内容正文:
★物理实验与探究题能力点突破★
能力点1 提出问题、作出假设
1.提出问题:从日常生活、自然现象或实验现象的观察中发现哪些现象(因素)是变化的原因,哪些现象是变化的结果,并与已有的科学知识联系,分析原因和结果间的科学实质,并用它们的实质关系提出可以进行科学探究的问题,提出的问题应是真实的、可探究的。(见例1)
2.提出猜想与假设(见针对训练1)
(2025舟山一模节选)根据生活常识,同学们对影响浮力大小的因素做出了猜想:
常识
猜想
常识一:木头浮在水面,铁钉沉在水底
猜想一:浮力大小可能与物体的密度有关
常识二:鸡蛋在清水中下沉,在浓盐水中上浮
猜想二:浮力大小可能与液体的密度有关
常识三:人从泳池浅水区走向深水区,感觉身体变轻
猜想三:
根据常识三,请你提出猜想三: 。
针对训练1 温度对磁体的磁性强弱有无影响?
【提出问题】小明在家用电热水壶烧开水时,发现壶中的水烧开后,开关按钮会自动跳起断电。开关为什么能自动跳起呢?带着这个问题,小明上网查阅了有关资料。得知这是一个磁吸开关,给水加热前开关按钮被磁体吸住。当水烧开时,开关跳起。
【提出猜想】小明猜想,温度对磁体的磁性有影响,而且温度越高,磁体的磁性越 。
能力点2 变量的确定
1.科学探究的变量
(1)因变量:实验中的反应变量(可以显示或表明实验结果的量),是被测定(或被记录)的变量。
(2)自变量:也叫实验变量,是指实验者根据实验目的,在性质或数量上人为改变的因素(包括可以操作的条件、现象或特征)。自变量被看作是引起因变量发生变化的因素或条件。
(3)无关变量:也称控制变量,是指除自变量外,实验过程中可能还会存在的一些对实验结果造成影响的因素,但与研究目的无关的变量。
2.如何确定实验变量
(1)实验目的或假设中找变量。例:“探究……对……的影响”,“对”字前边的名词就是实验变量。[见例2(2)]
(2)实验步骤中找实验变量
①找到不同组别间唯一不相同的因素,直接确定变量。[见针对训练2]
②找到实验中控制变量的方法,根据该方法控制的实验直接相关的因素,确定真正的变量。[见例2(1)]
跳水比赛中“压水花”是关键技术,水花大小与哪些因素有关呢?小科认为水花大小可能与运动员的质量大小、入水速度、迎水面积和入水角度等有关。查阅资料得知:物体下落高度相同,获得的速度就相同。为了检验自己的猜想,他利用如图所示装置进行了多次模拟实验。
例2题图
(1)小科将质量为m0的铝球分别在a、b、c三条通道口由静止释放(如图所示),目的是探究运动员入水时水花大小与 的关系。
(2)为了探究入水时迎水面积对水花大小的影响,应该控制相同的量有 。
A.质量大小 B.入水速度
C.入水角度 D.迎水面积
针对训练2 (2025舟山定海区三模改编)绳子拉着一个小球在光滑水平桌面做圆周运动,绳子拉力大小与什么因素有关?小浙用一根橡皮筋连接一个小球,让小球在光滑水平面上以一定的速度做圆周运动,下表是他所记录的现象。小浙探究的是绳子拉力大小与 的关系。
针对训练2题图
小球的质量/克
小球的速度
橡皮筋的长度/厘米
15
慢
10
15
较快
15
15
很快
18
能力点3 实验方案的设计
1.制定实验方案
设计实验的关键(措施和方法):自变量怎么改变?控制变量怎么控制?因变量怎么测量(在实验步骤中要体现)?
①如果是单一影响因素的探究,方案中需要控制除了这一因素之外其他所有因素不变;
②如果是多个影响因素的探究,则在单一影响因素实验设计的基础上,需要针对另一要素的探究设置可对比的对照组,并且将实验进行整合,减少装置数量。
2.常用科学方法
(1)控制变量法:研究某因素对实验结果的影响时,保持其他因素不变。
举例:探究滑动摩擦力大小与压力和接触面粗糙程度的关系时,控制接触面的粗糙程度不变,改变压力大小等。
(2)转换法:将不可直接观测或难以测量的量,通过其产生的可观测效应直接反映。
举例:通过弹簧测力计示数反映摩擦力大小;通过木块被推动的距离反映动能大小等。
(3)等效替换法:用已知量或方法替换未知量或难以直接测量的量,使两者产生的效果完全相同。
举例:用未点燃的蜡烛替换点燃蜡烛的像,确定像的位置等。
绒朵(图甲)是羽绒服的重要填充物。取一定质量的绒朵加入固定大小的容器(图乙)内,将容器内的绒朵铺平,盖上压盘,待压盘自然下降至静止,绒朵的高度h为其蓬松度。蓬松度(h)是羽绒服保暖程度的重要指标,蓬松度越高,说明在相同充绒量下可以固定更大体积的空气来保温和隔热。兴趣小组想比较鸭绒和鹅绒的保暖效果,请选择所需器材,设计实验来探究这一问题。
器材:鸭绒样品1(h=150毫米)、鸭绒样品2(h=200毫米)、鹅绒样品1(h=150毫米)、鹅绒样品2(h=200毫米)、秒表、可装绒朵的瓶套、图丙装置若干、热水。
甲 乙 丙
例3题图
自变量的设置:样品选择正确。
无关变量的控制:绒朵质量相同、原先热水温度和质量相同。
因变量的观测:相同时间下降的水温或下降相同水温所需要的时间。
针对训练3 (2025杭州西湖区一模节选)市面上流行一种“气压超跑”的玩具小车,如图所示,可以通过打气筒注入空气,启动开关后,空气从小车中喷出,带动小车前进。小车在水平地面上行驶的轨迹无明显痕迹且不是直线,现有以下材料和仪器:颜料、无弹性棉线、刻度尺,请写出测量小车行驶距离的简要步骤。
针对训练3题图
能力点4 表格、图像的分析与处理 实验结论的表达
1.表格数据分析
(1)得出定量结论:在给出定量数据时,对数据进行数学运算,看能否得到一个定值,得出结论。(见例4)
(2)通过转换法利用现象获得的实验数据,只能得到定性的结论:首先根据题目找到研究的是哪两个物理量之间的关系,再找出对应数据或现象之间的变化关系(如变大、变小、成正比、有关等),得出结论。(见针对训练4-1)
2.图像数据分析
确定变量,明确横、纵坐标分别是什么物理量,根据图像直观获取物理量间的变化关系(图像是表格数据的直观体现,可参考表格数据分析思路对实验数据进行具体的分析)。
3.实验结论的表达
结论得出紧扣探究的问题,注意书写前提条件,即控制无关变量,尽量用题目中的词语、语言书写,注意写清因果关系。常用结论格式:
①定量结论格式:在……相同时,……与……成正比(反比)。
②定性结论格式:在……相同时,……越大,……越大/小(或……随着……的增大而增大/减小)。若自变量在某个范围内实验时,应当注明,如:当……在某个范围内,……越大,……越大/小。
③若数据出现拐点(图像的转折点),应表述为:在……相同时,……随着……的增大,先增大再减小(先减小再增大),……时候最大/最小。
同学们在探究“杠杆的平衡条件”实验时,装置如图所示,搜集的证据见下表。
例4题图
实验次数
动力F1/牛
动力臂L1/厘米
阻力F2/牛
阻力臂L2/厘米
1
1
15
1.5
10
2
2
25
2.5
20
3
3
20
4
15
分析数据,可以得到的结论是: 。
用每次动力乘以对应的动力臂,阻力乘以对应的阻力臂,比较乘积,发现规律,得出结论。(注:不同单位的物理量,不能相加或相减)
针对训练4-1 “扔纸飞机”是民间传统游戏,某兴趣小组同学为了探究纸飞机的飞行距离与哪些因素有关,进行了如下实验:小组成员将打印纸和旧报纸裁成不同面积的纸张,制作了相同形状的纸飞机若干个,利用固定在室内某一位置的简易发射器,以相同大小的发射速度和不同发射角度(发射方向与水平面的夹角)进行多次实验,整理相关数据如下表。
表:纸飞机飞行距离的影响因素实验记录表
编号
纸张大小
纸张材质
不同发射角度
飞行的平均距离(米)
0°
15°
30°
45°
①
18厘米×26厘米
打印纸
6.5
15.8
15.0
8.9
②
18厘米×13厘米
打印纸
6.4
15.8
15.1
8.8
③
18厘米×26厘米
旧报纸
5.6
14.2
13.2
7.6
(1)本实验研究了纸飞机的飞行距离与发射角度、纸张大小和 的关系。
(2)综合表中信息,分析该实验中纸飞机飞行距离与发射角度之间的关系: 。
由表格数据可知,编号①(或②、③)实验中,纸张大小、纸张材质均相同,因此只需要分析编号①(或②、③)实验中,纸飞机飞行距离和发射角度之间的关系即可。
针对训练4-2 如图所示,小科做“探究电流与电阻的关系”实验。提供的器材有:电源(电压6伏)、定值电阻(5欧、10欧、15欧、20欧、25欧)、滑动变阻器(0~20欧)、电流表、电压表、开关及导线若干。
甲 乙
针对训练4-2题图
(1)小科连接好正确电路后,在AB间分别接入阻值不同的电阻R,测量了五组数据在图中描点连线,发现有一组数据错误,究其原因是 。
(2)小科根据正确的实验数据得出实验结论: 。
能力点5 评价与应用
对实验方案的评价一般是从可操作性、安全性、科学性、环保性以及实验存在的缺陷、引起误差的原因等方面对探究的过程和结果进行评价。
具体如下:
某实验小组用如图电路进行实验时,正确测出电流得到数据如下表。据此实验小组得出“并联电路各支路电流相等,干路电流等于各支路电流之和”的结论,他们得到该错误结论是因为 。
例5题图
A点电流IA/安
B点电流IB/安
C点电流IC/安
0.16
0.16
0.32
针对训练5 投石器是古代的攻城利器。为了进一步认识投石器的原理,学校科技节开展了“自制投石器”的比赛,以石头被抛出后运动的水平距离作为比赛成绩的依据。如图所示,利用弹袋、抛掷杆、橡皮筋、挂钩等器材,制成了投石器简易模型(图甲),并绘制了结构示意图(图乙)。
甲 乙
针对训练5题图
小科认为石块被抛出后运动的水平距离可能与石块的质量有关。为了验证自己的假设是否正确,他设计了如下实验步骤:
①把一个质量为20克的小球放入弹袋里,橡皮筋拉到挂钩1,把抛掷杆压到水平位置。
②松手后,记录小球被抛出后运动的水平距离。多次测量,取平均值。
③分别依次将一个10克小球、一个5克小球放入弹袋里,重复步骤②。
④再将橡皮筋勾在2处、3处,重复上述实验。
⑤比较水平距离的平均值,得出结论。
请对小科所设计的实验方案的合理性做出评价,并说明理由: 。
参考答案
例1 浮力大小可能与物体排开液体体积大小有关
针对训练1 弱
例2 (1)入水角度 (2)ABC
针对训练2 小球的速度
例3 满分示例:
①取2个图丙装置,装满温度相同的热水;
②称取等质量的鸭绒样品1和鹅绒样品1(或都是样品2)装在瓶套中,套在装置丙外面,记录温度计示数;
③用秒表测量时间,10分钟后再次记录温度计示数;
④换用不同温度的热水重复实验。
针对训练3 ①将颜料均匀地涂在小车轮胎上,使小车行驶时在地面留下痕迹;②用无弹性棉线沿着轮胎前进的轨迹放置;③轻轻拉直棉线,用刻度尺测量棉线的长度;④多次重复实验求平均值
例4 杠杆平衡时F1L1=F2L2(或动力×动力臂=阻力×阻力臂)
针对训练4-1 (1)纸张材质
(2)发射角度在0~45°范围内,随着发射角度的增加,纸飞机飞行的距离先增大后减小
针对训练4-2 (1)从接入20 Ω的定值电阻进行实验时,电流表已改用小量程,读数时误读大量程
(2)电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比
例5 选择了两个相同规格的小灯泡进行实验
针对训练5 不合理,当橡皮筋拉动位置相同时,所具有的弹性势能也相同,转化成的小球动能也相同,因此小球的质量改变时,速度也会改变,无法控制变量
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