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中考探究实验试题的走向与对策
近年来的中考试验试题充分体现了新的课程标准提出的“让学生经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识”。
在教学中,我们应该清楚并能够灵活应对这些新的变化。
笔者以常见的实验题型为例,做一简要阐述,旨在剖析各类题型的走向,研究其应对策略,以其提高教学质量。
一、问题提出类
例1.(2014?
台州)利用如图1装置进行“探究动能大小的影响因素”实验。
用两根细绳将小球悬挂起来,拉起小球,当细绳与竖直方向成θ角后松手,小球撞击水平木板上的木块,记下木块移动的距离s。
改变角度θ的大小,重复实验。
(1)利用如图两根细绳悬挂小球,而不用一根细绳,其好处是。
(2)本实验探究的问题是物体的动能大小与的关系。
(3)利用上述实验,同时还可以探究的问题是。
【参考答案】
(1)便于控制小球的撞击方向(或便于撞准木块等)
(2)速度(3)物体重力势能大小与高度有什么关系?
或重力势能大小与高度的关系。
【走向分析与对策】爱因斯坦曾说:
“提出问题比解决问题更重要。
”提出问题是科学课中一个非常重要的学习任务和环节。
提出问题是探究性学习的前提,在探究性学习中,学生应该学会用准确、清晰的疑问句对物理现象提炼、表述出一个有价值、有探究方向的问题。
因此,教师就要鼓励引导学生发现问题、提出问题,培养学生养成良好的科学探究习惯,通过训练让学生敢于提出问题,并且科学规范地提出问题。
二、实验猜想类
例2.(2013?
扬州)小华骑自行车下坡时,想到从斜面下滑物体的快慢与哪些因素有关呢?
回家后她找来了小车、秒表、刻度尺和充当斜面的木板进行探究,如图2所示。
首先对影响小车下滑快慢的因素作出以下猜想。
猜想一:
与小车的质量有关;
猜想二:
与斜面的高度有关;
猜想三:
与斜面的长度有关。
(1)根据所学知识,断定猜想二是正确的,依据是______________。
(2)为了验证猜想一,小华设计的方案是在小车内放置不同数量的钩码,分别从斜面的顶端由静止释放,测出下滑的时间。
小华测量的结果如下表,她怀疑第三次测量错误,于是重新测量并进行了修正。
你认为小华第三次测量时间偏小的原因,除了秒表的使用和小车开始的位置不符合设计的要求外,还有一种在操作上存在的问题可能是___________;经过对修正后的数据分析,猜想一是______(正确/错误)的。
(3)为了验证猜想三,小华设计的方案是将小车分别从距斜面底端不同距离处由静止释放,测出下滑的时间。
她通过测量发现下滑的时间不同,于是得出猜想三是正确的。
请对小华这一探究作出评价,指出她存在的两个主要问题是①____________________;
②________________。
(4)接着小华又作出:
“小车下滑的快慢还与斜面倾角有关”的猜想,你认为她(需/不需)要对这一猜想进行探究。
如需要,说出方案,如不需要,说出原因:
。
【参考答案】
(1)动能是由重力势能转化而来的
(2)小车没有从静止释放错误
(3)①改变长度时,没有控制高度一定②或路程不同,不能只通过时间比较运动快慢)(4)不需斜面的高度、长度和倾角之间有一定的数量关系。
【走向分析与对策】牛顿有句名言:
“没有大胆的猜想,就不会有伟大的发现”。
而猜想是用已知的物理知识对某些未知的事物作出科学的预测。
猜想可分为物理现象猜想、相关因素猜想、比较结果猜想、变化原因猜想、有关结论猜想等。
猜想方法一般要结合实际提出猜想、推理后提出猜想、比较因果关系提出猜想等。
在实际教学中,规范训练学生合理地猜想并提出假说,使其言之有理,切忌胡猜乱想,是当前科学课教学的重要任务之一,也是切合中考命题走向的。
三、方案设计类
(一)方案设计辨伪
例3.(2013?
扬州)在测“3.8V”小灯泡电功率实验中:
(1)请你用笔画线代替导线,将甲图实物连接完整。
(2)电路正确连接后,闭合开关,移动滑片,发现灯泡不亮,电流表无示数,电压表示数接近电源电压,则故障可能是_________。
(3)排除故障后,当灯泡正常发光时,电流表的示数如图乙为_______A,灯泡额定功率为_______W。
(4)图丙所示电路中(R阻值已知),无电压表也能测出该灯泡额定功率的是______________。
(二)方案设计辨果
(三)方案设计辨由
【参考答案】
(1)见图4
(2)灯泡断路(3)0.31.1(4)C
【走向分析与对策】近年来,电学电路设计是考题热点之一,理解其设计原理,辨析相近设计方法的真伪,积累电路设计的技巧,既能培养学生的发散思维,也能培养学生的创新意识。
如电学中从“伏安法”测电阻或测功率,演变到“安阻法”、“伏阻法”等测量方法。
(四)方案设计辨向
例4.(2012义乌市)如图5是某同学在做电学实验时所连接电路的一部分。
请分析:
(1)该同学不可能在做什么实验?
A.伏安法测小灯泡的电阻
B.测小灯泡的电功率
C.研究串、并联电路电流的特点
(2)若要研究通过导体的电流与导体两端电压的关系,除了图示器材外还需要:
电源(恒压)、开关、导线、,同时应将小灯泡换成定值电阻,理由是。
【参考答案】
(1)C
(2)滑动变阻器;保护电路和改变电阻两端电压,多次测量求平均值减小测量误差
【走向分析与对策】探究实验方案的方向,以及实验方案的积累改进与创新,是近年来考试的热点题型之一。
同一实验方案可以探究不同方向的问题,既凸显了实验的发散与收敛思维,又体现了科学方法的重要性、创新性。
教师在课堂教学中,调动学生积极参与小实验、小制作的课堂活动,努力培养学生探究问题方向的意识。
(五)方案设计开放
例5.(2014?
泰安)在电学实验中,往往认为电压表对测量的电路没有影响,事实上电压表有大的电阻值(简称内阻RV),在电路中有很小的电流通过电压表,电压表的示数就是这很小的电流与其内阻RV的乘积。
现在要测量一个未知电阻Rx(大约2KΩ~3KΩ)的阻值,物理实验室中已有实验器材:
2节干电池(电压未知)、未知电阻Rx、开关多个、导线若干。
另外,提供可选择的实验器材有3个:
a、电流表A1(0~0.6A,分度值0.02A)
b、电流表A2(0~5mA,分度值0.1mA)
c、电压表V(0~3V,RV=3KΩ)
请你利用已有实验器材,参考题目中给出的信息,再从提供可选择的的3个实验器材中选择2个或者1个器材设计两个实验方案,准确测量未知电阻Rx的阻值。
Ⅰ.方案一:
(1)选择的2个实验器材:
(填器材的序号)。
(2)在方框中画出实验电路图(实验中不拆接仪器)。
(3)按照电路图连接电路,写出实验步骤并用字母表示出测量的物理量。
(4)用测量的物理量和已知物理量表示。
Rx=。
II、方案二:
(1)选择的1个实验器材:
(填器材的序号)。
(2)在方框中画出实验电路图(实验中不拆接仪器)。
(3)按照电路图连接电路,写出实验步骤并用字母表示出测量的物理量。
(4)用测量的物理量和已知物理量表示。
Rx=。
【参考答案】Ⅰ.方案一:
方法一:
(1)b、c
(2)电路图6:
(3)按照电路图连接电路,闭合开关,记下电流表的示数I和电压表的示数U
(4)Rx=URV/(IRV-U)
方法二:
(1)b、c
(2)电路图7
(3)按照电路图连接电路,断开开关S2、闭合开关S1,记下电流表的示数I1;断开开关S1、闭合开关S2,记下电流表的示数I2或者记下电压表的示数U)。
(4)根据I2RV=I1RX得:
Rx=I2RV/I1(或者Rx=U/I1)
II.方案二:
(1)C
(2)电路图8:
(3)按照电路图连接电路,闭合开关S1、断开开关S2记下电压表的示数U1;同时闭合开关S1、S2记下电压表的示数U2。
(4)根据U1/RV=(U2-U1)/RX得:
RX=(U2-U1)RV/U1
【走向分析与对策】探究设计开放型的实验方案,恰当选择实验器材,是近年来考试的热点题型之一。
既凸显了实验的发散与收敛思维,又体现了科学方法的重要性、创新性。
教师在课堂教学中不断让学生深层次对比了解这类实验方案,有意识地鼓励学生参与实验方案的设计,科学严谨地训练学生思维的发散性。
四、方案积累类
例6.(2014?
抚州)很多同学都喜欢玩橡皮泥,是因为橡皮泥容易捏成各种形状,小萍和小琴想知道橡皮泥的密度到底有多大,她们决定去实验室测一下。
实验室老师给她们提供了以下器材:
天平(含砝码)、量筒、量杯、水等。
(1)小萍的方案:
利用天平和量筒来测量橡皮泥的密度。
实验原理:
ρ=
主要实验步骤:
①用已调好的天平测出一块大小合适的橡皮泥的质量m(如图9甲所示);
②向量筒中倒入适量的水,读出水的体积V0=18cm3;
③将橡皮泥浸没在量筒内的水中,读出水面所对应的刻度V;(如图9乙所示)
④计算出橡皮泥的体积V;
⑤算出橡皮泥的密度ρ.
请将表格中的数据补充完整:
(2)小琴认为:
不用天平,只用量杯(如图8丙)和水也可以测出橡皮泥的密度.实验步骤如下:
①取适量水倒入量杯.读出水的体积为V2;
②将橡皮泥捏成船形,放入量杯,使其漂浮在水面,读出水面所对应的刻度为V3,计算橡皮泥的质量m=;(水的密度用表示)
③取出橡皮泥。
将它捏成实心体。
放入量杯。
使它沉人水中。
读出水面所对应的刻度为V4。
算出橡皮泥的体积V;
④计算橡皮泥的密度。
(3)请你仔细观察图中的量筒和量杯,发现了什么?
。
由此判断,谁的测量结果误差更大些?
。
【参考答案】
(1)见解答中表格;
(2)ρ水(V3-V2);(3)量筒的上下口径相同,因此刻度均匀,量杯上下口径不同,因此刻度不均匀;量杯。
例7.(2014?
重庆市)黎黎同学配制了一定浓度的盐水,帮妈妈筛选出饱满的种子,她想知道所配制出的盐水密度,就用天平和量筒来进行测量。
(1)把天平放在水平台上,将拨到标尺左端的零刻线处后,发现天平横梁左高右低,应将
向(选填“左”或“右”)调节,使天平平衡。
(2)用调节好的天平测得空烧杯的质量m1;
(3)把实力的盐水倒入量筒中,测得盐水体积V,如图10甲所示;
(4)把量筒中的盐水倒入烧杯中,测得烧杯和盐水的总质量m2,如图10乙所示。
根据图中数据,帮黎黎同学把下表填写完整:
(5)以上方法测出的盐水密度值比真实值____(选填“偏大”或“偏小”)。
(6)黎黎同学发现混杂在种子中的小石块也同饱满的种子一起搅入了盐水底部,她想尽快知道石块的密度究竟有多大,就选了一块大小合适且与其材质相同的石块,巧妙利用图9乙所示的天平状态,按以下的步骤测出了石块的密度。
①用细线栓着石块浸没在盐水中(石块未接触烧杯底且盐水未溢出),天平的读数增大了△m1。
②将石块缓慢沉入烧杯底部,放开细线,天平的读数再增大了△m2;
③石块密度的表达式ρ石=_____(用△m1,△m2及盐水密度ρ表示)。
【参考答案】
(1)游码平衡螺母左(4)
(5)偏大
(6)ρ
【走向分析与对策】密度的测定是初中物理典型实验之一,也是重点实验和考试频率较高的实验。
密度测定可以用不同的知识来完成,因而,难度大、范围广、试题翻新演变较快,常考常新。
它可以用天平、弹簧秤、连通器、浮力、杠杆等不同的方法独立完成测定。
另一重点实验如“伏安法测电阻、测功率”演变为试题中难度较大的“安阻法测电阻、测功率”“伏阻法测电阻、测功率”等等。
在教学中积累相关的实验方案是提高学生应试能力的途径之一。
五、器材选择类
例8.(2014?
烟台市)为测量一只标有“6V0.3A”小灯泡的额定功率,实验室备有:
电压表(量程0~3V、0~15V)一个、电流表(量程0~0.6A、0~3A)一个、“10Ω2A”和“50Ω1A”的滑动变阻器各一只,电源(电压为12V)一个,开关一只,导线若干,小组同学通过讨论、交流,设计了如图甲所示的实验电路图,在根据实验电流图选用实验器材连接实物电路时,同组的三位同学产生了分歧。
甲同学:
电压表选用大量程,电流表选用小量程,滑动变阻器选用“10Ω2A”的。
乙同学:
电压表选用大量程,电流表选用小量程,滑动变阻器选用“50Ω1A”的。
丙同学:
电压表、电流表都选用小量程,滑动变阻器选用“50Ω1A”的。
(1)你认为哪位同学的观点是合理的?
请以笔画线代替导线,将图乙中的实物连接起来。
(2)请你对其他两位同学的观点进行评估。
【参考答案】
(1)如图12所示
(2)甲同学:
滑动变阻器阻值过小,小灯泡实际电压总是超过额定电压.小灯泡可能烧坏。
丙同学:
电压表量程过小。
无法指示小灯泡的额定电压。
电压表可能损坏。
【走向分析与对策】实验器材的选择与组合是实验教学的重要环节,也是近年来热点考题的趋向。
实验探究能否完成,需要科学合理的选择、组合实验器材,选择器材过多没有任何意义,少选了器材将不能完成探究的实验;因而,器材的选择有一定的灵活性、科学性,选用器材时应掌握和遵循一些基本的原则,即安全性、精确性、方便性、匹配性原则,同时兼顾仪器少、误差小、耗电低等各方面综合因素。
六、实验步骤类
例9.(2014?
常德)小杨想要测量一个未知电阻的阻值,现有下列器材可用:
待测电阻Rx;1个电阻箱R1,(用表示);1个滑动变阻器R2;1个电流表;2个开关,S1和S2;电源一个(其电压略大于Rx允许的最大电压);导线若干。
(1)请根据下面的操作情况,在虚线框中替小杨画出正确的实验电路图;
(2)小杨按正确的电路图连接好实物后,进行了以下主要实验操作:
A.S1断开S2闭合,调节电阻箱,使电流表的示数为Im
B.读出电阻箱R1的示数
C.S1闭合S2断开,读出电流表的示数为Ik
D.将滑动变阻器和电阻箱的阻值均调至最大
E.改变R2的滑片P的位置,再测两组Im、Ik和R1的数值
上述步骤的合理顺序是。
(只需填写序号)
(3)小杨认为当滑动变阻器滑片P在同一位置时,只要保证ImIk(选填“>”、“ (3)某同学对实验方案进行了重新设计:
第一次实验记录高度差后,立即移动滑片增大电流做第二次实验,……。
每次实验加热时间相同,记录的U形管内两液面高度差依次为Δh1、Δh2……。
在处理数据时,该同学想用Δh2来间接反映第二次实验电流通过导体产生的热量,他这样处理数据是否正确?
。
理由是。
【参考答案】
(1)50
(2)记录的实验数据如下表(3)不正确;Δh2间接反映了第一次和第二次实验电流通过导体产生的热量的和,而不是第二次实验电流通过导体产生的热量。
【走向分析与对策】数据处理是科学探究中的重要环节,也是物理实验和计算的重要过程,它不仅是中考热点,也是中考的难点。
数据处理是否科学,决定了结论是否科学,能否推广。
学生对数据处理常见的困惑不外乎数字的取值,数据间的规律和处理数据的方法。
数据分析要立足物理规律,同时,还要从概念、单位和数据的普遍性角度加以分析,在掌握普遍性的同时也要兼顾它的特殊性,进而得出可靠的结论,这是处理好数据的基本途径。
八、实验改进类
例11.(2013?
湛江)小明同学对串联电路电压规律进行了探究
【猜想与假设】串联电路总电压等于各用电器两端的电压之和。
【设计与进行实验】
(1)按图16所示的电路图连接电路。
(2)闭合开关,排除故障,用电压表测出L1两端的电压。
(3)在测L2两端的电压时,小明为了节省时间,采用以下方法:
电压表所接的B接点不动,只断开A接点,并改接到C接点上。
(4)测出AC间的电压,得出结论。
【交流与评估】
(1)在拆接电路时,开关必须。
(2)闭合开关,发现电压表示数为零,则小灯泡的故障可能是或。
(3)小明用上面的方法能否测出L2两端的电压?
,为什么?
(4)方法改进后,测出AB、BC、AC间的电压记录在下面表格中,小明分析实验数据得出结论:
串联电路总电压等于各用电器两端电压之和。
此实验在设计方案上存在的不足之处是。
改进方法。
【参考答案】
(1)断开;
(2)L1短路;L2断路;(3)不能;电压表正负接线柱接反(4)只测量了一次;改用不同规格的灯泡再测几次
例12.(2014?
丽水市)在做了“物体动能大小与哪些因素有关”的实验后,有些同学对“质量不同的钢球从同一光滑斜面、同一高度由静止开始沿斜面滚下,刚到达底部时的速度大小相等”有疑惑,小衢设计了如图17甲所示的实验:
让质量不同的钢球A、B同时从同一高度由静止开始沿光滑斜面滚下,观察和比较两球相对运动情况,若B球相对于A球,就可以说明任一时刻两球的速度大小相等。
小丽肯定了小衢的实验方案后,对实验又提出了两个建议:
建议一:
因为钢球在斜面上滚下的时间很短,不利于观察和比较钢球的运动情况,不改变钢球在斜面上的位置,不改变球与斜面的粗糙程度,为了延长钢球在斜面上滚下的时间,可采用的方法是;
建议二:
为确保钢球滚下时不偏离斜面,可在斜面上增设两个相同的光滑小凹槽(如图17乙所示)。
从有利于观察和比较两球的相对运动情况的角度考虑,图中两个小凹槽的间距L应。
【参考答案】静止;减小斜面的倾角;适当减小。
【走向分析与对策】实验的改进是创新实验教学的重要举措,不论是平时的实验探究还是中考试题的频繁考查,都具有一定的导向性。
因此,这就要求教师必须想方设法多做实验,做好实验;同时注重实验效果和学生的观察效果。
新课标教材中的实验,有的陈旧、滞后于生活,有的繁琐、不便于操作;有的不稳定,成败参半;有的可见度低,观察效果不明显。
另外,教材中有些知识难以理解,应用时常常出错。
为此,教师需要根据教学环境、学生素质、实验设备、自然条件等因素补充实验,贴近学生生活,创新自制教具,改进教材实验,呈现具有创新、灵活的实验教学。
九、实验评估类
例13.(2014?
嘉兴)在研究通过导体的电流与两端电压关系的活动中,同学们进行了如下实验探究。
【实验步骤】
①按图18甲所示电路图连接好电路;
②闭合开关,改变滑动变阻器滑片P的位置,读出电压表和电流表的示数,并记录数据;
③对数据进行处理,并绘制成如图18乙所示的图象
实验时要增大定值电阻两端的电压,滑动变阻器滑片P应向(选填“左”或“右”移动。
)
【实验结论】根据图象,可以得到的结论是
。
【实验反思】某小组的同学在处理数据时发现,电压与电流的比值恰好等于R的阻值,这是一种巧合吗?
于是同学想利用其他小组的实验数据来进一步论证,并提出了以下两种收集数据的方案;
方案一:
收集电阻值均为10Ω的几个小组的数据;
方案二:
收集电阻值不同的几个小组的数据。
你认为方案更合理。
【参考答案】
(1)由电路图可知,滑动变阻器与定值电阻串联,电压表与定值电阻并联,测定值电阻两端电压,减小滑动变阻器接入电路的阻值,可以减小其两端电压,增大定值电阻两端电压.滑动变阻器滑片P应向左移动
(2)根据图象,可知电压与对应的电流的比值都是定值,因此可以得到的结论是:
电阻一定时,通过导体的电流与其两端的电压成正比;
(3)如果实验只是用同一种电阻做,则实验得到的数据具有特殊性,使得结论不具有普遍性,因此实验方案二比较好。
【走向分析与对策】实验的评价是培养学生追求真善美,树立科学辩证观和良好表述能力的重要途径。
无论是平时的实验探究还是中考试题的考查,学生对此往往无从下手,不知道怎样评价,不知道从哪些角度进行评价;甚至语言表达不清楚、不到位。
一般来说,这类对实验的评价,应该从以下角度考虑:
方案是否合理、安全、节能;操作是否方便;数据是否精确、完整;收集数据是否具有规律性等。
十、联系实际类
例14.(2014?
陕西)电池使用说明中都有一条提示:
“请一次性更换所有电池,以免新旧电池混用”。
小海同学用所学物理知识探究这条提示的依据。
方案一:
用同型号串联的两节新电池和串联的一新一旧电池分别给同一辆玩具电动车供电,让电动车在相同路面上运动。
(1)通过测量电动车运动的__________,比较两组电池为电动车提供的电功率大小。
(2)通过测量电动车能够运动的_______,比较两组电池为电动车提供的电能多少。
方案二:
用定值电阻替代电动车,通过测量定值电阻两端的电压,比较电池给定值电阻提供的电压差异究竟有多大。
小海设计了图示19电路。
将方案一中的两组电池和同型号一节新电池分别接入A、B间进行实验,将开关S闭合前后的电压表读数记录在下表中。
(1)分析表中两列数据的第列可知,串联的一新一旧电池给定值电阻提供的电压,不仅小于两节新电池提供的电压,竟然也小于一节新电池提供的电压!
(2)为什么一新一旧电池给定值电阻提供的电压小于一节新电池提供的电压?
原因分析:
根据串联电路中电源电压等于各部分电路两端的电压______,用一新一旧电池供电的电路中,废旧电池相当于在以一节新电池为电源的电路中串联了一个___________。
(3)要使结论具有普遍性,需要换用______型号新旧电池进行多次实验。
实验总结:
综全上述小海的探究,结合你的认识,从能量的角度可以得出电池使用说明中提示的依据是_________________________________。
【参考答案】方案一
(1)速度
(2)路程(3);
方案二
(1)二
(2)之和电阻(3)不同新旧电池混用,废旧电池会消耗新电池的部分能量。
例15.(2014?
宁波)某品牌汽车使用一段时间后,日行灯的反光碗上面部分就开始发白,影响反光效果。
(1)初步探究
【猜想】日行灯工作时的高温使反光碗表面物质熔化后变白。
【查阅资料】反光碗材料为表面镀铬的团状模塑料,它的耐热性比一般工程塑料好,热变形温度为200~280℃,可长期在130℃下使用。
铬的熔点为l800℃。
【实验】该灯正常工作时,每20min测一次反光碗发白处附近的温度,发现温度逐渐升高,3h后保持在75℃左右。
上述实验中需用到的测量仪器有。
【分析评价】上述获取的证据能否支持猜想并说明理由:
。
(2)进一步探究
【观察】发现灯座的焊接点附近有松香残迹。
【查阅资料】松香外观为淡黄色至淡棕色(粉末为白色),有松节油气味,密度1.06~1.09g/cm3,软化点72~76℃,沸点约300℃,加热后能挥发,不溶于水,能溶于酒精等有机溶剂。
【提出假设】反光碗上面部分发白是由于产生的。
【制定方案】发白处用来清洗,使它溶解。
【实验】按制定方案清洗,表
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