山东省滨州市邹平实验中学中考物理专题复习 专题二 科学研究课件.ppt

专题二科学探究 纵观近几年中考试题 科学探究类试题所占分数不断地加重 特别是对实验过程的分析 实验的设计和评估越来越被重视 探究题的内容涉及范围较广 有日常生活中的问题 有教材中的小实验 有学习过程中遇到的问题 涉及的范围几乎覆盖初中物理的全部内容 1 科学探究的基本要素是 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 一般探究性试题中考查的常见方法主要有 控制变量法 等效替代法 转换法 理想模型法 图象法 类比法 对比法 归纳法 理想实验法等 提出问题 一 提出问题课程标准对提出问题这一要素的要求是 能从日常生活 自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题 并能书面表达这些问题 这类题目的解题思路 仔细审题 弄清研究的物理对象 分析实验过程中变化的因素 经过思维加工 进而形成一个与物理学有关的科学问题 最后用简洁的 科学的书面语言表达出来 典例1 2012 济南中考 人从沙滩上走过 会留下一串深深的脚印 但从草地上走过 脚印却并不明显 同学们针对这一现象 经过讨论提出了如下四个科学问题 其中较有探究价值且易于探究的是 a 为什么脚印有时候深有时候浅b 脚印的深浅与哪些因素有关c 压力作用效果与哪些因素有关d 压强的大小与哪些因素有关 解析 选c 本题综合考查科学探究的要素和影响压力作用效果的因素 脚印的深浅反映了压力的作用效果 压力的作用效果与压力大小 受力面积有关 可用控制变量法进行探究 因此c选项中问题有探究价值且易于探究 a b选项中问题无探究价值 压强概念是在探究压力作用效果的基础上建立起来的 直接探究影响压强大小的因素不方便 d选项不符合题意 猜想与假设 二 猜想与假设猜想与假设是根据生活经验或在观察与实验的基础上 应用科学原理 围绕探究的问题设想出的可能出现的结果 猜想应既有科学性又有推测性 是可以检测的 不是盲目猜测 规律方法 1 针对问题按日常经验或事实提出猜想与假设 2 针对问题根据经验与直觉提出猜想 3 针对问题根据物理科学本身的思维过程建立猜想与假设 搜寻事实 归纳分析 形成猜想 4 运用 类比法 或 逆反原理 等方法进行猜想 典例2 2011 盘锦中考 如图是 探究什么情况下磁可以生电 的实验装置 导线ab跟电流表组成闭合电路 某同学探究导线在磁场中产生感应电流的条件后 想利用该装置对感应电流的强弱和方向做进一步的探究 该同学提出了猜想 感应电流的大小可能与磁场的强弱有关 感应电流的大小可能与导线切割磁感线运动的速度有关 除此以外你还有什么不同的猜想 1 你的猜想是 2 写出验证你的猜想的主要实验步骤 3 如何判断你的猜想是否正确 解析 1 除了题中的两个猜想外 感应电流的大小还可能与切割磁场的导线匝数有关 与导线切割磁感线的角度有关 与导线的长短 粗细有关 2 在设计实验时应采用控制变量法 改变要探究的影响因素 控制其他因素不变 3 通过比较灵敏电流计指针偏转的角度大小来判断猜想是否正确 答案 1 感应电流的大小可能与切割磁场的导线匝数有关 其他猜想合理即可 2 将闭合电路中的匝数少的导线以某一大小的速度沿水平方向切割磁感线 观察电流表的指针偏转的角度 然后换用匝数多的导线重复上述实验 次 注意速度要与上次相同 方向要相同 3 比较每次指针偏转的角度大小 若差不多 说明感应电流的大小与匝数无关 若相差较大 说明感应电流的大小与匝数有关 三 制定计划与设计实验制定计划与设计实验是对猜想 假设 问题检验方法的具体化 必须沿着猜想 假设 的方向来设计探究计划 实验中要具有 科学性 可行性 准确性 解决这类问题的一般步骤是 1 首先要弄清探究目的 即探究要解决的问题 2 由探究目的确定探究的基本原理及在探究过程中应采用的方法 如控制变量法 转换法 类比法 等效替代法等 3 由基本原理和方法确定实验器材 设计实验步骤 4 设计记录实验数据及现象的表格 制定计划与设计实验 特别提醒 设计表格时要注意 先明确直接测量的量和需要计算的量 确定有几列 再根据要测量几次数据确定有几行 物理量要有单位 典例3 2011 天津中考 在探究 物体的重力势能与什么因素有关 时 小雨提出了如下猜想 猜想一 物体的重力势能可能与物体的质量有关 猜想二 物体的重力势能可能与物体所在的高度有关 为此他设计了如图甲所示的实验装置 将两端开口 长约1m 粗细均匀的圆柱形玻璃管竖直固定在铁架台上 将粗细适宜的圆柱形泡沫塑料块置于玻璃 管内o点处 塑料块与玻璃管内壁有适量的摩擦 其他器材还有刻度尺 一组系有细线的质量不等的钩码 用于调整泡沫塑料块回到o点位置的木棒 如图乙所示 请你帮助小雨回答下列问题 1 探究 猜想一 时 应使用质量 选填 相同 或 不同 的钩码从 选填 相同 或 不同 的高度在玻璃管内由静止下落 去冲击o点的泡沫塑料块 然后用刻度尺分别测量 从而比较出重力势能的大小 2 设计探究 猜想二 的记录实验数据的表格 解析 本题考查对探究影响重力势能大小因素实验过程的设计 由于重力势能大小跟物体的质量和物体所在的高度有关 探究过程中应采用控制变量法 泡沫塑料块被撞击后下移的距离越大 钩码所做的功越多 则它原来具有的重力势能就越大 1 探究物体的重力势能与质量的关系时 应控制钩码的高度不变 改变钩码的质量 通过测量两次实验中泡沫塑料块下移的距离来比较钩码重力势能的大小 2 探究物体的重力势能与高度的关系时 应控制物体的质量一定 使用同一钩码 改变物体的高度 通过测量每次实验中泡沫塑料块下移的距离来比较钩码重力势能的大小 因此 表格中包含的栏目有钩码的质量 钩码下落的高度 泡沫塑料块下移的距离 由于是通过多次实验来归纳影响重力势能大小的因素 所以表格中要包括实验次数 答案 1 不同相同每次泡沫塑料块下移的距离 2 钩码质量m g 进行实验与收集证据 四 进行实验与收集证据1 进行实验就是具体去实施所制定的实验计划和实验方案 是收集证据的必要过程 2 进行实验时要按照实验的方法与步骤 实验仪器的使用方法进行规范操作 3 实验仪器的使用要做到会连接 会读数 实验数据的记录要根据实验步骤中所要测的物理量去记 典例4 2011 河南中考 某小组测量一种易溶于水且形状不规则的固体小颗粒物质的密度 测量的部分方法和结果如图所示 1 将天平放在水平桌面上 将游码移至标尺的 处 然后调节 使天平平衡 接着 用天平测量适量小颗粒的质量 当天平重新平衡时 砝码质量和游码位置如图所示 则称量的颗粒质量是 g 2 因颗粒易溶于水 小组同学采用如图所示的方法测量体积 所称量的颗粒体积是 cm3 3 该物质的密度是 g cm3 4 在步骤c中 若摇动不够充分 则测出的密度比实际密度值偏 解析 本题综合考查利用天平和量筒测量物质的密度 在调节天平时 首先把天平放在水平台面上 将游码移至标尺左端的零刻度线处 然后调节平衡螺母 读数时把砝码的总质量和游码所表示的质量加起来 读游码时要读左端刻度线表示的示数 读得示数为147 6g 颗粒体积等于总体积减去细铁砂的体积 总体积为160ml 细铁砂的体积为100ml 则颗粒体积为60ml 即60cm3该物质的密度为 若摇动不够充分 所测出的颗粒体积将比实际的偏大 测出的密度比实际密度偏小 答案 1 零刻度线平衡螺母147 6 2 60 3 2 46 4 小 分析与论证 五 分析与论证实验数据或现象并不等于探究的结论 它们只是对实验事实的客观记录 分析与论证的过程就是 从物理现象和实验数据中寻找相关的特性 归纳出简单的科学规律 用科学术语 简单图表等描述实验结果 对探究问题进行分析论证时的步骤 1 认真分析实验现象或实验数据 找出原因和结果两个因素 2 判断原因和结果是相同还是不同 如果不同 其不同点是什么 3 关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系 寻求数据之间的相互关系的特征 通常表现为相等 之和 之差 乘积 比值等数学关系 4 用自己的语言力求客观 准确和简洁地对探究结果进行表述 注意 如果实验过程中用到了控制变量法 要写明这个探究结果的前提条件 处理实验数据的常用方法 图表法 图象法 求平均值法 典例5 2012 广东中考 如图甲 底面积为80cm2的圆筒形容器内装有适量的水 放在水平桌面上 底面积为60cm2 高为12cm的实心圆柱形物体a用细线拴好并悬挂在弹簧测力计下 小王要探究圆柱形物体a逐渐浸入圆筒形容器内的水中时 水没有溢出容器 弹簧测力计的示数f与圆柱形物体a下表面离水面的距离h的关系 不计细线重 g取10n kg 1 除图甲中的器材外 还需要的测量工具是 2 小王从圆柱体接触水面至接触容器底之前 分别记下h和f 并将测量的结果填写在下面的表格中 依据表中数据 在图乙的方格纸中画出f与h关系的图象 分析表中数据 观察图象 可以得出结论 在物体a没有浸没之前 当h增大时 弹簧测力计的示数f 在物体a浸没后 当h增大时 弹簧测力计的示数f 均选填 增大 减小 或 不变 从表格中可知 在做次序3的实验时 物体a受到的浮力为 n 3 物体a在容器内浸没后与未放入物体a前比较 水对容器底产生的压强增加了 pa 解析 本题考查浮力的有关知识 1 因为实验中要测物体a下表面离水面的距离h 所以还需要测量工具刻度尺 2 利用描点法作图 横坐标表示h 纵坐标表示弹簧测力计的示数f 由表格中数据可知 在物体a没有浸没之前 当h增大时 弹簧测力计的示数f减小 在物体a浸没后 当增大h时 弹簧测力计的示数f不变 表中第1次数据表示物体在空气中的重力g 9 0n 第3次的示数表示物体浸入水中的拉力f 6 6n 则此时的浮力f浮 g f 9 0n 6 6n 2 4n 3 当物体完全浸入水中后 受到的浮力f 浮 g f 9 0n 1 8n 7 2n 相当于增加了7 2n的水重 水对容器的压力增加了7 2n 则增加的压强 答案 1 刻度尺 2 见解析图 减小不变 2 4 3 900 评估 六 评估评估是科学探究中一个重要的要素 主要对探究的行为和收集信息的科学性 可靠性进行评价 评估的主要内容 1 对实验方案的评估 1 探究的思路 方法是否正确 合理 2 实验器材的选择是否合理 能否满足要求 3 实验方案是否具有可操作性 实验中是否注意了尽量减小误差 是否较好地控制了变量 2 对进行实验与收集证据的评估 1 在探究过程中要求保持不变的物理量是否真的不变 实验的步骤是否正确 合理 实验过程是否有操作错误 2 记录数据的表格是否有缺陷 收集的信息是否可靠 实验记录的数据是否符合常理 并分析异常数据产生的原因 3 对分析论证 得出结论的评估 1 分析论证 处理数据的方法是否正确 2 探究结果与假设是否一致 3 探究结果是否和原有知识相矛盾 与日常经验 现象相冲突 4 探究结果中各因素之间的关系是否符合逻辑 得出的结论是否遗漏了条件 是否具有普遍性和科学性 4 实验方案改进 根据对结论可信度的分析 改进实验方案 使操作过程更科学合理 分析误差产生的原因 并找到减小误差的办法 改进探究方案以进一步减小误差 典例6 2011 江西中考 洋洋同学家的卫生间下水道堵塞了 他爸爸利用吸盘很快就将下水道疏通了 如图所示 为此他突然联想到所学过的大气压知识 于是 洋洋和瑞瑞同学合作 利用吸盘设计了一个估测大气压强的实验方案 方案设计 1 用刻度尺测出吸盘的直径d 2 将吸盘四周沾上水 挤出里面的空气压在光滑的水平地面上 3 用力竖直往上拉吸盘柄 直到吸盘脱离地面 根据经验估测拉脱吸盘所需拉力的大小f 4 计算出当地大气压强 评估交流 洋洋同学说 我们的实验原理是 操作过程规范 较方便地估测出了大气压强 瑞瑞同学说 在操作过程中 我发现存在 等问题 尽管我们的操作规范 但估测的结果误差较大 洋洋认真思考后 同意了瑞瑞的意见 然后 他们继续一起探讨如何改进方案 尽量减小测量误差 根据洋洋和瑞瑞同学的实验记录及自我评估情况 请你回答 洋洋和瑞瑞测出的大气压强p 用字母表示 实验时洋洋同学将吸盘四周沾上水 这样做的目的是 要准确测量 应该利用课本中介绍的 进行测量 解析 在探究过程中 当吸盘脱离地面时 吸盘受到的竖直向上的拉力f与它受到的竖直向下的大气压力是平衡的 二者大小相等 吸盘的面积为 根据压强公式计算可得大气压强 造成估测的大气压强值误差较大的原因主要有两个 一是吸盘拉脱地面时 凭经验估测的拉力f大小有较大偏差 二是吸盘与地板之间的空气不可能完全挤出 会使所用的拉力f偏小 吸盘与地面之间不可能完全密封 四周沾上水是为了防止外面的空气进入吸盘 为了准确测量大气压 应选用气压计 也可用托里拆利实验 答案 吸盘中的气体挤不干净 不是真空 拉脱吸盘所需力的大小估测偏差大防止外面的气体进入吸盘气压计 托里拆利实验 科学探究中常用的研究方法 七 科学探究中常用的研究方法 一 控制变量法某一物理量往往受到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 就需要用人为的方法控制某些量 使其保持不变 然后改变某一个量 看所研究的物理量与该物理量之间的关系 这种研究问题的科学方法就是 控制变量法 例如 1 研究导体电阻的大小与导体的材料 长度 横截面积的关系 2 研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数和电流大小的关系 3 研究滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度之间的关系 4 研究液体的压强与液体密度和深度的关系 5 研究物体的动能与速度和质量的关系 6 研究物体的重力势能与质量和高度的关系 一 控制变量法 典例7 2011 鄂尔多斯中考 探究 斜面的机械效率 的实验装置如图所示 某实验小组提出了 斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关 的猜想 如表是该小组根据此猜想进行实验所记录的数据 1 请将表格中空格处的数据填写完整 2 由以上表格小明得出 斜面越陡机械效率越高 的结论 要得到此结论需要控制不变的因素有 3 分析表格中的实验数据还可推知 高度相同的斜面 越长越 选填 省力 或 费力 斜面在我们生活中的应用有 只写出一条即可 解析 1 表格中较陡时的机械效率 100 80 最陡时的有用功w有 gh 5 0n 0 3m 1 5j 2 要得出 斜面越陡机械效率越高 的结论 应当控制不变的因素有小车的重量 斜面的长度和斜面的粗糙程度 3 分析表格中的实验数据可以推知 高度相同的斜面 斜面越长就越省力 斜面在我们生活中的应用有很多 如在货车的车厢上搭个木板就形成了斜面 螺丝钉的螺纹其实也可以看做是斜面 盘山公路也是斜面的应用等 答案 1 80 1 5 2 小车的重量 斜面的长度 斜面的粗糙程度 3 省力盘山公路 答案不唯一 二 等效替代法 二 等效替代法在研究某一个物理现象和规律时 因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制 不可以或很难直接揭示物理本质 而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法 例如 1 在电路中 若干个电阻 可以等效为一个合适的电阻 反之亦可 如等效电路 串并联电路的等效电阻 都利用了等效的思维方法 2 在研究平面镜成像实验中 用两根完全相同的蜡烛 其中一根等效另一根的像 3 在力的合成与分解中 合力与分力的作用效果相同 4 曹冲称象中用石块等效替换大象 效果相同 典例8 2012 泰州中考 用如图甲所示电路可以估测灯泡的阻值 实验按下列步骤进行 请将有关步骤填写完整 并回答相关问题 1 第一步 按电路图正确连接电路 2 第二步 断开开关s2 闭合开关s1 s3 适当调节滑动变阻器 观察到电流表示数为0 3a 3 第三步 断开开关 闭合开关 调节 连入电路的阻值 使电流表的示数仍然为0 3a 4 问题 某同学在第三步操作中发现 当电阻箱 参见图乙 的阻值调为19 时 电流表示数略大于0 3a 当电阻箱的阻值调为20 时 电流表示数略小于0 3a 在这种情况下 选填 应该 或 不应该 调节滑动变阻器 以便电流表的示数恰好为0 3a 由该同学的实验 可判断所测灯泡的阻值约为 解析 本题考查用等效替代法测量电阻 即用电阻箱支路等效替代小灯泡支路 在第三步中 断开开关s3 闭合s2 调节电阻箱连入电路的阻值 使电流表的示数仍然为0 3a 这样可读得电阻箱的阻值即为小灯泡的阻值 在等效替代小灯泡支路时 其他电路要控制相同 不能移动滑动变阻器 由于小灯泡电阻介于19 和20 之间 则可判断灯泡的电阻约为19 5 答案 3 s3s2电阻箱 4 不应该19 5 三 转换法 三 转换法对一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量 用一些比较直观的现象去认识或用容易测量的物理量间接测量 例如 1 用加热时间来替代物体吸收的热量 2 分子运动看不见 摸不着 不好研究 但可以通过研究扩散现象认识它 3 判断有无电流 我们可通过电路中灯泡是否发光来确定 即根据电流产生的效应来判断 4 磁场看不见 摸不着 判断磁场是否存在时 把小磁针放在其中 根据它是否转动来确定 典例9 2011 宿迁中考 在科学探究中 常把直接测量有困难的量转换成便于测量的量来研究 这种方法称之为转换法 例如 在探究物质吸热升温的属性时 沙子和水吸收热量的多少不便直接测量 可以通过测量加热时间的长短来比较吸热的多少 下述实验中采用了转换法的是 a 在探究影响动能大小的因素时 动能大小的比较方法b 在探究阻力对物体运动的影响时 推理出物体不受阻力时的运动状态 c 在探究串联电路电流特点时 换用不同灯泡及改变电源电压 多次实验d 在探究压力对滑动摩擦力的影响时 保持接触面粗糙程度不变 改变压力 解析 选a 物体具有能量的多少可用物体做功的多少来衡量 在探究影响动能大小的因素时 小球撞击木块后 木块通过的距离越大 做功越多 说明小球具有的动能越大 故木块被小球撞击后通过的距离能反映小球具有的动能大小 这是采用的转换法 b项中探究阻力对物体运动的影响采用的是理想实验法 c项中探究串联电路的电流特点采用的是归纳法 d项中探究压力对滑动摩擦力的影响采用的是控制变量法 四 实验推理法 理想实验法 四 实验推理法 理想实验法 一些物理现象 由于受实验条件所限 无法直接验证 需要先进行实验 再进行合理推理得出正确结论 实验推理法以大量事实为基