■北桥中学物理教师王秀忠
实验探究题是近几年来上海市物理中考的“常客”,许多同学对此类题目存在不同程度的畏惧心理,感到不知从何处入手。其实这类题的解答也是有一定规律可循的,那就是从物理实验探究的各个环节入手,对实验探究的各种能力和探究过程中蕴含的物理思想方法进行考察。下面,大家一起来看几道例题的解答。
●考查提出问题的能力
【例题】请根据右图所示的情景提出一个与物理知识有关的问题。
【解答】本题较好的答案是:压力的作用效果是否与受力面积大小有关?(或压力的作用效果可能与什么因素有关?)而如果这样提问:为什么要用细线来分割肥皂?(或为什么要在螺母下面加垫片?)意义就不大。
【点评】提出的问题首先应该是科学的,其次必须是有价值的、值得探究的,并且我们应该有能力应用已有的和部分未知的物理知识,结合相关的物理方法予以解决。
●考查猜想与假设的能力
【例题】张亮发现家里用吸盘(如图)挂东西,那么吸盘所能挂的物体重力大小与什么因素有关呢?请你提出一种猜想。
【解答】本题是一道开放性的实验探究题,可以从力的平衡这一点来突破。吸盘重力忽略不计的情况下,物体重力大小等于墙面对吸盘的摩擦力大小,而摩擦力大小与压力大小、接触面的粗糙程度等因素有关。从这一思路出发,可以得出许多猜想:(1)在其他条件相同的情况下,能挂物体重力大小与吸盘内外气压差的大小有关。(2)在其他条件相同的情况下,能挂物体重力大小与接触面粗糙程度有关。
【点评】针对具体的物理现象或问题,通过假设、猜想来探寻解决问题的方法是实验探究时常用的方法。合理而大胆的猜想闪烁着智慧的火花,常常可以在无意中打开解决问题的大门。
●考查设计方案的能力
【例题】晓芸发现琵琶琴弦的音调高低与许多因素有关,她决定对此进行探究,并提出了以下猜想。猜想一:琴弦的音调高低与琴弦的横截面积有关;猜想二:琴弦的音调高低与琴弦的长短有关;猜想三:琴弦的音调高低与琴弦的材料有关。为了验证上述猜想是否正确,她找到了下表所列出的不同规格的琴弦:(1)为了验证猜想一,应选用编号为_________________的琴弦进行实验;(2)为了验证猜想二,应选用编号为_________________的琴弦进行实验;(3)为了验证猜想三,请在表中填上所缺数据。
【解答】这是一道利用控制变量法(用控制变量法探究一个物理量与几个因素的关系时,在每个步骤中,应只让被研究的因素发生改变,而控制其他的几个因素不变)探究“音调高低与哪些因素有关”的实验题,从这一科学方法出发得到本题的答案为:(1)1、2、3;(2)1、4、6;(3)80,1.02。
【点评】设计探究方案是指根据猜想或假设来确定合适的探究方法、实验器材和实验步骤等。探究方案设计的好坏,直接影响到探究步骤是否有序、实验数据是否可靠、实验结论是否正确。
●考查实验操作的能力
【例题】某小组同学做测量小灯泡电功率的实验,小灯泡标有“2.5V”字样。电路连接和操作步骤正确,闭合电键,发现小灯泡不亮,但电流表有示数。接下来应进行的操作是_________。A.更换小灯泡;B.检查电路是否断路;C.移动滑动变阻器滑片,观察小灯泡是否发光。
【解答】有些同学审题不仔细,一看到“小灯不亮”,就考虑是灯泡坏了或电路可能断路了,从而做出了错误的判断。实际上只要认真读题,由“操作步骤正确、电流表有示数”等已知条件结合平时的实验操作经历不难得到本题的正确答案:C。
【点评】在平时的实验探究和操作过程中要注重细节,搞清每一个细小的疑问。要清楚物理探究过程中的实验是在缜密思维指导下有序的动手操作,而不是盲动。
●考查探究过程中的思想方法
【例题】在“探究导体的电流与电压关系”实验中,实验器材:电流表、电压表各1只,导体1段,电键1个,电池若干,导线若干。为得出比较完整的实验结论,还需要的实验材料是________。
【解答】本题初看上去是让我们选器材,所以许多同学根据原有的经验不假思索地认为还需要增加的器材是滑动变阻器,其实在本题中如果要用滑动变阻器的话它的作用是改变导体两端的电压,而这一作用通过改变电池节数的方法同样可以达到。仔细读题的话,不难发现本题所提供的器材中只有一段导体,这样的话实验次数再多也只能得到“某一具体导体,通过它的电流与它两端的电压成正比”的特殊结论,而如果用多个不同阻值的导体分别进行多次实验,通过分析归纳,最后不难得到“同一导体,通过它的电流与它两端的电压成正比”这一普遍性的规律。所以本题的
答案是:几个不同阻值的导体。
【点评】在物理实验探究过程中,物理思想方法比实验器材、步骤等要抽象,也较难把握。本题就考查了我们对“只有通过多个物体分别做多次实验才可能总结出具有普遍性的物理规律”这一物理思想的领会情况。
●考查归纳总结的能力
【例题】小明同学学习了“力”有关知识后,决定探究“风”对纸片作用力的大小。他用电吹风、测力计、迎风面积相同但迎风面形状不同的纸片做了如图(a)、(b)、(c)所示的实验,实验时电吹风的风速相同。请根据实验现象及相关条件,归纳得出初步结论。
【解答】当风速和纸片的迎风面积相同时,纸片的形状不同,风对纸片作用力的大小不同,风对凹形纸片的作用力最大。
【点评】通过探究教材未直接涉及的知识并得出结论是创新能力的重要表现。要应用科学的思维方法,通过分析归纳得出结论。归纳结论时,注意实验结论的表述应简明,要具有严谨的逻辑,如前提不掉、因果不倒等。
●考查评估的能力
【例题】为了测量牛奶的密度,某小组同学设计了两种实验方案:
方案一:
(1)用调节好的天平测出空烧杯的质量m1;
(2)向烧杯中倒入一些牛奶,测出它们的总质量m2;
(3)再将烧杯中的牛奶倒入量筒中,测出牛奶的体积V;
(4)算出牛奶的密度ρ。
方案二:
(1)用已调节平衡的天平测出装有适量牛奶的烧杯的总质量m1;
(2)将烧杯中的一部分牛奶倒入量筒中,记录量筒中牛奶的体积V;
(3)测出烧杯及剩下牛奶的总质量m2;
(4)计算出牛奶的密度ρ。
要求:帮助该小组同学选择一种方案,并说明理由。
【解答】选方案二。因为方案一的第(3)步中,将烧杯中的牛奶倒入量筒时,烧杯内壁会有残留的液滴,使测量出的牛奶体积偏小,增大了实验误差。
【点评】评估也是物理实验探究过程的重要一环,要求我们在平时的实验探究过程中要有评估实验探究方案、探究过程和探究结果的意识,要注重从评估中吸取经验教训。
希望通过上述例题的评析,能对各位同学解答物理实验探究题有所启发,相信你们只要在平时的物理学习过程中勤思多练,一定能总结出更多更好的解答物理实验探究题的方法,同时大家的物理实验探究能力也一定会得到提高。