创新设计与探究性实验.doc

创新设计实验与探究型实验江西省教育厅教研室王金瑞从2004年的全国中考情况看，创新设计与探究型实验所占比例较往年有所增加。而且有向综合化方向发展的趋势，这类试题单纯从一个试题很难界定哪个实验是创新设计实验，哪个是探究型实验。为了更好地把握这两类试题我和同学们一起进行以下的探究。一、 创新设计实验创新设计实验大致可分为：设计实验步骤、设计实验方案、纠错和改进实验设计、开放性实验设计、装置连接的实验设计等五大类。（一）设计实验步骤这类试题主要是根据实验原理来设计实验的操作步骤，其特点是先确定实验原理，根据实验原理决定应该测量哪些物理量，需要哪些器材，如何安排实验步骤，得出什么结论。此类试题考查学生理论联系实际的能力【例题1】海洋研究人员进行水下探测，当他穿上潜水服没入水中后，受到的浮力跟他下潜的深度有没有关系？最好采用原理不同的方法检验你的答案。要求：(1)请用三种方法。(2)写出实验所需器材并简述实验步骤。(2002年辽宁大连)【诠释】此题是一道研究物体浸没在水中时，所受浮力与浸没的深度的关系的科学探究题。这里学生审题不注意时，易错认为是研究物体所受浮力与物体到水底距离的关系，因此审题时要特别认真。题目未给定实验器材，要学生根据其研究的原理，主要是有浮力测定方法，自选器材设计。解答：方法一：平衡力法器材：弹簧测力计、石块、烧杯、水、细线。步骤：用弹簧测力计测出石块重G，读出石块浸没在水中不同深度时弹簧测力计的示数F，则石块的浮力F浮=GF。方法二：原理法器材：溢水杯、弹簧测力计、小桶、石块、烧杯、水、细线。步骤：将石块浸没在盛满水的溢水杯中，用弹簧测力计测出石块在不同深度处排入小桶中的水重G排，根据阿基米德原理则石块受到的浮力F浮=G排。方法三：力的相互作用法。器材：天平、石块、水、烧杯、细线。步骤：用天平称出装有适量水的烧杯的质量m1,将石块浸没在水中不同深度处(石块不接触底和侧壁),测出此时烧杯的总质量m2,石块对杯中水的压力F =(m1m2)g,因为压力F与石块的浮力是相互的,所以石块的浮力F浮=F =(m2m1)g。（二）设计实验方案这类试题主要是根据所给器材，案例设计实验方案，其特点是只需要所给器材来构建物理情景，确定原理，完成实验方案，培养学生灵活解决实际问题的能力。【例题2】小明在他家的苹果园里，用所学知识测量苹果的密度。他所能利用的器材有：自制的弹簧测力计以及盛有水的水桶、塑料水瓢、塑料绳和塑料袋（质量不计）.请你写出他有可能采用的实验步骤及苹果密度表达式推导过程.【诠释】该题测定苹果密度的情景贴近学生生活,所给的器材是学生常见的日常用品或自制的器材。要测定苹果的密度必须测出苹果的质量和体积，质量可用天平直接测量,也可用测力计通过测量重力间接测量;体积因其形状不规范,可以用排水法测量。而给出的器材只能直接测量苹果的质量,苹果的体积需要间接测量,所以不能用常规的实验方法通过直接测出苹果的m、v,然后根据公式：=求得苹果的密度。方法一：用弹簧测力计测出苹果的重力G和浸没在水中时的视重F，求出F浮=GF，再利用阿基米德原理求出苹果的体积V。则：m=G/g, V=(GF)/水g，=m/V=G水/(GF)此法要求物水,且要完全浸没在水中,利用V物=V排求体积.方法二:用弹簧秤称出苹果的重力G，用排水法收集排出的水,再用弹簧秤称出水的重力G水,则：m=G/g，V=G水/水g, =m/V=G水/G水。（三）纠错和改进实验设计这类试题主要涉及实验器材的组合和实验仪器的使用方面，其特点是在所给的实验设计中，可能有不止益处错误，要求指出错误所在之处，并甲乙改进，从而考查学生的实验操作能和分辨能力。邓大爷：您好！由于 ， 所以我设计用并联电路。小 斌2003年6月17日图2【例题3】小斌是一位电工，准备为一房间设计电路。房间内两盏灯计划用并联电路，但房东邓大爷想用串联电路。他认为串联电路既简单又省钱。下面是小斌留给邓大爷的便条。请补充完整，并将图1中的两灯及开关正确连入电路。【诠释】本题结合日常生活中的问题，通过纠正错误的想法来考查家庭电路的知识。（四）开放型实验设计这类试题主要是要求学生根据问题的条件和要求，构思有关的物理情景，其特点是对于同一个问题，可以构思出不同的二五六情景，确定不同的实验原理，选择不同的实验器材，得出不同的表达式，培养同学的求异思维能力，图1【例题4】如图2所示，给你一支削好的长铅笔，请用它设计两个物理小实验。【诠释】该题贴近学生学习实际，是一道使用学习用具铅笔进行物理小实验的问题。所演示的内容未明确，有一定的开放性，利于学生思维的掘展训练。解答时要注意它是一根已削长铅笔的特点：一端尖、相当一根木棒、可滚动、有重力等。解答：实验一：两手指压铅笔两端，可验证压强与受力面积的关系；实验二：手压铅笔，手指感到疼痛，可验证力的作用是相互的；实验三：手握铅笔，使之竖直静止，可验证磨擦力存在或说明二力平衡；实验四：在光的照射下出现影子，说明的光的直线传播；实验五：将铅笔横放在手指上，使之水平静止，可找出铅笔的重心位置；实验六：手平放在水平桌面上滑动与压在铅笔上滑动，说明滚动磨擦比滑动摩擦小。 二、探究型实验对于这类实验，大纲中要求的不再列出，主要罗列中考中常以演示实验中的现象和数据为素材的探究型实验。 （一）现象探究型演示实验 1.力学部分图3同一直线上的二力合成、伽利略斜面小车、惯性现象、二力平衡、影响摩擦力的因素、压力作用效果、连通器、大气压强验证、沸点与气压的关系、气体压强和体积的关系、浮力现象、流体的压强、动能、弹性势能、机械能的转化。【例题5】人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时，伽利略通过如图3甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论：运动着的物体如果不受外力作用，它的速度保持不变，并且一直运动下去。推理的方法同样可以用在“研究声音的传播”实验中。在如图3乙所示的实验中，现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内的抽成真空状态，在这种情况下，你是怎样通过实验现象推理的出“声音不能在真空中传播”这一结论的？【诠释】本题结合课本的演示实验，考查学生对知识形成过程的理解和掌握情况，重在引导学生要理解知识的来源，体验其形成过程中的科学研究方法、科学态度和科学精神。解答：随着罩内空气的不断抽出，听到铃声越来越弱，可以推理：如果罩内被抽成真空，将不能听到铃声。由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。2.热光声部分声音的发生和传播、响度、音调、压缩气体使气体液化、分子运动、分子引力、做功改变物体的内能、内能做功、光的反射、光的折射、平面镜成像、透镜对光线的作用、凸透镜成像。图4【例题6】照图4那样，在桌面上树立一块玻璃板，把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面，可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像的特点，关键的问题是设法确定像的位置，仔细想想，实验时具体的做法是 。我们这样确定像的位置，凭借的是视觉效果的相同，因而可以说是采用了 的科学方法。【诠释】本题是课本上的演示实验，它同时也是一个研究型实验。主要考查实验的关键步骤和研究的方法。解答：另外拿一支相同的蜡烛在玻璃板后面移动，直到看上去它跟像完全重合 等效替换。图53电学部分摩擦起电、电荷间的作用、验电器、导体和绝缘体、电流的效应、决定电阻大小的因素、滑动变阻器和电阻箱、电流做功、焦耳定律、家庭电路中电流过大的原因、磁体的的特性、磁化、磁场、奥斯特实验、通电螺线管磁场、电磁感应现象、磁场对电流的作用、直流电动机原理。【例题7】某同学利用如图5所示装置研究磁与电的关系，请仔细观察图5中的装置、操作和现象，然后归纳得出初步结论。比较（a）、（b）两图可知： ；比较（b）、（c）两图可知： ；【诠释】本题是课本上有关演示奥斯特实验的内容。它要求学生根据实验现象来分析得出结论。解答：通电导线周围存在着磁场 通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关（二）数据探究型演示实验数据探究型演示实验的主要功能是通过实验提供数据信息，然后分析各数据中的内在联系，找出数据中所包含的物理规律。初中物理数据探究型演示实验主要有如下内容：1把一些现象探究型演示实验深化为数据探究型演示实验，如影响摩擦力的因素、光的反射、光的折射、平面镜成像规律、凸透镜成像规律、决定电阻大小的因素；2必须要有实验数据，才能做探究出物理规律的数据探究型演示实验，如弹簧伸长的长度与拉力的关系、同种物质的质量与体积的关系、重力与质量的关系、托里拆利实验、阿基米德原理、杠杆的平衡条件、滑轮省力与省距离、功的原理、斜面、熔化现象、比热容、电流与电压和电阻的关系。以上不在列举例题，同学门可以自己找一找这方面的试题熟悉以下。实验部分的考查在中考试题中所占比例都在30左右，据统计我省近5年的实验考查情况如下表，通过这一表格希望能给同学们一些有益的启示。年份测量型实验所占分数演示型实验所占分数研究性实验所占分数设计型实验所占分数共计占试题总分的比例2000927624242001155106363620021555732322003120612303020041207123131%创新设计与探究型实验中考精练江西 王山而图1图21如图1所示是焦耳定律的实验电路图。在a、b两个烧杯中分别盛有质量相等的水，两根电热丝的阻值关系是R1R2，这个实验是研究在 和 相同的情况下，电流通过导体时产生热量跟导体电阻大小的关系。2把注射器的活塞推至注射器筒的中部，用手指堵住前端小孔，向筒内压活塞，使筒内空气体积缩小，如图2所示，手指感受到筒内气体的压力 。实验表明：一定质量的气体，温度不变时，体积变小，压强 （选填“变大”、“变小”或“不变”）3.我省生产的大豆颗粒饱满、质地坚实、出油量高，在国内外市场上享有很高声誉。小明猜想这种大豆的密度一定很大，为此，他请教了张大伯，张大伯说它的猜想是正确的。同时又告诉他，这种大豆的密度比水的大，但是具体的数值还需要你自己去测定。于是，小明找来了天平（带砝码）、量筒和适量的水，请你帮他设计一个实验，其要求是：（1）写出测量步骤及大豆密度的表达式。（2）写出一处操作中为了减小误差而需注意的事项。4.利用身边的物品进行物理实验，这种做法本身就是一种创新。请你利用常见的易拉罐（满罐、空罐均可），并参照示例完成下表添加主要的器材主要实验过程或方法（文字表述或画图说明均可）说明或研究的物理问题示例盆、水将空易拉罐放在盛水的盆中用密度大于水的材料制成的物体也可以浮在水面上实验一实验二实验三5.现在手头上有一个阻值为40的定值电阻R0，一个电压大约为35V的电源，一个量程只有00.6A的电流表，一个最大阻值大约为100的滑动变阻器，请设计一个实验，比较精确地测量一个阻值约为55的待测电阻Rx是阻值，要求：（1）画出电路图。（2）写出实验步骤及表明需要测量哪些量。（3）用这些测量的量导出计算待测电阻阻值的数学表达式（可以重复组合电路）图36.如图3所示，同一水平桌面上放有长方体木块和铁块各一个。现想探究木块和铁块的下表面谁更粗糙，请你只利用一个量程满足要求的弹簧测力计，设计一个实验来验证你的猜想。写出实验的步骤、现象和结论。实验步骤： 。根据现象： 。得到结论： 。7小明做了以下电学实验：如图4甲所示，将三个完全相同的小灯泡并联接在由干电池组成的电源的两端。闭合开关S1，灯泡L1发光，再依次闭合开关S2和S3，灯泡L1逐渐变暗。图4小明对此现象进行了分析，灯泡变暗说明灯泡两端电压减小了，减小的电压由谁分担了呢？小明猜想这个干电池内部可能有电阻，干电池相当于一个电压U恒定的理想电源与一个电阻r的组合（如图4乙所示）。实验电路相当于并联的灯泡的总电阻R并与干电池内部电阻r串联（如图4丙），并联部分总电阻R并变化时，干电池两端的电压也会发生变化。我们假设他的猜想是正确的，请你从以下提供的器材中选择所需器材，设计一个电路测出干电池内部的电阻r。（提示：不能直接测量干电池内部电阻r两端的电压Ur与理想电源的电压U）器材：电流表、电压表、滑动变阻器各一只，已知阻值的定值电阻两只（阻值不同），待测干电池一个，开关若干，导线若干。要求：（1）画出电路图（设计的电路在连接好后，只能通过开关改变电路连接情况）。（2）写出干电池内部电阻r的表达式，并说明表达式中各物理量的含义。8根据事物的不足之处，找到改进的办法，在创造学中，这种方法叫做“缺点列举法”。图5现在给你一根橡皮筋、一盒0.5N的钩码（如图5所示），请问你能对一只弹簧测力计进行怎样的改进？请找到一个可改进之处，并写出你的改进办法和改进后的使用方法。注意：不能自己添加其它器材。9利用弹簧测力计、刻度尺、木块、铁块、细绳、钩码（质量已知、规格相同）等器材（数量有限），可以进行很多力学实验。请选用其中的一些器材，设计一个力学实验。要求写出：图6（1）实验研究的问题： 。（2）实验所需的器材： 。（3）实验步骤和分析（包括要测量的物理量和数据处理）： 。 10根据安全用电原则，将图6中两只单刀双掷开关S1、S2和一盏螺丝口灯泡L连入家庭电路，要求S1、S2都能控制灯L。参考答案：图21电流 通电时间 2.变大 变大 3.（1）用天平称适量大豆的质量，记为m；在量筒中注入适量的水，读出体积，记为V1；把称得的大豆放入量筒中，让大豆全部没入水中，读出此时量筒中水和大豆的总体积，记为V2。密度表达式：m/（V2V1）。（2）除图1图2去瘪粒；选用的大豆要干净；大豆数量以图3倒入量筒后能全部浸没水中且便于读数为宜；