高中物理如何准确描述实验探究题中的_填空_.doc

浅谈如何准确表述实验探究题中的“填空”大多数学生怕做实验题，尤其实验探究题。在做题时往往不能准确表述（不是不知所措，就是词不达意），导致丢分很多。而近年来全国各地高考实验题增加了对物理问题进行定性分析的设问及开放性设问，这些设问很好地体现了新课程引导学生主动学习，加强探究，培养创新精神的理念，如2008年全国卷第22题设置了3问；2008年江苏卷第13题设置了4问， 2008年广东卷第15题设置了3问，第16题设置了4问。给定的参考答案对条件、结论、方法的表述方面都具有较强的开放性，很好地考查了考生的实验与探究能力。正因为如此，实验题难度似乎有所降低，但对实验题的表述作出了严格要求，要求表述的内容精练准确，且对有效数字也有严格要求。下面通过几个例题谈谈如何准确表述实验探究题中的“填空”。一、根据图、表信息，灵活处理实验数据，分析归纳得出结论解答这一类实验探究题，应根据题目所给的图型和表格传达的信息，采用控制变量法等研究方法，分析归纳得出结论。分析实验数据时，要分清哪个因素是自变量（引起实验结果变化的原因），哪个因素是因变量（实验结果，其变化是由其它因素的变化引起的），要注意两个物理量之间的因果关系，不能前后颠倒。另外还要注意定量描述与定性分析不能混淆。处理数据的方法一般有：列表法、作图法、平均值法、逐差法。应根据探究课题，选用适当的数据处理方法，学会迁移、拓展，灵活应用。例1、 一种半导体材料，其电阻随温度的升高而减小。为了研究其电学特性，某研究小组的同学通过实验，对这种材料制成的一个元件R进行测试，测得其电流与加在它两端的电压值，测试数据如下表所示。U/V040060080100120150160I/A020045080125180281320（1）采用计算法处理表中数据，得出元件R的I和U之间的关系是 。（2）采用描点作图法处理数据，你认为应作出 图象便于得出元件R的I和U之间的关系。为了验证你的猜想，请在下面空格出列出相应的表格并选择适当的坐标刻度描点作图。错解：（1）元件R的电压随电流的增大而增大。或电压的平方与电流成正比。（2）画图时，坐标轴上最小标度为0.2（0.5）.分析 ：1.表述物理量之间的关系时因果关系不能颠倒。电压是形成电流的原因，应该说电流随电压如何变化。2. 定量描述与定性分析不能混淆。元件R的电阻随温度在变化，通过一组电流跟电压的数据而得出电流随电压的增大而增大的定性结论，显然不符合题目的要求。该题须对数据进行数学方法的处理，分析得出元件R的I和U之间的定量关系式。3由表中数据可知，电流和电压的测量精度均为0.1，则坐标轴上最小刻度应为 0.1。否则有效数字会丢失。正解：（1） 元件R的I和U之间的关系是：通过电阻元件的电流跟加在它两端的电压的平方成正比，即元件R的I和U之间的关系式为：I=125U2。（2）应画出I-U2的图象。为此需转换变量，如表格，图象如图1U/V040060080100120150160U2/V2016036064100144225256I/A020045080125180281320图1000I/AU2/V21002003001.002.003.00例2、某同学做了“探究小车速度随时间变化的规律”的实验后，交流电源的频率为50Hz，由纸带上打出的某一点开始，每5个点剪下一段纸带，使每一条纸带下端与x轴重合，左边与y轴平行，将纸带逐段粘贴在直角坐标系中，并测出每一条纸带的长度如图2（a）所示。（1）他根据公式计算出小车运动的加速度是 m/s2（保留两位有效数字）。（2）他将每条纸带上端中心的点连起来如图2（a）中，通过描点作图法得到vt图像，从而求出加速度。请在图2（b）中画出vt图像，要求标出各中心点相对应的坐标数值。（3）他若将每段纸带上的第四点连接起来，如图2（a）中，那么，这些点的连线是一条直线吗？ 。若是，则通过描点作图法，在vt图中得到这些点的图像的斜率是 。xy/mm0123456图a18.524.030.035.540.145.6t/sv/ms-10图b图2错解：（1）略；（2）这些中心点对应的时间坐标通常标错；（3）仍为。分析：本题是教材习题的拓展延伸，考查了匀变速直线运动的纸带处理，同时还要明确计数点的选取以及相隔时间的计算问题。不少同学不能灵活应用匀变速直线运动中的两个推论公式：；不会求图（a）中直线、的斜率。0.150.250.35t/sv/ms-100.050.45图30.550.1850.2400.3000.3550.4010.456正解：（1）由题意可得，每段纸带的长度就是相邻相等时间间隔内小车的位移，由图示数据可得，而相隔时间为T0.025s0.1s，根据，可得小车的加速度为：。（2）如图3（3）是。0.44m/s2.（4a/5）二、根据探究课题，优化实验方案并作误差分析解答这一类实验探究题，应根据探究课题，掌握实验原理，按照安全、可行、方便、准确的原则优化设计实验方案，必要时还要进行误差分析。例3为了测定木块与木板之间的动摩擦因数，利用现有的器材：“木板、木块、弹簧秤、刻度尺、秒表、砂桶与砂”，有人设计了下面三种实验方案，如图4。方案1：增减砂桶内的砂，使木块匀速运动，测出木块、砂与砂桶的重力；方案2：用力F拉木板向左运动，读出弹簧秤的示数，测出木块的重力；方案3：让木块从木板顶端加速滑到底端，测出下滑时间及相应的各长度。如果这三个实验的操作均正确无误，你认为哪个方案既准确又简单易行？答： 试从实验原理上对每个方案作出简要分析和评价。方案1： 。方案2： 。方案3： 。手弹簧秤F方案2方案1砂桶木块木板方案3木板木块图4错解：方案1既准确又简单易行。分析和评价则五花八门，不知所云。分析：由于对实验原理的理解不透彻，分析不到位，没有进行误差分析而导致出错。正解：方案2既准确又简单易行。方案1：增减沙桶里的沙使木块匀速运动时，拉力等于摩擦力，测出木块重力G1、沙与沙桶的重力G2；则= G2/G1；此方案需要粗略判断木块做匀速直线运动，不准确，误差大。方案2：用力拉出木板时，木块受摩擦力作用，该力f可直接由弹簧测力计测出，则，且木板是不是匀速拉动不影响实验结果，简便，易操作。但是由于用手拿住弹簧秤，会使弹簧秤读数不稳定。方案3：根据牛顿第二定律mgsin-mgcos=ma和运动学公式得：，由此看出其实验的测量量多，因此测量带来的误差大。例4某同学想通过实验验证弹簧的弹性势能Ep和弹簧劲度系数k及形变量x间的函数关系：Ep=kx2/2。为此他找来一根弹簧、一个T型长木板、一个长方体形木块、一把毫米刻度尺、一个弹簧秤。如图5，他先将弹簧一端固定在T型长木板上，另一端与木块接触，用手向左压木块使弹簧压缩一定长度后由静止释放，木块脱离弹簧后，又沿长木板滑行一段距离而停下。测出每次弹簧的压缩量X和木块在长木板上滑行的距离S，对应的数据填写在下面的表格中。X/cm1.502.002.503.003.504.00S/cm4.508.1012.4518.0024.4632.05图5（1）根据表中数据归纳、分析可以验证： 。 （2）为了进一步验证，他还应测出的物理量有 。 分别如何测量？用文字及图形简要说明。错解：（1）木块在长木板上滑行的距离S与弹簧的压缩量X的平方成正比。 （2）仅写出一个或两个，如测k或与k。表述测量方法时文字冗长，有的测量方法不当分析：（1）表达不全面或不准确。由表中数据可得：木块在长木板上滑行的距离S与弹簧的压缩量X的平方成正比，即S=2x2。而根据能量守恒有：Ep=GS。验证的因素是Ep和x2间的关系，因此正确的表达应为：可以验证Ep与x2成正比。（2）进一步需验证的是：2G与k/2是否相等。因此需测量的物理量就是、G、k。正解：（1）可以验证弹簧的弹性势能Ep和弹簧形变量x的平方成正比，即Epx2。 （2）木块的重力G、弹簧的劲度系数k、木块与木板间的动摩擦因数。测量的方法：用弹簧秤测出木块的重力G，如图6（a），用刻度尺测出弹簧的伸长量L，即可求出弹簧的劲度系数k=G/L。如图6（b），用力拉木板向左运动，读出弹簧秤的示数F，即可测出动摩擦因数=F/G。图6（a）图6（b）三、 根据探究课题，提出猜想.解答这一类实验探究题，应根据探究课题，结合生活经验和已有物理知识，进行大胆猜想。这样才能使你的猜想有依据，并且对验证猜想的方案有预见性。例5、某研究小组的同学们通过查阅资料知道：将锌、铜两金属电极插入水果中，做成“水果电池”，电动势大约会有1伏多一点。于是同学们就找来了一个土豆做探究实验，当用量程为03V、内阻约50k的伏特表测其两极时读数为0.96V。但当他们将四个这样的水果电池串起来给标有“3V，0.5A”的小灯泡供电时，灯泡并不发光。检查灯泡、线路均没有故障，而用伏特表测量其电压确实能达到3V多。请你猜想，出现这种现象的原因应当是： （不要求写分析、推导过程）。 （2）小王同学用欧姆表直接测“土豆电池”的两极，读出此时的读数为30.小李同学用灵敏电流表直接接“土豆电池”的两极，测得电流为0.32mA。根据前面用伏特表测得的0.96V电压，由全电路欧姆定律得：.因而小王同学说土豆电池的内阻为30，而小李同学则说是3.0k。请你判断，用小王或小李同学的方法测量“土豆电池”的内阻，结果是否准确，为什么？请分别说明理由。（3）若实验室除了导线和开关外，还有以下一些器材可供选择： A.电流表A1（量程为00.6A ，内阻为1）B. 灵敏电流表A2（量程为00.6mA ，内阻为800）C灵敏电流表A3（量程为0300A ，内阻未知）D.滑动变阻器R1 （最大阻值约10）E.滑动变阻器R2（最大阻值约2k）F定值电阻(阻值2k)G.变阻箱（09999）为了能尽可能准确测定“土豆电池”的电动势和内阻,实验中应选择的器材是_ (填器材前的字母代号)。在右方框中画出应采用的电路图。错解：（1）猜测：通过小灯泡的电流小或电压低。（2）认为小王或小李尤其是小李的结果准确。（3）电流表选择A1；另一器材选择D或F。分析：本题考查测电池的电动势和内阻实验、闭合电路欧姆定律等知识，考查逻辑推理能力、分析综合能力和实验探究能力。（1）探究因素表述错误。电路无故障，灯泡不发光确实是灯泡的电流小或电压低，这是表面现象。造成这一现象的原因是水果电池的内阻大，电路中电流小，外电压小，这才是本实验探究的因素。（2）对欧姆表测电阻原理等未完全理解。（3）对测电池的电动势和内阻实验不能灵活迁移应用。正解：（1）水果电池的内阻太大。（2）小王同学的方法不正确，因水果电池本身有电动势，当用欧姆表直接接“土豆电池”的两极时，欧姆表内部的电源与水果电池的电动势正向或反向串联，影响测量的结果，故测不准。A图7小李同学测量的误差也很大。理想状态下用电流表测得的是短路电流，伏特表测得的应当是电源电动势，但由于水果电池的内阻很大，伏特表的内阻不是远大于水果电池的内阻，故其测得的电动势误差大，算得的内阻亦不准确。（3）B、G ； 电路如图7例6很多人都认为“力越小速度就越小”，为了检验这个观点是否正确，兴趣小组的同学设计了这样的实验方案：在水平桌面上放一小木块，小木块后端与穿过打点计时器的纸带相连，前端通过定滑轮与不可伸长的细线相连接，细线上不等间距地挂了五个钩码，其中第四个、第五个钩码之间的距离最大起初木块停在靠近打点计时器的位置，第五个钩码到地面的距离小于木块到定滑轮的距离，如图8 (a)所示启动打点计时器，木块在钩码的牵引下，由静止开始运动，所有钩码落地后，木块会继续运动一段距离打点计时器使用的交流电频率为50Hz图 8(b)是实验得到的第一个钩码落地后的一段纸带，纸带运动方向如箭头所示（1）根据所提供纸带上的数据，判断第五个钩码落地可能出现在纸带中的哪一段? 。（2）根据所提供纸带上的数据，可算出木块与桌面的动摩擦因数= 。（3）若第五个钩码的质量为50g，则木块的质量约为 g。（4）简要分析所提供纸带上的数据，说明“力越小速度就越小”的观点是否正确： 。图8错解：（1）D9D10或 D11D12； （2）0.02(3)略； (4)答不到要点上。分析：本题考查学生分析判断的能力，要求学生掌握打点计时器的计时特点、平均速度定义、以及匀变速直线运动的推论公式：。少数学生不能通过纸带正确分析小车的运动，没有注意到在D7D10段小车做匀速运动，在D11D15段小车做匀减速运动。另有少数学生思维定势，把相邻两点之间的时间