點放在三個方面 一是看導線中是否有電流通過 二是看小磁針是否發(fā)生偏轉(zhuǎn) 三是觀察電流方向與小磁針偏轉(zhuǎn)方向的關(guān)系 1 甲圖中無電流 小磁針未偏轉(zhuǎn) 乙圖中有電流 小磁針發(fā)生了偏轉(zhuǎn) 因此可知 通電導體周圍存在磁場 2 乙圖和丙圖中都有電流通過 但電流方向相反 同時小磁針偏轉(zhuǎn)的方向也相反 因此這兩圖的比較可得出電流的磁場方向與電流方向有關(guān)的結(jié)論 答案 通電導體周圍存在磁場電流的磁場方向與電流方向有關(guān) 四 探究型實驗探究的基本要素包括 提出問題 猜想與假設(shè) 制訂計劃與設(shè)計實驗 進行實驗與收集證據(jù) 分析與論證 評估 交流與合作 新的物理課程標準把科學探究既作為學生研究問題的重要方法 又作為學生學習的重要目標 這就使科學探究在物理學習過程中有了核心地位 為檢查學生的學習效果 近幾年各地學業(yè)水平考試都加強了對學生科學探究能力的考查 綜合起來其試題特點有 1 重視對科學探究過程中各基本要素的考查學業(yè)水平考試試題中有大量圍繞探究的一個或幾個基本要素 依據(jù)學生熟悉的生活現(xiàn)象或物理現(xiàn)象而設(shè)計出來的考題 解題時應緊扣各基本要素的具體要求進行答題 例6一個雞蛋從餐桌上掉到地上有時并不破碎 但有時也會破碎 老師要求同學們通過對這一現(xiàn)象的分析 發(fā)現(xiàn)并提出一個科學問題 同學們提出的下面四個問題中 通過探究最能揭示這一現(xiàn)象物理本質(zhì)的是 A 雞蛋落地后在什么情況下會破碎 B 雞蛋落地后是否破碎與哪些因素有關(guān) C 物體落地后受到的沖擊力與哪些因素有關(guān) D 雞蛋落地后破碎還是不破碎的原因是什么 解析 此類問題是考查對實驗探究中提出問題環(huán)節(jié)的理解與掌握情況 提出問題是科學探究過程的首個重要環(huán)節(jié) 也是物理科學研究中一個重要的環(huán)節(jié) 由題意可知 雞蛋從餐桌上掉到地上有時不破碎 有時破碎 結(jié)果不同 所以我們可以結(jié)合雞蛋的情況和地面及高度的關(guān)系提出問題 分析選項可知 A B D答案是即使沒有經(jīng)過物理學習的人 根據(jù)生活中發(fā)現(xiàn)的問題 也能提出的問題 屬于問題的表面現(xiàn)象 沒有可探究的價值 也不能揭示現(xiàn)象的本質(zhì) 而C答案是在對生活現(xiàn)象的質(zhì)疑中提煉出的科學問題 這樣的問題更具探究性 可操作性 答案 C 2 重視對科學探究過程中實驗操作的關(guān)鍵環(huán)節(jié)的考查進行實驗是科學探究中的重要過程 保證實驗成功的關(guān)鍵性操作環(huán)節(jié)是各地學業(yè)水平考試命題的熱點 其命題的素材 直接取材于課本實驗內(nèi)容 依據(jù)課本實驗進行演化生成新題 取材于學生實驗過程中發(fā)現(xiàn)的一些有價值的新信息 屬課本實驗的拓展與延伸 例7小軍同學在探究 浮力的大小與哪些因素有關(guān) 時 進行了下面的思考 設(shè)想在盛滿水的容器中有一個水球A 如圖所示 因為它在容器中是靜止的 所以它受到的其他部分水對它的浮力F浮與它自身的重力G是一對平衡力 如果用一個大小相同的其他球體替換水球A 使該球浸沒在水中那么該球體受到的浮力應當與水球A受到的浮力F浮完全相同 由此他提出了對浮力大小的一種猜想 1 小軍的猜想是 浸沒在水中的球體所受浮力的大小 選填 大于 小于 或 等于 跟它大小相同的水球A所受重力的大小 2 小民想 如果小軍設(shè)想的不是 水球 而是 水立方塊 或其他任意 不規(guī)則形狀的水塊 他的猜想也可表述為 浸沒在水中的任意形狀的物體所受浮力的大小 等于與該物體 的水塊所受重力的大小 3 小民進一步推斷 不管你設(shè)想的 水塊 在容器中水的哪個部位 甚至是在靠近水面或容器壁的地方 上述的猜想都應該是正確的 于是 他又把這個猜想補充為 浸入水中的物體所受浮力的大小 總是與跟它浸在水中的那部分體積相同的水所受重力的大小 4 小軍和小民為了驗證他們的猜想是否正確 進行了如圖所示的實驗 為了保證實驗數(shù)據(jù)的可靠性 請你就該實驗中容易出現(xiàn)的問題提出一條建議 5 為了更全面地總結(jié)出浮力大小的規(guī)律 阿基米德原理 他們還必須換用幾種不同的進行 實驗 解析 本題目是考查學生對探究 影響浮力大小的因素 實驗的掌握程度 以及對阿基米德原理的理解 看學生能否靈活利用控制變量法 根據(jù)題干已知求得想要的物理量 并且為了了解學生對控制變量法的掌握 設(shè)計實驗讓學生找錯誤原因 1 根據(jù)已知 如果用一個大小相同的其他球體替換水球A 那么該球體受到的浮力應當與水球A受到的浮力F浮完全相同 所以小軍的猜想 浸沒在水中的球體所受到的浮力的大小等于跟它大小相同的水球A所受浮力的大小 即等于跟它大小相同的水球A所受重力的大小 2 任意形狀的物體浸沒在水中時 其排開水的體積就等于自身的體積 3 根據(jù)上述已知 依次類推 浸入水中的物體所受浮力的大小 總是與跟它浸在水中的那部分體積相同的水所受重力的大小相同 4 提出一條建議 溢水杯內(nèi)的水要加到和溢水口相平的位置 合理均可 5 為了使實驗結(jié)論更為規(guī)范嚴密 必須換用幾種不同的液體進行實驗 答案 1 等于 2 排開 3 相等 4 溢水杯內(nèi)的水要加到和溢水口相平的位置 合理均可 5 液體 例8小華同學通過觀察發(fā)現(xiàn) 架設(shè)在高壓線桿上的金屬導線在夏天時比在冬天時下垂得要明顯 這是為什么呢 通過與同學們討論交流 他明白了這是由于金屬導線熱脹冷縮導致的 金屬導線受熱時 在各個方向上都會膨脹 在冷卻時 都會收縮 金屬導線受熱時膨脹的長度與哪些因素有關(guān)呢 同學們經(jīng)過討論提出了如下猜想 猜想一 金屬導線受熱時膨脹的長度與金屬導線升高的溫度有關(guān) 猜想二 金屬導線受熱時膨脹的長度與金屬導線的原長有關(guān) 猜想三 金屬導線受熱時膨脹的長度與金屬導線的材料有關(guān) 同學們感到要親自試驗收集數(shù)據(jù)驗證上述猜想存在困難 于是請老師幫忙從材料研究所找到了下表中的實驗數(shù)據(jù) 1 比較表中序號為1 2 3的三組數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是 金屬導線受熱時膨脹的長度與金屬導線 有關(guān) 2 比較表中序號為 的三組數(shù)據(jù)可得出的結(jié)論是 金屬導線受熱時膨脹的長度與金屬導線的原長有關(guān) 3 某自動溫控電路的原理圖 如圖所示 其中的雙金屬片由長度相同的黃銅片和康銅片鉚合在一起制成 它與固定觸點構(gòu)成溫控開關(guān) 當雙金屬片所處的環(huán)境溫度升高時 雙金屬片由于受熱向上彎曲 使電路斷開 停止加熱 運用上表中的實驗數(shù)據(jù)進行分析 該溫控開關(guān)的雙金屬片與固定觸點接觸的一邊所用的材料應該是 請說明原因 解析 本題利用控制變量法分析物體受熱膨脹時的伸長量跟材料和升高的溫度有關(guān) 考查了學生提取有用信息的能力 一般物體都受熱膨脹 遇冷收縮 物體受熱膨脹伸長量跟材料和升高的溫度有關(guān) 在材料一定時 溫度升高越多 伸長量越大 1 由1 2 3的三組實驗數(shù)據(jù)可以看出 材料相同 升高溫度越高 伸長量越大 所以物體受熱時的伸長量跟升高的溫度有關(guān) 2 因為金屬導線受熱時膨脹的長度與原長有關(guān) 所以這組材料 必須材料 升高的溫度相同 而原長不同 故選擇4 5 6 3 當雙金屬片所處的環(huán)境溫度升高時 雙金屬片由于受熱向上彎曲 使電路斷開 停止加熱 說明下面的金屬片膨脹比上面的金屬片要大 根據(jù)上表中1 4數(shù)據(jù)可知在相同條件下 黃銅比康銅膨脹的長度大 所以雙金屬片下面與固定觸點接觸的一邊所用的材料應是黃銅 答案 1 升高的溫度 2 456 3 黃銅溫度升高時雙金屬片向上彎曲 說明下面的金屬片膨脹比上面的金屬片要大 根據(jù)上表數(shù)據(jù)可知在相同條件下 黃銅比康銅膨脹的長度大 所以雙金屬片下面與固定觸點接觸的一邊所用的材料應是黃銅 3 重視對探究過程中運用的物理學研究方法的考查科學探究展示了物理規(guī)律的一般探索過程 在這個過程中需要運用各種獨特的物理學研究方法 初中階段學生接觸到的物理學研究方法有 控制變量法 建立物理模型法 理想實驗推理法 等效法 轉(zhuǎn)換法 類比法等 它們各具魅力 各有其獨特的作用 例9小明對 斜面的機械效率與什么因素有關(guān) 這一課題 提出了如下一些值得探究的猜想 斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有關(guān) 斜面的機械效率與斜面的粗糙程度有關(guān) 斜面的機械效率與斜面的長度有關(guān) 斜面的機械效率與物體的重力有關(guān) 給你如圖所示的裝置 請你選擇上述猜想中的一項 并解答下列問題 1 你選擇的猜想是 填寫序號 2 要用下圖中的器材完成你選擇的探究 還要補充的器材是 至少寫出兩種 3 在實驗探究的過程中 需要控制不變的因素有 解析 本題考查斜面機械效率的實驗 綜合分析 利用控制變量法設(shè)計實驗等 是一道學生易錯的習題 猜想可以任選 根據(jù)所選的研究問題選擇合理的器材 采用控制變量法設(shè)計實驗和實驗步驟 以 為例 若選 則需要補充的器材為 彈簧測力計 刻度尺 根據(jù)控制變量法設(shè)計斜面機械效率與斜面的傾斜程度關(guān)系的實驗 應保持斜面的粗糙程度 斜面的長度和木塊的重力不變 改變斜面的傾斜程度 勻速拉動木塊 觀察彈簧測力計的示數(shù) 設(shè)計實驗如下 a 讓斜面傾斜放置某一高度 勻速拉動木塊沿斜面向上移動 讀出測力計的示數(shù)F1 b 保持其他實驗裝置不變 只改變斜面的傾斜程度 再次勻速拉動木塊沿斜面向上移動 讀出測力計的示數(shù)F2 c 分析實驗數(shù)據(jù)得出結(jié)論 若F1 F2 斜面機械效率與斜面的傾斜程度有關(guān) 若F1 F2 斜面機械效率與斜面的傾斜程度無關(guān) 答案 1 2 彈簧測力計 刻度尺 3 斜面的粗糙程度斜面的長度物體的重力 本題可有不同猜想 根據(jù)所選猜想選擇合理器材即可 不變的因素也要隨之改變