秦泗軍

科學(xué)探究是當(dāng)前物理教學(xué)和中考改革的熱點(diǎn)。每個(gè)省份的物理中考都涉及了實(shí)驗(yàn)探究,主要體現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)考題上,在選擇題目里面也有涉及。探究型試題旨在引導(dǎo)學(xué)習(xí)重心從過分強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承、積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)變,從而使學(xué)生由被動(dòng)接受知識(shí)向主動(dòng)獲取知識(shí)轉(zhuǎn)變,逐漸培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索能力和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度以及敢于創(chuàng)新的精神,突出了學(xué)生的自主發(fā)展,體現(xiàn)了對(duì)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的要求。探究型試題的主要特點(diǎn):體現(xiàn)過程展示、方法與操作、主觀開放。下面以“測滑輪組的機(jī)械效率”和 “探究杠桿的平衡條件”兩類實(shí)驗(yàn)為例,看一看這兩類實(shí)驗(yàn)題目的類型以及如何解答這兩類實(shí)驗(yàn)探究題。

一、數(shù)據(jù)處理型

例1 在探究“測滑輪組的機(jī)械效率”的實(shí)驗(yàn)中,馬剛同學(xué)用圖1所示的同一滑輪組進(jìn)行了三次實(shí)驗(yàn),實(shí)驗(yàn)記錄如下表:

(1)將實(shí)驗(yàn)序號(hào)2、3所對(duì)應(yīng)的機(jī)械效率填入相應(yīng)表格中的空白處。

(2)根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)可得到的結(jié)論是:在滑輪組的串繞繩子的方式不變時(shí),機(jī)械效率與_____________________有關(guān),與_____________________無關(guān)。

解析 根據(jù)機(jī)械效率的計(jì)算公式,可以計(jì)算出第二次和第三次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率分別是90.1%、83.3%。根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)分析可以看出,第1次和第3次實(shí)驗(yàn)的機(jī)械效率相同,說明在提高的重物相同情況下,機(jī)械效率與速度沒有關(guān)系;第1次和第2次實(shí)驗(yàn)中鉤碼重量不同,機(jī)械效率不同,說明機(jī)械效率與被提高重物的重量有關(guān)。

答案:(1)90.1%;83.3%。(2)物重;速度。

例2 在探究“杠桿的平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中,某同學(xué)記錄了三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表:

(1)這三次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中有一次是錯(cuò)誤的,錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)序號(hào)是____________,由正確實(shí)驗(yàn)結(jié)果可得杠桿的平衡條件是_____________________________________。

(2)如圖2所示,當(dāng)在A處掛了三個(gè)鉤碼時(shí),要使杠桿平衡,應(yīng)在C處掛_____個(gè)鉤碼。(每個(gè)鉤碼的質(zhì)量相等)

解析 本題考查的是杠桿的平衡條件。由于第2次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不滿足杠桿的平衡條件,所以這組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是錯(cuò)誤的。根據(jù)第1次和第3次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得到杠桿的平衡條件是:動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。在本題的第(2)問中,根據(jù)杠桿平衡條件可得應(yīng)掛4個(gè)鉤碼。

答案:(1)2;動(dòng)力×動(dòng)力臂=阻力×阻力臂。(2)4。

點(diǎn)評(píng) 以上兩個(gè)實(shí)驗(yàn)題的共同特點(diǎn)是要對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行進(jìn)一步的分析和處理,進(jìn)行相關(guān)運(yùn)算和數(shù)據(jù)的分析歸納出實(shí)驗(yàn)的結(jié)論。這就要求同學(xué)們有親自動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)的經(jīng)歷及會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,有較強(qiáng)的實(shí)驗(yàn)分析和處理數(shù)據(jù)能力是解答此類試題的關(guān)鍵。

二、設(shè)計(jì)及完善實(shí)驗(yàn)步驟型

例1 (2008?北京)實(shí)驗(yàn)臺(tái)上有如下實(shí)驗(yàn)器材:一個(gè)帶支架的杠桿、一個(gè)量程為0~5 N的彈簧測力計(jì)、六個(gè)質(zhì)量均為100 g的鉤碼和兩段細(xì)繩。請(qǐng)利用上述實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn),證明“在杠桿平衡時(shí),如果動(dòng)力臂和阻力臂保持不變,則動(dòng)力跟阻力成正比”。

(1)在你所設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)中,如果用點(diǎn)A表示鉤碼作用在杠桿上的位置,用點(diǎn)B表示彈簧測力計(jì)作用在杠桿上的位置,請(qǐng)?jiān)趫D3中的杠桿上標(biāo)出A點(diǎn)和B點(diǎn)。

(2)請(qǐng)寫出主要實(shí)驗(yàn)步驟。

解析 動(dòng)力作用點(diǎn)和阻力作用點(diǎn)的位置可以隨便選擇,最好不要選擇一點(diǎn)(即重合),再在A點(diǎn)依次向上掛鉤碼,并讀出對(duì)應(yīng)的B點(diǎn)的彈簧測力計(jì)的示數(shù),最后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。

答案:(1)見圖4。

(2)①用細(xì)繩做成兩個(gè)繩套,分別拴牢在杠桿的A點(diǎn)和B點(diǎn)處,調(diào)節(jié)杠桿使其在水平位置平衡。將彈簧測力計(jì)固定在B點(diǎn)并調(diào)節(jié)指針到零刻線位置。

②在A點(diǎn)處依次掛1個(gè)、2個(gè)、3個(gè)、4個(gè)、5個(gè)、6個(gè)鉤碼,在B點(diǎn)處依次豎直向上拉彈簧測力計(jì),分別使杠桿在水平位置平衡。將每次實(shí)驗(yàn)操作中掛在杠桿上的鉤碼的總質(zhì)量和相應(yīng)的彈簧測力計(jì)示數(shù)記錄在表格中。

點(diǎn)評(píng) 本題解答具有開放性,特別是第(1)問,A、B兩點(diǎn)的位置并不是唯一的。其實(shí),這是探究杠桿平衡條件實(shí)驗(yàn)的一個(gè)拓展實(shí)驗(yàn),要求同學(xué)們對(duì)探究杠桿平衡條件的實(shí)驗(yàn)理解得更深刻,只有這樣才能更靈活地應(yīng)用杠桿平衡條件來完成這個(gè)拓展實(shí)驗(yàn)。

例2 (2008?蘭州)如圖5是測定滑輪組機(jī)械效率時(shí)所用的滑輪,若使繩端的拉力沿向上的方向,并且最省力。

(1)請(qǐng)?jiān)趫D5中畫出該滑輪組的繩子繞法。

(2)完善下列實(shí)驗(yàn)步驟:

A. 按組裝圖把實(shí)驗(yàn)器材裝配好;

B. 用彈簧秤測量出重物的重力;

C. 在動(dòng)滑輪下面掛上重物,并分別記下重物和彈簧秤的位置;

D. ________________拉彈簧秤,使重物上升一段距離,讀出___________________;

E. 用刻度尺分別量出___________和__________移動(dòng)的距離;

F. 由測得的數(shù)據(jù),求出滑輪組的機(jī)械效率。

(3)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,若物重4 N,重物上升了0.1 m,彈簧秤示數(shù)為2 N,請(qǐng)計(jì)算該滑輪組的機(jī)械效率η=_______。

(4)你能分析一下效率不是100%的原因嗎?請(qǐng)你試著寫出兩條:____________________________________、

____________________________________________。

解析 根據(jù)題設(shè)的條件“使繩端的拉力沿向上的方向并且最省力”,很容易畫出繩子的繞法。在第(2)題中,步驟基本給出,考查的是在實(shí)驗(yàn)的過程中應(yīng)該注意的一些問題,比設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟簡單。D步驟中,在拉動(dòng)彈簧測力計(jì)時(shí)一定要豎直勻速拉動(dòng),最后讀出彈簧測力計(jì)的示數(shù);E步驟中是用刻度尺測量出物體上升的高度和繩子自由端移動(dòng)的距離,機(jī)械效率的計(jì)算利用η==即可得出。

答案:(1)如圖6所示。(2)豎直勻速;彈簧秤讀數(shù);重物上升的距離;繩的自由端。(3)η=66.7%。(4)沒有考慮動(dòng)滑輪及繩子所受重力;沒有考慮繩子與滑輪間的摩擦。

點(diǎn)評(píng) 這道實(shí)驗(yàn)題主要是考查實(shí)驗(yàn)過程中應(yīng)該注意的問題、機(jī)械效率的計(jì)算和影響機(jī)械效率的因素。這就要求學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過程中對(duì)實(shí)驗(yàn)的步驟及應(yīng)該注意的問題都要掌握,否則就容易出錯(cuò)。

三、綜合型

例 (2008?大連)在探究“杠桿的平衡條件”實(shí)驗(yàn)中,所用的實(shí)驗(yàn)器材有杠桿、支架、刻度尺、細(xì)線、質(zhì)量相同的鉤碼若干。

(1)將杠桿裝在支架上,發(fā)現(xiàn)杠桿右端下沉,如果將杠桿右側(cè)的平衡螺母向左調(diào)到頭了,杠桿右端仍下沉,此時(shí)應(yīng)將杠桿左側(cè)的平衡螺母向_________調(diào),直到杠桿在水平位置平衡為止。

(2)某同學(xué)進(jìn)行正確的實(shí)驗(yàn)操作后,得到的數(shù)據(jù)為F1=6 N、l1=20 cm、F2=4 N和l2=30 cm。該同學(xué)根據(jù)這些數(shù)據(jù)能否得出探究結(jié)論?____________________________。理由是:____________________________________________

_________________________________________________

_________________________________________________

_________________________________________________

(3)使杠桿在傾斜一定角度的位置做實(shí)驗(yàn),也能得出杠桿平衡條件。這種實(shí)驗(yàn)方案與杠桿在水平位置做實(shí)驗(yàn)的方案相比較,你認(rèn)為哪種實(shí)驗(yàn)方案好并說明理由:_________________________________________________

_________________________________________________

_________________________________________________

________________________________________________。

(4)如圖7所示,杠桿在水平位置平衡。如果在兩側(cè)鉤碼下再各掛一個(gè)相同的鉤碼,則杠桿_____________端將下沉。

解析 調(diào)節(jié)杠桿平衡和調(diào)節(jié)天平的方法是一樣的,當(dāng)右端下沉?xí)r,杠桿左右兩端的平衡螺母都應(yīng)該向左調(diào)節(jié);如果杠桿左端下沉,則杠桿左右兩端的平衡螺母都應(yīng)該向右調(diào)節(jié)。我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí),一般不能只分析一組數(shù)據(jù)就得出結(jié)論,這樣有很大的片面性,實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)也不可靠。在做探究“杠桿平衡條件”的實(shí)驗(yàn)時(shí),一般要讓杠桿在水平位置平衡,因?yàn)檫@時(shí)杠桿標(biāo)尺上的長度能直接讀出,這樣最容易確定動(dòng)力臂和阻力臂的長度,否則,力臂的長度不易確定。根據(jù)杠桿平衡條件可知,力臂與力的乘積大的一段會(huì)下沉。

答案:(1)左。(2)不能得出探究結(jié)論;一次實(shí)驗(yàn)得出的數(shù)據(jù)具有偶然性,不能歸納出規(guī)律。(3)杠桿在水平位置的實(shí)驗(yàn)方案好,這樣便于測力臂。(4)右。

點(diǎn)評(píng) 這類實(shí)驗(yàn)題在中考中出現(xiàn)較多,它考查范圍廣,能夠考查學(xué)生的綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?對(duì)學(xué)生的能力要求較高。

實(shí)驗(yàn)題在中考中是必考的題型,現(xiàn)在也恰是這類題的一個(gè)發(fā)展階段,考查方式和手段多樣化,涉及內(nèi)容廣。可以說,這類題是同學(xué)們失分較多的一類。這就要求各位同學(xué)在平時(shí)的學(xué)習(xí)中要積極的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、參與實(shí)驗(yàn)、分析實(shí)驗(yàn)、總結(jié)實(shí)驗(yàn),要總結(jié)實(shí)驗(yàn)過程中的“得與失”,不斷地進(jìn)行積累,提高自己掌控實(shí)驗(yàn)的能力。也只有這樣,同學(xué)們才能以不變應(yīng)萬變,在考試中取得高分。