浅谈初中物理实验的设计技巧 (2)

1、浅谈初中物理实验的设计技巧江苏省海安县张垛初中 226651 夏飞在物理实验题中，有一类实验设计题，题设巧妙，若能巧用相应的方法设计实验，问题便迎刃而解，现剖析几类，以作抛砖引玉一控制变量法设计实验若研究对象与几个物理因素有关，为了弄清研究对象与存在因素的关系，通常采用控制变量法设计实验控制变量法：就是在研究物理问题时，为了弄清研究对象与某个因素的关系，使其它因素保持不变的方法例1国庆节假日，小敏帮助妈妈洗衣服，细心的她观察到：妈妈将洗出来的衣服要用衣架撑开，放在通风、向阳的地方善于动脑筋的小敏思考这样一个问题：液体蒸发的快慢跟哪些因素有关呢？通过观察妈妈将洗出来的衣服用衣架撑开，放在通风、向

2、阳的地方提出如下猜想：液体蒸发的快慢可能与液体的温度有关液体蒸发的快慢可能与液体的表面积有关液体蒸发的快慢可能与液体的表面空气的流速有关为了弄清液体蒸发的快慢与存在因素的关系，小敏用控制变量法设计并进行了实验，通过收集证据，归纳分析，从而得出了正确的结论现在请你设计实验来验证小敏的结论析与解：依据控制变量法，实验步骤设计如下：研究水的蒸发快慢与温度的关系将等量的水倒入两个相同的杯子中，保持水的表面积、表面空气的流速相同，使两杯水的温度不同，观察两杯中水蒸发的快慢发现液体的温度越高，蒸发越快研究水的蒸发快慢与表面积的关系将等量的水倒入两个大小不同的杯子中，使水的表面积不同，保持水的温度、表面空气

3、的流速相同，观察两杯中水蒸发的快慢发现液体的表面积越大，蒸发越快研究水的蒸发快慢与表面空气流速的关系将等量的水倒入两个相同的杯子中，保持水的表面积、水的温度相同，使水的表面空气的流速不同，观察两杯中水的蒸发快慢发现液体的表面空气流速越快，蒸发越快二差值法设计实验测定液体的密度，为了减小误差，通常采用差值法设计实验例2小华是个勤劳的好孩子，经常帮助妈妈做一些力所能及的家务活一天在炒菜时发现油浮在水面上，爱动脑筋的她想，油为什么会浮在水面上呢？探究了密度的知识后，她猜想可能是油的密度比水的密度小这激发了她的好奇心，她决定通过实验来测定油的密度 小华通过查阅资料了解到，测定小石块密度的实验原理是：，

4、又了解到由于在测量过程中，测量的人、测量的工具都会造成测量误差由测量工具形成的误差，减小误差的方法是选用更精密的测量工具；由测量的人形成的误差，减小误差的方法则常用多次测量取平均值的方法若是在测量过程中先用天平测出烧杯中食用油的质量，再将烧杯中食用油倒入量筒中测食用油的体积，测得油的质量值是准确的，将杯中的油倒入量筒中时，烧杯壁上会粘有少量的油而使测得的体积值偏小，从而测出的密度值偏大；若是在测量过程中先用量筒测食用油的体积，再将量筒中的油全部倒入烧杯中，用天平测出食用油的质量，测得油的体积值是准确的，将量筒中的油倒入烧杯中时量筒壁上会粘有少量的油，从而使测得的油的质量值偏小，从而测出的密度值

5、偏小由于在操作过程中烧杯壁或量筒壁上会粘有少量的待测液体，所以会形成误差小华经过思考后改进后了测量方案，设计了合理的操作顺序，从而减小了误差，顺利测出了油的密度请你设计出小华改进后测量油的密度的实验步骤析与解：根据题意，用差值法设计实验，实验步骤如下：a把天平放在水平的工作台面上，调节天平平衡； b往烧杯中倒入适量的油，用天平称出烧杯和油的总质量为m1； c将烧杯中的部分油倒入量筒中，读出量筒中油的体积为V；d用天平称出烧杯和剩余油的质量为m2；e则被测油的密度为三替代法设计实验替代法又称等效替代法，由于替代的物体与被替代的物体在某一情境下作用的效果相同，通常用可直接测量的物理量代替不可直接测

6、量的物理量，是物理研究中常用的一种方法例3在物理实验中常用到等效替代法例如，将一个7的电阻替换某支路中2 和5串联的电阻，在其他条件不变的情况下，该支路中电流不变，说明一个7的电阻与阻值为2 和5串联的电阻对电流的阻碍作用是等效的，所以可用7的电阻替代2和5串联的电阻 在用如图（1）所示电路测量未知电阻的实验中，用的就是等效替代法其中RX是待测电阻(阻值大约几百欧)，R是滑动变阻器，R0是电阻箱(电阻箱的最大电阻值大于RX) (1)请根据实验电路图把下列主要实验步骤中的空白处填齐 按电路图连好电路，并将电阻箱R0的阻值调至最大 闭合开关S1前，滑片P置于 (填“a ”或“b”)端 闭合开关S1

7、 闭合开关 ，调节滑片P，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数I 先断开开关 ，再闭合开关 ，保持的电阻不变，调节 ，使电流表的示数仍为I (2)在此实验中，若将电流表改为电压表，其他器材不变，画出用等效替代法测量RX电阻的实验电路图要求所设计的电路在连接好后，只能通过开关改变电路连接情况析与解：（1）根据题意可知，欲测出未知电阻RX的阻值，用可调节的电阻箱来替代未知电阻RX的阻值应先将未知电阻接入电路，所以应先闭合开关S3，调节滑动变阻器，使电流表指针指在适当的位置，记下此时电流表的示数I再断开开关S3、闭合开关S2，调节电阻箱R0，使电流表的示数仍为I则此时电阻箱R0的示数大小

8、即为待测电阻RX的阻值的大小（2）根据题意可知，若将电流表改为电压表，其他器材不变，则根据电表的特点：电流表与被测的用电器串联，电压表与被测的用电器并联，所以将干路中的电流表去掉，在并联电路部分并联上电压表即可再根据等替代法的规律，应先将未知电阻接入电路，所以应先闭合开关S3，调节滑动变阻器，使电压表指针指在适当的位置，记下此时电压表的示数U再断开开关S3、闭合开关S2，调节电阻箱R0，使电压表的示数仍为U则此时电阻箱R0的示数大小即为待测电阻RX的阻值的大小电路图如图（2）所示四分析法设计实验 有一类实验设计题，根据被测物理量的结果，依次层层逆向分析，逐步浮现出各研究对象之间物理量的关系，从

9、而寻找出被测量的物理量，使问题迎刃而解例4小婷是物理课外兴趣活动的组长，在帮助实验老师整理器材时，看到实验桌上还有天平（包括砝码及砝码盒）、弹簧测力计、盛有适量水的水槽、压强计、一只玻璃瓶、细线、一个小石块、两只大水杯，还有一杯未知的液体小婷感到很好奇，这杯液体是什么物质呢？老师提示小婷说：“可以通过测定液体的密度来进行判断，你能测出它的密度吗？”小婷经过思考，用几种方法测出了未知液体的密度请你简述小婷的主要测量步骤，并写出测量液体密度的表达式析：此题题设巧妙，实验器材丰富，实验设计方法开放，能活跃学生的思维，激发学生的创新能力分析法设计实验是物理实验设计中常用的方法 方法一析：由测定物质密度

10、的原理和分析法可知，被测液体的密度，液体的质量m液可用天平测量，液体的体积V液无法用量筒测出；若使被测液体的体积V液等于已知液体水的体积V水，问题便转化成了测水的体积V水，由密度公式可知被测水的体积，水的质量m水可用天平测量，水的密度水为已知，问题便迎刃而解实验步骤如下：a.将天平放在水平工作台面上，调节天平平衡；b.用天平称出空瓶子的质量为m1；c.往瓶中注满水，用天平称出水和瓶子的总质量为m2；d.倒出瓶中的水，往瓶中注满待测的液体，用天平称出液体和瓶子的总质量为m3；e.待测液体的密度为方法二析：由液体压强的规律p=gh和分析法可知，被测液体的密度，液体的压强p液可用压强计测出，压强计的

11、金属盒浸入液体中的深度无法用刻度尺测出；若使被测液体的深度h液等于已知液体水的深度h水，问题便转化成了测水的深度h水，被测水的深度，水的压强p水可由压强计测出，水的密度水已知，问题便迎刃而解实验步骤：a往水槽中注入一定深度的水h水，并在水面标上记号，用压强计测出深度h水的水的压强为p水；b倒出水槽中的水，往水槽中注入相同深度的液体h液，用压强计测出相同深度的液体的压强为p液；c待测液体的密度方法三析：由阿基米德原理F浮=液gV排和分析法可知，待测液体的密度，物体在液体中受到的浮力可用弹簧测力计测出，物体排开液体的体积V排无法用量筒测出；若使物体排开液体的体积V排等于物体排开水的体积V排水，问题

12、便转化成了测物体排开水的体积V排水，被测物体排开水的体积，物体受到水的浮力F浮水可用弹簧测力计测出，水的密度水已知，问题便迎刃而解实验步骤： a用弹簧测力计测出小石块在空气中的物重为G；b往水槽中注入适量的水，将小石块浸没在水中，读出弹簧测力计的示数为F1；c倒出水槽中的水，往水槽中适量的待测液体，将小石块浸没在液体中，读出弹簧测力计的示数为F2；d被测液体的密度为五桥梁法设计实验有一类习题，前面的信息为后面的问题巧妙架设了桥梁，将两个看似不相关的两个问题，有机地结合在一起，这类习题不仅培养了学生的融会贯通能力，而且培养了学生的创新能力桥梁法设计实验是近几年实验设计的一枝新秀例5如图3(a)所

13、示，将一只小电铃放在玻璃钟罩内，接通电源，可清楚地听到铃声用抽气机逐渐抽去玻璃钟罩内的空气，铃声逐渐降低，这个实验说明了 _ 为了说明大气压的存在，小亮同学做了“覆杯”实验，如图3(b)所示小明同学提出：硬纸片不掉下来是不是被水“粘”住了?请你设计一个实验方案验证：硬纸片不掉下来是由于大气压的作用，而不是被水“粘”住析：此题首先展现了声音传播条件的实验，再引出“覆杯”实验，然后提出问题，硬纸片不掉下来是不是被水“粘”住了?这两个实验之间有什么内在联系？它们对实验方案的设计有什么暗示？研究声音传播条件的实验，说明了声音传播需要传声介质，从而推出真空不能传声“覆杯”实验说明了大气压的存在怎样才能说

14、明硬纸片不掉下来是由于大气压的作用，而不是被水“粘”住？根据逆向思维规律，“覆杯”实验是由于大气压的存在，若没有大气压，硬纸片将会落下来，怎样才能使覆杯处在没有大气压的环境中，声音传播条件的实验为我们提供了这一实验保障答：将“覆杯”实验的装置悬挂在玻璃钟罩的中间，用抽气机逐渐抽去玻璃钟罩内的空气，直到硬纸片掉下来，从而说明硬纸片不掉下来是由于大气压的作用，而不是被水“粘”住例6在日常生活中不难发现，晚上7点到9点，使用的用电器增多，家中电灯要暗一些，到了夜间11点以后，使用的用电器减少，电灯又会变得亮一些小华同学在实验室中观察到以下现象，实验室中导线的长度比较短，电阻很小，可以忽略，可是实际的

15、输电电线很长，电阻就大一些，他猜想：灯光变暗可能与输电线的电阻有关你认为他的猜想对吗？请你说出理由，设计电路并验证他的猜想析：在照明电路中，干路导线与用户串联，用户的用电器工作时，所有用户可以看成是变阻器，在晚上7点到9点，用户工作的用电器较多，并联电路的支路越多，总电阻越小，用电器两端的电压就越低，由P=得，某一用电器R的阻值不变，电压U变小，所以灯消耗的功率变小，灯要变暗一些；反之，到了夜间11点以后，电灯又会变得亮一些根据前面的分析，电路设计如图（4）所示，定值电阻R0相当于干路导线的电阻，并联部分的灯泡相当于用户的用电器（灯泡的阻值与R0的阻值相差不大），依次闭合开关S1、S2、S3，

16、观察灯泡的亮暗情况，若灯泡逐渐变暗，说明小华的猜想是正确的六探究法设计实验探究法就是有一定的实验基础，但又缺少直接实验的依据，根据科学研究获得的信息，揭示出它们之间的内在联系，并将可能存在的情况分析出来的研究方法例7人的眼睛像一架神奇的照相机，晶状体相当于照相机的 镜若来自远方物体的光，经眼球折光系统折射后成像情况如图（5）所示根据该图，这个人可配戴装有 镜的眼镜加以矫正经研究发现人体中锌含量的高低与近视的发生有关(人体中锌含量的高低可以通过测定空腹时血清中的锌含量来确定)，若要研究这二者的相关性，请你设计完成下列研究过程：图5(1)将同校同年级的同学按 分为两组； (2) (3)（2分）探究血清中锌含量的高低和近视的相关性析与解：此题题设巧妙，把我们“熟视无睹”的眼睛与我们熟悉的照相机进行对比，再引入视力缺陷可能产生的因素，进而探究视力缺陷与相关因素的关系，层层递进，既巩固了透镜知识，又联系了生活实际，进而设计实验并进