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(共44张PPT)
第15课　物理实验与探究
初中科学物理实验探究重点列举
【命题重点】
1.探究光的传播规律。
2.探究能的转化与守恒。
3.探究运动和力的关系。
4.探究浮力大小的影响因素。
5.探究电流、电压、电阻的关系。
6.伏安法测电阻和电功率。
【命题题型】
1.实验探究题。
2.选择题、简答题。
【答题注意】
1.电学实验的基本操作规范。
2.运用相关知识原理分析问题。
3.注意结论表达的规范性、严谨性。
4.在实验与探究过程中对科学思想方法的要求。
[杭州滨江区一模]小滨与同学探究“物体下落时，其重力势能和动能的变化规律”。实验时，将铁球从某一高度释放，依次经过竖直方向上A、B、C、D、E、F、G各点，记录经过各点时的离地高度、重力势能、速度和动能，实验数据如表所示。
类型一　探究能的转化与守恒
甲　 乙
项目 高度(m) 重力势能(J) 速度(m/s) 动能(J)
A点 2.0 19.6 1.41 1.0
B点 1.6 15.68 3.14 4.92
C点 1.4 13.72 3.71 6.88
D点 1.2 11.76 4.20 8.84
E点 0.8 ______ 5.05 12.76
F点 0.4 3.92 5.78 16.68
G点 0.2 1.96 6.10 18.64
(1)小滨将铁球下落时各点的动能与速度分别在如图甲所示的图像中标明，分析图像可知：物体的动能与其速度__________ (选填“成”或“不成”)正比例关系。
(2)根据表中数据，将表中E点的重力势能数据补充完整：__________。
(3)小江研究表中数据得出如下结论：物体下落时，重力势能减小，动能增大，动能和重力势能之和保持不变。小科同学觉得此结论与某些运动情景不符。请描述一个运动情景，说明小江的结论并不适用所有情境：______________________________ ____________________________________。
不成
7.84
物体匀速下落时，动能不变，重力势能减小，动能与重力势能之和减小
(4)小金利用如图乙所示的装置来研究动能和势能相互转化，图中两个相同的光滑弧形槽，一个为凸形，一个为凹形，a、b两个相同的钢球刚进入两弧形槽的速度都为v，运动到槽的末端速度也都为v，a小球通过凸形槽的时间为t1，b小球通过凹形槽的时间为t2，则时间较长的是__________(选填“t1”或“t2”)。
t1
跟踪训练1 [慈溪校级模拟]如图所示为项目小组自制投石车并模拟投石的实验装置示意图。A、B、C、D为重物投掷过程中经过的四个点，A为重物离开投石车的瞬间位置，B为重物到达的最高点，C点高度等于A，D为重物着地前瞬间位
置。则下列说法正确的是(　　)
A.B点时重物动能为零
B.从A点到D点重物的机械能守恒
C.重物在C点的动能小于在A点的动能
D.从B点到C点重物减小的重力势能全部转化为动能
C
【解析】 B点为最高点，重物在竖直方向上速度为零，但是水平方向上速度不为零，因此动能不为零。从A点到D点时，重物不断克服空气阻力做功，将机械能转化为内能，即机械能减小。由于机械能的损耗，则重物在C点的机械能小于A点；二点高度相同，因此重物的重力势能相等；根据机械能等于动能与重力势能之和，可得C点时重物动能小于A点。从B点到C点，重物减小的重力势能转化为动能和内能。
[舟山中考]小舟骑自行车时发现，猛踩脚踏板提升车速后，车子能滑行的距离比不踩时远，车子在较光滑路面上滑行的距离比粗糙的路面上滑行更远。基于上述生活经验，小舟想探究影响物体运动的因素有哪些。他进行如下研究，装置如图所示。
类型二　探究运动和力的关系
【建立猜想】①……；②物体运动可能与阻力大小有关。
【设计方案】
方案一：在水平木板上不铺材料，让小车从斜面的不同高度由静止开始滑下，观察小车在水平面上运动的距离。
方案二：在水平木板上分别铺上毛巾、棉布和不铺材料，让小车从斜面顶端由静止开始滑下，观察小车在水平面上运动的距离。
【交流反思】
(1)方案一的设计，小舟基于的猜想是______________________
__________。
(2)方案二中观察到小车在毛巾表面滑行距离最近，木板表面最远。由此现象可知：小车受到的阻力越小，速度减小得越慢。
进一步推理可得，不受阻力的小车将_______________。
(3)很多运动项目都需要助跑，如跳远、跳高、标枪等，目的是
提高成绩，其原因是____________________________________
______________。
物体运动可能与速度
大小有关
一直运动下去
助跑能获得更快的速度(或助跑能获得
更大的动能)
【解析】 (1)小车从不同高度滑下到达水平木板时的速度不同，根据控制的变量可以推出小舟提出的猜想是物体运动与速度大小有关。(2)分析实验现象进行合理推理，小车受到的阻力越小，小车运动的距离越长，当运动的小车不受阻力时，小车将一直做匀速直线运动。(3)运动员通过助跑使自身速度增加，动能增大，可以使其运动的距离(高度)越大，从而提高其成绩。
跟踪训练2 [嘉兴中考]投石器是古代的攻城利器，科学小组同学想进一步了解投石器，开展了以下项目化学习研究：
【项目制作】经讨论后，利用配重、小石块、木杆、细绳、网兜等器材，制成投石器，如图所示。
【项目研究】
①松开系绳，配重下降，装有石块的一端快速上升，木杆停止运动后，石块被投出，记录石块投射的距离。
②调整系绳的长度，改变投射角度θ，记录投射距离，重复实验，数据如表所示。
投石器测试(m石头＝50g) 投射角度θ 15° 30° 45° 60° 75°
投射距离s(m) 4.2 5.3 6.4 5.5 4.8
(1)小组同学探究的问题是_______________________________。
(2)根据表中数据，可得出的结论是_________________________ _________________________________________________。
【项目迭代】为使投石器能将石块投得更远，请你写出一种方
法：_________________________。
石块投射的距离与投射角度的关系
石块质量不变时，在一定范围内石块的投射距离随投射角度的增大，先变大后变小
增大配重的质量(合理即可)
【解析】 【项目研究】(1)在该实验中，使用的科学探究方法为控制变量法，自变量为投射角度，因变量为投射距离，即探究的问题是石块投射的距离与投射角度的关系。【项目迭代】可以从石块投出时的机械能进行考虑，配重越重，石块掷出时获得的机械能越大，就能飞得更远。
[湖州吴兴区一模]应用所学的科学知识，改装和创新测量工具可以让同学们获得更多的实际问题解决能力，以下是四个科学兴趣小组制作的新型密度计测量工具。
类型三　探究浮力大小的影响因素
甲：桶内放入体积相同的不同液体，根据所受重力不同来制作密度计。
乙：利用同一金属块，依据浸没在不同密度液体中所受浮力不同来制作密度计。
丙：左侧A位置容器中倒满不同的液体，移动B位置钩码，根据杠杆平衡条件，制作密度计。
(1)如图甲所示制作密度计时，所加的液体需要等体积，体积的
大小对此工具的量程和精确度有何影响 ___________________
__________。
体积大，量程小，
精确度高
(2)请写出图甲、乙两个密度计刻度的显著差异： ___________ ______________________________________________________________。
(3)写出图丙被测液体密度ρ液与l1关系的表达式：__________ (小桶和细线的质量忽略不计，用图中所给符号呈现)。
(4)图丁装置可以用少量液体，通过电表的示数制作密度计，请写出它的工作原理：____________________________________ ______________________________________________________________________________。
甲刻度均匀，示数(刻度值)上小下大；乙刻度均匀，示数(刻度值)上大下小
ρ液＝
当液体体积一定时，液体密度越大，液体重力越大，弹簧所受的拉力越大，指针下移，CP段电压越大，电压表示数越大
跟踪训练3 [浙江十二校联考改编]小明制作了如图甲所示的探头，探究液体压强与浮力的相关问题。实验过程中小明通过细线将探头缓慢放入溢水杯中且探头上表面始终与液面平行。
(1)如图乙中C所示，探头受到的浮力为__________N。
(2)探头从图A到图C的过程中，橡皮膜受到的压强将________ (选填“变小”“保持不变”或“变大”)。
(3)小明继续实验将探头从图C移动到图D的过程中(未触底，实验过程中橡皮膜没有破裂)，弹簧测力计的示数会__________ (选填“变小”“保持不变”或“变大”)。
(4)使用同一装置及另一种液体来探究，如图E所示，溢水杯中
的未知液体可能是下列选项中的__________(填字母)。
A.食盐溶液 B.酒精溶液
C.蔗糖溶液 D.汽油
0.38
变大
变大
AC
探究电流与电压、电阻的关系，器材有：电源(恒为4V)、电压表(0~3V)、电流表(0~0.6A)、电阻R(5Ω、10Ω、20Ω)、滑动变阻器(20Ω，2A)、开关、导线若干。
类型四　探究电流、电压、电阻的关系
(1)用笔画线代替导线将如图甲所示的实物电路连接完整。闭
合开关前，将滑动变阻器滑片P移到最__________端，起到
__________的作用。
(2)闭合开关，电流表示数为零，电压表示数等于电源电压，经
检查电表完好，则电路故障可能是_____________。排除故障，继续实验。
左
保护电路
电阻R断路
(3)实验探究电流与电压的关系时，实验数据如表所示，其中第
3次实验的电压表示数如图乙所示，为__________V。分析数据
可得：电阻不变时，电流跟电压成__________。实验中所选的
电阻阻值为__________Ω。
序号 电压U(V) 电流I(A)
1 1.0 0.20
2 1.5 0.30
3 待测 0.40
2.0
正比
5
(4)探究电流与电阻的关系，将5Ω电阻接入电路，记录电流表示数为0.3A；将电阻更换为10Ω，移动滑片直至电压表示数为__________V，记录电流表示数；再将电阻更换为20Ω，发现无法完成实验。从本实验可行性与安全性考虑，应控制电阻两端的电压范围为__________。
1.5
2V~3V
【答案】 (1)如答图所示。
【解析】 (4)根据串联电路分压规律可知即若方程左边为一定值，故右边也为一定值，当滑动变阻器连入电路的电阻最大时，此时对应的定值电阻应最大，此时有 ，解得电阻两端电压UR＝2V，为最小分压。当电流最大时，即I为0.6A时，电路中电阻最小，定值电阻两端电压最大URmax＝0.6A×5Ω＝3V，故应控制电阻两端的电压范围为2V~3V。
跟踪训练4 在“探究电流与电压的关系”实验中，保持定值电阻R不变，小明设计了如图甲所示的电路图并进行实验。
(1)连接电路前，电流表有示数，应该对电流表进行______。
(2)连接电路时，开关S应处于__________状态。
(3)连接完电路，实验前应将滑动变阻器的滑片P移至__________端。
(4)某次实验中，电流表指针偏转如图乙所示，示数为__________A。
调零
断开
B
0.1
(5)实验测出五组数据记录在表格中，为了找到电阻一定时，电
流与电压的关系，应该怎样处理数据 _____________________
________(列举一种方法即可)。
序号 1 2 3 4 5
电压U(V) 1.2 1.6 1.8 2.0 2.4
电流I(A) 0.12 0.16 0.18 0.20 0.24
作出U－I图像或计算
的值
小红想测量标有“1.5V”字样小灯泡正常发光时的电阻，从实验室找来了电源、电压表、电流表、滑动变阻器、开关和导线若干，进行了如下实验。
类型五　伏安法测电阻与额定功率
(1)用笔画线代替导线，将图甲中的电路连接完整。
(2)检查无误后，闭合开关，发现电流表无示数，小灯泡不亮，电压表示数接近电源电压；造成这一故障的原因可能是小灯泡__________(选填“断路”或“短路”)。
(3)排除电路故障后，闭合开关，移动滑片，当小灯泡正常发光时，电流表示数如图乙所示，则小灯泡正常发光时的电阻为__________Ω；接下来她又测量了几组对应的电压值和电流值，并绘制了小灯泡的I－U图像，如图丙所示。
断路
5
(4)小红认为不能利用图甲的装置探究电流与电压的关系，理由是______________________________________________。
(5)小红还想测出另一个额定电压为U额的小灯泡正常发光时的电阻，在保证电路安全的前提下，设计了如图丁所示的电路(电源电压恒定大于U额且未知，滑动变阻器R最大阻值未知，定值电阻阻值为R0)。请将实验步骤补充完整。
灯泡的电阻随温度的增大而增大，不能保持一定
①闭合S、S2，断开S1，移动滑片P，使电流表示数为 ________时，小灯泡正常发光。
②闭合S、S1，断开S2，保持滑片P位置不变，读出电流表的示数为I。
③小灯泡正常发光时的电阻RL＝ _____________。(用U额、I、R0表示)
【答案】 (1)如答图所示。
【解析】 (5)闭合S、S1，断开S2，此时定值电阻与灯泡并联，电流表测量干路中的电流，保持滑片P位置不变，灯泡仍正常发光，读出电流表的示数为I，则通过在灯泡的电流I灯＝I－，则小灯泡正常发光时的电阻。
跟踪训练5 [ 浙江多校联考]某班同学在实验室做“测定小灯泡额定电功率”的分组实验。
提供的实验器材如下：规格为“3.8V”的小灯泡、学生电源(电压恒为6V)、电流表(0~0.6A， 0~3A)、电压表(0~3V，0~15V)、滑动变阻器(“20Ω 1Α”)、开关等各一只，导线若干。
小组同学发现，实验桌上的电压表0~15V的量程已损坏，其他器材完好。
【提出问题】如何用电压表0~3V的量程，完成“测定小灯泡额定电功率”的实验。
【原理分析】因为小灯泡的额定电压为“3.8V”，超过了0~3V的量程，电压表直接接在小灯泡上无法完成实验；根据串联电路的分压特点(U总＝UL＋U滑)可知，当电源电压为6V，要调节小灯泡两端的电压使其正常发光，可以改变电压表的连接位置，将电压表接在滑动变阻器两端，来完成实验。
(1)将电压表接在滑动变阻器两端，当小灯泡正常发光时，滑动变阻器两端电压为__________。
2.2V
【实验设计】(2)小静将电压表接在滑动变阻器两端，按照规范操作，闭合开关后，小灯泡发光，但电压表示数如图甲所示。
分析出现此现象的原因是________________________________ _______________________________________________。
闭合开关前，滑动变阻器处于最大阻值处使电压较大(合理即可)
【改进创新】(3)为解决上述问题，小虹认为可以①先将电压表0~3V接在小灯泡两端，如图乙所示，移动滑动变阻器的滑片，设置一个小灯泡两端的电压值；②接着，保持滑动变阻器的滑片位置不变，再将该电压表改接在滑动变阻器的两端，如图丙所示，移动滑动变阻器的滑片，完成实验。
根据电压表的量程0~3V及电源电压6V判断，操作①中小灯泡
两端的电压应设置为________V，才能使操作②能顺利完成。
(4)要使小灯泡达到额定电压，操作②中滑动变阻器的滑片应向__________(选填“左”或“右”)移动。
3
左
【方法指导】
1.科学探究强调：
(1)对科学原理的理解与应用。
(2)对科学方法的领悟与体现。
2.力学探究的难点是对信息的处理与分析，需要从有关模型(表格、图像)中获取有效信息，从指向探究问题的实验结果的角度分析。
3.电学探究的难点是对电路的故障分析、滑动变阻器的使用以及操作步骤的描述等。

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