中學(xué)物理科學(xué)探究學(xué)習(xí)及案例

科學(xué)探究過程包括以下要素：1．提出問題2．猜想與假設(shè)3．制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)4．進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)5．分析與論證6．評(píng)估7．交流與合作一、提出問題：1.能從日常生活、自然現(xiàn)象或?qū)嶒?yàn)觀察中發(fā)現(xiàn)與物理學(xué)有關(guān)的問題。2.能書面或口頭表述這些問題。

例1．小明為了研究液體蒸發(fā)快慢與哪些因素有關(guān)，將體積相同的水和酒精分別裝入兩個(gè)相同的燒杯中，然后將它們放置在同一房間（相同環(huán)境）里。過了一段時(shí)間，他觀察到酒精液面明顯低于水的液面。試根據(jù)這個(gè)蒸發(fā)快慢的現(xiàn)象，提出一個(gè)相關(guān)的問題。

答：液體蒸發(fā)快慢與液體的種類是否有關(guān)？二、猜想與假設(shè)1.根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)對(duì)問題的成因提出猜想。

2.對(duì)探究的方向和可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行推測與假設(shè)。例２．在“用電壓表測電壓的實(shí)驗(yàn)”中，曉聰同學(xué)先測得電池組兩端電壓為3.0V，然后將兩只燈泡L1、L2并聯(lián)在電池的兩端，測得L1、L2兩端電壓U1、U2均為2.5V，如圖所示．并聯(lián)的兩個(gè)燈泡的電壓小于3.0V，0.5V的電壓哪兒去了呢?請(qǐng)你就此問題提出合理的猜想．

答：電池的內(nèi)部可能有電阻，這個(gè)內(nèi)電阻在電路中分得了一部分電壓。三、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

1.明確探究目的和已有條件，經(jīng)歷制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過程。

2.選擇科學(xué)探究的方法及所需要的器材。

3.考慮影響問題的主要因素，有控制變量的意識(shí)。例３．(2004．遼寧大連)在探究“浮力的大小與哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)猜想：浮力大小可能與液體密度的大小、物體浸入液體中體積的大小、物體重力的大小有關(guān)。請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)方案，探究“浮力的大小與物體的重力大小是否有關(guān)”．實(shí)驗(yàn)提供如下器材：彈簧測力計(jì)、量筒、燒杯各一個(gè)，水、鹽水、細(xì)線適量，一大塊橡皮泥，體積相同的銅塊和鐵塊各一塊；體積不同的鐵塊各一塊。(1)從給定的器材中選出你需要的器材。

(2)實(shí)驗(yàn)步驟．(3)根據(jù)可能出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出相應(yīng)的探究結(jié)論。(1)實(shí)驗(yàn)器材：彈簧測力計(jì)、燒杯、水、細(xì)線、體積相同的銅塊和鐵塊。(2)實(shí)驗(yàn)步驟：①用細(xì)線把銅塊拴在彈簧測力計(jì)下，測出其重力G1②將銅塊浸沒在水中稱，記下測力計(jì)示數(shù)F1，求出銅塊受到的浮力F浮1＝G1－F1③換用鐵塊重復(fù)上述步驟，用彈簧測力計(jì)測出鐵塊浸沒在水中受到的浮力F浮2＝G2－F2④整理器材。(3)比較F浮1和F浮2的大小，如果相等，則浮力與重力無關(guān)；如果不相等，則浮力與重力有關(guān)。例4．現(xiàn)有各種規(guī)格的不銹鋼絲和銅絲．請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究方案，比較不銹鋼和銅這兩種材料的導(dǎo)電性能．(1)實(shí)驗(yàn)研究中對(duì)不銹鋼絲和銅絲的選取有什么要求?(2)你用什么方法顯示材料的導(dǎo)電性能?(寫出所需要的實(shí)驗(yàn)器材、畫出電路圖、寫出實(shí)驗(yàn)步驟、可能出現(xiàn)的現(xiàn)象和結(jié)論)答：(1)實(shí)驗(yàn)研究中應(yīng)選取長度和粗細(xì)（橫截面積）都相同的不銹鋼絲和銅絲。(2)實(shí)驗(yàn)器材：電源、開關(guān)一只、導(dǎo)線若干條、小燈泡一只、長度和橫截面積都相同的不銹鋼絲和銅絲各一根。

電路圖：實(shí)驗(yàn)步驟：

①按照電路圖連接好電路。②把不銹鋼絲接入電路的A、B之間，閉合開關(guān)，觀察小燈泡的亮度。③換用銅絲重復(fù)步驟②。④整理器材?？赡艹霈F(xiàn)的現(xiàn)象和結(jié)論：若第一次實(shí)驗(yàn)小燈泡的亮度較度，則不銹鋼導(dǎo)電性能比銅好．有關(guān)控制變量的具體做法的幾個(gè)典型例子：１．在探究動(dòng)能大小與質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，如何控制物體的運(yùn)動(dòng)速度相同？

讓質(zhì)量不同的球從同一斜面的同一高度由靜止?jié)L下．２．在探究不同物體下表面的粗糙程度時(shí)，在探究壓力的作用效果與受力面積的關(guān)系時(shí)(大小不同的同種材料的圓柱體)，如何控制壓力相同？

讓兩個(gè)不等重的物體相互疊放壓在受力面上．有關(guān)控制變量的具體做法的幾個(gè)典型例子：３．在探究電流與電阻的關(guān)系時(shí)，如何控制定值電阻兩端的電壓相同？

調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器．(若定值電阻由小阻值換成大阻值，則應(yīng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，使變阻器接入電路的電阻變大）４．在探究電流做功的大小與電壓的關(guān)系時(shí)，如何控制電流相同？在探究電流做功的大小與電流的關(guān)系量，如何控制電壓相同？

用電器串聯(lián)，電流相同；用電器并聯(lián)，電壓相同．四、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)

1.能通過觀察和實(shí)驗(yàn)收集數(shù)據(jù)。

2.能通過公共信息資源收集資料。

3.嘗試評(píng)估有關(guān)信息的科學(xué)性。

4.會(huì)閱讀簡單儀器的說明書，能按書面說明操作。

5.會(huì)使用簡單的實(shí)驗(yàn)儀器，能正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

6.具有安全操作的意識(shí)。

7.認(rèn)識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集數(shù)據(jù)對(duì)科學(xué)探究的重要性。

例５．根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，我們猜想：物體溫度升高吸收熱量的多少可能與物質(zhì)的種類、質(zhì)量和升高的溫度有關(guān)．為了探究物體溫度升高吸收熱量的多少與物質(zhì)的種類的關(guān)系，我們應(yīng)計(jì)劃：用相同的電加熱器給液體加熱，讓

質(zhì)量的

液體升高

的溫度，然后比較它們吸收熱量的多少．請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)記錄表格．組別液體質(zhì)量/g升高的溫度/℃加熱時(shí)間/min①②相同不同相同例６．小華同學(xué)在測定食用色拉油的密度的實(shí)驗(yàn)中，其方法步驟完全正確，圖中顯示的是他測量的相關(guān)數(shù)據(jù)，請(qǐng)幫小華填寫表中空白的測量值和數(shù)據(jù)．燒杯和油的總質(zhì)量(g)倒出適量油后燒杯和油的總質(zhì)量(g)倒出油的質(zhì)量(g)倒出油的體積(cm3)油的密度(g／cm3)16.833.817200.84五、分析與論證

1.能初步描述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或有關(guān)信息。

2.能對(duì)收集的信息進(jìn)行簡單的比較。

3.能進(jìn)行簡單的因果推理。

4.經(jīng)歷從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中歸納科學(xué)規(guī)律的過程。

5.嘗試對(duì)探究結(jié)果進(jìn)行描述和解釋。

6.認(rèn)識(shí)分析論證在科學(xué)探究中是必不可少的。

例７．小華看到：彈簧受到的拉力越大，它的長度就越長．于是他提出猜想：“彈簧的長度跟受到的拉力成正比．”為了驗(yàn)證自己的猜想，他設(shè)計(jì)了如圖所示的實(shí)驗(yàn)．通過逐個(gè)加掛鉤碼，使彈簧受到的拉力F1、F2、F3……逐漸增大，記下每次彈簧的長度L1、L2、L3……其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)如下表：

(1)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在圖乙中畫出彈簧長度L與拉力F的函數(shù)關(guān)系圖像。(2)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，你認(rèn)為小華的猜想正確嗎?說出你的理由．實(shí)驗(yàn)次數(shù)１２３４５６拉力F／N00.51.01.52.02.5彈簧長度L／cm81012141618答：小華的猜想不正確。彈簧的長度跟受到的拉力不成正比。正確的結(jié)論是，彈簧的伸長跟受到的拉力成正比。例8．為了探究壓力的作用效果與哪些因素有關(guān)，某同學(xué)用若干個(gè)同種材料制成的不同物體放在同一水平沙面上，進(jìn)行了三組實(shí)驗(yàn)，并記錄了有關(guān)數(shù)據(jù)如表一、表二、表三所示，實(shí)驗(yàn)時(shí)，他仔細(xì)觀察沙面的凹陷程度，并通過比較，發(fā)現(xiàn)每一組沙面的凹陷程度相同，而各組卻不同，第一組凹陷程度最大，第三組凹陷程度最小。(1)分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)1與4、2與5、3與6的數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象，可得出的初步結(jié)論是什么?(2)分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)________________，可得出的初步結(jié)論是：當(dāng)壓力相同時(shí)，受力面積越小，壓力的作用效果越明顯．(3)請(qǐng)進(jìn)一步綜合分析表一、表二、表三中的數(shù)據(jù)及觀察到的現(xiàn)象，可歸納得出什么結(jié)論?20123159.02106.01受力面積（cm2)壓力（N）序號(hào)表一206.06154.55103.04受力面積（cm2)壓力（N）序號(hào)表二406.09304.58203.07受力面積（cm2)壓力（N）序號(hào)表三當(dāng)受力面積相同時(shí)，壓力越大，壓力的作用效果越明顯．1、6、9當(dāng)壓力與受力面積的比值相同時(shí)，壓力的作用效果相同．壓力與受力面積的比值越大，壓力的作用效果越明顯．六、評(píng)估

1.有評(píng)估探究過程和探究結(jié)果的意識(shí)。

2.能注意假設(shè)與探究結(jié)果間的差異。

3.能注意探究活動(dòng)中未解決的矛盾，發(fā)現(xiàn)新的問題。

4.嘗試改進(jìn)探究方案。

5.有從評(píng)估中吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的意識(shí)。

6.認(rèn)識(shí)評(píng)估對(duì)科學(xué)探究的意義。

例9．老師取出兩只燒杯，內(nèi)盛清水和鹽水(ρ鹽水=1.1g/cm3)，一塊體積為10ｃｍ3的石塊，一只分度值為0.1Ｎ、量程為5Ｎ的彈簧測力計(jì)，要求同學(xué)們利用浮力的原理，區(qū)分出兩只燒杯中各裝何種液體。王明同學(xué)想：只要測出石塊的重力Ｇ，測出石塊浸沒液體中后彈簧測力計(jì)的示數(shù)Ｆ，就可以計(jì)算出液體的密度，區(qū)分出清水和鹽水。你認(rèn)為行嗎？請(qǐng)說出你的理由；如果不行，請(qǐng)說出你的改進(jìn)方法。(計(jì)算時(shí)取g=10N/kg)

答：根據(jù)阿基米德原理F?。溅岩篻V排可得，10ｃｍ3的石塊浸沒在水中受到的浮力為0.1N，浸沒在鹽水中受到的浮力為0.11N。如果用分度值為0.1Ｎ的彈簧測力計(jì)測小石塊浸沒在兩種液體中受到的浮力，將不能明顯地顯示浮力大小的差異，從而不能區(qū)分出清水和鹽水。要用這種方法區(qū)分出清水和鹽水，應(yīng)換用分度值更小的彈簧測力計(jì)，或換用體積更大的石塊進(jìn)行測量。例10．下面是某次兩位同學(xué)合作完成的實(shí)驗(yàn)．實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簻y定一段金屬絲電阻(約10Ω)．實(shí)驗(yàn)器材：電源(3V)；定值電阻3個(gè)R01(0.1Ω)、R02(10Ω)、R03(1000Ω)；電流表1只(只有0～0.6A量程能使用)；單刀開關(guān)2個(gè)；若干導(dǎo)線．(1)甲同學(xué)設(shè)計(jì)了如圖的實(shí)驗(yàn)電路圖，得到一致認(rèn)同．在選用定值電阻Ro時(shí)引起爭議，甲認(rèn)為選R01(0.1Ω)，乙認(rèn)為選R02(1000Ω)，你認(rèn)為應(yīng)選用

，其理由是：①

，②

．R02如果選R01(0.1Ω)，電路中電流將超出電流表量程，損壞電流表如果選R03(1000Ω)，只閉合S1時(shí)，電路中電流太小，電流表指針偏轉(zhuǎn)不明顯。(2)請(qǐng)你任選器材，設(shè)計(jì)一種不同于上面兩位同學(xué)設(shè)計(jì)的測量電路，并畫出電路圖．并比較兩個(gè)電路圖，說一說你設(shè)計(jì)的電路的優(yōu)點(diǎn)．我設(shè)計(jì)的電路的優(yōu)點(diǎn)：①可以起到保護(hù)電路的作用。②能多次測量求平均值，減小誤差。七、交流與合作1.能寫出簡單的探究報(bào)告。

2.有準(zhǔn)確表達(dá)自己觀點(diǎn)的意識(shí)。

3.在合作中注意既堅(jiān)持原則又尊重他人。

4.能思考別人的意見，改進(jìn)自己的探究方案。

5.有團(tuán)隊(duì)精神。

6.認(rèn)識(shí)科學(xué)探究中必須有合作精神。

例11.下面是某同學(xué)擬出的一份實(shí)驗(yàn)報(bào)告，試回答下列問題。

Rx＝U／I實(shí)驗(yàn)討論0.42.8電阻（Ω）電流（A）電壓（V）實(shí)驗(yàn)記錄（1）按照電路圖連接電路，調(diào)節(jié)變阻器的滑片P至阻值最大的位置。（2）閉合開關(guān)S，讀出電壓表和電流表示數(shù)。（3）根據(jù)測得的電壓、電流值計(jì)算Rx。實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)原理及電路圖測量電阻Rx的阻值實(shí)