中考物理解题指导：探究与实验题 4页

中考物理解题指导：探究与实验题 ★科学探究的要素与方法 1．科学探究的要素有：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、 分析与论证、评估、交流与合作。 2． 最常用的研究方法是控制变量法。其它还有等效法、模型法、类比法、转换法、实验和推 理法、比较法、综合法等等。 中考的物理实验探究过程可能涉及所有的要素，也可能只涉及部分要素。 ★中考探究题类型与解答策略 1. 提出问题：要通过对日常生活、实验现象或资料介绍的分析思考，根据经验和已有知识， 用文字表述自己发现的、可探究的、具体的问题。 2. （推理、类猜想与假设：根据经验和已有知识，找出事物的联系，运用科学方法比等）提 出有一定依据的猜想和假设。 3. 制定计划与设计方案：一是给出了猜想与假设来设计探究方案；二是自己提出猜想与假设 来设计探究方案。都要求能根据现有条件和探究要求，确定最好的方法和所需要的器材，并能采用控制 变量的操作方法。 4. 进行实验与收集证据：会使用初中各种物理实验测量仪器，了解它们的使用要求和操作要 领，能设计绘制记录数据的表格。 5. 得出结论：一是“要求探究教材未涉及的知识规律”得出结论，二是“要求探究教材隐性 知识规律”得出结论。一般要运用到分析法、比较法、综合法、推理法得出结论。 6. 评估：一是对设计方案的评估，二是对实验操作的评估，三是对分析与论证及得出结论的 评估。要求能对探究行为和收集信息的科学性、可靠性进行评价；能注意假设与探究结果间的差异，并 对这种差异及引起这种差异的规律进行分析，发现和提出新的问题，提出改进探究方案的具体方法。 ★中考探究题实例分析 例 1（重庆）物理研究中常常用到“控制变量法”“等效替代法”“理想化模型”“类比法”等科 学方法，在下列研究实例中，运用了“控制变量法”的是 （ ） A． 研究电流时，从分析水流的形成来分析电流的形成 B． 研究磁场时，用磁感应线描述空间磁场的分布情况 C． 研究滑动摩擦力与压力大小关系时，保持接触面的粗糙程度不变 D． 研究杠杆的平衡条件时，将撬棒抽象为绕某一固定点移动的硬棒 解析：在研究物理问题时，某一物理量往往受几个不同物理量的影响，为了确定各个不同物理量之 间的关系，就要控制某些量，使其保持不变，改变某一个量，看所研究的物理量与该物理量之间的关系， 这样的方法是控制变量法。本题中的 C 项运用了这种方法。 将一个物理量、一个物理装置、一个物理状态或过程用另一个物理量、另一个物理装置、另一 个物理状态或过程来替代，得到同样的结论，这种方法是等效（替代）法。如串、并联电路总电阻的研 究、曹冲称象、平面镜成像的实验中应用了这种方法。 把复杂问题简单化，摒弃次要条件，抓住主要因素，对实际问题进行理想化处理，是“理想化模型”。 如“光线”“磁感线”“杠杆”“匀速直线运动”就是理想化模型。本题中的 B、D 项运用了这种方法。 为了把要表述的物理问题说得清楚明白，往往用具体的、有形的、人们所熟知的事物来类比要说明 的那些抽象的、无形的、陌生的事物。通过类比找出类似的规律。如用“水压”类比“电压”，用“水 流”类比“电流”，用抽水机类比电源等。本题中的 A 项运用了类比法。 例 2（庐江）《楚天金报》消息，4 月 15 日清晨，湖北十堰市竹山县一单位在做宣传活动时，伴随 着激扬的音乐声，飞翔的 15 只珍稀红嘴相思鸟纷纷落地而亡！关于珍稀红嘴相思鸟为何会集体自杀， 请提出你的猜想。 解析：“集体自杀”这种反常行动，往往是由于神经系统受到损害而收起的，结合噪声的危害知识 可提出合理的猜想：噪声太大使鸟的中枢神经被破坏。 例 3（济宁）当光由水斜射入空气时，在界面处既发生反射现象 ，又发生折射现象，并且光在空气 中的折射角大于光在水中的入射角，如图 1 所示.当入射角增大时，折射角也随着增大。那么，当入射 角增大到一定程度时将会发生什么现象？ 请在下面写出你的猜想和支持你这一猜想的理由。 猜想：_____________________; 理由：__________________________。 解析：根据题目所提供的光从水中射入空气的现象，折射光线离水面 更近，在入射角还没有增大到 90。时，折射角就增大到 90。了，而这时如果 再增大入射角，空气中已经没有了折射光线。通过对这个现象的推理，做 出合理的猜想：折射光线将消失，光线全部返回到水中；理由：当入射角 增大到一定程度时，折射角将大于 90。。 例 4（柳州）小明家电热毯的电阻线断了，他把电阻线接上后继续使用一段时间，发现接头处烧焦 了。 (1)小明猜测接头处的电阻________(选填“变大”或“变小”)。相同时间内产生的热量增多，是 接头处烧焦的原因。 (2)剪下包含有接头处的电阻线一段（足够长），请你设计一个实验来验证小明的猜测。 要求：①画出所用的电路图。[来源:学#科#网 Z#X#X#K] ②写出实验步骤。 解析：（1）用焦耳定律帮助推测：电阻变大时，产生的热量会增多。 （2）实验的目的是为了证实接头处的电阻比其它地方的电阻要大，所以还要有其它地方电线来进 行比较。从控制变量方面来考虑，用以比较的电线应当与接头处的电线是相同的，只不过一段烧焦了， 而另一段是完好的。至于电阻的大小，可以用伏安法进行测量。解答如下：① 如图 2 所示 ②a .用刻度尺量长度，剪下一段有接头处的电阻线，又剪下一段等长的电 阻线，两段电阻分别记为 R1 和 R2；b.把 R1 和 R2 分别接入设计的电路图中 R 的 位置，分别测 U1、I1 和 U2、I2，算出 R1 和 R2 的阻值，若 R1>R2，则证实小明 的猜想。 例 5（广州）小芳在做探究感应电流方向与哪些因素有关时，猜想金属棒 在磁场中运动产生的感应电流的方向可能与磁场的方向有关。也可能与棒的运动方向有关。她设计了如 下 实 验 ， 装 置 如 图 3. ①使金属棒向右运动，看到电流 表指针向左偏 ②把磁铁南、北极上下对调，金属棒变为向左运动，看到电流表指针仍向左偏。根据以上现象， 小芳得出了感应电流的方向与磁场的方向、棒的运动方向无关的结论。 你认为小芳的结论正确吗？若认为正确请说明理由，若有错，分析小芳得出错误结论的原因。 解析：感应电流的方向既然可能与磁场的方向有关，也可能与棒的运动方向有关，那么小芳 在设计和操作实验时，就应当有控制变量的意识：在探究感应电流方向与磁场方向是否有关时，应 保持运动方向不变；在探究感应电流方向与运动方向是否有关时，应保持磁场方向不变。然而小芳 在实验时，却同时改变了两个因素，所以得出的结论不可靠。（就好象在体育课上，老师同时发出 两个“向后转” 的口令，结果使执行口令的人仍然回到原来的方向，这时你不能说老师的口令是 无效的） 例 6（威海）为测量一只标有“6.3V 0.3A”的小灯泡的额定功率，其实验小组设计了图 4 的电路 图，现有实验器材为：电压表（量程 0—3V，0—15V）一块，电流表（量程 0—0.6A，0—3A）一块, “10Ω 2A”和“50Ω 1A”的滑动变阻器各一只，电源（电压恒定为 12V）一个，开关一个，导线若 a N R 干。实验时，甲同学认为电压表和电流表都应选用小量程，滑动变阻器应选用 “50Ω 1A”的；乙同 学认为电压表应先用大 量程，电流表应先用小量程，滑动变阻器应先用“10Ω 2A”的。 请你对两位同学器材选择的合理性作出评价并填在下面的表中（如合 理，不需要说明理由；如不合理，请指出不合理之处和产生的后果）。 解析：一般，电压表的量程选择要看电源的电压，本题中电源电压为 12V，选用 0—3V 的量程一是有可能损坏电压表，二来也不能显示出灯的额 定电压。电流表的量程选择一般不能比电路的最大电流要小，小灯泡的额 定电流是 0.3A，电路的最大电流不会比 0.3A 高很多，用 0—0.6A 的小量 程足以进行测量。滑动变阻器在此实验中的作用是调节灯泡两端的电压， 通过计算可知小灯泡的电阻为 21Ω，约为 10Ω变阻器的 2 倍，根据串联电路的分压特点，小灯泡最少 也能分担电源电压的三分之二强，即总是在 8V 以上，对于额定电压是 6.3V 的小灯来说，后果很严重： 它不能得到额定电压，而且时刻处于烧毁的危险中。通过以上分析，甲、乙同学的方案都有不合理之处。 解答如表 1 所示。[来源:Z_xx_k.Com] 是否合理 不合理之处 不合理产生的后果 甲 否（不合理） 电压表量程太小 电压表无法指示小灯泡的额定电压（可能 损坏电压表） 乙 否（不合理） 滑动变阻器阻值过小 小灯泡实际电压总是超过额定电压（可能损坏 小灯泡） 表 1 例 7（哈尔滨）同学们在一起交流学习体会时，一位同学说：“电路消耗的总功率都等于各用电器 消耗的功率之和”。另一位同学想用实验来验证他的说法是否正确，于是他设计了图 5 所示的电路进行 实验。图中电源电压为 3V，实验中他记录和计算的数据如下表 2 所示。 测量的位置 A B C 电流 I/A 0.4 0.1[来源:学。科。网] 0.3 电功率 P/W 1.2 0.3 0.9 表 2 请你对该同学验证的过程与得到的结论是否科学，谈一谈自己的观点。 解析：一般对于结论的得出要经过推理或者综合分析，他要验证的是“电路消耗的总功率都等于 各用电器消耗的功率之和”，然而他设计的实验只验证了“并联电路消耗的总功率都等于各用电器消耗 的功率之和”，因而犯了以偏概全的错误，结论是不科学的。另外，要想使从数据得出的结论更加可靠， 应当在多次测量的基础上下结论。一组数据得出的结论，具有很大的偶然性，因而他的结论也是不可靠 的。 例 8（潍坊）交流与评估是科学探究的一个重要环节。光明中学八二班的同学利用如图 6 所示的实 验装置完成了“测滑轮组机械效率”的实验以后，进行了小组交流，以下表 3 是各小组的实验数据记录： 请你对表中各小组的实验数据进行比较分析，回答下列问题： （1） 实验中影响滑轮组效率的主要因素是什么？ （2） 1、2 两个小组的动滑轮重相同，提起的钩码重也相同，测出的滑轮机械效率却不同，可 能的原因是什么？ （3） 请你就如何提高滑轮组的机械效率提出自己的建议。 A B C [来源:Zxxk.Com] 图 6 表 3 解析：（1）分析表中的各组数据，钩码重相同而动滑轮重不同时，机械效率不同，可见动滑轮重 影响了机械效率；动滑轮重相同而钩码重不同时，机械效率也不同，可见钩码重也影响了机械效率。至 于拉力的不同是由于钩码和动滑轮重的不同而引起的。所以本题应答：钩码重和动滑轮重。 （2）额外功的产生往往与摩擦有关，在钩码和动滑轮重都相同时，机械效率的不同就有可能是绳 与滑轮的摩擦或者滑轮与滑轮轴之间的摩擦不同而引起的。另外，本探究实验的操作要求匀速拉动测力 计，如果没有使测力计匀速上升，也可能造成拉力的测量不准确。 （3）从影响滑轮组机械效率的因素出发，要提高机械效率，可以选用较轻的动滑轮组装滑轮组； 对于给定的滑轮组，可以通过增大提起的物重提高效率；另外要保持良好的润滑，减小轮与轴之间的摩 擦。 实验 小组 钩码重 G/（N） 动滑轮 Gˊ/（N） 拉力 F/（N） 滑轮组的机械效率 η/（%） 1 0.5 0.4 0.35 47.6 2 0.5 0.4 0.38 43.9 3 1 0.6 0.62[来源:学科网 ZXXK] 53.8 4 1 0.8 0.71 46.9 5 2 0.6 0.98 68.0 6[来源:学科网] 2 0.8 1.06 62.9