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浙教版九年级全
第三篇 实验方案的设计与评价
一、设计实验方案
《义务教育科学课程标准(2022年版)》“课程目标”的“学段目标”中，针对7～9年级学生提出了明确的要求：“能基于所学知识，从真实的情境中识别可以探究的科学问题和研究变量，并提出合理的研究假设，制订完整的探究计划，能应用控制变量方法设计实验方案。具有在真实情境中提出探究问题和制订探究计划的能力。”“具有利用所学知识和方法获取信息、处理信息并得出结论的能力。”“具有交流探究过程和结果，以及评价、反思、改进的能力。”
一、设计实验方案
1. 实验设计的基本要求
(1)科学性：实验原理、实验操作程序和方法必须科学合理。
(2)安全性：尽量避免使用有毒药品和进行有一定危险性的实验操作，保护人身安全，保护仪器。
(3)可行性：设计的实验方案要切实可行，实验所选用的药品、仪器、设备和方法等在中学现有条件下能满足。
(4)绿色化：采取一系列措施，从源头上防止和控制污染的产生。
2. 设计实验方案的一般步骤
(1)确定实验目的和原理。
(2)选择合适的仪器、药品等。
(3)设计合理的实验装置和实验操作步骤，明确注意事项。(应用控制变量法设计实验方案时，要设置对照组)
(4)观察并记录实验现象和数据。
(5)通过分析、计算、推理等得出结论。
1. [2023·温州]有人认为：许多植物的茎和叶都能进行蒸腾作用，且叶是主要的蒸腾作用器官。为验证这一观点，老师提供如下器材供同学们实验，各种器材数量充足。
(1)写出检查装置甲气密性的具体操作：__________________________________________________________________________________________________。
将导管口浸入水中，双手捂住烧瓶，观察导管口是否有气泡冒出。松手后，导管内是否形成一段稳定的水柱
(2)选择合适的器材，写出本实验的步骤：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
①检查装置的气密性后，取1个装置甲标为A组，另取2个装置乙分别标为B组、C组，将3个装置装满水；②用剪刀剪去C组绿萝的全部叶，A组、B组不做处理；③用胶头滴管吸取水注入导管口形成一小段水柱，并用记号笔标记位置；④将装置放在适宜的环境中，一段时间后，用刻度尺测出水柱移动的距离，分别记为sa、sb、sc；⑤比较(sc－sa)和(sb－sa)的大小关系，重复实验，得出结论。
【解析】(1)科学实验中常用内外气压差来检查装置的气密性。(2)本实验研究叶是主要的蒸腾作用器官，故实验变量为有无叶片；实验的观测量可根据有无叶片时的装置内气压大小变化来进行比较。
2. [2023·台州]某同学查阅资料得知：溶液的导电能力与溶质的种类、溶质的质量分数、电极间的距离、电极与溶液的接触面积等因素有关。该同学用如图装置，利用5%和10%的氢氧化钠溶液，
验证溶液导电能力与溶质
质量分数大小的关系。
(1)配制5%的氢氧化钠溶液200 g，取现有10%的氢氧化钠溶液________g，再加一定量的水混合均匀。
(2)用笔画线将图中电路连接完整。
100
电路连接如图：
(3)实验步骤：①连接实验电路。
请补充实验的其他步骤：______________________________
______________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②将滑动变阻器的滑片移到最
左边，把一定体积5%的氢氧
化钠溶液倒入烧杯中，插入电极。
③闭合开关，移动滑动变阻器的滑片至合适的位置，读出此时电流表的示数。④断开开关，取相同体积10%的氢氧化钠溶液倒入另一个相同的烧杯中，不改变滑动变阻器滑片的位置，插入清洗后并擦干的电极，闭合开关，读出此时电流表的示数。⑤多次重复实验，比较每两次电流表的读数大小，得出结论。
3. [2023·杭州外国语实验学校月考]为了探究氢氧化钠与盐酸能否发生反应，某兴趣小组设计了多个实验方案。
(1)小金查阅资料得知：溶液中若存在自由移动的离子，通电时就会发生定向移动，从而形成电流；相同电压下，等体积的溶液中所含离子数目越多，电流就越大。利用如图所示的电路，在一定电压下，在E、F处连接电极测定4种试剂(一定体积、一定溶质质量分数)的导电性，
获得如表所示的相关数据。
实验序号 A B C D
试剂 蒸馏水 稀盐酸 氢氧化钠溶液 氯化钠溶液
电流强度/mA 约为0 0. 09 0. 09 0. 09
设计实验方案：各取10 ml NaOH溶液于两个小烧杯中，分别加入10 ml NaCl溶液和10 ml稀盐酸(所得混合溶液的体积均约为20 ml)，
＞
按照如图所示连接电路，在一定电压下测定两种混合溶液的导电性，读出并记录电流表示数依次为I1和I2。若I1_____I2(填“＞”“＜”或“＝”)，则可推断氢氧化钠和盐酸发生了反应。
(2)请你运用另外一种科学原理，设计一个实验来证明氢氧化钠与盐酸能发生反应。请写出简要的实验方案和明确的判断依据。有下列仪器、物品供选择：镁条、蒸馏水、稀盐酸、氢氧化钠溶液、硫酸铜溶液、烧杯、试管、滴管、玻璃棒。
实验方案：_________________________________________________________________________________________(合理即可)；
判断依据：____________________________________________________________________________________________________。
取少量氢氧化钠溶液于试管中，加入足量稀盐酸，搅拌，然后滴加硫酸铜溶液
没有观察到蓝色沉淀产生，即可说明氢氧化钠和盐酸发生了反应(与上一空对应即可)
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第三篇 实验方案的设计与评价
二、实验改进与评价
二、实验改进与评价
1. 实验方案改进
(1)对实验现象不明显的改进：通过改变某个控制相同的变量值的大小使主要变量变化更加明显，或通过借助其他物品或仪器使现象更加明显。比如使用酸碱指示剂使某些酸碱反应的现象更加明显，研究电热时使用比热容较小的液体使温度变化更加明显。
(2)对实验结论不具普遍性的改进：换用主要变量相同但其他变量不同的对象进行重复实验，或对测定对象进行多次测定。比如在研究杠杆平衡条件时，应改变钩码个数或力臂大小进行重复实验。
2. 实验方案评价
(1)方案的理论性是否正确。
(2)方案的现象是否明显、准确。
(3)方案的安全、环保因素是否有保障。
(4)方案的经济性是否符合节约的要求。
(5)方案的结论是否具有普遍性。
1. [2023·台州]图甲是一个“水绵伞”：透明塑料袋中装满水和水绵(水生藻类植物)，袋口的吸管能与外界连通，调节配重能使其直立于水底。光照一段时间后，发现“水绵伞”浮到水面。某同学自制了两个相同的“水绵伞”，置于离光源距离不同的水底(水中各处温度相同且不变)，如图乙所示，以
验证光合作用的
影响因素。
(1)本实验验证的是________
对光合作用的影响。
(2)实验过程中，需要观测的是___________________________________(合理即可)。
(3)该同学观察了一整天，都没发现“水绵伞”上浮。可如何改进实验？(写出一种)合理即可________________________________________________。
光照强度
“水绵伞”上升到水面所需的时间
减轻配重(或增加光照强度或增加水绵数量等)
【解析】 (1) “水绵伞”离光源距离不同，故本实验验证的是光照强度对光合作用的影响。(2)当“水绵伞”内氧气较多时，会增大其排开液体的体积，使其所受浮力增大，故需观测的是“水绵伞”上升到水面所需的时间，据此判断两个“水绵伞”光合作用的强弱。(3)“水绵伞”没上浮，可能是浮力太小或重力太大。故可减轻配重，以减小重力，也可增加光照强度或增加水绵数量等来增加产生氧气的量，从而增大浮力。
2. [2023·杭州学正中学月考]现有一个标有“2. 5 V”字样的小灯泡，小正同学想知道小灯泡的额定功率，于是连接了如图甲所示的实验电路，电源电压恒为6 V，小灯泡的电阻约为10 Ω。
(1)为了完成实验，在标有“10 Ω　
1 A”“20 Ω　1 A”的两种滑动
变阻器中，小正同学应选用
标有“________Ω　1 A”的。
20
(2)实验时，小正同学刚闭合开关，发现小灯泡亮度很亮然后马上熄灭了，他观察到此时电流表无示数，电压表示数为6 V。他操作时存在的错误是_________________________________________。
闭合开关前未将滑片P移至最大阻值处
(3)实验中，当电压表示数为2. 5 V时，电流表的示数如图乙所示，则小灯泡的额定功率是________W。
0. 75
(4)小正同学打算增加两只开关和一个阻值为
10 Ω的电阻R0，只用一只电压表来测定小
灯泡的额定功率，图丙是他设计的电路图。
请判断此方案是否可行，并说明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
不可行。R0、小灯泡、滑动变阻器三者串联，S、S1闭合时，电压表测定值电阻两端的电压；S1断开，S、S2闭合时，电压表测小灯泡和定值电阻两端的总电压。所以无法确定小灯泡是否正常发光，不能测定小灯泡的额定功率
3. [2023·金华]测量空气中氧气体积分数实验的思维模型如图1所示：
项目化学习小组按图2所示装置完成氧气含量测定的实验时，发现进入集气瓶的水量低于“1”
刻度线。为提高氧气含量测定的精准
度，展开了如下研究。
【误差分析】几位同学对测定值偏小的原因的分析如下。
甲：红磷的量不足，未能把瓶内氧气耗尽。
乙：将燃烧匙伸入集气瓶瞬间，部分空气逸出。
丙：实验前导管中有空气，实验后一部分本应进入集气瓶的水滞留在导管中。
丁：由于集气瓶的形状造成很难均分为
五等份，影响测定结果。
(1)以上原因分析中，其中一位同学的观点被大家一致否定，你认为是哪位同学的观点？________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
乙
【方案改进】根据以上讨论，为减小实验误差，提高实验结果的精准度，学习小组的同学设计了图3所示改进装置。(已知：红磷的着火点是240 ℃，无毒；白磷的着火点是40 ℃，有剧毒)
(2)比较图2、图3的实验方案，下列关于图3的实验方案的叙述正确的是________(填字母)。
A. 利用着火点更低的白磷并采用加热后的玻璃棒“内引燃”，建立封闭空间使实验结果更精准
B. 可以解决图2的实验方案中一部分水滞留在导管中带来的误差问题
C. 改用量筒内水的体积变化来确定消耗氧气的体积，使测定结果更精准
D. 彻底地解决了实验的安全性
问题，符合“绿色化学”理念
ABC
(3)小金同学认为，图3的实验装置中还需在橡皮管处补充一个止水夹，请表达你的观点及理由：
________________________________________________________。
不需要，因为两边导管均已伸入液面以下，已起到液封作用
【问题反思】小组同学多次实验，测定值总是小于 。经过老师指导，小组同学讨论后认为，可以从模型中“消耗氧气”的方法入手对实验做进一步改进。
【资料】暖宝宝是利用铁粉在空气中氧化的原理制成的。
【方案迭代】讨论后，项目组设计了如图4所示的装置，用暖宝宝粉代替红磷，利用铁粉在空气中氧化的原理进行实验。操作步骤如下：①将滤纸用水浸润后黏附在针筒内壁；②把暖宝宝粉倒入针筒，轻轻转动，使其涂抹均匀；③涂上凡士林，将活塞插入针筒，盖上橡皮帽，观察并记录活塞移动情况。经多次实验后，测
得空气中氧气的体积分数均约占 。
(4)从消耗氧气的方法角度分析，图4的实验方案比图2的实验方案测定结果更精准的原因是________________________________(合理即可)。
【心得交流】科学探究需要不断根据结果反思探究过程，优化方案，实现方案的迭代更新。
暖宝宝粉消耗氧气比红磷更彻底
【解析】(1)将燃烧匙伸入集气瓶的瞬间，部分空气逸出，会导致测定值偏大，所以乙同学的观点被大家一致否定。(2)乙装置没有彻底地解决实验的安全性问题，例如仍然存在瓶塞飞出的可能性，D不正确。

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