浅谈初中物理实验评价的方法

浅谈初中物理实验评价的方法江苏省海安县雅周初级中学226641夏飞近年来，实验评价题频频出现，此类题既能检查学生的动手操作能力，又能反映学生分析问题、解决问题的能力，还能发现学生对实验的认知程度，从而对实验过程做出客观的评价．怎样对实验进行评价？根据题设条件提供的信息，用正确的实验设计理念、实验操作过程、数据分析方法与题设条件进行比较，对实验中的巧妙之处加以肯定，找出实验中存在的问题或错误之处并加以改进，从而实现认识上的升华，对实验进行创新并转化为应用，推动社会的发展并形成可持续发展的科学理念．下面列举几例说明对实验进行评价的一般思路，以作抛砖引玉．一．实验设计方面例1．求实中学八年级（1）班的小明物理实验小组，在探究“影响物体重力大小与物体的形状”的实验中，他们用橡皮泥作为实验材料，用小刀将橡皮泥雕刻成各种形状进行实验，实验收集的证据如下表所示．被测物体形状重力/N橡皮泥正方形4．8圆形4．2三角形3．5分析实验数据，该组同学得出实验结论：物体的重力大小与物体的形状有关．请你对该小组的实验作出评价．析与解：由题意可知，探究“影响物体重力大小与物体的形状”的实验，应依据控制变量法设计实验，而该实验小组在实验过程中——“用小刀将橡皮泥雕刻成各种形状”，在改变物体形状的同时，没有控制橡皮泥的质量相同这一因素，所以得出的结论是不正确的．答案：该结论是错误的，因为探究“影响物体重力大小与物体的形状”的实验，应只改变橡皮泥的形状这一因素，用小刀将橡皮泥雕刻成各种形状时，改变了橡皮泥的质量．例2．濠河是南通的“翡翠项链”，保护濠河水不受污染，这是每个市民应尽的责任．畅通中学的“清新环保小组”为了对濠河的水质进行监测，定期取样测量其密度进行物理分析．（1）他们在测量过程中，首先舀取河水倒入量筒如图1（甲）所示.然后，用调节好的天平测量一只空烧杯的质量，当天平平衡时，右盘中砝码和游码的位置如图1（乙）所示．最后，将量筒中的河水全部倒入烧杯中，同样用天平测量烧杯和河水的总质量，测量结果如图1（丙）所示，则舀取的河水的体积为_____cm3，河水的质量为g，河水的密度为________kg/m3．图图1（2）“锦涛小组”的同学分析了“清新环保小组”的实验过程，发现实验存在误差，为了更准确地测量河水的密度，锦涛小组提出了改进方案．请你对“清新环保小组”的实验作出评价并设计出合理的改进方案．析与解：（1）根据题意可知，水的体积为V=30cm3，水和烧杯的总质量为m1=57．6g，倒出水后空烧杯的质量为m1=27g，则水的质量为m=则被测水的密度为=1020kg/m3．（2）由“清新环保小组”的测量过程可知，测得水的体积值是准确的，由于将量筒中的水倒入烧杯中时，量筒壁上会粘有少量的水，测得的水的质量值偏小，从而使测得的水的密度值偏小．为了减小测量误差，既要使测得的质量值准确，又要使测得的体积值准确，由实验原理入手分析，将实验步骤的顺序作适当调整，先测出水和烧杯的总质量m1，将烧杯中的部分水倒入量筒中，读出水的体积V，再没出烧杯和剩余水的总质量m2，根据测出水的密度．答案：（1）3030．61020（2）“清新环保小组”测定水的密度的实验过程符合实验原理，测得水的体积值是准确的，由于将量筒中的水倒入烧杯中时，量筒壁上会粘有少量的水，测得的水的质量值偏小，从而使测得的水的密度值偏小．为了减小测量误差，既要使测得的质量值准确，又要使测得的体积值准确，由实验原理入手分析，将实验步骤的顺序作适当调整，即用差值法测定水的密度．先测出水和烧杯的总质量m1，将烧杯中的部分水倒入量筒中，读出水的体积V，再没出烧杯和剩余水的总质量m2，根据测出水的密度．小结：在实验设计方面，实验评价可从用控制变量法设计实验和用用差值法设计实验两方面考虑．图2二．图2例3．求实中学九（2）班小华实验小组的同学，在探究“杠杆平衡条件”的实验中，利用如图（2）所示的实验装置进行正确的实验操作后，测得的数据如下表：实验人员动力F1/N动力臂L1/cm阻力F2/N阻力臂L2/cm小丽1824小敏2552（1）小虎根据小丽的实验数据，得出杠杆平衡条件的结论是：动力×动力臂=阻力×阻力臂．对此你有什么评价：

__________．（2）小马根据小敏的实验数据，得出杠杆平衡条件的结论是：动力＋动力臂=阻力＋阻力臂．对此你有什么评价：

__________．析与解：为了避免实验出现的偶然性，减小实验误差，得出普遍性的实验规律，实验测量一般需要测三次或更多次．由于不同物理量的物理意义不同，所以不同的物理量不能相加．答案（1）仅凭一次实验数据得出的结论具有偶然性，不能反映普遍性的规律；（2）不同单位的物理量不能相加例4．小丽和小凤用如图3（甲）所示的电路测未知电阻的阻值．甲甲乙图3（1）小丽正确连接了电路，在检查无误后闭合开关，观察了两电表的示数如图3（乙）所示．计算出被测电阻R=Ω．（2）小丽求出电阻R的阻值后，认为实验就完成了，小凤认为，仅这样就得出电阻的阻值不够可靠．请你就小丽的实验过程作出评价：．析与解：（1）由电表接线柱的量程和指针的位置可得，电流表的示数为I=0．24A，电压表的示数U=2．4V，根据欧姆定律，被测电阻（2）对于真实值一定的物理量的测量，由于在测量过程中，测量结果跟测量的人、测量的工具有关系，为了提高实验测量的准确性，首先根据测量要求选用准确程度较高的测量器材；其次，由于测量的人的估计能力不同，为了减小误差，常采用多次测量取平均值的方法．小丽只测量了一组电阻的电流、电压值来求电阻，测出的电阻值具有较大的偶然性，导致的误差较大．为了减小测量误差，应调节变阻器，再测几组电流、电压值，根据欧姆定律求出相应的阻值，再求出电阻值的平均值．答案：（1）10（2）对于真实值一定的物理量的测量，只测量一次具有较大的偶然性，得出的结论是不可靠的；为了减小误差，应调节变阻器，再测几组电流、电压值，根据欧姆定律求出相应的阻值，再求出电阻值的平均值．图4图4为了验证这一猜想，小科、小敏和小思做了如下实验，如图（4）所示，在木块上加放数量不等的钩码后，让木块从O点静止滑下，记录木块和钩码的总质量m和它在水平面的滑行距离S，记录数据如下(各组在A点时初速度均相同)：质量m/kg0．100．150．200．250．300．350．40滑行距离s/m0．420．410．430．430．420．420．42(1)从上述数据分析，可以得到的结论是：在初速度和接触面粗糙程度相同的条件下，物体在水平面上滑行的距离与物体的质量大小；(2)小敏认为：木块及钩码的质量越大，对水平面的压力越大，则滑行中受到的摩擦阻力也越大，滑行距离就会越短．因此，她认为数据有问题，于是对上表数据做了如下改动：请你评判小敏的做法并阐述理由：；析与解：（1）分析表中数据可知，在误差允许的范围内，木块滑行的距离相等，从而得出结论：在初速度和接触面粗糙程度相同的条件下，物体在水平面上滑行的距离与物体的质量大小无关．（2）由题意可知，小敏改动数据没有任何依据，仅仅凭想象——“认为数据有问题”，就对数据进行了改动，而不是通过实验测出数据后进行改动的，这种做法没有尊重事实，是错误的，不可以随便改动实验数据．答案：（1）无关（2）小敏的做法是错误的，进行科学实验必须实事求是，不可以随便改动实验数据．小结：在数据处理方面，实验评价可从仅凭一次实验得出的结论具有偶然性、不能减小误差；不同单位的物理量不能相加；进行科学实验必须实事求是，不可以随便改动实验数据等几方面来考虑．图5三图5例6．小明和小华利用如图（5）所示的实验器材，探究蜡块的上浮条件，他们探究活动的过程如下：①测量蜡块的重力小明设计的方案：用弹簧测力计测出蜡块的重力．小华设计的方案：用天平测出蜡块的质量，求出重力．你支持

(小明/小华)的方案，理由是

．②测量蜡块受到的浮力．小明在量筒中放入适量的水，把蜡块放在水中浮在水面时，测出蜡块排开水的体积，用阿基米德原理求出浮力．你认为上述操作用存在的问题是

．③通过比较蜡块的重力和受到的浮力，可知物体上浮的条件．析与解：此题设计巧妙，在理论设计均合理的情况下，请你对他们的方案做出选择，就须细心观察所使用的器材——器材的量程和分度值，及所测量物理量数值的大小．蜡块的质量约为9g，用天平可以测出其质量，若用弹簧测力计测出它的重力，蜡块的重力约为G=mg=9×10―3kg×10N/kg=0．09N，而测力计的分度值为0．2N，所以用测力计无法直接准确测出蜡块的重力图6答案：=1\*GB3①小华蜡块的重力太小，小于弹簧测力计的分度值，无法直接准确测量；=2\*GB3②测出蜡块的浮力是蜡块漂浮在水面上受到的浮力，不是蜡块浸没在水中受到的浮力图6例7．银兰同学掌握了串联电路的电流知识后，又对串联电路的电压规律进行探究．她猜想：串联电路总电压等于各用电器两端的电压之和．实验步骤：⑴按如图（6）所示的电路图连接电路；⑵闭合开关，用电压表测出L1两端的电压；⑶在测L2两端的电压时，银兰同学为了节省实验时间，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；⑷测出AC间的电压.【交流与评估】⑴在拆除、连接电路时,开关必须断开.⑵银兰同学用上面的方法能否测出L2两端的电压？UAB/VUBC/VUAC/V2.41.43.75⑶方法改进后，测出AB、BC、AC间的电压记录在右面表格中.分析瑞瑞同学的实验数据可以得出的结论是:串联电路总电压等于各用电器两端的电压之和.你对这个实验过程有何评价？析与解：（2）银兰同学为了节省实验时间，只注意了电压表与被测的用电器并联，而忽略了电压表连入电路中，应使电流从“+”接线柱流入，从“-”接线柱流出这一因素，所以电压表所接的B接点不动，只断开A接点并改接到C接点上，电压表虽然与灯L2并联，但正、负接线柱接反了，所以不能测出L2两端的电压，会损坏电压表的表针．（3）只凭一次实验数据得出的结论带有偶然性，不能得出普遍性的规律，所以应多测几组数据，得出普遍性的规律．答案．（2）不能电压表所接的B接点不动，只断开A接点并改接到C接点上，电压表的正、负接线柱接反了，不能测出L2两端的电压，会损坏电压表的表针．（3）应多测几组数据，得出普遍性的规律小结：在操作过程方面，实验评价可从物体被测量的物理量与实验器材的分度值、量程的关系上进行分析；亦可从实验器材的使用方法和实验器材的安装顺序几方面来考虑．四．节能环保方面例8．一些城市开始使用了风能、光能互补路灯．它是由太阳能电池板、小型风力发电机各自给24V蓄电池充电，晚上由LED(发光二极管)灯照明．下表是亮度相当的两种灯的相关数据．LED(发光二极管)灯照明与白炽灯的发光效率之比是________．通过对表中数据的分析，你有什么评价：

_______．一只LED灯一只白炽灯发光原理二极管发光钨丝高温发光额定电压24V220V响应时间10-9s10-3s额定功率12W100W析与解：由题意可知，一只额定功率为12W的LED灯与一只额定功率100W的白炽灯亮度相当，即有用功率相同，则LED(发光二极管)灯照明与白炽灯的发光效率之比为25∶3直接分析表中的数据发现，LED(发光二极管)灯照明发光响应时间短，利用效率高；用联系的观点分析发现，LED(发光二极管)灯照明在与白炽灯发光亮度相同的情况下节约能源、减少了环境污染；面且在多种气候条件下都能获得电能，改变了过去只受光照这一自然条件的限制．答案：25∶3LED(发光二极管)灯照明能源的利用效率高，在与白炽灯亮度相同的情况下节约能源、多种气候条件下都能获得电能，节约了常规能源，减少了环境污染．小结：在节能环保方面，实验评价可从比较能源的利用效率上进行分析；亦可从对环境造成的污染（包括噪声污染、废气污染、光污染、温室效应等）的角度来思考，还可从合理利用常规能源、开发新能源等几方面来考虑．五．综合运用方面例9．暑假里的一天，李红去商店购买电热水壶，售货员给了他一份推销××牌高效电热水壶的宣传广告，其内容如下：请你根据以上信息，计算：（1）电热水壶放出的热量全部被这些水吸收，烧开一壶20℃的水，电热水壶应工作多长时间？C水=4．2×103J/(kg•℃（2）请你对上述宣传广告中“电热水壶的优点”的有关内容作出评价．并给消费者提出一条有益的建议．析与解：（1）由题意可知，水吸收的热量等于电流对电热丝做功放出的热量，即Q=WQ=C水m△t=C水ρV△tW=pt∴C水ρV△t=pt4．2×103J/(kg•℃)×1000kg/m3×2×10-3m3×（100℃t=672s=11．2min（2）将一壶20℃的水烧开须时间11．2min，加热的时间远大于广告宣传的时间3min，广告内容不可靠，夸大其词；广告内容是否真实，实践是检验真理的唯一标准，用实验来检验广告的真实性．答案：广告内容不可靠，夸大其词；用实验来检验广告的真实性．例10．阅读下面短文，并完成文后练习两小儿辨日《列子》孔子东游，见两小儿辩斗，问其故．一儿日：“我以日始出时去人近，而日中时远也．”一儿日：“日初远，而日中近也．”一儿日：“日初出大如