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从近几年的全国各大省市物理中考试题情况看,创新设计实验与探究型实验所占比例较往年有所增加,而且有向综合化方向发展的趋势,这类试题单纯从一个试题很难界定哪个实验是创新设计实验,哪个是探究型实验。为了更好地把握这两类试题,我结合自己的教学实践作如下分析。
一、创新设计实验
创新设计实验大致可分为:设计实验步骤、设计实验方案、纠错和改进实验设计、开放性实验设计等几大类。
1.设计实验步骤
这类试题主要是根据实验原理来设计实验的操作步骤,其特点是先确定实验原理,根据实验原理决定应该测量哪些物理量,需要哪些器材,如何安排实验步骤,得出什么结论。此类试题考查学生理论联系实际的能力
【例题】
海洋研究人员进行水下探测,当他穿上潜水服没入水中后,受到的浮力跟下潜的深度有没有关系?要求:(1)请采用原理不同的两种方法检验你的答案。(2)写出实验所需器材并简述实验步骤。
【诠释】
此题是一道研究物体浸没在水中时,所受浮力与浸没的深度的关系的科学探究题。这里学生审题不注意时,易错认为是研究物体所受浮力与物体到水底距离的关系,因此审题时要特别认真。题目未给定实验器材,要学生根据其研究的原理,主要是有浮力测定方法,自选器材设计。
【解答】
方法一:两次称重法
器材:弹簧测力计、石块、烧杯、水、细线。
步骤:用弹簧测力计测出石块重G,读出石块浸没在水中不同深度时弹簧测力计的示数F,则石块的浮力F浮=G-F。
方法二:公式法(排液法)
器材:溢水杯、弹簧测力计、小桶、石块、烧杯、水、细线。
步骤:将石块浸没在盛满水的溢水杯中,用弹簧测力计测出石块在不同深度处排入小桶中的水重G排,根据阿基米德原理则石块受到的浮力F浮=G排。
2.设计实验方案
这类试题主要是根据所给器材,案例设计实验方案,其特点是只需要所给器材来构建物理情景,确定原理,完成实验方案,培养学生灵活解决实际问题的能力。
【例题】
小明在他家的苹果园里,用所学知识测量苹果的密度。他所能利用的器材有:自制的弹簧测力计以及盛有水的水桶、塑料水瓢、塑料绳和塑料袋(质量不计).请你写出他有可能采用的实验步骤及苹果密度表达式推导过程。
【诠释】
该题测定苹果密度的情景贴近学生生活,所给的器材是学生常见的日常用品或自制的器材。要测定苹果的密度必须测出苹果的质量和体积,质量可用天平直接测量,也可用测力计通过测量重力间接测量;体积因其形状不规范,可以用排水法测量。而给出的器材只能直接测量苹果的质量,苹果的体积需要间接测量,所以不能用常规的实验方法通过直接测出苹果的m、v,然后根据公式:ρ=■求得苹果的密度。
方法一:用弹簧测力计测出苹果的重力G和浸没在水中时的视重F,求出F浮=G-F,再利用阿基米德原理求出苹果的体积V。则:
m=G/g, V=(G-F)/ρ水g,ρ=m/V=G·ρ水/(G-F)
此法要求ρ物>ρ水,且要完全浸没在水中,利用V物=V排求体积。
方法二:用弹簧测力计测出苹果的重力G,用排水法收集排出的水,再用弹簧测力计测出水的重力G水,则:
m=G/g,V=G水/ρ水g,ρ=m/V=G·ρ水/G水.
3.纠错和改进实验设计
这类试题主要涉及实验器材的组合和实验仪器的使用方面,其特点是在所给的实验设计中,可能有不止一处错误,要求指出错误所在之处,并加以改进,从而考查学生的实验操作能和分辨能力。
【例题】
小斌是一位电工,准备为一房间设计电路。房间内两盏灯计划用并联电路,但房东邓大爷想用串联电路。他认为串联电路既简单又省钱。下面是小斌留给邓大爷的便条。请补充完整,并将图1中的两灯及开关正确连入电路。
【诠释】
本题结合日常生活中的问题,通过纠正错误的想法来考查家庭电路的知识。
4.开放型实验设计
这类试题主要是要求学生根据问题的条件和要求,构思有关的物理情景,其特点是对于同一个问题,可以构思出不同的二五六情景,确定不同的实验原理,选择不同的实验器材,得出不同的表达式,培养同学的求异思维能力,
【例题】
如图2所示,给你一支削好的长铅笔,请用它设计几个物理小实验。
【诠释】
该题贴近学生学习实际,是一道使用学习用具铅笔进行物理小实验的问题。所演示的内容未明确,有一定的开放性,利于学生思维的拓展训练。解答时要注意它是一根已削长铅笔的特点:一端尖、相当一根木棒、可滚动、有重力等。
【解答】
实验一:两手指压铅笔两端,可验证压强与受力面积的关系。
实验二:手压铅笔,手指感到疼痛,可验证力的作用是相互的。
实验三:手握铅笔,使之竖直静止,可验证磨擦力存在或说明二力平衡。
实验四:在光的照射下出现影子,说明的光的直线传播。
实验五:将铅笔横放在手指上,使之水平静止,可找出铅笔的重心位置。
实验六:手平放在水平桌面上滑动与压在铅笔上滑动,说明滚动磨擦比滑动摩擦小。
二、探究型实验
1.力学部分
同一直线上的二力合成、伽利略斜面小车、惯性现象、二力平衡、影响摩擦力的因素、压力作用效果、连通器、大气压强验证、沸点与气压的关系、气体压强和体积的关系、浮力现象、流体的压强、动能、弹性势能、机械能的转化。
【例题】
人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时,伽利略通过如图3甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论:运动着的物体如果不受外力作用,它的速度保持不变,并且一直运动下去。
推理的方法同样可以用在“研究声音的传播”实验中。在如图3乙所示的实验中,现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态,在这种情况下,你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的?
【诠释】本题结合课本的演示实验,考查学生对知识形成过程的理解和掌握情况,重在引导学生要理解知识的来源,体验其形成过程中的科学研究方法、科学态度和科学精神。解答:随着罩内空气的不断抽出,听到铃声越来越弱,可以推理:如果罩内被抽成真空,将不能听到铃声。由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。
2.热光声部分
声音的发生和传播、响度、音调、压缩气体使气体液化、分子运动、分子引力、做功改变物体的内能、内能做功、光的反射、光的折射、平面镜成像、透镜对光线的作用、凸透镜成像。
【例题】照图4那样,在桌面上树立一块玻璃板,把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面,可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像的特点,关键的问题是设法确定像的位置,仔细想想,实验时具体的做法是。这样确定像的位置,凭借的是视觉效果的相同,因而可以说是采用了的科学方法。
【诠释】本题是课本上的演示实验,它同时也是一个研究型实验。主要考查实验的关键步骤和研究的方法。解答:另外拿一支相同的蜡烛在玻璃板后面移动,直到看上去它跟像完全重合等效替换。
3.电学部分
摩擦起电、电荷间的作用、验电器、导体和绝缘体、电流的效应、决定电阻大小的因素、滑动变阻器和电阻箱、电流做功、焦耳定律、家庭电路中电流过大的原因、磁体的的特性、磁化、磁场、奥斯特实验、通电螺线管磁场、电磁感应现象、磁场对电流的作用、直流电动机原理。
【例题】某同学利用如图5所示装置研究磁与电的关系,请仔细观察图5中的装置、操作和现象,然后归纳得出初步结论。比较(a)、(b)两图可知:;比较(b)、(c)两图可知: 。
【诠释】本题是课本上有关演示奥斯特实验的内容。它要求学生根据实验现象来分析得出结论。
【解答】通电导线周围存在着磁场,通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关。
一、创新设计实验
创新设计实验大致可分为:设计实验步骤、设计实验方案、纠错和改进实验设计、开放性实验设计等几大类。
1.设计实验步骤
这类试题主要是根据实验原理来设计实验的操作步骤,其特点是先确定实验原理,根据实验原理决定应该测量哪些物理量,需要哪些器材,如何安排实验步骤,得出什么结论。此类试题考查学生理论联系实际的能力
【例题】
海洋研究人员进行水下探测,当他穿上潜水服没入水中后,受到的浮力跟下潜的深度有没有关系?要求:(1)请采用原理不同的两种方法检验你的答案。(2)写出实验所需器材并简述实验步骤。
【诠释】
此题是一道研究物体浸没在水中时,所受浮力与浸没的深度的关系的科学探究题。这里学生审题不注意时,易错认为是研究物体所受浮力与物体到水底距离的关系,因此审题时要特别认真。题目未给定实验器材,要学生根据其研究的原理,主要是有浮力测定方法,自选器材设计。
【解答】
方法一:两次称重法
器材:弹簧测力计、石块、烧杯、水、细线。
步骤:用弹簧测力计测出石块重G,读出石块浸没在水中不同深度时弹簧测力计的示数F,则石块的浮力F浮=G-F。
方法二:公式法(排液法)
器材:溢水杯、弹簧测力计、小桶、石块、烧杯、水、细线。
步骤:将石块浸没在盛满水的溢水杯中,用弹簧测力计测出石块在不同深度处排入小桶中的水重G排,根据阿基米德原理则石块受到的浮力F浮=G排。
2.设计实验方案
这类试题主要是根据所给器材,案例设计实验方案,其特点是只需要所给器材来构建物理情景,确定原理,完成实验方案,培养学生灵活解决实际问题的能力。
【例题】
小明在他家的苹果园里,用所学知识测量苹果的密度。他所能利用的器材有:自制的弹簧测力计以及盛有水的水桶、塑料水瓢、塑料绳和塑料袋(质量不计).请你写出他有可能采用的实验步骤及苹果密度表达式推导过程。
【诠释】
该题测定苹果密度的情景贴近学生生活,所给的器材是学生常见的日常用品或自制的器材。要测定苹果的密度必须测出苹果的质量和体积,质量可用天平直接测量,也可用测力计通过测量重力间接测量;体积因其形状不规范,可以用排水法测量。而给出的器材只能直接测量苹果的质量,苹果的体积需要间接测量,所以不能用常规的实验方法通过直接测出苹果的m、v,然后根据公式:ρ=■求得苹果的密度。
方法一:用弹簧测力计测出苹果的重力G和浸没在水中时的视重F,求出F浮=G-F,再利用阿基米德原理求出苹果的体积V。则:
m=G/g, V=(G-F)/ρ水g,ρ=m/V=G·ρ水/(G-F)
此法要求ρ物>ρ水,且要完全浸没在水中,利用V物=V排求体积。
方法二:用弹簧测力计测出苹果的重力G,用排水法收集排出的水,再用弹簧测力计测出水的重力G水,则:
m=G/g,V=G水/ρ水g,ρ=m/V=G·ρ水/G水.
3.纠错和改进实验设计
这类试题主要涉及实验器材的组合和实验仪器的使用方面,其特点是在所给的实验设计中,可能有不止一处错误,要求指出错误所在之处,并加以改进,从而考查学生的实验操作能和分辨能力。
【例题】
小斌是一位电工,准备为一房间设计电路。房间内两盏灯计划用并联电路,但房东邓大爷想用串联电路。他认为串联电路既简单又省钱。下面是小斌留给邓大爷的便条。请补充完整,并将图1中的两灯及开关正确连入电路。
【诠释】
本题结合日常生活中的问题,通过纠正错误的想法来考查家庭电路的知识。
4.开放型实验设计
这类试题主要是要求学生根据问题的条件和要求,构思有关的物理情景,其特点是对于同一个问题,可以构思出不同的二五六情景,确定不同的实验原理,选择不同的实验器材,得出不同的表达式,培养同学的求异思维能力,
【例题】
如图2所示,给你一支削好的长铅笔,请用它设计几个物理小实验。
【诠释】
该题贴近学生学习实际,是一道使用学习用具铅笔进行物理小实验的问题。所演示的内容未明确,有一定的开放性,利于学生思维的拓展训练。解答时要注意它是一根已削长铅笔的特点:一端尖、相当一根木棒、可滚动、有重力等。
【解答】
实验一:两手指压铅笔两端,可验证压强与受力面积的关系。
实验二:手压铅笔,手指感到疼痛,可验证力的作用是相互的。
实验三:手握铅笔,使之竖直静止,可验证磨擦力存在或说明二力平衡。
实验四:在光的照射下出现影子,说明的光的直线传播。
实验五:将铅笔横放在手指上,使之水平静止,可找出铅笔的重心位置。
实验六:手平放在水平桌面上滑动与压在铅笔上滑动,说明滚动磨擦比滑动摩擦小。
二、探究型实验
1.力学部分
同一直线上的二力合成、伽利略斜面小车、惯性现象、二力平衡、影响摩擦力的因素、压力作用效果、连通器、大气压强验证、沸点与气压的关系、气体压强和体积的关系、浮力现象、流体的压强、动能、弹性势能、机械能的转化。
【例题】
人们常用推理的方法研究物理问题。在研究物体运动状态与力的关系时,伽利略通过如图3甲所示的实验和对实验结果的推理得到如下结论:运动着的物体如果不受外力作用,它的速度保持不变,并且一直运动下去。
推理的方法同样可以用在“研究声音的传播”实验中。在如图3乙所示的实验中,现有的抽气设备总是很难将玻璃罩内抽成真空状态,在这种情况下,你是怎样通过实验现象推理得出“声音不能在真空中传播”这一结论的?
【诠释】本题结合课本的演示实验,考查学生对知识形成过程的理解和掌握情况,重在引导学生要理解知识的来源,体验其形成过程中的科学研究方法、科学态度和科学精神。解答:随着罩内空气的不断抽出,听到铃声越来越弱,可以推理:如果罩内被抽成真空,将不能听到铃声。由此可以推出“声音不能在真空中传播”的结论。
2.热光声部分
声音的发生和传播、响度、音调、压缩气体使气体液化、分子运动、分子引力、做功改变物体的内能、内能做功、光的反射、光的折射、平面镜成像、透镜对光线的作用、凸透镜成像。
【例题】照图4那样,在桌面上树立一块玻璃板,把一支点燃的蜡烛放在玻璃板前面,可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。要想研究玻璃板成像的特点,关键的问题是设法确定像的位置,仔细想想,实验时具体的做法是。这样确定像的位置,凭借的是视觉效果的相同,因而可以说是采用了的科学方法。
【诠释】本题是课本上的演示实验,它同时也是一个研究型实验。主要考查实验的关键步骤和研究的方法。解答:另外拿一支相同的蜡烛在玻璃板后面移动,直到看上去它跟像完全重合等效替换。
3.电学部分
摩擦起电、电荷间的作用、验电器、导体和绝缘体、电流的效应、决定电阻大小的因素、滑动变阻器和电阻箱、电流做功、焦耳定律、家庭电路中电流过大的原因、磁体的的特性、磁化、磁场、奥斯特实验、通电螺线管磁场、电磁感应现象、磁场对电流的作用、直流电动机原理。
【例题】某同学利用如图5所示装置研究磁与电的关系,请仔细观察图5中的装置、操作和现象,然后归纳得出初步结论。比较(a)、(b)两图可知:;比较(b)、(c)两图可知: 。
【诠释】本题是课本上有关演示奥斯特实验的内容。它要求学生根据实验现象来分析得出结论。
【解答】通电导线周围存在着磁场,通电导线周围磁场的方向与电流的方向有关。