淺談初中物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)技巧

1、淺談初中物理實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)技巧江蘇省海安縣張垛初中 226651 夏飛在物理實(shí)驗(yàn)題中，有一類(lèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，題設(shè)巧妙，若能巧用相應(yīng)的方法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，問(wèn)題便迎刃而解，現(xiàn)剖析幾類(lèi)，以作拋磚引玉一控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)若研究對(duì)象與幾個(gè)物理因素有關(guān)，為了弄清研究對(duì)象與存在因素的關(guān)系，通常采用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)控制變量法：就是在研究物理問(wèn)題時(shí)，為了弄清研究對(duì)象與某個(gè)因素的關(guān)系，使其它因素保持不變的方法例1國(guó)慶節(jié)假日，小敏幫助媽媽洗衣服，細(xì)心的她觀察到：媽媽將洗出來(lái)的衣服要用衣架撐開(kāi)，放在通風(fēng)、向陽(yáng)的地方善于動(dòng)腦筋的小敏思考這樣一個(gè)問(wèn)題：液體蒸發(fā)的快慢跟哪些因素有關(guān)呢？通過(guò)觀察媽媽將洗出來(lái)的衣服用衣架撐開(kāi)，放在通風(fēng)、向

2、陽(yáng)的地方提出如下猜想：液體蒸發(fā)的快慢可能與液體的溫度有關(guān)液體蒸發(fā)的快慢可能與液體的表面積有關(guān)液體蒸發(fā)的快慢可能與液體的表面空氣的流速有關(guān)為了弄清液體蒸發(fā)的快慢與存在因素的關(guān)系，小敏用控制變量法設(shè)計(jì)并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，通過(guò)收集證據(jù)，歸納分析，從而得出了正確的結(jié)論現(xiàn)在請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證小敏的結(jié)論析與解：依據(jù)控制變量法，實(shí)驗(yàn)步驟設(shè)計(jì)如下：研究水的蒸發(fā)快慢與溫度的關(guān)系將等量的水倒入兩個(gè)相同的杯子中，保持水的表面積、表面空氣的流速相同，使兩杯水的溫度不同，觀察兩杯中水蒸發(fā)的快慢發(fā)現(xiàn)液體的溫度越高，蒸發(fā)越快研究水的蒸發(fā)快慢與表面積的關(guān)系將等量的水倒入兩個(gè)大小不同的杯子中，使水的表面積不同，保持水的溫度、表面空氣

3、的流速相同，觀察兩杯中水蒸發(fā)的快慢發(fā)現(xiàn)液體的表面積越大，蒸發(fā)越快研究水的蒸發(fā)快慢與表面空氣流速的關(guān)系將等量的水倒入兩個(gè)相同的杯子中，保持水的表面積、水的溫度相同，使水的表面空氣的流速不同，觀察兩杯中水的蒸發(fā)快慢發(fā)現(xiàn)液體的表面空氣流速越快，蒸發(fā)越快二差值法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定液體的密度，為了減小誤差，通常采用差值法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)例2小華是個(gè)勤勞的好孩子，經(jīng)常幫助媽媽做一些力所能及的家務(wù)活一天在炒菜時(shí)發(fā)現(xiàn)油浮在水面上，愛(ài)動(dòng)腦筋的她想，油為什么會(huì)浮在水面上呢？探究了密度的知識(shí)后，她猜想可能是油的密度比水的密度小這激發(fā)了她的好奇心，她決定通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定油的密度 小華通過(guò)查閱資料了解到，測(cè)定小石塊密度的實(shí)驗(yàn)原理是：，

4、又了解到由于在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量的人、測(cè)量的工具都會(huì)造成測(cè)量誤差由測(cè)量工具形成的誤差，減小誤差的方法是選用更精密的測(cè)量工具；由測(cè)量的人形成的誤差，減小誤差的方法則常用多次測(cè)量取平均值的方法若是在測(cè)量過(guò)程中先用天平測(cè)出燒杯中食用油的質(zhì)量，再將燒杯中食用油倒入量筒中測(cè)食用油的體積，測(cè)得油的質(zhì)量值是準(zhǔn)確的，將杯中的油倒入量筒中時(shí)，燒杯壁上會(huì)粘有少量的油而使測(cè)得的體積值偏小，從而測(cè)出的密度值偏大；若是在測(cè)量過(guò)程中先用量筒測(cè)食用油的體積，再將量筒中的油全部倒入燒杯中，用天平測(cè)出食用油的質(zhì)量，測(cè)得油的體積值是準(zhǔn)確的，將量筒中的油倒入燒杯中時(shí)量筒壁上會(huì)粘有少量的油，從而使測(cè)得的油的質(zhì)量值偏小，從而測(cè)出的密度值

5、偏小由于在操作過(guò)程中燒杯壁或量筒壁上會(huì)粘有少量的待測(cè)液體，所以會(huì)形成誤差小華經(jīng)過(guò)思考后改進(jìn)后了測(cè)量方案，設(shè)計(jì)了合理的操作順序，從而減小了誤差，順利測(cè)出了油的密度請(qǐng)你設(shè)計(jì)出小華改進(jìn)后測(cè)量油的密度的實(shí)驗(yàn)步驟析與解：根據(jù)題意，用差值法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)步驟如下：a把天平放在水平的工作臺(tái)面上，調(diào)節(jié)天平平衡； b往燒杯中倒入適量的油，用天平稱出燒杯和油的總質(zhì)量為m1； c將燒杯中的部分油倒入量筒中，讀出量筒中油的體積為V；d用天平稱出燒杯和剩余油的質(zhì)量為m2；e則被測(cè)油的密度為三替代法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)替代法又稱等效替代法，由于替代的物體與被替代的物體在某一情境下作用的效果相同，通常用可直接測(cè)量的物理量代替不可直接測(cè)

6、量的物理量，是物理研究中常用的一種方法例3在物理實(shí)驗(yàn)中常用到等效替代法例如，將一個(gè)7的電阻替換某支路中2 和5串聯(lián)的電阻，在其他條件不變的情況下，該支路中電流不變，說(shuō)明一個(gè)7的電阻與阻值為2 和5串聯(lián)的電阻對(duì)電流的阻礙作用是等效的，所以可用7的電阻替代2和5串聯(lián)的電阻 在用如圖（1）所示電路測(cè)量未知電阻的實(shí)驗(yàn)中，用的就是等效替代法其中RX是待測(cè)電阻(阻值大約幾百歐)，R是滑動(dòng)變阻器，R0是電阻箱(電阻箱的最大電阻值大于RX) (1)請(qǐng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖把下列主要實(shí)驗(yàn)步驟中的空白處填齊 按電路圖連好電路，并將電阻箱R0的阻值調(diào)至最大 閉合開(kāi)關(guān)S1前，滑片P置于 (填“a ”或“b”)端 閉合開(kāi)關(guān)S1

7、 閉合開(kāi)關(guān) ，調(diào)節(jié)滑片P，使電流表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?，記下此時(shí)電流表的示數(shù)I 先斷開(kāi)開(kāi)關(guān) ，再閉合開(kāi)關(guān) ，保持的電阻不變，調(diào)節(jié) ，使電流表的示數(shù)仍為I (2)在此實(shí)驗(yàn)中，若將電流表改為電壓表，其他器材不變，畫(huà)出用等效替代法測(cè)量RX電阻的實(shí)驗(yàn)電路圖要求所設(shè)計(jì)的電路在連接好后，只能通過(guò)開(kāi)關(guān)改變電路連接情況析與解：（1）根據(jù)題意可知，欲測(cè)出未知電阻RX的阻值，用可調(diào)節(jié)的電阻箱來(lái)替代未知電阻RX的阻值應(yīng)先將未知電阻接入電路，所以應(yīng)先閉合開(kāi)關(guān)S3，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電流表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢茫浵麓藭r(shí)電流表的示數(shù)I再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S3、閉合開(kāi)關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0，使電流表的示數(shù)仍為I則此時(shí)電阻箱R0的示數(shù)大小

8、即為待測(cè)電阻RX的阻值的大?。?）根據(jù)題意可知，若將電流表改為電壓表，其他器材不變，則根據(jù)電表的特點(diǎn)：電流表與被測(cè)的用電器串聯(lián)，電壓表與被測(cè)的用電器并聯(lián)，所以將干路中的電流表去掉，在并聯(lián)電路部分并聯(lián)上電壓表即可再根據(jù)等替代法的規(guī)律，應(yīng)先將未知電阻接入電路，所以應(yīng)先閉合開(kāi)關(guān)S3，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使電壓表指針指在適當(dāng)?shù)奈恢?，記下此時(shí)電壓表的示數(shù)U再斷開(kāi)開(kāi)關(guān)S3、閉合開(kāi)關(guān)S2，調(diào)節(jié)電阻箱R0，使電壓表的示數(shù)仍為U則此時(shí)電阻箱R0的示數(shù)大小即為待測(cè)電阻RX的阻值的大小電路圖如圖（2）所示四分析法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn) 有一類(lèi)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)題，根據(jù)被測(cè)物理量的結(jié)果，依次層層逆向分析，逐步浮現(xiàn)出各研究對(duì)象之間物理量的關(guān)系，從

9、而尋找出被測(cè)量的物理量，使問(wèn)題迎刃而解例4小婷是物理課外興趣活動(dòng)的組長(zhǎng)，在幫助實(shí)驗(yàn)老師整理器材時(shí)，看到實(shí)驗(yàn)桌上還有天平（包括砝碼及砝碼盒）、彈簧測(cè)力計(jì)、盛有適量水的水槽、壓強(qiáng)計(jì)、一只玻璃瓶、細(xì)線、一個(gè)小石塊、兩只大水杯，還有一杯未知的液體小婷感到很好奇，這杯液體是什么物質(zhì)呢？老師提示小婷說(shuō)：“可以通過(guò)測(cè)定液體的密度來(lái)進(jìn)行判斷，你能測(cè)出它的密度嗎？”小婷經(jīng)過(guò)思考，用幾種方法測(cè)出了未知液體的密度請(qǐng)你簡(jiǎn)述小婷的主要測(cè)量步驟，并寫(xiě)出測(cè)量液體密度的表達(dá)式析：此題題設(shè)巧妙，實(shí)驗(yàn)器材豐富，實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法開(kāi)放，能活躍學(xué)生的思維，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新能力分析法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是物理實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中常用的方法 方法一析：由測(cè)定物質(zhì)密度

10、的原理和分析法可知，被測(cè)液體的密度，液體的質(zhì)量m液可用天平測(cè)量，液體的體積V液無(wú)法用量筒測(cè)出；若使被測(cè)液體的體積V液等于已知液體水的體積V水，問(wèn)題便轉(zhuǎn)化成了測(cè)水的體積V水，由密度公式可知被測(cè)水的體積，水的質(zhì)量m水可用天平測(cè)量，水的密度水為已知，問(wèn)題便迎刃而解實(shí)驗(yàn)步驟如下：a.將天平放在水平工作臺(tái)面上，調(diào)節(jié)天平平衡；b.用天平稱出空瓶子的質(zhì)量為m1；c.往瓶中注滿水，用天平稱出水和瓶子的總質(zhì)量為m2；d.倒出瓶中的水，往瓶中注滿待測(cè)的液體，用天平稱出液體和瓶子的總質(zhì)量為m3；e.待測(cè)液體的密度為方法二析：由液體壓強(qiáng)的規(guī)律p=gh和分析法可知，被測(cè)液體的密度，液體的壓強(qiáng)p液可用壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出，壓強(qiáng)計(jì)的

11、金屬盒浸入液體中的深度無(wú)法用刻度尺測(cè)出；若使被測(cè)液體的深度h液等于已知液體水的深度h水，問(wèn)題便轉(zhuǎn)化成了測(cè)水的深度h水，被測(cè)水的深度，水的壓強(qiáng)p水可由壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出，水的密度水已知，問(wèn)題便迎刃而解實(shí)驗(yàn)步驟：a往水槽中注入一定深度的水h水，并在水面標(biāo)上記號(hào)，用壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出深度h水的水的壓強(qiáng)為p水；b倒出水槽中的水，往水槽中注入相同深度的液體h液，用壓強(qiáng)計(jì)測(cè)出相同深度的液體的壓強(qiáng)為p液；c待測(cè)液體的密度方法三析：由阿基米德原理F浮=液gV排和分析法可知，待測(cè)液體的密度，物體在液體中受到的浮力可用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出，物體排開(kāi)液體的體積V排無(wú)法用量筒測(cè)出；若使物體排開(kāi)液體的體積V排等于物體排開(kāi)水的體積V排水，問(wèn)題

12、便轉(zhuǎn)化成了測(cè)物體排開(kāi)水的體積V排水，被測(cè)物體排開(kāi)水的體積，物體受到水的浮力F浮水可用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出，水的密度水已知，問(wèn)題便迎刃而解實(shí)驗(yàn)步驟： a用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)出小石塊在空氣中的物重為G；b往水槽中注入適量的水，將小石塊浸沒(méi)在水中，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F1；c倒出水槽中的水，往水槽中適量的待測(cè)液體，將小石塊浸沒(méi)在液體中，讀出彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為F2；d被測(cè)液體的密度為五橋梁法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)有一類(lèi)習(xí)題，前面的信息為后面的問(wèn)題巧妙架設(shè)了橋梁，將兩個(gè)看似不相關(guān)的兩個(gè)問(wèn)題，有機(jī)地結(jié)合在一起，這類(lèi)習(xí)題不僅培養(yǎng)了學(xué)生的融會(huì)貫通能力，而且培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新能力橋梁法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)是近幾年實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的一枝新秀例5如圖3(a)所

13、示，將一只小電鈴放在玻璃鐘罩內(nèi)，接通電源，可清楚地聽(tīng)到鈴聲用抽氣機(jī)逐漸抽去玻璃鐘罩內(nèi)的空氣，鈴聲逐漸降低，這個(gè)實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了 _ 為了說(shuō)明大氣壓的存在，小亮同學(xué)做了“覆杯”實(shí)驗(yàn)，如圖3(b)所示小明同學(xué)提出：硬紙片不掉下來(lái)是不是被水“粘”住了?請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證：硬紙片不掉下來(lái)是由于大氣壓的作用，而不是被水“粘”住析：此題首先展現(xiàn)了聲音傳播條件的實(shí)驗(yàn)，再引出“覆杯”實(shí)驗(yàn)，然后提出問(wèn)題，硬紙片不掉下來(lái)是不是被水“粘”住了?這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)之間有什么內(nèi)在聯(lián)系？它們對(duì)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)有什么暗示？研究聲音傳播條件的實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明了聲音傳播需要傳聲介質(zhì)，從而推出真空不能傳聲“覆杯”實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了大氣壓的存在怎樣才能說(shuō)

14、明硬紙片不掉下來(lái)是由于大氣壓的作用，而不是被水“粘”?。扛鶕?jù)逆向思維規(guī)律，“覆杯”實(shí)驗(yàn)是由于大氣壓的存在，若沒(méi)有大氣壓，硬紙片將會(huì)落下來(lái)，怎樣才能使覆杯處在沒(méi)有大氣壓的環(huán)境中，聲音傳播條件的實(shí)驗(yàn)為我們提供了這一實(shí)驗(yàn)保障答：將“覆杯”實(shí)驗(yàn)的裝置懸掛在玻璃鐘罩的中間，用抽氣機(jī)逐漸抽去玻璃鐘罩內(nèi)的空氣，直到硬紙片掉下來(lái)，從而說(shuō)明硬紙片不掉下來(lái)是由于大氣壓的作用，而不是被水“粘”住例6在日常生活中不難發(fā)現(xiàn)，晚上7點(diǎn)到9點(diǎn)，使用的用電器增多，家中電燈要暗一些，到了夜間11點(diǎn)以后，使用的用電器減少，電燈又會(huì)變得亮一些小華同學(xué)在實(shí)驗(yàn)室中觀察到以下現(xiàn)象，實(shí)驗(yàn)室中導(dǎo)線的長(zhǎng)度比較短，電阻很小，可以忽略，可是實(shí)際的

15、輸電電線很長(zhǎng)，電阻就大一些，他猜想：燈光變暗可能與輸電線的電阻有關(guān)你認(rèn)為他的猜想對(duì)嗎？請(qǐng)你說(shuō)出理由，設(shè)計(jì)電路并驗(yàn)證他的猜想析：在照明電路中，干路導(dǎo)線與用戶串聯(lián)，用戶的用電器工作時(shí)，所有用戶可以看成是變阻器，在晚上7點(diǎn)到9點(diǎn)，用戶工作的用電器較多，并聯(lián)電路的支路越多，總電阻越小，用電器兩端的電壓就越低，由P=得，某一用電器R的阻值不變，電壓U變小，所以燈消耗的功率變小，燈要變暗一些；反之，到了夜間11點(diǎn)以后，電燈又會(huì)變得亮一些根據(jù)前面的分析，電路設(shè)計(jì)如圖（4）所示，定值電阻R0相當(dāng)于干路導(dǎo)線的電阻，并聯(lián)部分的燈泡相當(dāng)于用戶的用電器（燈泡的阻值與R0的阻值相差不大），依次閉合開(kāi)關(guān)S1、S2、S3，

16、觀察燈泡的亮暗情況，若燈泡逐漸變暗，說(shuō)明小華的猜想是正確的六探究法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究法就是有一定的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，但又缺少直接實(shí)驗(yàn)的依據(jù)，根據(jù)科學(xué)研究獲得的信息，揭示出它們之間的內(nèi)在聯(lián)系，并將可能存在的情況分析出來(lái)的研究方法例7人的眼睛像一架神奇的照相機(jī)，晶狀體相當(dāng)于照相機(jī)的 鏡若來(lái)自遠(yuǎn)方物體的光，經(jīng)眼球折光系統(tǒng)折射后成像情況如圖（5）所示根據(jù)該圖，這個(gè)人可配戴裝有 鏡的眼鏡加以矯正經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)人體中鋅含量的高低與近視的發(fā)生有關(guān)(人體中鋅含量的高低可以通過(guò)測(cè)定空腹時(shí)血清中的鋅含量來(lái)確定)，若要研究這二者的相關(guān)性，請(qǐng)你設(shè)計(jì)完成下列研究過(guò)程：圖5(1)將同校同年級(jí)的同學(xué)按 分為兩組； (2) (3)（2分）探究血清中鋅含量的高低和近視的相關(guān)性析與解：此題題設(shè)巧妙，把我們“熟視無(wú)睹”的眼睛與我們熟悉的照相機(jī)進(jìn)行對(duì)比，再引入視力缺陷可能產(chǎn)生的因素，進(jìn)而探究視力缺陷與相關(guān)因素的關(guān)系，層層遞進(jìn)，既鞏固了透鏡知識(shí)，又聯(lián)系了生活實(shí)際，進(jìn)而設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)