初三物理实验设计专题指导.docx

1、初三物理实验设计专题指导初三物理实验设计专题指导【本讲主要内容】实验设计专题指导如何提高实验探究能力？考试要求的第1、2条是：第1条：会根据探究目的和已有条件设计实验第2条：会正确使用仪器【知识掌握】【知识点精析】实验设计是实验探究的核心，解答这类题目的关键包括思路与表达两个方面。实验设计的基本思路如下：1. 识别变量，并对变量进行操作定义； 2. 操作各种变量，选择控制技术； 3. 确定实验所需的材料和设备，设计实验步骤； 4. 设计数据记录表。 实验设计的表达可以有多种形式，但必须抓住以下核心要点，把要点表达清楚： 1. 自变量是怎样改变的； 2. 自变量是怎样测量的； 3. 因变量是怎样

2、测量的； 4. 控制变量是怎样控制的。任何一个要点没有表达清楚都会被扣分。【解题方法指导】例1. 小明在室温环境下探究影响导体电阻大小的因素，他采用控制变量法，所需要的导体材料如下表所示。请帮助小明完成下列三个问题。（1）为了研究导体电阻跟导体材料有关，小明应选用的两根导线是 。（2）为了研究导体电阻跟导体长度有关，小明应选用导线C和导线 。（3）如果小明选用导线A和导线D，则可用来研究导体的电阻跟导体的 有关。导线代号ABCDEFG长度L/m1.00.51.51.01.21.50.5横截面积S/mm23.20.81.20.81.21.21.2材料锰铜钨镍铬丝锰铜钨锰铜镍铬丝分析与解：本题考查

3、的重点是区分变量和控制变量法。在问题（1）中，研究导体电阻跟导体材料有关，其中自变量是导体材料，因变量是导体的电阻，则其他变量都是控制变量。自变量要发生改变，即导体材料要不同，控制变量要保持不变，即导体的长度和横截面积都要保持相同，所以要选C、F两根导线。在问题（2）中，研究导体电阻跟导体长度有关，其中自变量是导体长度，因变量是导体的电阻，则其他变量都是控制变量。自变量要发生改变，即导体长度要不同，控制变量要保持不变，即导体材料和横截面积都要保持相同，所以要选C、G两根导线。在问题（3）中，小明选用导线A和导线D，由于A、D两根导线的长度都是1m，材料都是锰铜，只有横截面积不同，所以，导体的长

4、度、材料都是控制变量，横截面积是自变量，可以用来研究导体的电阻跟导体的横截面积有关。答案：（1）C、F； （2）C、G； （3）横截面积。例2. 小名在探究影响电磁铁磁性强弱的因素时，提出了两个假设：（1）电磁铁线圈的匝数一定时，如果通过电磁铁的电流越大，则电磁铁的磁性就越强。（2）通过电磁铁的电流一定时，如果电磁铁线圈的圈数越多，则电磁铁的磁性就越强。为了验证这两个假设准备了如下实验器材：用漆包线（=1.1mm L=10m）、塑料管（=20mm L=100m）、铁芯（=14mm L=120m）制作一个八抽头的电磁铁（120匝每20匝抽出一个接线端），从实验室选择了干电池（1号2节）、开关、滑

5、动变阻器（202A）、电流表（J0407型）、导线、若干大头针、铁架台。请你利用上述器材，设计实验验证上述两个假设，请画出电路图、分别写出实验步骤并设计数据记录表。分析与解：首先识别变量，并对变量进行操作定义。根据假设（1）可以确定自变量为电流，因变量为电磁铁的磁性强弱，控制变量为电磁铁线圈的匝数。根据假设（2）可以确定自变量为电磁铁线圈的匝数，因变量为电磁铁的磁性强弱，控制变量为电流。电磁铁的磁性强弱可以定义为吸引大头针的数量多少。假设中的变量如下表所示。自 变 量因 变 量控 制 变 量假设（1）电 流电磁铁的磁性强弱（吸引大头针的数量）电磁铁线圈的匝数假设（2）电磁铁线圈的匝数电 流其次

6、，操作各种变量，选择控制技术。具体地说，就是怎样改变自变量、怎样测量自变量、怎样测量因变量、怎样控制控制变量。为了验证假设（1），需要解决以下四个问题：怎样改变电流、怎样测量电流、怎样测量电磁铁的磁性强弱，怎样控制线圈匝数。为了验证假设（2），需要解决的四个问题是：怎样改变线圈的匝数、怎样测量线圈的匝数、怎样测量电磁铁的磁性强弱，怎样控制电流。第三，确定实验所需的材料和设备，设计实验步骤。改变电流、控制电流都可以用滑动变阻器，测量电流可以用电流表，测量电磁铁的磁性强弱可以计数电磁铁吸引的大头针的数量，改变线圈匝数、控制线圈匝数都可以用自制的多抽头线圈。另外，还需要组成电路的基本元件：电源、开关

7、、导线，为了固定电磁铁的位置，还需要铁架台。在设计的实验步骤中，包括改变自变量、测量自变量、测量因变量、控制控制变量所进行的操作步骤，记录数据的步骤，还包括为了实验的实施而准备的电路连接的步骤。 验证假设（1）的实验步骤：1. 按下图所示实物电路图连接实物，打开开关，将变阻器滑片放在最大位置。2. 试触开关，检验电路连接是否正确。3. 调节滑动变阻器，改变电流，观察电流表的示数，用电磁铁去吸引大头针。4. 将电流表的示数和大头针的数目记录在表中。5. 重复步骤3和4，并将结果记录在表中。验证假设（2）的实验步骤：1. 按图所示实物电路图连接实物，打开开关，将变阻器滑片放在最大位置。2. 试触开

8、关，检验电路连接是否正确。3. 改变电磁铁接线柱，闭合开关，调节滑动变阻器、保持电流值一定，用电磁铁去吸引大头针。4. 将电流表的示数和大头针的数目记录在表中。5. 重复步骤3和4，并将结果记录在表中。第四，设计数据记录表。在设计数据记录表格时，可以把控制变量固定在表格的右上方，自变量的记录放在表格中的第一行，因变量的记录放在表格中的第二行，以便观察它们之间的数量关系。探究就是要在变化中寻找自变量和因变量之间的关系，一般而言，自变量需要改变68次。验证假设（1）的实验数据记录表如表1所示，验证假设（2）的实验数据记录表如表2所示。表1 电磁铁磁性强弱与电流的关系 线圈匝数 匝电 流（A）电磁铁

9、吸引大头针的个数表2 电磁铁磁性强弱与线圈匝数的关系 电流 A匝 数电磁铁吸引大头针的个数提示：影响因变量的自变量可能不只一个，因而在进行变量的确立时，首先要保证自变量和因变量的一一对应关系，此自变量确立后，其它关系中出现的自变量在此时就成为被控制的变量。操作性定义的使用就是为了清楚而简洁的将所要测量的事物具体化，以便于其他人确切地使用同样的程序和测量方法重复该实验，同时也可以使每个人能知道研究的是什么。这将有助于对研究结果的解释，减少误解的可能性。【考点突破】【考点指要】实验探究题在北京市中考物理试题中占2530分，是重点与难点之一。实验设计为必考题型。分值约5分。要求考生掌握基本测量工具的

10、使用。掌握课本中主要演示实验和学生实验的原理、步骤、结论、实验中出现的现象和重要器材的作用。学会物理实验设计的一般方法，即公式原理法和控制变量法。【典型例题分析】例3. （2006北京中考题）实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、开关一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材，设计一个实验证明：“当通过电阻的电流保持不变时，电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比”。请画出实验电路图，并写出实验步骤。（1）实验电路图：（2）实验步骤：分析与解：实验设计的基本思路同例1，不再赘述。本题的关键是在没有滑动变阻器的情况下如何控制电流保持不变，实际操作时

11、，可以有不同的方法。另外，因变量电功率不能直接测量，需要通过测量电流和电压计算出来，所以，电流和电压属于中间变量。本题的难点之一是如何把实验步骤清楚地表达出来。在实验步骤中要把以下要点表达出来：说明用什么措施控制电流不变；说明自变量电阻是怎样改变的以及改变的次数；说明电流和电压的测量；说明数据的记录。解法一：（1）实验电路图如图（2）实验步骤要点：按电路图将电流表、电压表和六个阻值不同的电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6接入电路中，并把这六个电阻的阻值记录在表格中；闭合开关S，测出R1两端的电压和通过R1的电流，并把数据记录在表格中；断开开关S，把电压表连接在R2两端，仿照步骤，测出R2两

12、端的电压和通过R2的电流，并把数据记录在表格中；仿照步骤，分别测出电阻R3、R4、R5和R6两端的电压和相应的电流，并把数据记录在表格中。利用公式P=UI分别计算出电阻R1、R2、R3 、R4、R5和R6消耗的功率P1、P2、P3、P4、P5和P6，并把数据记录在表格中。解法二：（1）实验电路图如图 （2）实验步骤要点：按电路图将电流表、电压表及三个阻值不同的电阻R1、R2和R3接入电路，并把数据记录在表格中； 闭合开关S，测出R1两端的电压和通过R1的电流，并把数据记录在表格中； 仿照分别测出电阻R2、R3、Rac、Rbd和Rad两端的电压以及相应的电流，并把数据记录在表格中； 利用公式P=

13、UI分别计算出电阻R1、R2、R3、Rac、Rbd和Rad消耗的电功率。解法三：（1）实验电路图如图 （2）实验步骤要点：按电路图将电流表、电压表及两个不同阻值的电阻接入电路中。 闭合开关S，测出R1两端的电压和通过R1的电流，并把数据记录在表格中； 断开开关S，把电压表连接在R2两端，仿照步骤，测出R2两端的电压和通过R2的电流，并把数据记录在表格中； 把R1、R2分别换成与它们阻值不同的电阻R3、R4以及R5、R6，且使R3+R4=R5+R6= R1+R2； 仿照步骤、，分别测出R3、R4 、R5、R6两端的电压和相应的电流，并把数据记录在表格中； 利用公式P=UI分别计算出电阻R1、R2

14、、R3、R4 、R5、R6消耗的电功率，并把数据记录在表格中。提示：本题阅卷时的扣分点如下：实验步骤中没有叙述“阻值不同的电阻”或“不同的电阻”的扣1分，不记录各电阻阻值的扣1分，此两点不重复扣分；阻值变化少于6次的扣1分；只测一次电流的扣1分；没有明确说明用什么措施控制电流不变的扣1分；没有控制电流保持不变的不得分。请同学们对照扣分点认真思考上述分析与解法，就会更容易抓住解探究题的精髓。 例4. （2005北京中考题）已知空气可以传播声音，请设计一个简易实验，证明固体也能够传播声音。请写出实验所需要的器材、实验步骤以及实验分析与结论。要求设计的实验具有可行性，要符合安全原则。（1）实验器材：

15、（2）实验步骤：（3）实验分析与结论：分析与解：本题的难点是不容易区分变量，所以有哪些变量是控制变量就不好确定，也就不能有效控制变量。本题中自变量为声音的传播途径，因变量为声音的接听，其他影响声音接听的所有因素，如声源发出声音的响度、接听距离等都是控制变量。本题的实验设计可以采用对比实验，对比实验的特点是当自变量从一种状态改变为另一种状态，因变量应发生对比鲜明的变化，结果容易观察、显而易见。设计对比实验时要注意这一点。解法一：实验器材：大广口瓶、橡皮塞、小闹钟实验步骤：1. 把小闹钟调至响振状态，然后轻放于大广口瓶中，听小闹钟的铃声，要求能听到明显的铃声。2. 用橡皮塞盖在大广口瓶的瓶口上并塞紧，要求不漏气。然后，再听小闹钟的铃声。实验分析与结论：瓶内空气与瓶外空气完全被大广口瓶和橡皮塞隔离，如果此时仍能听到小闹钟的铃声，则可证明听到的铃声是通过大广口