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一、物理实验题的意义
物理学是一门以实验为基础的学科.物理学的研究方法通常是在观察和实验的基础上,对物理现象进行分析、抽象概括和总结,从而建立物理的概念和原理.
因此,实验题是最能考查同学们对物理学科的学习能力的一种题型.它不仅能反映同学们的观察能力、动手动脑能力,而且还能反映同学们对物理概念和物理规律的理解程度,更重要的是它能再现同学们的情感、态度、价值观,所以实验题是每年中考试题中重要的题型之一,在一份试卷中所占比例越来越高,如2009年江苏省中考物理试题,实验题占约45%的分值.随着新课改的深入,实验题不仅在深度与广度上增加了,而且逐渐实现了从知识型到能力型的过渡,要特别注重做实验与背实验的区别,注重实验的过程性与操作性方面的考核.
二、物理实验题的类型
1.测量型实验题:分直接测量型和间接测量型两种.
直接测量型实验题主要考查各种常见仪器的使用和读数.正确使用常规测量工具是重点,中考试题中常涉及此类题.
间接测量型实验题主要是初中物理课程中几个重点实验,如对密度、浮力、机械效率、大气压、电阻、电功率等的测量,特别是“测定小灯泡的电功率”为每年所必考.
2.探究型实验题:此题型的素材背景通常从同学们比较熟知的自然、生活中的一些现象,抽象出与教材联系较紧密的问题,针对这些问题设置实验题,用于考查同学们灵活应用教材中所呈现的各种实验原理、思想与方法的能力.
3.设计型实验题:要求同学们自行设计实验方案,以考查同学们的综合运用能力、创新能力和独立解决问题的能力.这类题的特点具有基础性、开放性,贴近生产、生活,对同学们的知识迁移和运用能力的要求也较高.
4.开放型实验题:特点是题设条件不确定,解题方法多样化,答案不唯一.在考查同学们实验能力的同时,还考查其创新能力和发散思维能力.
三、典型试题解析
例1用托盘天平测量铜块质量时,应将天平放在桌面上,游码移到标尺的零刻度处,若天平的指针静止在图1甲所示位置,则可将平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节,使天平平衡.测量中,当右盘所加砝码和游码位置如图乙所示时天平平衡,则该铜块的质量为g.
解析此题属直接测量型实验题,考查的是质量测量工具天平的调节与使用.其中包括了怎样放置天平、如何判断横梁平衡及调节横梁平衡的做法,以及测量结果的计数.(水平右52.4g)
例2如图2所示,弹簧测力计的量程是,分度值是,挂在弹簧测力计下的鲤鱼所受到的重力是N.
解析本题考查的是弹簧测力计的分度值和读数等问题.(0～5N0.2N2.2N)
说明此类型对能力要求不高,但要求对仪器的构造、测量原理、计数方法、量程、分度值,以及使用和操作方法有较高的熟练程度.在初中物理中这类仪器不太多,主要包括:温度计、量筒(量杯)、天平、弹簧测力计、刻度尺、秒表、电阻箱、电流表、电压表、电能表等,平时多练习使用即可.
例3小丽做测量小灯泡电功率的实验(小灯泡标有“2.5V”字样).
(1)如图3甲所示,小丽所接的实验电路存在连接错误,但只需改动一根导线,即可使电路连接正确.请你在应改动的导线上打“×”,并用笔画线代替导线画出正确的接法.
(2)电路连接正确后,闭合开关,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
(3)实验过程中,当电压表示数为V时,小灯泡达到额定功率,此时电流表的示数如图3乙所示,其值为A,小灯泡的额定功率为W.
解析此题属间接测量型实验题.考查点有:(1)测量小灯泡电功率的原理和电路连接;(2)操作过程中现象判断与故障排除;(3)实验数据采集与处理.(图略C2.50.240.6)
说明从本实验题可看出,做实验与不做实验是不同的,要求同学们在做实验时要认真观察,对发现的每一个细节现象,都要主动思考探究,才能将理论与实践结合起来,并能促进对知识的深度理解.如第(2)条,如果简单认为小灯泡不亮就是小灯泡坏了,需更换小灯泡,显然错了.再仔细分析,电流表有示数,则说明电路是通路,所以小灯泡肯定没有坏,应选C.
例4下面是小芳为了“测量小铁块密度ρ铁”所设计实验的部分方案.
实验器材:弹簧测力计(分度值0.2N,量程0～5N)、小铁块(约10cm3)、细线、烧杯、水.
实验步骤:①测量前将弹簧测力计的指针对准零刻度线;②将小铁块浸没于水中,读出弹簧测力计示数值F1;③从水中移出小铁块,读出弹簧测力计的示数值F2;④再做一次实验,将两次测得的数据填入表中(略);⑤用ρ铁=ρ水F2/(F2-F1)计算出小铁块的密度.
按照实验方案,小芳进行了实验.请你回答:
(1)小铁块受到的浮力的表达式:F浮=
.
(2)实验中弹簧测力计的示数值F2等于铁块重力的原理是.
(3)请对小芳的实验方案的不足之处作出两点评价:
a.;
b..
解析本题是测量小铁块密度的实验题.但所用的方法与常规方法不同,而是结合测浮力的方法来间接测定密度,所以要求同学不仅知道测定密度的基本原理,还要会灵活运用测浮力的方法,把需要测量的小铁块质量和体积都间接测量并计算出,才能测出小铁块的密度.另外,在测量操作过程中,还要注意测量工具的可操作性,这对同学的实验操作能力与对实验的认知能力要求较高.(F2-F1二力平衡的条件a.实验步骤②③造成实验误差增大.b.小铁块体积较小,两次弹簧测力计的示数差值较小,实验可行性差.)
说明间接测量型实验题考查的主要内容有:(1)实验原理、方法与步骤;(2)实验器材安装、电路连接,以及量程和分度的选择等;(3)实验操作过程中现象分析与故障排除等;(4)实验数据采集与处理分析;(5)实验方案、操作方法等过程评价.复习时不仅要对重点实验重点做,而且与该实验有联系的演示、测量、探究等随堂的小实验,也要综合进行复习.
例5利用身边常见的物品,做一些小实验是我们学习、研究物理的好方法,也是一种创新.请你用图4所示的塑料吸管和激光笔,从肯定与否定两方面分别设计一个实验方案,探究光在空气中是沿直线传播的.
(1)肯定:探究光在空气中是沿直线传播的.
(2)否定:探究光在空气中不可能是沿曲线传播的.
解析本题属设计型实验题.本题利用同学们身边的物品,进行探究性小实验设计,着重考查同学们的创新能力、实验探究方案设计能力和语言表达能力.该实验的关键是如何确定光传播路径是否为直线,具体方案如:(1)将塑料吸管和激光笔放在同一条直线上,将激光笔从吸管的一端照射,在另一端用手看能否接收到光斑;(2)将吸管在伸缩节处弯曲成任意的角度,将激光笔从吸管的一端照射,在弯曲端用手看能否接收到光斑.
说明物理实验方案设计首先要根据实验器材,来确定实验原理,然后制定实验步骤和具体做法.另外,设计方案时,要注意多次实验才能得出具有普遍意义的结论.这种题型能反映出同学的实验综合素质.
例6我们知道,许多物理实验要求在水平面上进行.请你应用不同的物理知识,设计两个简易实验,判断某狭长的直轨道是否水平,并完成下表.
解析本题属开放性试题,有多种答案.例:利用连通器原理;利用水平面总跟重力方向相垂直的原理;利用力的平衡原理等.
说明求解开放性实验题,需要同学们在日常生活中做个有心人,多思考、多做实验,试着从不同角度、用不同的方法去解决相同的问题,了解事物的内涵,提高自己的创新能力、思维发散能力.
四、类题精编
1.如图5(a)为人们常用的体温计,它是根据液体的性质制成的.体温计上部为三棱柱体,其一棱为半圆柱形,截面如图(b)所示.半圆柱形构造的作用相当于镜,能起到作用.图5(a)所示体温计的示数为℃.
2.小明同学利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值.实验步骤如下:
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽堵住注射器的小孔,这样做的目的是.
(2)如图6所示,用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞时,记下弹簧测力计的示数为8.2N.
(3)用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为cm,计算得到活塞的横截面积为cm2.
(4)计算得到大气压强的数值为Pa.
(5)小明了解到班内同学的实验误差普遍很大,有的偏大,有的偏小.请分析,该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
;
.
3.小芳同学观察到许多建筑材料的截面多是V型或U型,这引起了她的好奇心.
提出问题:物体承受的压力与那些因素有关?
猜想与假设:
猜想一:物体承受的压力与物体的形状有关.
猜想二:物体承受的压力与物体的材料有关.
于是小芳利用如图7所示的装置,选取了纸条、细线、火柴盒和若干火柴棒,对猜想一进行实验探究.
进行实验与收集数据:
(1)选取材料和长、宽、厚相同的纸条若干.
(2)将一张纸条折成V型,放在装置上,在纸条两端距中点(支点)相同距离处,各挂一相同的火柴盒,在两端火柴盒逐渐增加数量的火柴棒,直到纸条被压弯为止,记录一端火柴盒中火柴棒的根数.
(3)将纸条折成U型或圆弧形,重复步骤(2).
(4)更换纸条将以上实验再做两次.
分析与论证:分析实验数据,可以得出的结论是(写出一条即可).
交流与合作:
①生产、生活和建筑中利用物体形状影响其承受压力的事例很多,如巨大的铁桥中多处使用了V型钢材.请你举出一个利用V型或圆形结构的实例.
②若要探究猜想二,实验中应使所选物体的和相同.
4.如图8所示,透明玻璃瓶内有一细棉线,细线下端系有一个泡沫塑料小球.请你设计一个实验,在不打开瓶盖和不损坏玻璃瓶的情况下,使瓶内的细棉线断掉.(器材可根据需要自选)
参考答案
1.热胀冷缩凸透镜放大26.5℃
2.(1)使注射器筒内没有空气(2)刚开始滑动(相对于注射器筒)或刚刚不动(相对于地面)(3)60.75(4)1.1×105(5)橡皮帽漏气筒内没有完全排尽空气活塞与注射器筒间不完全密封活塞与注射器筒间有摩擦弹簧测力计的示数不稳定或不准确等
3.相同完全相同的纸条,圆弧形承受的压力最大(或物体承受的压力与形状有关)①V型:角钢厂房屋架塔吊支架
圆弧形:隧道顶桥洞拱形桥②形状长宽厚
4.实验方法:用凸透镜将太阳光会聚到瓶中棉线上实验原理:凸透镜对光有会聚作用
物理学是一门以实验为基础的学科.物理学的研究方法通常是在观察和实验的基础上,对物理现象进行分析、抽象概括和总结,从而建立物理的概念和原理.
因此,实验题是最能考查同学们对物理学科的学习能力的一种题型.它不仅能反映同学们的观察能力、动手动脑能力,而且还能反映同学们对物理概念和物理规律的理解程度,更重要的是它能再现同学们的情感、态度、价值观,所以实验题是每年中考试题中重要的题型之一,在一份试卷中所占比例越来越高,如2009年江苏省中考物理试题,实验题占约45%的分值.随着新课改的深入,实验题不仅在深度与广度上增加了,而且逐渐实现了从知识型到能力型的过渡,要特别注重做实验与背实验的区别,注重实验的过程性与操作性方面的考核.
二、物理实验题的类型
1.测量型实验题:分直接测量型和间接测量型两种.
直接测量型实验题主要考查各种常见仪器的使用和读数.正确使用常规测量工具是重点,中考试题中常涉及此类题.
间接测量型实验题主要是初中物理课程中几个重点实验,如对密度、浮力、机械效率、大气压、电阻、电功率等的测量,特别是“测定小灯泡的电功率”为每年所必考.
2.探究型实验题:此题型的素材背景通常从同学们比较熟知的自然、生活中的一些现象,抽象出与教材联系较紧密的问题,针对这些问题设置实验题,用于考查同学们灵活应用教材中所呈现的各种实验原理、思想与方法的能力.
3.设计型实验题:要求同学们自行设计实验方案,以考查同学们的综合运用能力、创新能力和独立解决问题的能力.这类题的特点具有基础性、开放性,贴近生产、生活,对同学们的知识迁移和运用能力的要求也较高.
4.开放型实验题:特点是题设条件不确定,解题方法多样化,答案不唯一.在考查同学们实验能力的同时,还考查其创新能力和发散思维能力.
三、典型试题解析
例1用托盘天平测量铜块质量时,应将天平放在桌面上,游码移到标尺的零刻度处,若天平的指针静止在图1甲所示位置,则可将平衡螺母向(选填“左”或“右”)调节,使天平平衡.测量中,当右盘所加砝码和游码位置如图乙所示时天平平衡,则该铜块的质量为g.
解析此题属直接测量型实验题,考查的是质量测量工具天平的调节与使用.其中包括了怎样放置天平、如何判断横梁平衡及调节横梁平衡的做法,以及测量结果的计数.(水平右52.4g)
例2如图2所示,弹簧测力计的量程是,分度值是,挂在弹簧测力计下的鲤鱼所受到的重力是N.
解析本题考查的是弹簧测力计的分度值和读数等问题.(0～5N0.2N2.2N)
说明此类型对能力要求不高,但要求对仪器的构造、测量原理、计数方法、量程、分度值,以及使用和操作方法有较高的熟练程度.在初中物理中这类仪器不太多,主要包括:温度计、量筒(量杯)、天平、弹簧测力计、刻度尺、秒表、电阻箱、电流表、电压表、电能表等,平时多练习使用即可.
例3小丽做测量小灯泡电功率的实验(小灯泡标有“2.5V”字样).
(1)如图3甲所示,小丽所接的实验电路存在连接错误,但只需改动一根导线,即可使电路连接正确.请你在应改动的导线上打“×”,并用笔画线代替导线画出正确的接法.
(2)电路连接正确后,闭合开关,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
(3)实验过程中,当电压表示数为V时,小灯泡达到额定功率,此时电流表的示数如图3乙所示,其值为A,小灯泡的额定功率为W.
解析此题属间接测量型实验题.考查点有:(1)测量小灯泡电功率的原理和电路连接;(2)操作过程中现象判断与故障排除;(3)实验数据采集与处理.(图略C2.50.240.6)
说明从本实验题可看出,做实验与不做实验是不同的,要求同学们在做实验时要认真观察,对发现的每一个细节现象,都要主动思考探究,才能将理论与实践结合起来,并能促进对知识的深度理解.如第(2)条,如果简单认为小灯泡不亮就是小灯泡坏了,需更换小灯泡,显然错了.再仔细分析,电流表有示数,则说明电路是通路,所以小灯泡肯定没有坏,应选C.
例4下面是小芳为了“测量小铁块密度ρ铁”所设计实验的部分方案.
实验器材:弹簧测力计(分度值0.2N,量程0～5N)、小铁块(约10cm3)、细线、烧杯、水.
实验步骤:①测量前将弹簧测力计的指针对准零刻度线;②将小铁块浸没于水中,读出弹簧测力计示数值F1;③从水中移出小铁块,读出弹簧测力计的示数值F2;④再做一次实验,将两次测得的数据填入表中(略);⑤用ρ铁=ρ水F2/(F2-F1)计算出小铁块的密度.
按照实验方案,小芳进行了实验.请你回答:
(1)小铁块受到的浮力的表达式:F浮=
.
(2)实验中弹簧测力计的示数值F2等于铁块重力的原理是.
(3)请对小芳的实验方案的不足之处作出两点评价:
a.;
b..
解析本题是测量小铁块密度的实验题.但所用的方法与常规方法不同,而是结合测浮力的方法来间接测定密度,所以要求同学不仅知道测定密度的基本原理,还要会灵活运用测浮力的方法,把需要测量的小铁块质量和体积都间接测量并计算出,才能测出小铁块的密度.另外,在测量操作过程中,还要注意测量工具的可操作性,这对同学的实验操作能力与对实验的认知能力要求较高.(F2-F1二力平衡的条件a.实验步骤②③造成实验误差增大.b.小铁块体积较小,两次弹簧测力计的示数差值较小,实验可行性差.)
说明间接测量型实验题考查的主要内容有:(1)实验原理、方法与步骤;(2)实验器材安装、电路连接,以及量程和分度的选择等;(3)实验操作过程中现象分析与故障排除等;(4)实验数据采集与处理分析;(5)实验方案、操作方法等过程评价.复习时不仅要对重点实验重点做,而且与该实验有联系的演示、测量、探究等随堂的小实验,也要综合进行复习.
例5利用身边常见的物品,做一些小实验是我们学习、研究物理的好方法,也是一种创新.请你用图4所示的塑料吸管和激光笔,从肯定与否定两方面分别设计一个实验方案,探究光在空气中是沿直线传播的.
(1)肯定:探究光在空气中是沿直线传播的.
(2)否定:探究光在空气中不可能是沿曲线传播的.
解析本题属设计型实验题.本题利用同学们身边的物品,进行探究性小实验设计,着重考查同学们的创新能力、实验探究方案设计能力和语言表达能力.该实验的关键是如何确定光传播路径是否为直线,具体方案如:(1)将塑料吸管和激光笔放在同一条直线上,将激光笔从吸管的一端照射,在另一端用手看能否接收到光斑;(2)将吸管在伸缩节处弯曲成任意的角度,将激光笔从吸管的一端照射,在弯曲端用手看能否接收到光斑.
说明物理实验方案设计首先要根据实验器材,来确定实验原理,然后制定实验步骤和具体做法.另外,设计方案时,要注意多次实验才能得出具有普遍意义的结论.这种题型能反映出同学的实验综合素质.
例6我们知道,许多物理实验要求在水平面上进行.请你应用不同的物理知识,设计两个简易实验,判断某狭长的直轨道是否水平,并完成下表.
解析本题属开放性试题,有多种答案.例:利用连通器原理;利用水平面总跟重力方向相垂直的原理;利用力的平衡原理等.
说明求解开放性实验题,需要同学们在日常生活中做个有心人,多思考、多做实验,试着从不同角度、用不同的方法去解决相同的问题,了解事物的内涵,提高自己的创新能力、思维发散能力.
四、类题精编
1.如图5(a)为人们常用的体温计,它是根据液体的性质制成的.体温计上部为三棱柱体,其一棱为半圆柱形,截面如图(b)所示.半圆柱形构造的作用相当于镜,能起到作用.图5(a)所示体温计的示数为℃.
2.小明同学利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值.实验步骤如下:
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端,然后用橡皮帽堵住注射器的小孔,这样做的目的是.
(2)如图6所示,用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部,使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连,然后水平向右慢慢拉动注射器筒,当注射器中的活塞时,记下弹簧测力计的示数为8.2N.
(3)用刻度尺测出注射器的全部刻度的长度为cm,计算得到活塞的横截面积为cm2.
(4)计算得到大气压强的数值为Pa.
(5)小明了解到班内同学的实验误差普遍很大,有的偏大,有的偏小.请分析,该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
;
.
3.小芳同学观察到许多建筑材料的截面多是V型或U型,这引起了她的好奇心.
提出问题:物体承受的压力与那些因素有关?
猜想与假设:
猜想一:物体承受的压力与物体的形状有关.
猜想二:物体承受的压力与物体的材料有关.
于是小芳利用如图7所示的装置,选取了纸条、细线、火柴盒和若干火柴棒,对猜想一进行实验探究.
进行实验与收集数据:
(1)选取材料和长、宽、厚相同的纸条若干.
(2)将一张纸条折成V型,放在装置上,在纸条两端距中点(支点)相同距离处,各挂一相同的火柴盒,在两端火柴盒逐渐增加数量的火柴棒,直到纸条被压弯为止,记录一端火柴盒中火柴棒的根数.
(3)将纸条折成U型或圆弧形,重复步骤(2).
(4)更换纸条将以上实验再做两次.
分析与论证:分析实验数据,可以得出的结论是(写出一条即可).
交流与合作:
①生产、生活和建筑中利用物体形状影响其承受压力的事例很多,如巨大的铁桥中多处使用了V型钢材.请你举出一个利用V型或圆形结构的实例.
②若要探究猜想二,实验中应使所选物体的和相同.
4.如图8所示,透明玻璃瓶内有一细棉线,细线下端系有一个泡沫塑料小球.请你设计一个实验,在不打开瓶盖和不损坏玻璃瓶的情况下,使瓶内的细棉线断掉.(器材可根据需要自选)
参考答案
1.热胀冷缩凸透镜放大26.5℃
2.(1)使注射器筒内没有空气(2)刚开始滑动(相对于注射器筒)或刚刚不动(相对于地面)(3)60.75(4)1.1×105(5)橡皮帽漏气筒内没有完全排尽空气活塞与注射器筒间不完全密封活塞与注射器筒间有摩擦弹簧测力计的示数不稳定或不准确等
3.相同完全相同的纸条,圆弧形承受的压力最大(或物体承受的压力与形状有关)①V型:角钢厂房屋架塔吊支架
圆弧形:隧道顶桥洞拱形桥②形状长宽厚
4.实验方法:用凸透镜将太阳光会聚到瓶中棉线上实验原理:凸透镜对光有会聚作用