第１５講 實驗探究專題復習

隨著課標教材的推廣及新課改理念的深入，實驗探究成為當前物理教學和中招試題改革的熱點.新教材充分體現了課程標準的要求，把科學探究的學習和科學內容的學習放到了同等重要的地位.綜觀近幾年中招試題中實驗探究題的類型及趨勢，是穩中有進、穩中有變，重在過程與方法，將設計實驗作為考查的重點，兼顧科學方法和實驗技能方面的考查.涉及實驗探究的內容更廣泛，題型更多樣，對綜合能力的要求更高.

下面結合近年中考試題中有關實驗探究方面的典型試題，從三個方面對實驗探究題進行專題復習，即：實驗設計與科學方法；實驗過程與實驗技能；探究范圍與綜合能力.

[重點考點]

近年的中考試題，在考查同學們科學探究能力的同時，重視對科學思維能力的考查.

科學探究過程包括的七個要素有：提出問題、猜想和假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據、評估、交流和合作.其中制定計劃與設計實驗是重點，也是中考的主要考點.在制定計劃與設計實驗的過程中，必須結合具體探究內容采用科學的物理分析方法，例如控制變量法、等效替代法、模型法、實驗推理法、轉換法、圖象法、統計法等.

[中考常見題型]

例1 請你設計一個實驗，證明固體可以傳聲.

思路分析：此題是一個考查設計實驗能力的題目.要證明固體可以傳聲，實驗器材應包括發聲體和傳遞聲音的固體.設計實驗的關鍵是發聲體發出的聲音必須很小，要使聲音小到通過空氣傳播聽不到的程度，只有這樣才能證明人所聽到的聲音是由固體傳播的.而這一點恰恰是不少同學在設計實驗時容易忽視的.

參考答案：一位同學在桌子（或竹竿、木棒）的一端用手指輕輕地摩擦，另一位同學將耳朵貼在桌子（或竹竿、木棒）的另一端，體驗是否能聽到聲音，如果能聽到聲音，就證明固體可以傳聲.（只要設計合理均可）

例2 （2007年濰坊）如圖1所示，在“探究聲音是由物體振動產生的”實驗中，將正在發聲的音叉緊靠懸線下的輕質小球，發現小球被多次彈開.這樣做是為了（）.

A. 使音叉的振動盡快停下來

B. 把音叉的微小振動放大，便于觀察

C. 把聲音的振動時間延遲

D. 使聲波被多次反射形成回聲

思路分析：人的視覺能力有限，有些振動是看不出來的，怎樣想辦法將物體的振動“放大”呢？可以用“轉換法”將物體的振動放大.如本題所述，就是將音叉的振動轉換為輕質小球的振動.如果將音叉放入水中，可以看到激起的水花，就是將音叉的振動轉換為水的振動.正確選項為B.

例3 如圖2所示，把一手機設置為響鈴狀態，放在玻璃罩中，用另一手機撥打罩內的手機號碼，可以聽到手機的鈴聲.逐漸抽出玻璃罩中的空氣，聽到鈴聲逐漸變____，由此可以推論：____.

思路分析：此題的探究過程是：逐漸抽出玻璃罩中的空氣，可以聽到手機的鈴聲逐漸變小.雖然不能將玻璃罩中的空氣完全抽出而達到真空狀態，但是可以在實驗探究的基礎上，用“實驗推理”的方法，得出“真空不能傳聲”的結論.

例4 物理課后，小南和小雄將一塊銅片和一塊鋅片插入西紅柿，做成了一個“西紅柿電池”，如圖3.小南和小雄想探究西紅柿電池的電壓大小與哪些因素有關.小雄說：“可能與兩金屬片之間的距離有關.”小南想了想說：“也可能與兩金屬片插入西紅柿的深度有關.”為了驗證猜想是否正確，他們找來了電壓表，連成了如圖3所示的電路.

（1） 請你選擇其中一個猜想，提出驗證的方法.

（2） 目前人們亂扔廢舊電池的現象非常普遍，請你針對這種現象，給有關部門提出一條合理建議.

思路分析：本題在提出問題和猜想的基礎上，要求同學們制定計劃并設計實驗，最后再收集證據.在實驗過程中采用了“控制變量法”.其中第（1）問考查用正確的思想方法設計實驗的能力，第（2）問則從環保的角度考查同學們的情感態度及環保意識.

參考答案：（1） 答案1：探究電壓與兩金屬片插入深度的關系.當兩塊金屬片插入西紅柿某一深度時，觀察并記錄電壓表示數；在同一位置，改變兩金屬片插入的深度，再觀察并記錄電壓表示數.比較兩次電壓表示數的大小與深度的關系.答案2：探究電壓與兩金屬片之間的距離的關系.兩塊金屬片相距一定的距離插入西紅柿，記下插入的深度，觀察并記錄電壓表示數；改變兩金屬片間的距離，兩塊金屬片仍插入相同的深度，再觀察并記錄電壓表示數.比較兩次電壓表示數的大小與距離的關系.（2）分類回收等.

例5 小明想用如下的方法測量大氣壓強的值：將面積為1×10-3 m2的吸盤按在光滑水平桌面上，擠出里面的空氣，用最大測量值是5 N的彈簧測力計測量大氣壓力，如圖4所示，然后計算大氣壓強.假設你已經知道大氣壓強的數值為1×105 Pa，請你通過計算說出小明能不能完成測量.

思路分析：此題利用“轉換”、“替代”的思想方法測量大氣壓強.吸盤受到豎直向下的力等于大氣壓強與吸盤面積的乘積，吸盤受到豎直向上的力是彈簧測力計對吸盤的拉力，其大小等于測力計的示數.當吸盤剛被拉掉（平衡剛被打破）時，可以用測力計的示數“替代”吸盤受到的豎直向下的力，即大氣對吸盤的壓力.

參考答案：F=pS=105 Pa×10-3 m2=100 N>5 N，彈簧測力計的量程過小，所以小明不能完成測量.

[重點考點]

在近年中考的實驗探究題中，更重視“實驗過程與實驗技能”的考查，因為課標也要求同學們一定要親歷實驗，一定要掌握正確的實驗操作方法，以利于對基本物理規律的理解和應用，中考也正是體現了這一點.

[中考常見題型]

例6 如圖5所示，甲、乙為“研究液體對容器的壓強”的兩個實驗，甲圖表示液體對____有壓強，產生的原因是____；乙圖表示液體對____也有壓強，產生的原因是____.

思路分析：此題要求學生在“親歷實驗”的基礎上，經過“觀察思考”，理解液體壓強的特點.“親歷實驗”和“觀察思考”這兩個環節缺一不可.

參考答案：容器的底部 液體受到重力 容器的側壁 液體具有流動性

例7 在玻璃瓶內裝一些水，用一個插有兩端開口細管的塞子將玻璃瓶口塞緊，如圖6所示.從細管的上端向瓶內用力吹氣，當停止吹氣后，你將看到的現象是____.你認為產生這種現象的原因是____.

思路分析：此題要求學生通過“親歷實驗”，感受大氣壓的存在，理解大氣壓的作用.

參考答案：液面上升 瓶內氣體壓強大于瓶外大氣壓

例8 （2007年濟寧）天平、溫度計、刻度尺、電壓表是我們實驗中常用的基本測量儀器.圖7中四幅圖表示的是一些同學對這四種儀器的操作和使用情況.其中不正確的是（）.

思路分析：此題考查同學們的實驗技能，要求同學們會正確使用天平、刻度尺、溫度計以及電壓表.考查的范圍較廣.應選A.

例9 某實驗小組在探究光的折射規律時，將光從空氣分別射入水和玻璃，測得的數據如下表.

分析表格中的數據，請寫出兩條你所發現的規律.（1）____；（2）____.

思路分析：此題主要是培養同學們由記錄的實驗數據發現物理規律的能力.如果曾經親歷實驗，并且經過認真觀察和思考，就會輕而易舉地發現規律，還能提高解題速度.

參考答案：入射角為0°，折射角也為0°；入射角增大，折射角也隨著增大；光從空氣斜射入水中或玻璃中時，折射角小于入射角；入射角一定，光從空氣斜射入不同介質中的折射角不同.（可以寫出任意兩條）

例10 甲、乙兩位同學一起測量一只標有“6.3 V0.3 A”字樣的小燈泡的額定功率.可供選擇的實驗器材有：電源（電壓恒為12 V）一個，電壓表（量程0～3 V、0～15 V）一個，電流表（量程0～0.6 A、0～3 A）一個，“10 Ω2 A”和“50 Ω1 A”的滑動變阻器各一個，開關一只，導線若干.實驗時，甲同學認為電壓表和電流表都應選用小量程，滑動變阻器應選用“50 Ω1 A”的；乙同學認為電壓表應選用大量程，電流表應選用小量程，滑動變阻器應選用“10 Ω2 A”的.

請你對兩位同學器材選擇的合理性作出評價并填在下面的表中（對于合理之處，不需要指出；指出不合理之處以及不合理之處所產生的后果）.

思路分析：解題時把各種數據進行比較，同時要注意滑動變阻器的作用.此題不僅要求同學們會正確使用電學實驗器材，而且要求同學們能全面考慮問題，會正確選擇實驗器材，會正確選擇量程，對實驗技能、實驗水平的要求更高.

參考答案：

[易錯易混題型]

例11 （2007年哈爾濱）學校實踐活動小組的同學在利用圖8所示裝置探究滑動摩擦力的大小與什么有關時，得到如下實驗數據：

（1） 你認為表中哪個數據是不合理的？指出導致數據不合理的原因.

（2） 請你分析表格中的數據，得出實驗結論.

（3） 許多同學指出該實驗操作方法存在不足，請你利用現有器材進行改進，并敘述改進后有哪些優點.

思路分析：此題要求同學們根據自己在實驗操作過程中的親身體會，注意實驗操作中的關鍵問題，并能提出改進措施，對實驗技能的要求更高.此題常見錯誤是認為滑動摩擦力的大小與速度的大小有關，而實驗操作的真正關鍵是“勻速”.

參考答案：（1） “2.9 N”的數據不合理.可能是由于沒有勻速拉木塊造成的.（2） 滑動摩擦力的大小與接觸面積的大小無關；壓力越大，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大.（3） 改進：拉動木塊下面的木板運動，保持彈簧測力計不動.改進后的優點：實驗易操作，可使讀數準確.

[重點考點]

近年的實驗探究試題更加廣泛地聯系生產、生活實際，恰當反映了物理科技發展對社會進步的影響，進一步體現了“從生活走向物理，從物理走向社會”的理念.這就要求同學們能夠在課本基本探究實驗的基礎上，擴大探究的深度和探究的范圍，提高自己的綜合能力.

[中考常見題型]

例12 小林學過有關機械效率的知識后提出了兩個問題：“斜面的傾斜程度越大是否越省力？斜面的機械效率與斜面的傾斜程度有沒有關系？”針對這兩個問題他做了在斜面上勻速拉動物塊的探究實驗，如圖9所示，并記錄實驗數據如下：

（1） 根據表中數據，可求出第2次實驗的有用功為____J，總功為____J，機械效率是____.

（2） 通過對上述實驗數據的分析，你認為斜面省力情況與斜面傾斜程度的關系問題解決了嗎？得到一個什么樣的結論？____.

（3） 通過對上述實驗數據的分析，你對斜面機械效率的問題可獲得的初步結論是：____.

（4） 如果小林還想探究斜面機械效率與物重的關系，實驗時應控制哪些條件不變？____.

思路分析：此題要求較高，一方面探究力的大小與斜面傾斜程度的關系，另一方面探究機械效率的大小與斜面傾斜程度的關系，必須用控制變量法認真進行探究才能得出正確結論，并且將這兩個問題區分開來.

參考答案：（1） 0.75 1.1 68%

（2） 問題解決了.同一斜面，物重相同時，斜面越陡越費力

（3） 當物重和斜面的光滑程度不變時，斜面越陡，機械效率越高

（4） 斜面的傾斜程度，斜面的光滑程度

例13 現在，一些大廈都用許多大塊的鍍膜玻璃做外墻（俗稱“玻璃幕墻”），這種外墻既能透射光線也能反射光線.

（1） 外面看玻璃幕墻相當于平面鏡，光線照射到光滑的玻璃幕墻上時會發生____反射，物體經玻璃幕墻反射后所成的像是____（填“實”或“虛”）像.

（2） 小明同學路過某大廈樓前，從側面往玻璃幕墻看去，發現該大廈前的旗桿在玻璃幕墻中的像有錯位現象，如圖10所示.他經過仔細觀察和分析，認為產生這種錯位現象的原因可能是上、下兩塊鍍膜玻璃不在同一豎直平面內所造成的.請你利用簡易器材，運用模擬的方法設計一個實驗來驗證它，要求寫出這個實驗所需器材和簡述實驗過程.

思路分析：結合具體問題抽象出與之相關的物理問題，聯系相關的物理探究實驗，找出解釋現象、解決問題的正確答案，是聯系實際進行探究的基本方法.玻璃幕墻是由許多大塊平面玻璃組合而成的，所以分析玻璃幕墻這一實際問題，離不開對平面鏡成像的探究，結合探究平面鏡成像特點，就能找到玻璃幕墻中的像發生錯位的原因.

參考答案：（1） 鏡面 虛

（2） 造成旗桿的像錯位的原因是上、下兩塊鍍膜玻璃不在同一豎直平面內，物距不等，則像距不等.實驗器材：兩塊平面鏡（模仿玻璃幕墻）、一支筆（模仿旗桿）.實驗過程：先將兩塊平面鏡錯位放置；再將一支筆放在兩塊平面鏡交界處的前方；從側面可看到筆在平面鏡中的像是錯位的.

例14 用如圖11所示的水杯盛水，經常會遇到這樣的情況：往杯里裝入大半杯熱水，擰緊杯蓋，過較長一段時間后，杯蓋會很難擰下來.

（1） 簡要回答產生這一現象的原因.

（2） 請設計兩種打開杯蓋的方法，并說明每種方法用到的物理原理（不能損壞杯子）.

思路分析：這是一個聯系實際的問題.結合題中所述的現象，自然就會聯想到杯蓋很難擰下來的原因一定與大氣壓有關.

參考答案：（1） 由于瓶內水蒸氣液化使瓶內氣壓小于瓶外大氣壓.（2） 將瓶子放入熱水中，使瓶內氣壓增大；用毛巾墊著擰開瓶蓋，用使接觸面粗糙的方法增大摩擦.

[易錯易混題型]

例15 某小組同學分別測出了甲、乙電動小車做直線運動的路程和時間，并依據數據作出了相應路程-時間圖象，如圖12（a）（b）所示.

（1） 觀察12（b）可知，在AB對應的時間段內，乙車通過的路程為____m.

（2） 比較圖12（a）（b）可知，甲車的速度是____m/s，合____km/h，乙車的速度____（填“大于”、“等于”或“小于”）甲車的速度.

思路分析：題中的甲、乙兩輛電動小車各自做勻速直線運動，此題利用圖象分別計算甲、乙兩車的速度并比較其大小.題中易錯之處是在（a）（b）兩圖中縱坐標所選取的標準不同，需要同學們注意.

參考答案：（1） 1.2 （2） 0.1 0.36 大于

中考試卷中的實驗探究題基本杜絕了對課程標準的“拔高”，許多題目內容似曾相識卻又很少在各種輔導材料中見到.同學們若要取得優異成績，必須親歷實驗探究過程，扎扎實實地掌握實驗技能，運用正確的物理思想方法，理解通過實驗探究得到的物理規律，還必須掌握正確的分析方法.

最后，建議同學們在課堂上積極主動地參與探究活動，熟悉探究過程的各個環節，重視實驗設計，課下努力完成教材中“想想做做”和“動手動腦”欄目中的小試驗.提醒同學們：打好基礎是根本，提高能力是關鍵.

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內容請以PDF格式閱讀原文。”