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一、 评价实验器材的选择是否适当
1. 所测物理量的值是否太小,是否小于测量器材的分度值.
例1小军同学探究浮力的大小是否与液体的密度有关,他选取的器材有:一个重8N、体积0.3dm3的铝块、弹簧测力计(量程是10N、分度值是0.2N)、盐水和水(ρ盐水=1.01×103kg/m3).(1) 写出他实验的具体方法.(2) 计算说明他选取的液体(或者测力计量程)是否合适.(g取10N/kg)
解析(1) ① 将铝块挂在弹簧测力计下,并将铝块浸没在水中,读出此时弹簧测力计的读数为F1;② 将铝块挂在弹簧测力计下,并将铝块浸没在盐水中,读出此时弹簧测力计的读数为F2;③ 比较F1、F2的大小,若F1等于F2,则说明浮力大小与液体密度无关,若F1不等于F2,则说明浮力大小与液体密度有关.(2) 铝块浸没在盐水中受到的浮力:F浮=G排1 =ρ1gV1=1.01×103kg/m3×10N/kg×0.3×10-3m3=3.03N,弹簧测力计的读数F1=G-F浮=8N-3.03N=4.97N;铝块浸没在水中受到的浮力:F浮2=G排2=ρ2gV2=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3×10-3m3=3N,弹簧测力计的读数F2=G-F浮=8N-3 N=5N;弹簧测力计在两种液体中的读数之差为:ΔF=F1-F2=5N-4.97N=0.03N,弹簧测力计在两种液体中的读数差距小于分度值,所以选取这两种液体比较“浮力的大小是否与液体的密度有关”不合适.
点评本题考查同学们对实验器材是否适合实验、是否能顺利完成实验的评价能力.本实验的改进方法有:(1) 选择密度相差较大的两种液体.(2) 增大铝块的体积,使ΔF大于分度值.
2. 所测物理量的值是否太大,是否大于测量器材的量程.
例2在家庭实验室中,小明想用一个吸盘、一个弹簧测力计和一个光滑的玻璃餐桌来测量大气压强.已知吸盘的面积为12cm2,弹簧测力计的量程为15N,当地的大气压强约为105Pa.你认为小明的实验方法可行吗?请通过计算,分析小明能否完成对大气压强的测量.
解析大气压对吸盘的压力为F=ps=105Pa×12×10-4m2=120N.弹簧测力计的量程为15N小于120N.不能完成对大气压强的测量.
二、 评价是否进行了多次实验
例3用如图1所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升.
(1) 实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为%.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:.
(2) 为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论?答: ;请简要说明两条理由:①;② .
解析(1) 从图中可以看出,测力计的示数为0.5N;根据机械效率的公式可以算出杠杆的机械效率为66.7%;由于使用杠杆时需要克服杠杆自重(克服摩擦力)等做功这是使用该杠杆做额外功的原因:
(2) 不能根据表中数据,得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论,因为两次实验时钩码没有挂在同一位置,而且仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的,应进行多次实验,从而使得出的实验结论更具有普遍性.
三、 评价实验数据是否合理
评价反思实验的数据是否合理,不合理的原因是什么,从而找出解决问题的方法.
例4在“测定滑轮组机械效率”的实验中,为了比较滑轮组在不同使用情况下的机械效率,需要对不同装置的滑轮组效率进行测量(每个滑轮质量相等).下表是某次实验所记录的数据.
(1) 表格中的数据有两处错误,请在表中的错处打上“×”,并说明你判断的依据.
(2) 小明认为图2乙中所用的拉力比图甲中的小,所以图2乙中的滑轮组机械效率高.你同意他的观点吗?请你利用所学的物理知识进行评价.
解析任何机械的机械效率不可能大于100%,所以甲的机械效率为109%是不可能的.同时,根据滑轮组的组装情况及实际情况,图甲中拉力的大小应该大于物体重力的1/3,即比1.6N还要大,而表中拉力只有1.5N,所以1.5N这个数据也是错误的.另外,机械效率的大小与做功情况有关,与使用机械时的省力情况无关.
所以,答案为:(1) 在“1.5”和“109%”上打“×”.(2) 小明的观点错误.有用功与总功的比值越大,机械效率越高.兩图中如将物体提升相同的高度,则机械所做的有用功相同.但此过程中,图乙中由于有两个动滑轮,所以、图乙中额外功比图甲的大,所以图甲的滑轮组机械效率高.
点评对机械效率和拉力大小有一个定性的了解,有助于在表格中尽快地找到错误数据.
四、 评价实验方案是否具有可操作性
例5为了测定木块所受到的滑动摩擦力,两个实验小组分别设计了如图3甲、乙两种实验方案(实验中不计弹簧测力计的重力).
甲方案:如图甲所示,将木板放在水平实验桌面上, 用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,沿木板方向水平拉木板,使木板在木块下面滑动.
乙方案:如图乙所示,在水平实验桌面上将木板用线拉住,通过弹簧测力计沿木板方向水平拉木块,使木块在木板上面匀速滑动.
请你对上述两种方案作出评价:
解析(1) 从实验操作方面考虑:甲方案中水平拉动木板时不一定要匀速;乙方案中水平拉动木块时一定要匀速.所以,甲方案容易操作.(2) 从弹簧测力计读数方面考虑:甲方案容易读准示数.
例6在探究“电流与电压关系”的实验中,同学们进行了交流与合作.同学们在交流中提出甲、乙两个探究思路,请对这两个探究思路进行评估.
甲探究方案:可以通过改变串联电池的个数,来改变定值电阻两端的电压值.
乙探究方案:可以通过改变滑动变阻器的阻值大小,来调节定值电阻两端的电压值.
解析(1) 从操作方面评估:甲电路虽然简单,但需要改变电池个数,操作不便;乙电路不需要拆装电路,操作简便. (2) 从安全方面评估:甲电路电压成倍数变化,容易烧坏电源或电流表;乙电路有滑动变阻器,能起到保护电路的作用. (3) 从收集数据方面评估:甲电路不能选取任意数据,结论存在特殊性;乙电路可以选取任意数据,结论具有普遍性.
五、 评价实验是否需要控制变量
例7小华和小红合作研究压力的作用效果与受压面积的关系,小红的办法是请两个老师,让一个老师穿上平底鞋,另一个老师穿上高跟鞋在泥地上行走,观察她们的脚印深浅.高跟鞋与地面接触面积小,如果她的脚印深,就能说明受压面积越小,压力作用效果越明显.你认为小红的方法合理吗?你能想到更好的方法吗?
解析要研究压力的作用效果与受压面积的关系,必须控制对受压面的压力相同,两位老师虽然一个穿平底鞋,另一个穿高跟鞋,但两位老师的体重不一定相同,因此,她们对地面的压力就不一定相同,小红的方法不合理.
所以,答案为:小红的方法不合理.要研究压力的作用效果与受压面积的关系,要保持压力一定,应该让同一个老师第一次穿平底鞋在泥地上行走,第二次穿高跟鞋在同样的泥地上行走,观察两次脚印的深浅,即可得出结论.
点评该题对探究方案的严密性、实验结论的可靠性进行评估,并针对问题提出改进意见.变量控制得是否合理,能否达到实验的目的,这也是我们要考量的问题.
当然,上述每一点的评价不是孤立的,在有的题目中会同时用到上面两个或多个评价方法.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
1. 所测物理量的值是否太小,是否小于测量器材的分度值.
例1小军同学探究浮力的大小是否与液体的密度有关,他选取的器材有:一个重8N、体积0.3dm3的铝块、弹簧测力计(量程是10N、分度值是0.2N)、盐水和水(ρ盐水=1.01×103kg/m3).(1) 写出他实验的具体方法.(2) 计算说明他选取的液体(或者测力计量程)是否合适.(g取10N/kg)
解析(1) ① 将铝块挂在弹簧测力计下,并将铝块浸没在水中,读出此时弹簧测力计的读数为F1;② 将铝块挂在弹簧测力计下,并将铝块浸没在盐水中,读出此时弹簧测力计的读数为F2;③ 比较F1、F2的大小,若F1等于F2,则说明浮力大小与液体密度无关,若F1不等于F2,则说明浮力大小与液体密度有关.(2) 铝块浸没在盐水中受到的浮力:F浮=G排1 =ρ1gV1=1.01×103kg/m3×10N/kg×0.3×10-3m3=3.03N,弹簧测力计的读数F1=G-F浮=8N-3.03N=4.97N;铝块浸没在水中受到的浮力:F浮2=G排2=ρ2gV2=1.0×103kg/m3×10N/kg×0.3×10-3m3=3N,弹簧测力计的读数F2=G-F浮=8N-3 N=5N;弹簧测力计在两种液体中的读数之差为:ΔF=F1-F2=5N-4.97N=0.03N,弹簧测力计在两种液体中的读数差距小于分度值,所以选取这两种液体比较“浮力的大小是否与液体的密度有关”不合适.
点评本题考查同学们对实验器材是否适合实验、是否能顺利完成实验的评价能力.本实验的改进方法有:(1) 选择密度相差较大的两种液体.(2) 增大铝块的体积,使ΔF大于分度值.
2. 所测物理量的值是否太大,是否大于测量器材的量程.
例2在家庭实验室中,小明想用一个吸盘、一个弹簧测力计和一个光滑的玻璃餐桌来测量大气压强.已知吸盘的面积为12cm2,弹簧测力计的量程为15N,当地的大气压强约为105Pa.你认为小明的实验方法可行吗?请通过计算,分析小明能否完成对大气压强的测量.
解析大气压对吸盘的压力为F=ps=105Pa×12×10-4m2=120N.弹簧测力计的量程为15N小于120N.不能完成对大气压强的测量.
二、 评价是否进行了多次实验
例3用如图1所示的实验装置测量杠杆的机械效率.实验时,竖直向上匀速拉动弹簧测力计,使挂在较长杠杆下面的钩码缓缓上升.
(1) 实验中,将杠杆拉至图中虚线位置,测力计的示数F为N,钩码总重G为1.0N,钩码上升高度h为0.1m,测力计移动距离s为0.3m,则杠杆的机械效率为%.请写出使用该杠杆做额外功的一个原因:.
(2) 为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关,一位同学用该实验装置,先后将钩码挂在A、B两点,测量并计算得到下表所示的两组数据:
根据表中数据,能否得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论?答: ;请简要说明两条理由:①;② .
解析(1) 从图中可以看出,测力计的示数为0.5N;根据机械效率的公式可以算出杠杆的机械效率为66.7%;由于使用杠杆时需要克服杠杆自重(克服摩擦力)等做功这是使用该杠杆做额外功的原因:
(2) 不能根据表中数据,得出“杠杆的机械效率与所挂钩码的重有关,钩码越重其效率越高”的结论,因为两次实验时钩码没有挂在同一位置,而且仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的,应进行多次实验,从而使得出的实验结论更具有普遍性.
三、 评价实验数据是否合理
评价反思实验的数据是否合理,不合理的原因是什么,从而找出解决问题的方法.
例4在“测定滑轮组机械效率”的实验中,为了比较滑轮组在不同使用情况下的机械效率,需要对不同装置的滑轮组效率进行测量(每个滑轮质量相等).下表是某次实验所记录的数据.
(1) 表格中的数据有两处错误,请在表中的错处打上“×”,并说明你判断的依据.
(2) 小明认为图2乙中所用的拉力比图甲中的小,所以图2乙中的滑轮组机械效率高.你同意他的观点吗?请你利用所学的物理知识进行评价.
解析任何机械的机械效率不可能大于100%,所以甲的机械效率为109%是不可能的.同时,根据滑轮组的组装情况及实际情况,图甲中拉力的大小应该大于物体重力的1/3,即比1.6N还要大,而表中拉力只有1.5N,所以1.5N这个数据也是错误的.另外,机械效率的大小与做功情况有关,与使用机械时的省力情况无关.
所以,答案为:(1) 在“1.5”和“109%”上打“×”.(2) 小明的观点错误.有用功与总功的比值越大,机械效率越高.兩图中如将物体提升相同的高度,则机械所做的有用功相同.但此过程中,图乙中由于有两个动滑轮,所以、图乙中额外功比图甲的大,所以图甲的滑轮组机械效率高.
点评对机械效率和拉力大小有一个定性的了解,有助于在表格中尽快地找到错误数据.
四、 评价实验方案是否具有可操作性
例5为了测定木块所受到的滑动摩擦力,两个实验小组分别设计了如图3甲、乙两种实验方案(实验中不计弹簧测力计的重力).
甲方案:如图甲所示,将木板放在水平实验桌面上, 用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,沿木板方向水平拉木板,使木板在木块下面滑动.
乙方案:如图乙所示,在水平实验桌面上将木板用线拉住,通过弹簧测力计沿木板方向水平拉木块,使木块在木板上面匀速滑动.
请你对上述两种方案作出评价:
解析(1) 从实验操作方面考虑:甲方案中水平拉动木板时不一定要匀速;乙方案中水平拉动木块时一定要匀速.所以,甲方案容易操作.(2) 从弹簧测力计读数方面考虑:甲方案容易读准示数.
例6在探究“电流与电压关系”的实验中,同学们进行了交流与合作.同学们在交流中提出甲、乙两个探究思路,请对这两个探究思路进行评估.
甲探究方案:可以通过改变串联电池的个数,来改变定值电阻两端的电压值.
乙探究方案:可以通过改变滑动变阻器的阻值大小,来调节定值电阻两端的电压值.
解析(1) 从操作方面评估:甲电路虽然简单,但需要改变电池个数,操作不便;乙电路不需要拆装电路,操作简便. (2) 从安全方面评估:甲电路电压成倍数变化,容易烧坏电源或电流表;乙电路有滑动变阻器,能起到保护电路的作用. (3) 从收集数据方面评估:甲电路不能选取任意数据,结论存在特殊性;乙电路可以选取任意数据,结论具有普遍性.
五、 评价实验是否需要控制变量
例7小华和小红合作研究压力的作用效果与受压面积的关系,小红的办法是请两个老师,让一个老师穿上平底鞋,另一个老师穿上高跟鞋在泥地上行走,观察她们的脚印深浅.高跟鞋与地面接触面积小,如果她的脚印深,就能说明受压面积越小,压力作用效果越明显.你认为小红的方法合理吗?你能想到更好的方法吗?
解析要研究压力的作用效果与受压面积的关系,必须控制对受压面的压力相同,两位老师虽然一个穿平底鞋,另一个穿高跟鞋,但两位老师的体重不一定相同,因此,她们对地面的压力就不一定相同,小红的方法不合理.
所以,答案为:小红的方法不合理.要研究压力的作用效果与受压面积的关系,要保持压力一定,应该让同一个老师第一次穿平底鞋在泥地上行走,第二次穿高跟鞋在同样的泥地上行走,观察两次脚印的深浅,即可得出结论.
点评该题对探究方案的严密性、实验结论的可靠性进行评估,并针对问题提出改进意见.变量控制得是否合理,能否达到实验的目的,这也是我们要考量的问题.
当然,上述每一点的评价不是孤立的,在有的题目中会同时用到上面两个或多个评价方法.
注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文