内容正文:
题型二 实验探究题
初中物理实验探究题主要包括测量、探究和创新三大类型,以下是解题注意事项。
1. 原理清晰:明确实验所依据的基本物理概念、定律或公式。
2. 步骤严谨:设计或叙述步骤要科学、合理,具有可操作性。
3. 数据客观:尊重实验事实,数据记录真实,分析有理有据。
4. 结论准确:结论需基于实验现象和数据,并能回答探究问题。
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测量实验类
【方法指导】
1. 明确原理:紧扣实验目的,写出核心计算公式(如ρ=,R=)。
2. 检查器材:确认所需器材及其用途,特别是测量工具的量程和分度值。
3. 分析步骤:按实际操作顺序梳理步骤,找出需要直接测量的物理量。
4. 处理数据:会进行单位换算、平均值计算,并代入公式求出结果。
5. 评估交流:能分析实验误差的主要来源(如测量工具、实验方法等),并提出减小误差的改进建议。
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【例1】 (2024•镇江)为了测量某液体的密度,小李进行了如下实验。
(1)如图1所示,将天平放在水平桌面上,调节天平时应先将游码移到标尺的 零刻度线 处。若指针静止时位置如图2所示,则应再将平衡螺母向 右 (填“左”或“右”)端调节。
零刻度线
右
解析:(1)调节天平时,天平应置于水平桌面上,先将游码移到标尺左端的零刻度线处。指针静止时左偏,为使天平平衡,应将平衡螺母向右调节。
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(2)在烧杯中装入适量待测液体,用天平测量其总质量。当天平平衡时,右盘中的砝码和游码位置如图3所示,其总质量为 128 g。
解析:(2)如图3所示,烧杯和待测液体总质量为m总=100 g+20 g+5 g+3 g=128 g;
128
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(3)将烧杯中的部分液体倒入量筒,图4中读数视线正确的是 ② (填“①”“②”或“③”),量筒中液体的体积为 30 mL。
解析:(3)图4中读数的时候,视线要与液面相平,故②正确;量筒中液体的体积为V=30 mL=30 cm3;
②
30
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(4)测出烧杯和剩余液体的总质量为104 g,则液体的密度为 0.8 g/cm3。
解析:(4)量筒中液体的质量m=m总-m剩=128 g-104 g=24 g,则液体的密度为ρ===0.8 g/cm3。
0.8
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【例2】 (2025•江汉区模拟)某同学用如图甲所示的电路测量定值电阻的电阻,电源电压保持6 V不变。
(1)该同学接错了一根导线,请你在这根导线上画“×”,并补画出正确的那根导线。
见解析图
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解析:(1)电压表串联在电路中,定值电阻和滑动变阻器并联。利用伏安法测量定值电阻的电阻时,电压表应并联在定值电阻两端,测它两端的电压,其他器材串联在电路中,由此改正电路,如下图所示。
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(2)正确连接电路,移动滑动变阻器的滑片至最 左 端后闭合开关,使电路中的电流在开始测量时最小。此时电流表的示数如图乙所示,该电流为 0.20 A。
解析:(2)实验前,为了防止电路中的电流过大,从而保护电路,应将滑动变阻器的滑片移到电阻最大处,由图可知应移动滑动变阻器的滑片至最左端后闭合开关,使电路中的电流在开始测量时最小;根据图乙可知,电流表所选用的量程为0~0.6 A,分度值为0.02 A,此时的最小电流为0.20 A。
左
0.20
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(3)该同学将实验中的数据填入下表。
电压U/V 1.6 1.8 2.0 2.2 2.4 2.6
电流I/A 0.16 0.18 0.20 0.22 0.24 0.26
表中有 2 次实验的数据不是利用现有的器材完成的。剔除掉这些数据,可以计算出该定值电阻的电阻为 10 Ω。
2
10
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解析:(3)由(2)可知,电路中的最小电流为0.20 A,结合表中数据可知,第1次和第2次数据不是利用现有的器材进行实验得出的数据;根据欧姆定律可得,各次实验中定值电阻的电阻测量值
R===……==10 Ω,
故该定值电阻的电阻
R==10 Ω。
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探究实验类
【方法指导】
1. 提出问题:从生活现象或疑惑中提炼出可探究的科学问题。
2. 猜想假设:基于已有知识,对问题进行有依据的猜想。
3. 设计实验:
控制变量:明确探究哪个因素的关系,控制其他因素不变。
步骤具体:写明如何改变自变量,如何测量或观察因变量,如何控制无关变量。
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4. 分析论证:将实验数据转换为图表(如图像、表格),通过比较、归纳找出规律,并据此得出结论。结论需与猜想进行对照。
5. 总结反思:评估实验过程的不足,并提出新的探究问题。
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【例3】 (2025•辽宁)某小组探究在光的反射现象中反射角和入射角的关系。
(1)注意:为了避免伤害眼睛,使用激光笔时,禁止 射向眼睛 。
解析:(1)为了避免伤害眼睛,使用激光笔时,禁止射向眼睛。
射向眼睛
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(2)把一块平面镜放在水平桌面上,再把一张纸板 竖直 地立在平面镜上,纸板上的直线ON垂直于镜面,使一束光贴着纸板沿某一角度射到O点,经平面镜反射,沿另一个方向射出,在纸板上用笔描出入射光和 反射光 的径迹,并标出入射角i和反射角r,如图所示。
竖直
反射光
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解析:(2)实验时要把纸板竖直放置在水平平面镜上,纸板上的直线ON垂直于镜面,使一束光贴着纸板沿某一角度射到O点,经平面镜反射,沿另一个方向射出,在纸板上用笔描出入射光和反射光的径迹,并标出入射角i和反射角r。
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(3)改变光束入射的角度,多做几次实验,换用不同颜色的笔记录每次光的径迹。取下纸板,用 量角器 测量∠i和∠r,将数据记录在下表中。
数据序号 1 2 3 4 5 …
∠i 30° 40° 50° 60° 70° …
∠r 30° 40° 50° 60° 70° …
解析:(3)改变光束入射的角度,多做几次实验,换用不同颜色的笔记录每次光的径迹。取下纸板,用量角器测量∠i和∠r,将数据记录在下表中。
量角器
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分析表中数据,得出结论:在反射现象中,反射角 等于 入射角。
解析:(4)分析表中数据,得出结论:在反射现象中,反射角等于入射角。
等于
数据序号 1 2 3 4 5 …
∠i 30° 40° 50° 60° 70° …
∠r 30° 40° 50° 60° 70° …
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【例4】 (2025•西城区校级三模)图甲为小京探究海波熔化过程中温度随吸收热量变化的特点的实验装置。
(1)在此实验中,海波吸收的热量是通过 加热时间 来反映的。
解析:(1)根据转换法,用相同的酒精灯对液体加热,相同时间内酒精灯放出的热量相同,加热时间越长,海波吸收的热量越多,所以海波吸收热量的多少通过加热时间来反映;
加热时间
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(2)用质量为m1的海波做实验,绘制海波的温度随时间变化的图线如图乙中的a所示。若用质量为m2(m2>m1)的海波做实验,得到的图线可能是图乙中的 c (填“b”“c”或“d”)。
解析:(2)海波质量增加,会使海波从开始加热到达到熔点的时间变长,但不会改变海波的熔点,所以用质量为m2(m2>m1)的海波做实验,得到的图线可能是图乙中的c。
c
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【例5】 (2025•巴南区期末)小华在做“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验时,实验器材及装置如图所示。
(1)本次实验前,应在 水平 方向上对弹簧测力计进行调零;在实验中,小华用弹簧测力计水平拉动木块,使木块做 匀速直线 运动,此时弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等。
水平
匀速直线
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(2)实验过程中每次弹簧测力计的示数如图甲、乙、丙所示,图甲中木块受到的摩擦力方向为 水平向左 ;比较甲、丙两图可知,在压力大小一定时,接触面越 粗糙 ,滑动摩擦力越大。
(3)如图丁所示,在冰壶比赛中,蹬冰鞋的鞋底是用橡胶制成的,它可以 增大 鞋与冰面的摩擦,有利于运动员出发或停下;冰壶掷出后,另外两名队员用冰刷刷冰面,目的是 减小 冰壶与冰面之间的摩擦。(均填“增大”或“减小”)
水平向左
粗糙
增大
减小
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【例6】 (2024•达州)同学们在“探究影响浮力大小的因素”实验中,根据日常生活经验提出了以下猜想:
①浮力大小与物体浸入液体中的深度有关;
②浮力大小与物体排开液体的体积有关;
③浮力大小与液体的密度有关。
实验步骤和数据如图所示,g取10 N/kg,已知ρ水=1×103 kg/m3。
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(1)根据实验数据,小聪计算出该物体浸没在水中受到的浮力大小是 4 N。
解析:(1)根据浮力测量原理,利用空气中拉力(A中)和浸没状态拉力(C或D中)相减即可得到浮力,为6 N-2 N=4 N。
4
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(2)为了验证猜想①,分析A与C、D三次实验,得出的结论是:浸没在液体中的物体所受浮力大小与浸入液体中的深度 无关 (填“有关”或“无关”)。
解析:(2)物体在C和D中均为完全浸没,虽然深度不同但是所受浮力均为6 N-2 N=4 N,因此可以说明浮力大小与浸入液体中的深度无关。
无关
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(3)为了验证猜想②,分析A与 B、C 三次实验,得出的结论是:浸在液体中的物体所受浮力大小与物体排开液体的体积有关。
解析:(3)为了得到浮力与排开液体体积的关系,需要比较的是在同种液体中,排开液体体积不同的对照,因此选择B和C。
B、C
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(4)小聪为了验证猜想③,分析A与B、E三次实验,得出的结论是:浸在液体中的物体所受浮力大小与液体的密度有关。你认为这样操作是 错误 (填“正确”或“错误”)的,理由是 没有控制排开液体体积等 。
解析:(4)B和E中,物体在两种密度不同的液体中排开液体体积不同,没有控制变量,因此得到的结论不正确。
错
误
没有控制排开液体体积相等
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(5)细心的小聪利用实验数据计算出步骤E中所用盐水的密度是 1.1×103 kg/m3。
解析:(5)利用A和E中的示数之差可以得到物体在盐水中所受浮力为6 N-1.6 N=4.4 N,而在水中所受浮力为4 N,浸没状态下物体所受浮力与液体密度成正比,因此==,因此盐水密度为1.1×103 kg/m3。
1.1×103
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创新实验类
【方法指导】
1. 理解立意:抓住题目核心,明确新实验与传统实验在目的、原理或方法上的异同。
2. 转化原理:将新情境、新装置与熟悉的物理知识建立联系,用所学原理进行解释。
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3. 分析设计:关注器材的非常规用途,理解实验设计的巧妙之处(如转换法、放大法、等效替代法的应用)。
4. 推导论证:能根据题目给出的新信息或新公式,进行逻辑推导和计算。
5. 评价迁移:能评价新方案的优缺点,并将其思想方法应用于解决其他简单问题。
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【例7】 (2025•泸州)2025年6月6日是第30个全国“爱眼日”。图甲为眼睛的结构示意图,图乙为某科学兴趣小组自制的一个用来模拟眼睛变焦过程的装置。
(1)图甲中的视网膜相当于图乙中的 光屏 。在图乙的光屏上已成蜡烛的清晰像(像未画出),其情况是倒立、 缩小 (填“缩小”“等大”或“放大”)的实像。
光屏
缩小
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(2)图乙中,把蜡烛向右移动一定距离后(相当于看近处景物),光屏上的像变模糊了,缓慢 注入 (填“注入”或“吸出”)适量水来改变水凸透镜厚度,像又变清晰了。当眼睛长时间处于这种状态,睫状肌会过度疲劳失去弹性,导致看远处景物时无法将晶状体调到较 薄 (填“薄”或“厚”)状态。
(3)据此,请你为预防近视提一条科学合理的建议: 不要长时间用眼(用眼一段时间后要休息一下,向远处眺望等)。 。
注入
薄
不要长时间用眼(用
眼一段时间后要休息一下,向远处眺望等)。
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【例8】 (2025•广东)桥梁设计需考虑材料受热膨胀。小明设计实验,探究形状和大小相同、材料不同的圆柱体金属棒A、B受热伸长量与温度变化量的关系。
(1)初始时金属棒A、B的长度和横截面积均 相同 。
相同
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(2)如图所示装置可用来测量金属棒受热时微小的伸长量。激光笔固定在杠杆右端,杠杆可在竖直平面内转动;标尺竖直放置,通过激光点在标尺上移动的距离来反映金属棒的伸长量。
①开始时,将金属棒上端固定并保持竖直,下端轻触杠杆,杠杆和激光束在同一水平直线上,光点在标尺“0”刻度处。
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②加热金属棒,光点会在标尺上向 上 (选填“上”或“下”)移动。分别用A、B金属棒进行实验,实验数据见表。其中,dA、dB分别表示A、B金属棒在不同温度时,光点在标尺上的刻度值。
实验序号 1 2 3 4 5
T/℃ 25.0 40.0 55.0 70.0 85.0
dA/cm 0 1.10 2.15 3.26 4.31
dB/cm 0 1.73 3.44 5.18 6.89
上
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③分析数据可知:同一根金属棒温度升高越多,伸长量越 大 ;升高相同温度时,金属棒 B (填“A”或“B”)的伸长量更大。
大
B
实验序号 1 2 3 4 5
T/℃ 25.0 40.0 55.0 70.0 85.0
dA/cm 0 1.10 2.15 3.26 4.31
dB/cm 0 1.73 3.44 5.18 6.89
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(3)金属棒伸长使杠杆转动过程中,阻力臂 变小 (填“变大”“变小”或“不变”);同一根金属棒伸长量一定时,为使光点移动距离更大,可采取的做法是: 示例:支点向左移动 。
变小
示例:支点向左移动
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【例9】 (2025•广州)在“探究串联电路中电流的特点”的实验中:
(1)连接电路:用笔画线表示导线,把图甲中的滑动变阻器串联接入电路(要求:连线不要交叉;滑片P向D移动,电路中电流增大)。
见解析图
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解析:(1)根据灯泡与滑动变阻器串联,滑片P向D移动,电路的电流增大,说明电阻变小,选择右下方接线柱,电路如图所示:
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(2)发现问题:电源(输出电压为6 V)、电流表、滑动变阻器、开关、导线完好,电路正确连接。闭合开关,观察到灯泡L1(3.8 V 0.4 A)和L2(2.5 V 0.3 A)不发光,电流表示数为0。
题型二 实验探究题
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(3)排查故障:在不拆开导线且开关闭合的情况下,用图乙所示的电压表进行检测,将鳄鱼夹 b (填“a”或“b”)接电源“+”极,另一鳄鱼夹先后夹在E、G接线柱上,电压表前后两次的指针位置都如图丙所示,其示数为 6 V。
解析:(3)闭合开关,观察到灯泡L1(3.8 V 0.4 A)和L2(2.5 V 0.3 A)不发光,电流表示数为0,说明电路是断路;根据电压表使用时电流从正接线柱流入,故b接电源正极;根据电压表用的是0~15 V量程,分度值为0.5 V,示数为6 V。
b
6
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(4)作出猜想:
猜想一:由于灯泡不发光,电压表示数不为0,L1断路,L2短路。
猜想二:由于电流表示数为0,电压表示数不为0,L1断路,L2无故障。
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(5)验证猜想:取下L1,换上完好的灯泡L3(3.8 V 0.4 A),观察到L3发光,L2仍然不发光。由此可知, 猜想一 (填“猜想一”或“猜想二”)正确。
解析:(5)验证猜想:取下L1,换上完好的灯泡L3(3.8 V 0.4 A),观察到L3发光,说明此时电路是通路,L2仍然不发光,则L2短路。故猜想一正确。
猜想一
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(6)继续实验:
①排除故障后,闭合开关,移动滑片P,多次进行实验。某次(记为第一次)实验三个电流表示数如图。
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②为得到串联电路中电流的特点,设计记录实验数据的表格,并将第一次实验的数据填入表格中。
解析:(6)根据图中三个电流表都是小量程,指针位置相同,故电流相等,都是0.5 A;根据需要,测量三处的电流,且多次测量,表格如下:
序号 A1的示数/A A2的示数/A A3的示数/A
1 0.5 0.5 0.5
2
3
4
见解析表格
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