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专题突破四 实验探究题
解
题
技
巧
我市近年来实验探究题一般有4个小题，分值在26分左右。实验探究的基本方法有：控制变量法（如探究电流与电压和电阻之间的关系）、建立模型法（如磁感线）、转换法（如用加热时间的长短来判断物体吸热的多少）、等效替代法（如研究平面镜成像特点实验中用两根完全相同的蜡烛，其中一支等效另一支的像）、实验推理法（如牛顿第一定律）等。
一、提出问题
1.课程标准对提出问题这一要素的要求是:能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题,并能书面表达这些问题。
2.解题思路:仔细审题,弄清研究的物理对象,分析实验过程中变化的因素,经过思维加工,进而形成一个与物理学有关的科学问题,最后用简洁的、科学的书面语言表达出来。
样题1 人从沙滩上走过,会留下一串深深的脚印;但从草地上走过,脚印却并不明显。小明所在实验小组的同学针对这一现象,经过讨论提出了如下四个科学问题,其中较有探究价值且易于探究的是（ ）
A.为什么脚印有时候深有时候浅
B.脚印的深浅与哪些因素有关
C.压力作用效果与哪些因素有关
D.压强的大小与哪些因素有关
C
二、猜想与假设
猜想与假设是根据生活经验或在观察与实验的基础上,应用科学原理,围绕探究的问题设想出的可能出现的结果。猜想既有科学性又有推测性,是可以检测的,不是盲目猜测。解决这类问题的一般步骤是:
（1）针对问题按日常经验或事实提出猜想与假设；
（2）针对问题运用经验与直觉提出猜想；
（3）针对问题根据物理科学本身的思维过程建立猜想与假设（搜寻事实——归纳分析——形成猜想）；
（4）运用“类比法”或“逆反原理”等方法进行猜想。
样题2 如图是“探究什么情况下磁可以生电”的实验装置,导线AB跟电流表组成闭合电路。小刚同学探究导线在磁场中产生感应电流的条件后,想利用该装置对感应电流的强弱和方向做进一步的探究。小刚同学提出了以下的猜想:
①感应电流的大小可能与磁场的强弱有关;
②感应电流的大小可能与导线切割磁感线运动的速度有关。
除此以外你还有什么不同的猜想
(1)你的猜想是 ，
。
感应电流的大小可能与切割磁感线的导线匝数有关(其他猜想合理即可)
(2)写出验证你的猜想的主要实验步骤。
将闭合电路中的匝数少的导线以某一大小的速度沿水平方向切割磁感线,观察灵敏电流计的指针偏转的角度;然后换用匝数多的导线重复上述实验3～4次(注意速度要与上次相同,方向要相同)。
(3)如何判断你的猜想是否正确？
比较每次指针偏转的角度大小,若差不多,说明感应电流的大小与切割磁感线的匝数无关;若相差较大,说明感应电流的大小与切割磁感线的匝数有关。
［解析］本题考查电磁感应及实验设计能力。
(1)除了题中的两个猜想外,感应电流的大小还可能与切割磁感线的导线匝数有关,与导线切割磁感线的角度有关,与导线的长短、粗细有关。
(2)在设计实验时应采用控制变量法,改变要探究的影响因素,控制其他因素不变。
(3)通过比较灵敏电流计指针偏转的角度大小来判断猜想是否正确。
三、设计并进行实验
制订计划与设计实验是对猜想(假设)问题检验方法的具体化,必须沿着猜想(假设)的方向来设计探究计划。实验中要注意:科学性、可行性、准确性。解决这类问题的一般步骤是:
（1）首先要弄清探究目的(即探究要解决的问题)；
（2）由探究目的确定探究的基本原理及在探究过程中应采用的方法(如控制变量法、转换法、类比法、等效替代法等)；
（3）由基本原理和方法确定实验器材、设计实验步骤；
（4）设计记录实验数据及现象的表格。
样题3 某物理兴趣小组的同学在探究“动能的大小与什么因素有关”时,提出了如下猜想:
猜想一:动能的大小可能与物体的密度有关;
猜想二:动能的大小可能与物体的运动速度有关;
猜想三:动能的大小可能与物体的质量有关。
为了验证同学们的猜想,老师提供如下器材:刻度尺、四个金属球(100g的铁球、100g的铝球、50g的铁球、50g的铜球)、小木块和长木板。
同学们组装了如图所示的实验装置,让小球从斜面上由静止滚下,碰上水平面上的小木块后,将木块撞出一段距离。在同样的平面上,木块被撞得越远,说明球的动能越大。
请你帮他们完成下列任务:
(1)写出探究“猜想一”的实验方案: ，
，
。
(2)设计出探究“猜想二”的记录数据表格。
将100g的铁球和100g的铝球分别从斜面的同一高度处由静止滚下,撞击水平面上同一位置的小木块,用刻度尺分别测量小木块被撞出的距离。
［解析］本题是探究动能大小与什么因素有关的实验。实验中要注意控制变量法的应用,探究“猜想一”时要注意控制小球的运动速度和质量不变;探究“猜想二”时要注意控制小球的密度和质量不变。
四、进行实验与收集证据
1.进行实验就是具体去实施所制订的实验计划和实验方案,是收集证据的必要过程。
2.进行实验时要按照实验的方法与步骤、实验仪器的使用方法进行规范操作。
3.实验仪器的使用要做到会连接、会读数;实验数据的记录要根据实验步骤中所要测的物理量去记。
样题4 如图所示是小红在“测量小灯泡的电功率”实验时连接的电路,小灯泡的额定电压为3.8V,电源电压恒为6V。
(1)请用笔画线代替导线,将图甲电路连接完整。
(2)当开关闭合,变阻器滑片向左移动时,电流表示数 ,电压表示数 。(均选填“变大”“变小”或“不变”)
(3)调节滑动变阻器使灯泡正常发光,电流表的示数如图乙所示,此时电路中电流为 A,小灯泡的额定功率为 W。
变小
变小
0.32
1.216
(4)如果电压表的0~15V量程被损坏,只有0~3V量程能正常使用,要求利用原有器材测出小灯泡的额定功率。请在虚线框中画出你设计的电路图。
［解析］本题是测量小灯泡电功率的实验。
(1)测量小灯泡电功率,应测小灯泡通过的电流和两端的电压,故电压表应和小灯泡并联,则电压表的“-”接线柱应和小灯泡左端接线柱相连(或和滑动变阻器右下接线柱相连);
(2)当开关闭合,变阻器滑片向左移动时,滑动变阻器接入电路的阻值变大,电路中电流变小,即电流表示数变小,电压表示数UL=IRL,RL可认为不变,I变小,故UL变小;
(3)由图乙读得小灯泡正常发光时通过的电流IL=0.32A,则小灯泡的额定功率P=U额IL=3.8V×0.32A=1.216W;
(4)若电压表的0~15V量程被损坏,只有0~3V量程能正常使用,小于3.8V,故电压表不能直接测小灯泡两端的电压,应测滑动变阻器两端的电压,当滑动变阻器两端的电压U=6V-3.8V=2.2V时,小灯泡正常发光,读得此时电流表的示数,即可算出小灯泡的额定功率。
五、分析与论证
实验数据或现象并不等于探究的结论,它们只是对实验事实的客观记录,分析与论证的过程就是“从物理现象和实验数据中寻找相关的特性,归纳出简单的科学规律,用科学术语、简单图表等描述实验结果”。对探究问题进行分析论证时的步骤:
（1）认真分析实验现象或实验数据,找出原因和结果两个因素；
（2）判断原因和结果是相同还是不同,如果不同,其不同点是什么；
（3）关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,寻求数据之间的相互关系的特征(通常表现为相等、之和、之差、乘积、比值等数学关系)；
（4）用自己的语言客观、准确和简洁地对探究结果进行表述(注意如果实验过程中用到了控制变量法,要写明这个探究结果的前提条件)；
（5）处理实验数据的常用方法:图表法、图像法、求平均值法。
样题5 某同学在探究“浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积是否有关”的实验中,记录的实验数据如表。
(1)第5次实验,物体在液体中时,弹簧测力计的示数如图所示,则表格中①、②两处的数据应为:① ;② 。
(2)第 三次实验是探究浮力的大小与液体的密度是否有关。
0.28
0.70
1、2、3
(3)实验中,两个分探究共用的一组数据是第 次实验数据。
(4)根据实验数据,得出的探究结论是
。
2
浮力的大小与液体的密度和物体排开液体的体积有关
六、评估
评估是科学探究中重要的一个环节,主要对探究的行为和收集信息的科学性、可靠性进行评价。评估的主要内容有:
1.对实验方案的评估:
(1)探究的思路、方法是否正确、合理;
(2)实验器材的选择是否合理、能否满足要求;
(3)实验方案是否具有可操作性,实验中是否注意了尽量减小误差,是否较好地控制了变量。
2.对进行实验、收集证据的评估:
(1)在探究过程中要求保持不变的物理量是否真的不变,实验的步骤是否正确、合理,实验过程是否有操作错误;
(2)记录数据的表格是否有缺陷,收集的信息是否可靠,实验记录的数据是否符合常理并分析异常数据产生的原因。
样题6 有一块火山石可以漂浮在水中,小王用天平、量筒和水等器材测量这块火山石的密度,实验步骤如下:
①用天平测出石块的质量m,天平的示数如图所示;
②向量筒中倒入V1=60mL的水;
③用细线系住石块,放入量筒,用铁丝将其压入水中足够长时间,水面到达V2=65mL处;
④取出石块,水面降到了V3=58mL处;
⑤小王认为石块体积测量不够准确,石块的体积应该包含材质和其中空隙部分的体积,于是又向量筒中加水到60mL处,将刚才取出的石块表面吸附的水清除后,再次没入量筒的水中,此时水面到达V4=66mL处。请解答下面问题:
(1)该实验原理为 (用物理量符号表示)。
(2)在步骤④中,水面未回到60mL处的原因是
。
(3)请你根据小王的实验思路,将有关数据及计算结果填入以下表格空白处。
火山石吸附了2mL的水
(4)观察表格设计,请你指出其中存在的两处不足：
① ;
② (相同类型的不足点只写一条)。
实验次数太少
V1、V2、V3、V4无单位
［解析］本题考查测量物质密度的过程及评估。
(1)实验中,用天平测量火山石的质量,用量筒测量火山石的体积,将数据代入密度公式 ,即可求火山石的密度。
(2)原来水是60mL,取出火山石,水面应该降到60mL,现在水面降到了V3=58mL处,说明火山石吸附了2mL的水。
(3)测火山石质量时没有用到砝码,只是使用了游码,标尺上的分度值为0.2g,从游码左边缘对应的刻线读出火山石的质量m=4.8g;由步骤⑤可求出火山石的体积V=66mL-60mL=6mL=6cm3,则可计算出火山石的密度。
(4)观察表格,实验的次数只有1次,4次的体积无单位。
1.小雨和同学们练习立定跳远时，发现起跳时鞋与地面之间经常打滑。于是她改穿同学建议的跳远专用鞋试了试，果然不再打滑了。对比两种鞋后她发现，跳远专用鞋和平时所穿运动鞋的底部都有凹凸不平的花纹，但跳远专用鞋的花纹凸起程度更大，针对这一现象，小雨和同学们提出了下列四个问题，其中最有探究价值且易于探究的科学问题是（ ）
A.鞋底花纹的凸起程度和跳远时的稳定程度有什么关系
B.鞋底花纹的凸起程度和所受摩擦力的大小有什么关系
C.物体所受摩擦力的大小和跳远距离的大小有什么关系
D.物体所受摩擦力的大小和接触面粗糙程度有什么关系
D
自
我
挑
战
2.在探究“浸没在液体中的物体所受浮力的大小跟哪些因素有关”的实验时，部分同学提出如下猜想：
①物体所受浮力的大小可能跟物体的密度有关；
②物体所受浮力的大小可能跟物体的形状有关。
（1）除此之外你还有什么猜想？写出你的猜想。
浮力可能与物体浸没在液体中的深度有关？
（2）请你就上述猜想任选一种，设计出实验探究方案。（所选猜想可以是同学提出的，也可以是你自己提出的）
用弹簧测力计测出金属块在空气中受到的重力G1，将金属块浸没在水中相同深度，读出弹簧测力计此时的示数F1，改变金属块浸没在水中的深度，读出弹簧测力计的示数F2；比较G1-F1和G1-F2大小。
3.沈仔细同学在探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”的实验时，做了如下猜想：
猜想一：电磁铁磁性强弱跟通过电磁铁的电流大小有关；
猜想二：电磁铁磁性强弱跟电磁铁的线圈匝数有关；
猜想三：电磁铁磁性强弱跟铁芯的大小有关。
为验证自己的猜想是否正确，他选用的器材有：电源一个，开关一个，滑动变阻器一个，电流表一只，曲别针一盒，大小不同的铁钉若干，长导线若干，请你帮他完成下列任务。
①将长导线绕在大铁钉上，制成电磁铁；将电磁铁、电流表、滑动变阻器、开关组成串联电路，接在电源上；
②闭合开关，调节滑动变阻器的滑片，观察电磁铁吸引曲别针的数量，并记下此时电流表的示数；
③继续调节滑动变阻器的滑片，增大电路中的电流，观察电磁铁吸引曲别针的数量，并记下此时电流表的示数；
④采取同样的实验方法，多做几次；
⑤分析电磁铁吸引曲别针的数量多少，可知电磁铁的磁性强弱，比较电流表的示数大小，得出结论
（1）写出探究“猜想一”的实验方案：
（2）设计出探究“猜想二”的记录数据表格。
4.小华同学用“伏安法”来测量一只阻值约为5Ω的定值电阻Rx,实验室有如下器材供选用：A.两节新干电池；B.开关一个和导线若干；C.电压表(0~3V，0~15V)；D.电流表(0~0.6A，0~3A)；E.滑动变阻器(0~10Ω)；F.滑动变阻器(0~100Ω)。
（1）小华同学完成实验电路设计后，为了操作顺利和方便，除了A、B、C和D外，小华同学还需选用 （选填“E”或“F”）器材。
E
（2）根据设计的实验电路要求，请用笔画线代替导线连接图甲中最后的两根导线。（滑片向左移动时电阻变大）
（3）如图甲所示，连接好电路。在闭合开关前，为保护电路，滑动变阻器的滑片P应该滑至 （选填“A”或“B”）端。
（4）小华在闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片P时，发现电流表示数始终为零，而电压表有示数但不发生变化，此时电路中可能出现的故障是 。
A.滑动变阻器断路B.滑动变阻器短路
C.定值电阻Rx断路D.定值电阻Rx短路
A
C
（5）排除故障后，电流表示数为0.4A,电压表示数如图乙所示，则本次实验测得的定值电阻Rx为 Ω。
5.5
5.在研究反射角和入射角的关系时，收集数据如下表：
小明分析表中数据，得出 的结论。小聪说，此结论不具有普遍性。请指出实验中的不足并加以改进。
不足： 。
改进： ，
。
反射角等于入射角
只测量了一组入射角及对应的反射角的大小
多次改变入射的角度，测量并分析比较对应的反射角和入射角的大小，得出普遍规律
6.同学们设计了两种定值电阻Rx阻值的测量方案，方案中定值电阻的阻值为R0。
（1）方案一：闭合开关S，如果电压表V1和V2的示数分别为U1和U2，则电阻Rx的阻值表达式为Rx= 。
不正确，两种情况下的R0和Rx两端的电压不相等
（2）方案二：电路中Rx≠R0，将S接到a，读出电流表的示数I1；再将S接到b，读出电流表的示数I2；由I1R0=I2Rx可得 。请判断结果是否正确并简要说明理由：
。

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