設(shè)計性實驗題歸類解析

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 初中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

中考設(shè)計性實驗題的題目大多是以課本實驗為基礎(chǔ),通過改變實驗條件或者是用實驗中出乎意料之外的問題來命題,在解決此類問題時,要利用學(xué)過的知識和實驗探究方法,分析并找到解決問題的途徑,并利用題目中提供的器材或者是自選器材來自行設(shè)計新的實驗方案。

一、設(shè)計電路類

1.黑盒子問題

解決此類問題要根據(jù)題目所要求的條件和所描述的現(xiàn)象,先判斷出可能的電路連接方式,然后再驗證所設(shè)計的電路是否符合題意,符合題意則設(shè)計的電路就是所要求的電路,否則再重新設(shè)計電路并驗證,直到所設(shè)計的電路符合題目要求。

例題1一只玩具貓外形如圖1所示,貓體內(nèi)有電池,貓手相當(dāng)于一開關(guān),向下壓貓手,貓臉上的兩個小電燈會一齊發(fā)光.把你猜想的貓體內(nèi)的電路圖畫在方框內(nèi)。( 2019廣州)

解析:根據(jù)向下壓貓手兩只小電燈會同時發(fā)光,可判斷兩只小電燈為并聯(lián)連接,如為串聯(lián)連接,則一只小燈損壞后,兩只燈都不會發(fā)光,所以兩只燈并聯(lián)連接比串聯(lián)連接實際效果要好一些。電路圖如圖2所示。

例題2如圖3甲所示,是小明常用的一個插線板。他在使用中發(fā)現(xiàn):插線板上的指示燈在開關(guān)閉合時會發(fā)光,插孔正常通電;如果指示燈損壞,開關(guān)閉合時插孔也能正常通電。根據(jù)上述現(xiàn)象,在圖3乙中畫出插線板中開關(guān)、指示燈和插孔的連接方式,并與電源線接通。

解析:根據(jù)插線板上的指示燈在開關(guān)閉合時會發(fā)光,插孔正常通電,可判斷指示燈與插孔為并聯(lián)連接,如果為串聯(lián)連接,則指示燈損壞時,開關(guān)閉合時插孔不能正常通電。因為用電器應(yīng)接在火線和零線之間,所以指示燈與插孔并聯(lián)后一端和開關(guān)連接,另一端和零線連接。電路圖如圖4所示。

2.分析設(shè)計電路

例題3在探究“電阻上的電流與兩端電壓的關(guān)系”的實驗中,所用的器材有:一個定值電阻R、一個電壓恒定的電源,電流表、電壓表各一個,滑動變阻器一個,開關(guān)一個,導(dǎo)線若干。有三位同學(xué)分別設(shè)計了圖5所示的甲、乙、丙三個電路圖。

(1)三個電路圖中,只有丙圖是符合要求的,甲圖中的錯誤是_________________,乙圖中的錯誤是____________________。

(2)在這三個電路圖中,都有滑動變阻器,如將滑片P都向左移動時,甲圖中電壓表的示數(shù)將________,乙圖中電流表的示數(shù)將________,丙圖中電阻R的阻值 將________。(三空都選填“變大”、“變小”或“不變”)

解析:本題要探究的是電阻上的電流與電壓兩個量之間的關(guān)系,因此應(yīng)在知道電阻上電流的同時知道電阻上的電壓。(1)在題目中沒有提供電源輸出電壓值的情況下,圖甲中的電壓表測的是滑動變阻器兩端的電壓,而電阻R兩端的電壓未知,所以無法用甲圖探究電阻上的電流與兩端電壓的關(guān)系。甲圖中的錯誤是電壓表測的是滑動變阻器兩端的電壓。乙圖中電流表測的是流過電阻R和滑動變阻器中的電流,這樣流過電阻R中的電流是未知的。所以無法用乙圖探究電阻上的電流與兩端電壓的關(guān)系。乙圖中的錯誤是滑動變阻器與電阻R并聯(lián)了。(2)滑片P向左移動時,甲電路中的總電阻變大,流過電阻R中的電流變小,所以電阻R兩端的電壓變小,因電源電壓不變,所以滑動變阻器兩端的電壓變大,即電壓表的示數(shù)變大;琍向左移動時,乙電路中電阻R和滑動變阻器并聯(lián)的總電阻變小,所以電流表的是示數(shù)變大。丙圖中定值電阻R的阻值與它兩端的電壓和通過它的電流都無關(guān),所以R的阻值不變。

例題4 在“探究影響電流做功多少的因素”活動中,同學(xué)們設(shè)計了如圖6所示甲、乙、丙三個電路。

⑴經(jīng)過討論,認(rèn)為不應(yīng)該選擇圖甲電路,原因是。

⑵為研究電流做功與電壓的關(guān)系,應(yīng)該選擇圖所示的電路.

⑶利用圖丙電路研究某問題,當(dāng)閉合開關(guān)后,發(fā)現(xiàn)兩燈都不亮,電壓表V1有示數(shù),電壓表V2無示數(shù),則電路發(fā)生的故障是。

⑷學(xué)習(xí)電功率知識后,小明想測燈泡的額定功率,將標(biāo)有“12V 6W”燈泡L1和“6V 4W”燈泡L2按圖丙電路連接,再接入電流表.經(jīng)分析,能測出燈泡的額定功率。

解析:本題所探究的是影響電功的因素有哪些。在探究一個物理量同那些因素有關(guān)時,一般應(yīng)首先考慮用控制變量法。而控制變量法所研究多個變量中,要保證只有一個變量變化,而其它的量不變化。(1)甲圖中電流和電壓同時變化,無法知道電流做的功是和電流有關(guān)還是和電壓有關(guān)。不選擇圖甲電路原因是無法使用控制變量法(2)研究電流做功與電壓的關(guān)系時,應(yīng)保證電流不變,而只使電壓變化。乙圖中燈泡兩端的電壓不變化,所以不能用乙圖研究電流做功與電壓的關(guān)系。丙圖在滑動變阻器滑片滑動時,流過兩燈的電流相等,而兩燈兩端的電壓可以變化,所以可以用丙圖研究電流做功與電壓的關(guān)系。(3)因為兩燈都不亮,一種可能是兩燈都開路,如果兩燈都開路,兩個電壓表應(yīng)都有示數(shù),這與題意矛盾。另一種可能是流過兩燈中的電流很小,小到不足以使燈發(fā)光,如果是這種情況,兩電壓表中都應(yīng)有示數(shù),這也與題意矛盾。還有一種可能L2開路,這時電壓表V2的內(nèi)阻比L1的電阻與電壓表V1的內(nèi)阻的并聯(lián)阻值大很多,此時電壓表V2有示數(shù),電壓表V1無示數(shù),這與題意矛盾。剩下的可能只能是L1開路。當(dāng)L1開路時。這時電壓表V1的內(nèi)阻比L2的電阻與電壓表V2的內(nèi)阻的并聯(lián)阻值大很多,此時電壓表V1有示數(shù),電壓表V2無示數(shù),符合題意。則電路發(fā)生的故障是L1開路。(4)燈泡L1的電阻是24Ω,燈泡L2的電阻是9Ω,所以,燈泡L1和燈泡L2兩端的電壓之比是8:3, ,當(dāng)燈泡L1兩端的電壓是12V時,燈泡L2的電壓只有4.5V 。所以,燈泡L1兩端的電壓達(dá)到額定電壓時,燈泡L2兩端的電壓小于額定電壓。因此只能測出燈泡L1的額定功率。

二、設(shè)計實驗器材、實驗步驟

解此類問題要靈活運用學(xué)過的知識,可先從自己熟悉的器材和實驗方法入手,只要設(shè)計符合題目要求,所用的器材越少越好,步驟越簡單越好。

例題1給你一張密度表和一個可沉于水中的小鐵球,請你再自選其他器材,設(shè)計一個實驗來判斷該小鐵球是實心的還是空心的?簡述你的實驗方案

(1)主要器材:;

(2)簡要做法:;

(3)如何判斷:。

解析:本題是開放型試題,只要設(shè)計的方法能夠符合題目要求,就是正確的。本題實際上是測鐵球的密度?梢愿鶕(jù)學(xué)過的測固體物質(zhì)密度的實驗方法,選擇相應(yīng)的器材,測出鐵球的密度。然后根據(jù)測出的小鐵球的密度,查密度表,即可判斷小鐵球是實心還是空心。

參考答案:

(1)密度表、小鐵球、天平和量筒、水。

(2)用天平稱出小球質(zhì)量、用量筒測出小球的體積。

(3)算出該小球的密度對照密度表進(jìn)行判斷:若ρ(測)<ρ(鐵)則小鐵球是空心的;若ρ(測)=ρ(鐵),則小鐵球是實心的。

例題2經(jīng)過兩年的物理學(xué)習(xí),同學(xué)們使用過很多的實驗基本儀器,實驗探究技能得到了長足的發(fā)展.請你利用使用過的實驗基本儀器,設(shè)計兩種原理不同的方案區(qū)分水和鹽水(寫出實驗儀器及方法步驟)

解析:本題屬于開放型實驗設(shè)計題,也是過程開放題?蛇x擇熟悉的器材來設(shè)計方案。

參考答案:

方法一

器材:托盤天平(已調(diào)節(jié)平衡)、兩個形狀和質(zhì)量完全相同的燒杯、刻度尺

步驟:⒈在兩個形狀和質(zhì)量完全相同的燒杯內(nèi)裝入兩種不同液體。⒉用刻度尺測量使兩杯液體等高。⒊將這兩杯液體分別放入已調(diào)節(jié)平衡的托盤天平的左右盤中。托盤偏重的一側(cè)杯中所盛的液體是鹽水。

方法二

器材:彈簧測力計、拴著細(xì)線的物塊(其密度大于兩種液體的密度)、兩個燒杯

步驟:⒈把兩種液體分別倒入一個燒杯中。⒉分別測出物體浸沒在兩種液體中時彈簧測力計的示數(shù)。示數(shù)小時物塊受到的浮力大,則該杯所裝的液體是鹽水。

三、分析設(shè)計方案

解決此類問題要認(rèn)真分析題中提供的條件,仔細(xì)查看題中的示意圖,找出不同設(shè)計方案中的差異。

例題為了探究影響電熱的因素,實驗室準(zhǔn)備了兩個裝滿煤油的燒瓶、兩個帶有橡皮塞的粗細(xì)均勻的相同玻璃管,兩根不同阻值的電阻絲,以及滑動變阻器、開關(guān)、導(dǎo)線、電源等.兩個實驗小組根據(jù)提供的實驗器材,分別設(shè)計了圖7甲、乙所示的兩個方案。

(1)這兩個方案的共同點是通過觀察什么知道電熱的多少.

(2)甲方案探究的問題是什么?

(3)乙方案探究的問題是什么?

解析:解答此題要認(rèn)真觀察題中的示意圖。(1)當(dāng)燒瓶中煤油的溫度不同時,煤油的體積也會不同,通過比較煤油的體積,可以得知煤油的溫度。觀察玻璃管中液面的高度就可以知道電熱的多少。(2)甲圖中兩根電阻絲是串聯(lián)解法,因此流過兩根電阻絲的電流相等。甲方案探究的問題是在電流一定時,電熱與電阻的關(guān)系(3)乙圖中兩根電阻絲是并聯(lián)接法,因此兩根電阻絲兩端的電壓相同。乙方案探究的問題是在電壓一定時,電熱與電阻的關(guān)系。


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