中考物理物理探究1

中考物理專題探究第十三講：物理探究（一）

主講：孫雯

單位：江蘇省泰州中學(xué)附屬初中探究實驗有哪幾個要素呢？提出問題猜想與假設(shè)制定計劃與設(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

一、提出問題能力要求

范例

方法歸納能力要求

要求同學(xué)們能夠通過對日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒炗^察的分析思考，根據(jù)經(jīng)驗和已有知識，用文字表述自己發(fā)現(xiàn)的、可探究的、具體的問題。例

請根據(jù)圖中的信息提出一個物理問題。

40km/h10m10m

60km/h15m20m

80km/h20m40m停車距離反應(yīng)距離剎車距離

車車車

分析首先，我們從圖中觀察到以下物理信息：1、汽車的初速度40km/h、60km/h和80km/h；2、反應(yīng)距離10m、15m和20m；3、剎車距離10m、20m和40m；4、停車距離20m、35m和60m；5、反應(yīng)距離、剎車距離和停車距離都隨汽車的初速度的增大而增大。提出物理問題：反應(yīng)距離與汽車的初速度有關(guān)嗎？剎車距離與汽車的初速度有關(guān)嗎？停車距離與汽車的初速度有關(guān)嗎？汽車的停車距離與什么因素有關(guān)？方法歸納事件表象物理現(xiàn)象研究對象形成疑問科學(xué)問題觀察

選擇質(zhì)疑分析概括表述二、猜想與假設(shè)能力要求

范例

方法歸納能力要求

能夠根據(jù)經(jīng)驗和已有知識對所探究的問題成因、探究方向、可能的結(jié)果等提出有一定依據(jù)的猜想和假設(shè)。

例1

小明發(fā)現(xiàn)家里在用皮碗掛東西，那么皮碗所能承受的物體其重力大小與什么因素有關(guān)呢？請你提出一種猜想

；你猜想的依據(jù)又是什么？

分析成因

我們首先需要弄清的是：皮碗為什么能吸附在墻上？那實際上是因為大氣在皮碗上形成較大的壓力，從而使皮碗在墻壁上受到較大的摩擦力。猜想方向影響皮碗在墻壁上所受摩擦力的相關(guān)因素。影響大氣在皮碗上形成的壓力的相關(guān)因素。猜想依據(jù)1S皮碗的大小

p0相同時，F(xiàn)大小與S受力有關(guān)

2墻面的光滑程度

F相同時，接觸面越粗糙，f越大

3皮碗內(nèi)排氣程度

皮碗內(nèi)空氣排除越多，內(nèi)外Δp越大

4制作皮碗的材料

材料彈性不同，能排除氣體程度不同

5p0的大小S皮碗相同時，內(nèi)外Δp越大

，F(xiàn)越大

6……

……

答案例2小明在觀察洗衣機排水后，對容器的排水時間與排水孔大小的關(guān)系產(chǎn)生了濃厚的興趣。他找來四個同樣大小的圓柱形塑料容器，在它們底部相同位置各開一個排水的圓孔，孔的直徑d分別是1.5cm、2.0cm、3.0cm和5.0cm。在容器里放入30cm深的水，打開排水孔讓水流出，用秒表測量水完全流出所需時間t分別為73.0s、41.2s、18.4s和6.8s。請你猜想時間t與直徑d之間可能存在的數(shù)量關(guān)系，并提出你猜想的依據(jù)。

分析根據(jù)我們的常識可知，水流的快慢和孔的大小有關(guān)，孔越大，水流得越快；孔越小，水流得越慢。而孔的面積s=π(d/2)2。答案猜想：“水流時間t與直徑平方d2成反比”.

猜想的依據(jù)是孔的面積s=π(d/2)2；假設(shè)猜想成立，則t與1／d2成正比，可以作出t與1／d2圖線，并觀察圖線是否為一條直線來判斷前面的猜想。

方法歸納探究成因分析歸納問題物理知識猜想方向推測假設(shè)猜想結(jié)果非邏輯思維邏輯思維三、制訂計劃與設(shè)計實驗?zāi)芰σ?/p>

范例

方法歸納能力要求能根據(jù)現(xiàn)有的條件和探究的要求，確定最合適的實驗原理和實驗方法，根據(jù)已經(jīng)確定的原理和方法選擇器材，按這些方法的邏輯聯(lián)系構(gòu)思出操作的步驟。要求能夠用日常生活中常見的器材來進行實驗。能夠使用控制變量等科學(xué)研究方法。能夠分析探究的計劃，尋求計劃中的不當之處，并預(yù)料它在探究中所產(chǎn)生的不良后果。例1物體所受浮力大小與物體的形狀有關(guān)嗎?針對這個問題，請你選擇器材，并考慮如何開展探究活動。供選擇的器材有：彈簧測力計，三個形狀不同的小石塊、橡皮泥、燒杯、細線和水。(1)你選擇的器材是：_____________________(2)你的探究方案(即實驗步驟)_____________(3)請你畫出實驗記錄表格。（略）

（1）分析本題的實驗?zāi)康氖茄芯扛×εc物體形狀的關(guān)系。為探究物體形狀對物體所受浮力大小是否有影響，在實驗中我們必須控制浮力的其它相關(guān)因素不變，這就是控制變量法。因而，我們在選擇被測物體時，應(yīng)選擇可以控制其它變量相等的橡皮泥，而不是三個形狀不同的小石塊。

答案所選實驗器材為彈簧測力計、橡皮泥、燒杯、細線和水。

(2)實驗步驟：①用細線將橡皮泥吊在彈簧測力計上，測出橡皮泥重G；②將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)Fl；③改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F2；④再改變橡皮泥形狀，將橡皮泥浸沒水中，記下測力計的示數(shù)F3。啟示1

在制定計劃、設(shè)計實驗的過程中，要注重控制變量法等重要的科學(xué)究方法的使用。例2估測大氣壓的值。小明設(shè)計的實驗方案：將蘸水的吸盤按在平滑的玻璃板上，擠出里面的空氣，按住玻璃板，用彈簧測力計鉤著掛鉤，緩慢的往上拉，記錄吸盤剛剛脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數(shù)，再測出吸盤與玻璃板的接觸面積，即可算出大氣壓值。實驗室提供的器材是：量程為10N的彈簧測力計1只，底面積為3cm2的吸盤，平滑的玻璃板．

分析經(jīng)過粗略計算發(fā)現(xiàn)：本題中大氣作用在吸盤上的壓力大約能達到30N，而彈簧測力計的量程只有10N，達不到測量要求，這就要求我們靈活運用省力機械，如省力杠桿或滑輪組。方案中產(chǎn)生誤差的主要原因是機械自重和摩擦、吸盤中排不盡空氣、氣密性不好等。答案方案一器材：輕質(zhì)杠桿，細繩，鐵架臺；說明：利用省力杠桿，在一端用較小的彈簧測力計的拉桿，在另一端獲得較大的拉吸盤的力；產(chǎn)生誤差的原因：彈簧測力計自重、杠桿自重、吸盤脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數(shù)不準確、吸盤中排氣不清、氣密性不好等等；

答案方案二器材：定滑輪，動滑輪，細繩，鐵架臺；說明：將定滑輪和動滑輪組成省力的滑輪組，再用彈簧測力計向上拉動即可；產(chǎn)生誤差的原因：滑輪與軸之間有摩擦、動滑輪自重、吸盤脫離玻璃板時彈簧測力計的讀數(shù)不準確、吸盤中排氣不清、氣密性不好等等。啟示2

要正確選擇實驗器材，就必須熟練掌握物理學(xué)科各章節(jié)各部分的知識，然后才能靈活運動。例3請你測定標有“220V**W”的電燈泡的P額

器材有:一個蓄電池（U=6V）,一個開關(guān),導(dǎo)線若干.

可選器材還有:A電流表（量程：0～0.6A,0～3A）;B電壓表1(量程：0～3V,0～15V);C電壓表2(量程：0～3V,0～15V);D定值電阻1(R=20Ω)；E定值電阻2(R=500Ω)；F滑動變阻器(0～10Ω)；G滑動變阻器(0～1kΩ)分析在選擇器材之前必須先確定實驗原理和方案.方案一:根據(jù)P額=U額I額，測出I額即可,但由于燈泡電阻大,

U額小,所以I額也很小,用普通電流表根本無法準確的將它測出來，所以此方案不可行。方案二：根據(jù)P額=U額2/RL，測出R即可,但由于上述原因,不能用伏安法測燈泡電阻.則測RL的原理應(yīng)改為RL：R定值=UL：U定值,即要使燈泡與定值電阻串聯(lián)分壓,并且參與分壓的必須是500Ω的定值電阻，因為只有選用500Ω的電阻,才能夠讓燈泡和電阻分得的電壓都能被準確的測量出來。例3請選擇器材測定標有“220V**W”的電燈泡的P額

器材有:一個蓄電池（U=6V）,一個開關(guān),導(dǎo)線若干.

可選器材還有:A電流表（量程：0～0.6A,0～3A）;B電壓表1(量程：0～3V,0～15V);C電壓表2(量程：0～3V,0～15V);D定值電阻1(R=20Ω)；E定值電阻2(R=500Ω)；F滑動變阻器(0～10Ω)；G滑動變阻器(0～1kΩ)√√√√啟示3要注重設(shè)計實驗的可行性，預(yù)見試驗中將會出現(xiàn)的矛盾。在制定計劃與設(shè)計實驗時須考慮以下具體項目：1、實驗?zāi)康?、實驗原理3、實驗方案4、科學(xué)方法5、實驗裝置（電路）圖6、實驗器材7、需要觀察現(xiàn)象和測量的物理量8、簡單的實驗步驟四、進行實驗與收集證據(jù)能力要求

范例

能力要求會使用天平、彈簧測力計、量筒、溫度計、電流表、電壓表、滑動變阻器、學(xué)生電源等簡單的實驗儀器；了解實驗儀器的使用要求和操作要領(lǐng)；能夠辨明儀器的測量范圍和分度值，有測量范圍的意識；會設(shè)計并繪制記錄數(shù)據(jù)的表格，能簡單明了的在表格中填入數(shù)據(jù)。有對實驗結(jié)果的安全性預(yù)先考慮的意識，使用易破、易碎的器材時有謹慎操作的意識。例1量筒的應(yīng)用(1)用量筒測不規(guī)則固體體積的步驟如下：a.在量筒中注入適量的水，讀出此時水面所對應(yīng)的示數(shù)V1；b.把固體浸沒在盛有適量水的量筒中，讀出此時水面所對應(yīng)的示數(shù)V2，則待測固體的體積V＝___________。

(2)上述操作過程中，向量筒中注水多少才是“適量”的？

V2—V1a.水最少能把固體“浸沒”在水中；b.水最多在物體沒水中后，水面仍低于量筒的量程。ml(3)小明有一枚質(zhì)量為3.1g的金幣，他查閱資料得知：黃金類別24K黃金22K黃金18K黃金密度（kg/m3）19.2617.6515.15他想用量筒（左圖）測出這枚金幣的體積，然后計算其密度，以此鑒別黃金類別．你認為該方案可行嗎？ml分析從原理上講，用量筒測金幣體積，再算其密度，就可以從表中查出該金幣的黃金類別；但金幣體積過小，在它浸沒水中前后液面變化不大，這樣測體積誤差太大。答案不能。經(jīng)計算可知：3.1g金幣的體積在0.16cm3與0.20cm3之間，遠小于該量筒的分度值（2ml），所以不能用這個量筒測這枚金幣的體積啟示1使用實驗器材要特別注意其量程和最小分度值，根據(jù)實驗具體要求選擇合適的器材。

例2物體所受浮力大小與物體的形狀有關(guān)嗎?針對這個問題，請你選擇器材并考慮如何開展探究活動。供選擇的器材有：彈簧測力計，三個形狀不同的小石塊、橡皮泥、燒杯、細線和水。(1)你選擇的器材是：略

(2)你的探究方案(即實驗步驟)是：略(3)請你畫出實驗記錄表格。

（3）分析本題中需要測量的物理量為重力G和橡皮泥捏成不同現(xiàn)狀后三次浸沒在水中彈簧測力計三次的示數(shù)，共四列；另三次測量為三行。試驗次數(shù)G/NFl/NF2/NF3/N123答案啟示2設(shè)計數(shù)據(jù)表之前先要弄清需要測量哪幾個物理量，并將這些物理量一一填入數(shù)據(jù)表。一般習(xí)慣將數(shù)據(jù)表的行為實驗次數(shù)，列為需要記錄的物理量。

五、分析與論證能力要求

范例

方法歸納能力要求能準確的描述實驗數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，能用定量或者半定量的方法描述物理現(xiàn)象的特征，數(shù)據(jù)的描述能夠采用文字或數(shù)學(xué)的表示方法；能對收集的信息進行簡單的比較，能作簡單的因果推理；能從物理現(xiàn)象和實驗中歸納科學(xué)規(guī)律，尋求數(shù)據(jù)之間的相互關(guān)系的特征；關(guān)注物理條件改變與物理現(xiàn)象變化之間的聯(lián)系。例1俗語說“響水不開，開水不響”，開水真的不響嗎?小明對此進行了研究，他用鐵鍋在煤氣灶上燒水試驗，用溫度計、數(shù)字聲級計(測量聲音強弱的儀器)分別測量鍋內(nèi)水的溫度、鍋旁聲音的強弱。測量結(jié)果如下表：

水溫/℃214060708085909599響度/bB37.538.040.543.446.852.954.455.252.8現(xiàn)象無氣泡有無氣泡小氣泡產(chǎn)生少量氣泡上升上升氣泡增多大量氣泡上升水面有氣泡形成更多小氣泡形成，水變渾濁沸騰現(xiàn)在你怎樣理解“響水不開，開水不響”?分析本題考查了探究過程中的分析論證環(huán)節(jié)。通過分析表格中的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)當水的溫度從21℃升到95℃的過程中，水發(fā)出的聲音越來越強，沸騰時水發(fā)出的聲音有所減弱，因此人們有了“開水不響”的錯覺。

答案開水并非不響，只是相對于最響的時候，聲音略小一些而已。

例2在探究“聲音能不能在真空中傳播？”時我們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的實驗設(shè)備難以將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài)，在這種情況下，你想選用什么方法突破這一難題？分析

本實驗中的現(xiàn)象是隨著罩內(nèi)空氣的不斷抽出，聽到鈴聲越來越弱。但最后還是能聽到聲音，主要是由于難以將玻璃罩內(nèi)抽成真空狀態(tài)，還有周圍的固體還能傳聲。這時推理法就顯得尤為重要，它能夠突破實驗條件的限制，抓住主要矛盾，忽略次要矛盾，得出結(jié)論。答案我們可以在現(xiàn)有的實驗現(xiàn)象的基礎(chǔ)上進一步推理，從而得出結(jié)論：如果罩內(nèi)被抽成真空，將不能聽到鈴聲，由此得出“聲音不能在真空中傳播”的結(jié)論。例3某小組同學(xué)研究圓柱體上、下表面受到液體的壓力大小與液體深度、密度的關(guān)系。實驗時，該小組同學(xué)把一個高為0．1m的實心圓柱體先后浸沒在甲、乙兩種液體中(液體甲的密度大于液體乙的密度)，并不斷改變它所處的深度。他們利用儀器測得液面到圓柱體上表面的距離及圓柱體上、下表面受到液體的壓強，并利用公式求得上、下表面受到液體的壓力。

表一液體甲分析同一表格中,ρ液相同，研究的是F1與h的關(guān)系.結(jié)論在ρ液相同的情況下，F(xiàn)1與h.成正比.表二液體乙

液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)00.200.400.600.801.00下表面受到液體的壓力F2(N)1.001.201.401.601.802.00液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)

00.160.320.480.640.80下表面受到液馇的壓力F2(N)0.800.961.l21.281.441.60(1)比較表一(或表二)中第一行與第二行數(shù)據(jù)，結(jié)論如何？表一液體甲分析

相同，研究的是F1與ρ液的關(guān)系.結(jié)論在h相同的情況下，ρ液越大，F(xiàn)越大.表二液體乙

液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)00.200.400.600.801.00下表面受到液體的壓力F2(N)1.001.201.401.601.802.00液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)

00.160.320.480.640.80下表面受到液馇的壓力F2(N)0.800.961.l21.281.441.60(2)比較表一和表二中第三列(或第四、五列……)，結(jié)論？表一液體甲分析

F浮=F2-F1；表一中F浮都為1N，表二中都為0.80N.結(jié)論當物體浸沒于同種液體，ΔF（即F?。┦且粋€定值；當物體浸沒于不同液體，ρ液越大，ΔF（即F?。┰酱?。表二液體乙

液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)00.200.400.600.801.00下表面受到液體的壓力F2(N)1.001.201.401.601.802.00液面到上表面的距離h(m)00.020.040.060.080.10上表面受到液體的壓力F1(N)

00.160.320.480.640.80下表面受到液體的壓力F2(N)0.800.961.l21.281.441.60(3)進一步綜合分析表一和表二數(shù)據(jù)，結(jié)論如何？分析與論證之方法一——歸納法提煉物理規(guī)律分析證據(jù)數(shù)據(jù)共同特征分析與論證之方法二——推理法理想化規(guī)律推廣分析證據(jù)數(shù)據(jù)趨勢分析與論證之方法三——數(shù)學(xué)方法實驗數(shù)據(jù)

實驗結(jié)論實驗現(xiàn)象計算法圖像法抽象法定性分析因果推理概括表述定量分析因果推理概括表述六、評估能力要求

范例

能力要求能對探究的行為和收集信息的科學(xué)性、可靠性進行評價。能注意假設(shè)與探究結(jié)果之間的差異，能對這種差異及引起這種差異的規(guī)律進行分析，發(fā)現(xiàn)和提出新的問題。能對探究過程和結(jié)果進行評估，提出改進探究方案的具體方法。例1以下是小明寫的一份探究報告：問題：并聯(lián)電路干路電流與各支路電流有什么關(guān)系？猜想：干路中的電流等于各支路電流之和。設(shè)計實驗：略進行實驗：閉合開關(guān)，記錄第一支路中A點、第二支路中B點、干路中C點的電流值

。A點電流IA/AB點電流IB/AC點電流IC/A0.40.40.8請試評估小明同學(xué)這一實驗方案。

一、評估探究過程

分析

本題探究的是從特殊到一般的規(guī)律，評估時要注意：是不是把所有情況都研究到了，同一種情況是不是做了多次實驗，不能僅通過一種情況、一次實驗就得到普遍結(jié)論。

答案探究過程只研究并聯(lián)電路就得出結(jié)論不科學(xué)，應(yīng)該再驗證串聯(lián)電路的情況；還有僅憑一組數(shù)據(jù)就得出結(jié)論不具有普遍性，還應(yīng)該更換不同的燈泡，通過多次實驗，總結(jié)得出結(jié)論。啟示1多次實驗尋求普遍規(guī)律當實驗探究的是從特殊到一般的規(guī)律時，僅憑一組數(shù)據(jù)就得出結(jié)論不具有普遍性，應(yīng)該通過多次實驗總結(jié)得出結(jié)論。

例2

在“摩擦力”的科學(xué)探究中，某班同學(xué)猜想摩擦力可能與接觸面的粗糙程度、壓力和物體運動的速度三個因素有關(guān)。小麗探究摩擦力與滑塊運動速度的關(guān)系實驗如圖所示，請指出其中明顯的錯誤。

一、評估探究過程分析小麗在研究摩擦力與滑塊運動速度的關(guān)系的過程中，不僅滑塊的速度改變了，而且滑塊與接觸面間的壓力與改變了，那么摩擦力的變化就不知是由哪個因素的變化引起的。答案在研究摩擦力與滑塊運動速度的關(guān)系的過程中，我們應(yīng)該遵循控制變量法，控制接觸面粗糙程度、壓力這些因素不變。啟示２注重控制變量法的使用控制變量法是物理實驗的重要方法，科學(xué)探究中要注意評估對控制變量法的使用。例3

在探究歐姆定律的時候，小明將實物圖連成如下圖所示，請為他指明問題所在。

一、評估探究過程分析

回顧電流表和電壓表的使用方法

一、電流表的使用方法是：⑴把其串聯(lián)在待測電路中；⑵“+”“-”接線柱不能接反；⑶正確選擇量程。二、電壓表的使用方法是：⑴把電壓表并聯(lián)在待測電路的兩端；⑵“+”“-”接線柱不能接反；⑶正確選擇量程。答案電流表的正負接線柱接反，電流表指針反向偏轉(zhuǎn)并將損壞電表；電壓表并聯(lián)在電源兩極，讀的是電源電壓而不是定值電阻兩端的電壓。

啟示３注重實驗器材的操作規(guī)范注重評估實驗儀器的操作是否規(guī)范、是否安全，不規(guī)范不安全的地方應(yīng)予以及時糾正。一、評估探究過程例4小明將“阿基米德原理”實驗（左圖）改進（右圖）了，其中A、B為兩個規(guī)格相同的彈簧秤，C為重物，D為薄塑料袋，E是用大飲料瓶、帶孔橡皮塞以及彎曲玻璃管自制的溢水杯，杯中加入紅色的水，F(xiàn)是升降平臺（搖動手柄，可使平臺高度緩慢上升、下降），G為鐵架臺。請問改進后的實驗與原實驗比較有哪些優(yōu)點？分析可以對比新舊實驗的操作過程那一種更為簡單易行。答案改進后的實驗與原實驗比較優(yōu)點很多：（