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科学探究专题
科学探究专题
科学探究包括七个要素:
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。
近年来的中考题在科学探究方面做的文章不少.探究性试题可能考查一个完整的探究过程,也可能考查探究过程中的部分环节,考查探究能力的一个或两个方面。
探究题一般通过三种形式给予信息:
1.实验现象;2.实验数据;3.图表与图像.解决这类问题需要积极参与课外实践活动,增强动手实验能力,不断提高自己分析处理数据的能力.
1、提出问题
爱因斯坦有句名言:
“提出一个问题往往比解决一个问题更重要.因为解决问题也许仅仅是一个数学上或实验上的技能而已,而提出新的问题,新的可能性,从新的角度去看待旧的问题,却需要有创造性的想象力,而且标志着科学的真正进步.”从某种意义上说,科学始于问题,科学的本质上是一种解题活动,问题是学习的载体。
发现和提出问题是进行科学探究的前提,也是各个探究环节的核心。
根据题目中提供的日常现象、物理实验或文字资料等等,发散思维,提出一些有研究意义的问题。
提出问题的关键词一般为:
为什么﹑怎么样﹑是什么﹑有什么规律等等.
提出问题的方法通常有如下几种:
1、根据具体的知识内容提出问题。
如对于常见的物理现象,一般可从如下几个方面进行提问:
①这个现象发生的条件是什么?
②这个现象中有什么规律?
③这种现象分为几种情况?
④这种现象在生活、生产中有哪些应用?
2、通过比较不同现象、概念、器材的异同点提出问题。
3、运用“逆反原理”进行提问。
所谓逆反原理就是引导学生从问题的反面去进行研究与提问的方法。
4、运用“美国陆军提问法——5W2H法”进行提问。
5W2H法是针对凡事都有人物、时间、地点、事件、原因和发展的基本特征,提出七个方面的问题。
5W2H法的七个问题如下:
为什么;做什么;谁;什么时候;什么地点;怎样;多少。
例1.如图1所示,一名滑雪运动员正在滑雪比赛,根据图中展现的情景,提出两个与物理知识有关的问题.例如:
问题:
滑雪板底部是光滑的吗?
解析:
就滑板来说,可以提出如下的问题:
(1)滑板为什么做得薄而长?
(2)滑板为什么要做成条形的?
(3)滑板的质量很轻吗?
就运动员手中的撑杆可以提出下列问题:
(1)撑杆的作用是什么?
(2)为什么撑杆下端很尖而中间又安装一挡板?
对滑雪运动员身上的装束也可以提出一些问题:
(1)运动员为什么要戴头盔?
(2)为什么要戴墨镜?
(3)为什么要穿紧身的衣服?
(4)为什么身体尽量收缩前倾?
【针对性训练】1。
为精确测量世界屋脊——喜马拉雅山的高度,2005年中国科学院组织科考队利用现代测量技术对喜马拉雅山主峰峰顶进行重新测量。
测量考察中,科考队员们戴着墨镜,身穿防寒羽绒服,背着氧气瓶,手拿尖头冰镐,脚蹬防滑靴。
他们不畏艰难险阻,克服重重困难,终于在5月下旬完成了测量任务。
根据以上情景,请你提出两个问题,并从物理学角度加以简答。
问题1:
简答:
问题2:
简答:
【答案】问题1:
墨镜的作用是什么?
(为什么他们要戴墨镜呢?
)
简答:
高山上白雪皑皑,阳光反射强烈,戴墨镜可防止强光伤眼。
问题2:
他们为什么要背氧气瓶?
(氧气有什么作用?
)
简答:
高山上气压低,空气稀薄,缺氧。
问题3:
防寒羽绒服有什么作用?
简答:
高山上气温低,羽绒是热的不良导体,可起到保暖作用。
问题4:
防滑靴有什么作用?
简答:
防滑靴可增大摩擦,便于蹬山。
2、猜想与假设
猜想与假设具体包括两方面:
根据已有知识和经验对问题的成因提出猜想;对探究的方向和可能出现的实验结果进行猜测与假设。
注意事项:
1、猜想不是胡猜乱想,猜想需要有一定的依据,这依据就是已有的经验、知识和科学事实。
但无需考虑猜想的结论是否正确。
2、猜想与假设必须是能够被检验的。
如果还有接下来的设计实验方案,你的猜想要为你下一步设计探究方案提供方便,不要自己给自己制造进一步研究的“麻烦”。
3、猜想的依据有两点:
一是已有的经验和知识,二是科学事实。
例2.小芳同学最近发现一个问题,自己的一双球鞋,刚买时走路从来不打滑,可最近却经常出现打滑现象,特别是昨天在书店门口还跌了一跤.妈妈知道后告诉她,这双鞋她不能穿了,但妈妈还可以穿.小芳感到很奇怪,决定和几个同学一起探讨这个问题.
小芳与同学们讨论后认为,鞋踩在地面上是否打滑,主要取决于它们之间摩擦力的大小.于是,他们决定研究摩擦力的大小由哪些因素决定.
对此你可以提出哪些猜想?
你的猜想依据是什么?
解析根据题目所提供的信息和问题,结合生活经验可提出下列猜想:
(1)根据旧鞋鞋底花纹已被磨平,与地面的接触面积增大,提出:
摩擦力与接触面积的大小有关,接触面积越大,摩擦力就越小.
(2)根据旧鞋鞋底花纹已被磨平,如果走在平滑的路面上,接触面之间就比较平滑,提出:
摩擦力与接触面的具体情况有关,接触面越光滑,摩擦力就越小.
(3)根据妈妈还可以穿,分析妈妈的体重比小芳大得多,提出:
摩擦力与物体的重力有关,物体重力越小,摩擦力就越小。
【针对性训练】2。
福州夏季闷热的夜晚,紧闭门窗,开启卧室空凋,由于室内外温差大,第二天早晨,玻璃窗上常常会出现一层水雾。
这层水雾是在室内一侧,还是在室外一侧?
请写出你的猜想及你猜想的依据。
我的猜想:
呈在______________侧(选填“室内”或“室外”)。
猜想的依据是:
________________________________________________________。
【答案】室外室外温度较高的水蒸气遇到冷玻璃液化成为小水珠.
3、制定计划与设计实验
设计实验的一般步骤为:
1、明确实验目的:
与猜想紧密相连,能够验证自己提出的猜想。
2、选择合适的研究方法:
控制变量法﹑对比法﹑转化法﹑数据归纳法等;3、根据需要列出实验器材,设计实验步骤和记录表等.
例3.某同学按照如图2所示的装置探究压力的效果跟压力大小和受压面积的关系.实验装置中长木板固定在水平桌面上,小木块压在橡皮泥上.小木块和弹簧测力计的重力不计,弹簧测力计所示的拉力大小可以看成小木块对橡皮泥的压力大小.请你简要写出实验的步骤.
解析:
设计实验的一般做法是,先确定实验研究对象,本题的实验研究对象就是不同形状和大小的铁块产生的压强的大小是否相同,压强的大小要通过细沙被压的深浅程度来体现。
所以可以设计这样的实验步骤:
就是把等高而大小形状不同的三个铁块先后轻轻放在细沙上面比较而得出结论。
采用的方法是控制高度这个物理量。
①保持橡皮泥的受压面积不变,改变压力大小,观察橡皮泥的形变程度②保持压力不变,改变橡皮泥的受压面积,观察橡皮泥的形变程度。
【针对性训练】3。
小明对“斜面的机械效率与什么因素有关?
”这一课题,提出了如下一些值得探究的猜想:
①斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关;
②斜面的机械效率与斜面的粗糙程度有关;
③斜面的机械效率与斜面的长度有关;
④斜面的机械效率与物体的重力有关。
给你如图3所示的装置,请你选择上述猜想中的一项,并解答下列问题:
(1)你选择的猜想是 (填写序号)
(2)要用图中的器材完成你选择的探究,还要补充的器材是:
(至少写出两种) 、
_________________.
(3)在实验探究的过程中,需要控制不变的因素有:
① ;② ;③ 。
【答案】
(1)任选其中一个均可;
(2)(3)见下表
4、进行实验与收集数据
严格按照实验方案进行操作,并对实验现象、数据进行观察和记录,也可以搜集日常生活中的有关实例或查阅相关资料,为检验猜想和假设的正确与否准备充分的感性材料.具体包括:
①通过观察和实验收集数据;②通过公共信息资源收集资料;③学会阅读简单仪器的说明书,能按书面说明操作;④学会使用简单的实验仪器,能正确记录实验数据。
注意:
所有的材料一定要真实、可靠,尤其是实验数据,要尊重事实,不可拼凑和杜撰.这一过程是对所学知识的验证和基本技能的体现.
例4.在“测量小灯泡的电功率”的实验中,小灯泡的额定电压为2.5V,电阻约为10Ω,电源为2节干电池,实验电路图如图4所示。
(1)根据电路图4,用笔画线代替导线将图5中的电路连接完整。
(2)在根据电路图连接实验器材的过程中,开关应处于________状态,滑动变阻器的滑片P应移到_______________(填“a”或“b”)端。
(3)完成电路连接后,经检查器材性能都正常,电路连接无错误,闭合开关发现灯泡亮度低,此时滑片应向_______________(填“a”或“b”)端移动,直到电压表示数为________V时,读出此时电流表的示数,由电功率公式可以算出灯泡的额定功率。
(4)若在实验中电流表、电压表都正常工作且都有示数,灯泡能发光,滑动变阻器也能正常工作,但无论怎样调节滑动变阻器,电压表示数都低于2.5V,则原因可能是(只写出一条即可):
___________________________________,改变这种现象可以采取的相应措施是______________________________。
b
解析:
此题考察学生根据实验要求设计实验的能力,题目的难度不大,解答时注意找准切入点。
根据电路图连接实物图是基本功,这要求大家对于电路知识掌握比较牢固;分析电路故障及排除方法是常考题,希望引起大家的足够重视.
(1)只要能使滑动变阻器正常工作的接法,都可得分,但导线必须接在接线柱上。
(2)断开、b、(3)a、2.5
(4)电源老化(或电源电压不够、电池旧了、电池内阻过大、线路上电压损失太多等)、更换新电池(或增加电池个数、减小电路电压损失)
【针对性训练】4。
在“测平均速度”的实验中,实验图见图6.
(l)斜面的作用是__________________________________________________
(2)金属片的作用是__________________________________________________
(3)下表是重复三次实验获得的数据,请根据这些数据把表格填完整
路程
运动时间
平均速度
1
S1=75
t1=2.6S
V1=28.85cm/s
2
S2=75
t2=2.5S
V2=________cm/s
3
S3=75
t3=2.4S
V3=________cm/s
【答案】(l)让小车作变速运动(或使小车获得速度)
(2)便于测量时间(使小车在同一位置停下或让小车停止运动均可)
(3)v2=30.00cm/s(30.0cm/s或30cm/s)
V3=31.25cm/s(31.2cm/s或31.3cm/s)
V=30.03m/s
(有效位数不作要求,平均值在30--30.1cm/s范围内均可)
5、分析与论证
分析论证的要点包括:
1、能初步描述实验数据或有关信息;2、能对收集的信息进行简单的比较;3、能从物理现象和实验中归纳科学规律;4、尝试对探究结果进行描述和解释。
注意:
探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律.实验数据是对实验事实的客观记录,并不等于探究的结论,如果探究仅停留在此阶段,不对这些数据进行比较、分析、归纳,将什么结论也不能形成,探究等于半途而废.因此,分析论证在科学探究中是必不可少的。
此类问题要求认真观察实验记录的数据或现象,并进行分析和归纳,发现其中的规律,得出结论。
分析数据和现象时常常用到“异中求同”、“同中求异”的思维方法,找出数据所反映的共同规律,或者发现事物间存在的差别,即分清什么条件是相同的,什么现象不同。
例5.某同学通过实验研究物体受力情况与运动状态之间的关系,他在弹簧测力计下悬挂一个2N的钩码(如图7所示).钩码的运动状态与测力计的读数记录如下表所示:
实验次数
钩码的运动状态
弹簧测力计读数(N)
①
匀速向上运动
2.0
②
匀速向下运动
2.0
③
加速向上运动
3.5
④
加速向下运动
1.4
⑤
减速向上运动
1.6
⑥
减速向下运动
2.8
(1)由①②可知,钩码在匀速直线运动时,弹簧测力计对钩码的拉力________钩码重力(选填“大于”,“小于”或“等于”)
由③⑥可知,钩码在加速向上或减速向下运动时,弹簧测力计对钩码的拉力________重力(选填“大于”,“小于”或“等于”)
由④⑤可知,钩码在加速向下或减速向上运动时,弹簧测力计对钩码的拉力________重力(选填“大于”,“小于”或“等于”)
(2)一个站在体重计上的人,从站立到迅速蹲下的过程可看成先加速向下运动,然后减速向下运动,最后静止.据
(1)中结论可知体重计的示数变化是:
________.
A.一直减小,但最后等于体重B.一直增加,但最后等于体重
C.先减小后增加,最后等于体重D.先增加后减小,最后等于体
解析:
本题是考查通过阅读图表,对表格中的实验数据分析处理、比较归纳得出实验结论的能力。
解答时,先仔细分析表格中实验数据所对应的物理量,再比较数据间存在的量值关系,一个结论要有条件和结论两部分,相同点是条件,即在什么一样时,不同点就是结论,最后归纳得出结论。
(l)根据题图,当钩码静止时,弹簧测力计的示数为2.0N,此为物体的重。
再结合表格知:
钩码匀速直线运动时,弹簧测力计的示数也为2.0N,等于重力;加速上升或减速向下时,测力计的示数大于物重;加速向下或减速向上时,测力计的示数小于物重。
(2)加速向下时,示数小于体重;减速向下时,示数大于体重;静止时等于体重。
因而体重计的示数是先减小后增加,最后等于体重。
本题的答案为:
(1)等于大于小于
(2)C
【针对性训练】5。
阅读下面的短文(本文摘自《少年科普报》2003年第49期):
聂利同学在五年级自然课上听老师讲,蜜蜂是靠翅膀的振动发声的,她想抽时间去附近的养蜂场看一看.一天她来到养蜂场,发现箱外聚集在一起的蜜蜂似乎在休息,并没有振动翅膀,可嗡嗡声不绝于耳,后又发现蜜蜂歇在花上,翅膀一动不动,但仍有嗡嗡的声音.她
感到很疑惑,难道是老师讲错了吗?
她又查了《十万个为什么》,书上清楚地写着:
“蜜蜂的嗡嗡声来自翅膀的振动.”她想,难到连专家都搞错了吗?
于是她将自己观察到的情况和想法告诉了老师,老师建议她用实验的方法去研究……
她做了下表中“剪去蜜蜂双翅的实验”,发现蜜蜂的嗡嗡声没有什么变化.经观察她又发现蜜蜂嗡嗡叫时,蜜蜂双翅根部的两个“小黑点”在鼓动,她猜想:
“小黑点”可能就是蜜蜂的发声器官.于是她又做了表中刺破蜜蜂双翅根部“小黑点”的实验,发现蜜蜂不再发声。
请简要回答下列问题:
(1)根据聂利同学的实验研究,关于蜜蜂的发声你可得出什么结论?
(2)我们从聂利同学的研究过程中可以学到什么?
【答案】
(1)蜜蜂的发声不是靠翅膀的振动(或蜜蜂的发声器官是“小黑点”)。
(2)学习她尊重事实、不迷信权威、敢于质疑、执着探究、仔细观察、多做实验、多方请教、查阅资料等。
6、评估
评估的要点主要包括:
①有评估探究过程和探究结果的意识;②能注意假设与探究结果间的差异;③能注意探究过程中未解决的矛盾;④尝试改进探究方案;⑤有从评估中吸取经验教训的意识。
注意:
评估是对探究反思的过程。
通过对探究过程结果的评估,从中不仅使本探究课题的方案直接得到了改进,而且在评估和改进方案的过程中,增长知识,提高相关技能,为今后对类似课题探究方案的优化奠定了较好的基础。
另外,在关注探究结果和探究假设的差异的过程中,在关注探究过程未解决矛盾的过程中,将会涉及探究方案中没有考虑的问题,这将可能引发出新的探究问题和获得新的发现。
例6.小明和小芳分别设计了探究“并联电路电流规律”的实验,他们各自设计的实验电路图及实验数据记录如图8所示。
(小芳和小明电路连接及记录的数据都没有错误)
(1)从他们的实验数据可以看出并联电路干路电流与支路电流之间的关系是:
_______。
(2)小明根据他的实验数据断定“并联电路各支路的电流一定相等”,这是因为他选用的两个电阻大小关系是:
R1_______R2(选择“大于”、“小于”、“等于”)
(3)请你指出小芳、小明的实验设计各有哪些可改进之处
解析:
(1)由小明实验记录多组数据I1=I2,可看出R1=R2;
(2)小芳、小明的实验设计均有不恰当之处:
小芳的实验设计不足之处是支路电流和干路电流无法改变,只能测一组数据,仅凭一次测量数据就得出结论是不科学的。
由小芳实验记录数据I1≠I2可看出:
小明得出“并联电路各支路的电流一定相等”的结论是片面的,小明设计的实验应在第2、3、4次实验时改变R1或R2阻值,使R1≠R2,这样小明实验时就不会得出以偏概全的结论了。
答案:
(1)干路电流等于各支路电流之和;
(2)等于;(3)小芳设计的实验电路可采取下列方法任意一种加以改进:
(a)在干路上串联一个滑动变阻器;(b)改变R1或R2电阻三次以上;(c)改变电源电压三次以上;小明设计的实验可在第2、3、4次实验时改变R1或R2阻值,使R1≠R2。
【针对性训练】6。
甲、乙两同学分别做“测定小灯泡的电功率”实验,他们使用的电源电压相同且不变,待测的小灯泡相同且标有“2.5V”字样。
他们分别连接电路进行实验,连接前均将滑片放置于变阻器的一端。
甲同学闭合电键后,小灯泡发出明亮的灯光,电压表的示数如图9(a)所示。
乙同学连接完最后一根导线后,小灯泡发出较暗的灯光,电压表和电流表的示数如图9(b)和(c)所示。
甲、乙两同学相互讨论后,发现了各自实验操作中的不当之处,其中甲同学的操作不当之处为_____________________________,乙同学的操作不当之处为_________________________。
两位同学重新分别正确连接电路进行实验。
当小灯泡正常发光时,电流表的示数为0.35A,则小灯泡的额定功率为________W,所使用的变阻器的最大阻值为________Ω。
答案:
闭合电键前,滑动变阻器的滑片接入电路的电阻位于最小处;连接电路时,电键处于闭合状态;0.875;10。
7、全程探究
例7.种植花木是小芳同学爸爸的爱好.放学回家后,小芳经常帮助爸爸给花草浇水、施肥…….爸爸绐小芳讲了许多有关养花的经验:
用什么样的土壤、土壤湿润的程度、施什么样的肥料。
施肥的时间,施肥的多少,太阳光照射的时间长短以及光照强度都是影响开花质量的主要因素.小芳经过思考后,想探究光照强度对开花质量的影响.她将自己的想法告诉了爸爸,得到了爸爸的肯定与支持.
(1)光照强度对开花质量有怎样的影响呢?
请你根据自己的生括经验和掌握的知识,给出
你的猜想:
______________________________________________________;
写出猜想的理由或依据:
__________________________________________;
(2)请你帮助小芳完成探究方案的设计.
需准备的材料:
________________________________________;
探究步骤:
____________________________________________;
(3)探究过程中,小芳发现控制的变量中,_______________受光照强度的影响较大,原因是_____.
解析:
本题涉及到光现象中植物的光合作用等知识,以科学探究的形式进行考查,是一道综合性较强的考题。
解答本题时需要注意的几个问题:
1.猜想的理由须同时考虑到强光和弱光照射时的情况;2.选择的器材中,须说明选取的植株是同种植株三株或三株以上;3.步骤中应突出变量的控制及通过比较得出结论.
答案:
(1)猜想:
适当的光照强度有利于提高开花的质量。
依据:
强烈的光照能使植物的叶片发生弯曲(枯萎),植物的光合作用需要阳光。
(2)实验器材:
天平、量筒等控制仪器、遮阳设备、研究样品(同种植株三株或三株以上)。
探究步骤:
选择三株或三株以上长势相同的植株置于花房里,保持土壤湿润的程度,施肥种类、时间、多少、太阳光照射的时间长短不变,让植株所受到的光照强度各不相同,记录各植株的长势情况,比较、分析、确定光照强度对开花质量的影响。
(3)土壤的湿润程度强光照射使植株的蒸发量增大,土壤的含水量降低。
【针对性训练】7。
积雪对公路行车的危害主要表现在路况的改变.路面积雪经车辆压实后,车轮与路面的摩擦力减小,汽车易左右滑摆.同时,汽车的制动距离也难以控制,一旦车速过快、转弯太急,都可能发生交通事故.专家研究表明,气温不同,积雪的厚薄不同,对汽车的危害也不一样.当积雪厚度在5--15cm,气温在0℃左右时,汽车最容易发生事故.因为在这种条件下,路面上的冰雪常会呈“夜冻昼化”状态.此时,护路工人常在路面上撒大量的盐,以避免“夜冻昼化”现象,即在相同气温条件下,融化了的冰雪不再结冰,从而减少交通事故的发生.
提出问题:
在相同气温条件下,为什么水不再结冰了?
猜想与假设:
请你用学过的物理知识,针对这一现象产生原因提出一个合理的猜想,并说出你猜想的理由.
猜想:
理由:
设计实验方案:
针对你的猜想,设计一个实验方案验证猜想的正确性.
实验方案及主要步骤:
分析与交流:
除了在路面上撒盐外,你还有什么常用的办法,可以避免减少交通事故,这样做的道理是什么?
方法:
道理:
答案:
猜想:
水中杂质越多,水的凝固点越低或混合物的凝固点降低(或盐水的凝固点比水的凝固点要低)理由:
护路工人常在路面上撒大量的盐,以避免“夜冻昼化”现象,即在相同气温条件下,融化了的冰雪不再结冰.
实验方案及主要步骤:
取相同的三个杯子,盛相同体积的清水、淡盐水、浓盐水,放入冰箱里,每隔5分钟用温度计测一次温度,并观察是否有结冰现象,若结冰,结冰的顺序是否是清水、淡盐水、浓盐水.
其它方法:
在车轮上装防滑链道理:
接触面越粗糙,摩擦力越大.
过关检测
1.两人相距较远说话时,听不到对方的声音,但同样情况下,用自制的土电话就可以听到相互的说话声;耳朵贴在铁轨上能听到远处火车开来的声音而站起来就听不到了。
对此,请你提出一个要研究的问题:
__________________________________________?
2.王勇同学在宾馆饭店看到一种自动门,当有人靠近时,门会自动开闭,王勇同学对此产生了浓厚的兴趣,他很想知道自动门是如何实现自动控制的。
为此他反复做了几次实验:
当他轻轻地靠近自动门时,门会自动打开;当把一个足球滚向自动门时,门自动打开;当把一面底部装有滚珠的无色透明大玻璃板,直立着滑向自动门时,门不打开,王勇同学根据探究试验的结果,对自动门的自控原理提出了以下几种猜想,你认为其中最合理的猜想是()
A.自动门“听”到来者的声音时,通过声控装置实现自动开闭
B.自动门探测到靠近的物体发射出的红外线,通过光控装置实现自动开闭
C.自动门本身能发射出一种红外线信号,当此信号被靠近的物体反射时,就会实现自动开闭
D.靠近门的物体通过空气能产生一种压力传给自动门,实现自动开闭
3.物理活动课上,张老师做了一个有趣的实验:
将一个黄色的乒乓球和一个玻璃球全部埋入装有米的大烧杯中,摇晃烧杯一段时间,乒乓球从米中“跑”了出来。
看到这个现象,同学们十分惊讶:
乒乓球为什么能“跑”出来,而玻璃球为什么不能“跑”出来?
针对这个问题同学们提出下列猜想:
猜想1:
因为乒乓球体
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