例1 幾個(gè)同學(xué)爬桿比賽時(shí),要比較誰的功率大,分別需要哪些測(cè)量?jī)x器和測(cè)出哪些物理量?
分析：要設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)來測(cè)量人爬桿時(shí)的功率,首先就要建立一個(gè)科學(xué)模型,高度抽象、概括地描述人爬桿時(shí)的物理狀態(tài).有了正確的模型,爬桿人的體重、爬桿的高度和時(shí)間是三個(gè)必須考慮的因素.常規(guī)的方法是用體重計(jì)測(cè)體重,用秒表測(cè)時(shí)間,用長(zhǎng)桿和卷尺測(cè)高度.而用控制變量的思想（保持同樣的高度或用同樣的時(shí)間）,就可以在時(shí)間和高度這兩個(gè)量中少測(cè)一個(gè).因此,這樣的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)試題,雖然并不復(fù)雜,但卻考查了學(xué)生建立科學(xué)模型和正確應(yīng)用控制變量的方法解決問題的能力.
答案：
（1）用體重計(jì)測(cè)體重,用秒表測(cè)時(shí)間,用長(zhǎng)桿和卷尺測(cè)高度.
（2）用體重計(jì)測(cè)體重,用秒表測(cè)時(shí)間.（要求比賽的同學(xué)都爬過同樣高度）
（3）用體重計(jì)測(cè)體重,用長(zhǎng)桿和卷尺測(cè)高度.（要求比賽的同學(xué)在幾條桿上同時(shí)開始,同時(shí)停止）
評(píng)析：本題不是簡(jiǎn)單地考查實(shí)驗(yàn)儀器的操作,也不是課本實(shí)驗(yàn)的重復(fù),而是從學(xué)生的生活實(shí)際出發(fā),考查學(xué)生在真實(shí)情境中應(yīng)用知識(shí),規(guī)劃、沒計(jì)、實(shí)施實(shí)驗(yàn),以解決問題的能力.
例2 （2005貴陽課改卷）甲乙兩個(gè)實(shí)驗(yàn)小組在探究“杠桿的平衡條件”時(shí),分別得到下面兩組數(shù)據(jù)和結(jié)論.他們?cè)诮涣鲿r(shí),甲組發(fā)現(xiàn)了自己實(shí)驗(yàn)結(jié)論的錯(cuò)誤和產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因.你認(rèn)為甲組產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因有那些?
甲組產(chǎn)生錯(cuò)誤的原因：______________________________________________.
甲 組
乙 組
次數(shù)
動(dòng)力
動(dòng)力臂
阻力
阻力臂
動(dòng)力
動(dòng)力臂
阻力
阻力臂
結(jié)論
動(dòng)力+ 動(dòng)力臂＝阻力+阻力臂
動(dòng)力 ×動(dòng)力臂＝阻力×阻力臂
分析：在探究性教學(xué)中,杠桿原理一般并不是直接告訴學(xué)生,而是通過實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生自己去發(fā)現(xiàn).結(jié)果,很多學(xué)生就發(fā)現(xiàn)杠桿的平衡條件是“動(dòng)力+動(dòng)力臂＝阻力+阻力臂”,而且不止一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)支持這種想法,于是學(xué)生認(rèn)為他們的想法得到了證實(shí).到了這里,教學(xué)涉及到的就不僅僅是杠桿原理的問題了,而是科學(xué)探究中歸納方法的局限性問題.
答案：甲組的錯(cuò)誤：
（1）不同單位的物理量不能直接相加.
（2）這四個(gè)物理量中的三個(gè),它們的數(shù)據(jù)都應(yīng)任意設(shè)定,不能有任何人為設(shè)置的規(guī)律.
（3）沒有進(jìn)行多次測(cè)量并從中找到普遍規(guī)律.
二、小試牛刀
1．（2005廣西柳州）由于白熾燈除了發(fā)光還產(chǎn)生熱量,所以逐漸被稱之為“冷光源”的各種節(jié)能燈代替.白熾燈的功率越大,亮度越大,產(chǎn)生的熱量是否也越多呢?為此,小明設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案：使25W白熾燈正常發(fā)光,把溫度計(jì)放在燈泡附近任一位置,觀察溫度計(jì)示數(shù)的變化；換上100W白熾燈重復(fù)上述步驟.若100W白熾燈使溫度計(jì)的溫度升得高,則產(chǎn)生的熱量多.同學(xué)們對(duì)小明的方案進(jìn)行了討論,認(rèn)為：
（1）在燈泡附近的范圍內(nèi),燈泡產(chǎn)生的熱量越多,空氣溫度________,利用溫度計(jì)測(cè)溫度變化的方案是可行的；
（2）方案還應(yīng)注意兩個(gè)問題：一是________________,二是________________.
答案：（1）升高越大（2）測(cè)溫點(diǎn)要固定、測(cè)溫時(shí)間要相同
2．（2005泰州）由阿基米德原理（F?。紾排液）結(jié)合相關(guān)知識(shí),可以推得F浮＝ρ液V排液g,從而看出物體受到的浮力大小與物體________和液體的________有關(guān).
有些愛思考的同學(xué)進(jìn)一步提出,除上述兩個(gè)因素外,浮力的大小是否還與別的什么因素有關(guān)?其中,一個(gè)比較具體的問題是：物體所受浮力大小是否與物體的形狀有關(guān)?針對(duì)這個(gè)問題,若提供下列器材由你選擇,你將選擇哪些器材、怎樣進(jìn)行探究?
供選擇的器材有：彈簧測(cè)力計(jì),三個(gè)形狀不同的小石塊,橡皮泥,燒杯、細(xì)線和水．
（1）你選擇的器材是：________________.
（2）你的探究方案（即實(shí)驗(yàn)步驟）是：________________.
（3）你如何根據(jù)探究過程中觀察到的現(xiàn)象或獲得的數(shù)據(jù)得出結(jié)論：__________________.
答案：排開液體的體積、密度
（1）彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮泥、燒杯、細(xì)線和水（多選或少選均不正確）
（2）實(shí)驗(yàn)步驟：
或a．①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上,測(cè)出橡皮泥重G；
②將橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1；
③改變橡皮泥形狀,將橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2；
④再改變橡皮泥形狀,將橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F3.
或b．①用細(xì)線將橡皮泥吊在彈簧測(cè)力計(jì)上,將橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1；
②改變橡皮泥形狀,把橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2；
③再改變橡皮泥形狀,把橡皮泥浸沒水中,記下測(cè)力計(jì)的示數(shù)F3.
（3）（答案要與實(shí)驗(yàn)步驟對(duì)應(yīng)）
或a．求出橡皮泥各次在水中所受的浮力.若各次所受浮力相等,說明浮力大小與形狀無關(guān)；若各次所受浮力不等,說明浮力大小與形狀有關(guān).
或b．比較橡皮泥各次浸沒水中時(shí)測(cè)力計(jì)示數(shù).若測(cè)力計(jì)的示數(shù)相等,說明浮力大小與形狀無關(guān)；若測(cè)力計(jì)的示數(shù)不等,則說明浮力大小與形狀有關(guān).
3．（2005泰州）通過學(xué)習(xí),同學(xué)們知道了液體壓強(qiáng)的特點(diǎn).在此基礎(chǔ)上,老師提出了這樣的問題：有兩只杯子,分別盛有清水和鹽水,但沒有標(biāo)簽,你能否用壓強(qiáng)計(jì)將它們區(qū)別開?
（1）當(dāng)壓強(qiáng)計(jì)的金屬盒在空氣中時(shí),U形管兩邊的液面應(yīng)當(dāng)相平,而小明同學(xué)卻觀察到如圖1（a）所示的情景.出現(xiàn)這種情況的原因是：U形管左支管液面上方的氣壓______大氣壓（填“大于”、“小于”或“等于”）；調(diào)節(jié)的方法是：（ ）
A．將此時(shí)右邊支管中高出的液體倒出
B．取下軟管重新安裝
（2）小明再作圖（b）所示的檢查.當(dāng)用手指按壓（不論輕壓還是重壓）橡皮膜時(shí),發(fā)現(xiàn)U形管兩邊液柱的高度幾乎不變化.出現(xiàn)這種情況的原因是：__________________________.
（3）壓強(qiáng)計(jì)調(diào)節(jié)正常后,小明將金屬盒先后浸入到兩杯液體中,如圖（c）和（d）所示.他發(fā)現(xiàn)圖（d）中U形管兩邊的液柱高度差較大,于是認(rèn)為圖（d）杯子中盛的是鹽水.①你認(rèn)為,小明的結(jié)論是_________________（填“可靠的”或“不可靠的”）；②簡(jiǎn)要說明理由：_________________.
答案：（1）大于B
（2）壓強(qiáng)計(jì)的氣密性不好；或壓強(qiáng)計(jì)金屬盒（或“軟管”）漏氣；或U形管與軟管連接不好.
（3）不可靠的金屬盒（或“橡皮膜”）在兩種液體中的深度不同；或沒有控制金屬盒（或“橡皮膜”）在兩種液體（或“在液體”）中的深度（或“深度相同”）.
4．（2005蘇州）小明同學(xué)在做完“觀察水的沸騰”實(shí)驗(yàn)后又進(jìn)一步探究了沸水自然冷卻過程中溫室隨時(shí)間的變化情況,他將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在自己設(shè)計(jì)的表格中.
小明通過描點(diǎn)畫出如圖2所示的水溫隨時(shí)間變化的曲線.
（1）根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可推知,小明做上述實(shí)驗(yàn)時(shí)的環(huán)境溫度（即室溫）應(yīng)在_______℃左右.
（2）根據(jù)圖示水溫隨時(shí)間變化的曲線.可知沸水在自然冷卻過程中溫度隨時(shí)間變化的特點(diǎn)是：______________.
答案：（1）22
（2）溫度較高時(shí),溫度隨時(shí)間下降較快,當(dāng)溫度接近室溫時(shí),溫度下降越來越慢.
5．（2005蘇州）刻度尺,溫度計(jì),量筒,彈簧測(cè)力計(jì),電流表和電壓表是物理實(shí)驗(yàn)中的常用儀器.通過比較可以發(fā)現(xiàn),這些儀器具有—些共同的特點(diǎn).例如它們都有一定的量程.
上述儀器還有的共同特點(diǎn)是（只要求寫出2個(gè)）：
（1）__________________________________________________；
（2）__________________________________________________.
答案：（1）一定的分度值
（2）刻度是均勻的
6．（2005南京）有一天,小明在家觀察洗衣機(jī)排水后,對(duì)容器排盡水的時(shí)間與排水孔的大小之間的關(guān)系產(chǎn)生了濃厚的興趣.為此他找來四個(gè)同樣大小的圓柱形塑料容器,在它們的底部相同位置各開一個(gè)排水圓孔,排水孔的直徑d分別是1．5cm、2．0cm、3．0cm和5．0cm.在容器里放入30cm深的水,打開排水孔讓水流出,用秒表測(cè)量水完全流出所需的時(shí)間t分別為73．0s、41．2s、18．4s和6．8s.
（1）請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)表格,并將小明測(cè)得的數(shù)據(jù)填寫在表格中.
（2）請(qǐng)?jiān)趫D3中畫出排盡水的時(shí)間t與排水孔直徑d的關(guān)系圖線.
（3）分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),初步可以看出t與d之間韻關(guān)系為：d越大,t_____,但是還不能確定它們之間明確的數(shù)量關(guān)系.
（4）請(qǐng)你猜想t與d之間可能存在的數(shù)量關(guān)系,并根據(jù)以上數(shù)據(jù)寫出證實(shí)你猜想的思路.
猜想：________________________________________.
思路：_________________________________________.
答案：（1）
排水孔直徑d／cm
1．5
2．0
3．0
5．0
排盡水的時(shí)間t/s
73．0
41．2
1 8．4
6．8
（2）圖線如下
（3）越小
（4）t與d2成反比,可以作出t與圖線,并觀察圖線是否為一條直線
（說明：本小題只要答案合理均正確）
7．（2005南通）為探究滑動(dòng)摩擦力大小與什么因素有關(guān),小明設(shè)計(jì)了如圖4甲所示的實(shí)驗(yàn).
⑴如果要想利用此實(shí)驗(yàn)來探究滑動(dòng)摩擦力的大小與壓力的關(guān)系,應(yīng)設(shè)計(jì)怎樣的實(shí)驗(yàn)步驟?
⑵在探究滑動(dòng)摩擦力的大小是否與物體間的接觸面積有關(guān)時(shí),小明先后用大、小木塊按照?qǐng)D甲所示的方法進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn).小明的做法是否正確?為什么?
⑶在研究此問題時(shí),小紅設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)如圖4乙所示,彈簧測(cè)力計(jì)一端固定,另一端鉤住長(zhǎng)方形木塊,木塊下面是一長(zhǎng)木板,實(shí)驗(yàn)時(shí)拖支長(zhǎng)木板,然后讀出彈簧力計(jì)的示數(shù),即可測(cè)出木塊和木板之間的摩擦力.小明看了小紅的實(shí)驗(yàn)后,認(rèn)為小紅設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)優(yōu)于自己設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn).對(duì)此你能說出其中的原因嗎?
答案：⑴彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊,使它做勻速直線運(yùn)動(dòng),讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F1；
在木塊上面加一個(gè)重物,再用彈簧測(cè)力計(jì)拉動(dòng)木塊,使它做勻速直線運(yùn)動(dòng),讀出此時(shí)彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)F2；比較F1和F2的大小.
⑵不正確.實(shí)驗(yàn)過程中沒有保持相同的壓力.
⑶木塊不必做勻速直線運(yùn)動(dòng)（或彈簧測(cè)力計(jì)保持靜止,便于讀數(shù)）
小麗和他的同伴在探究凸透鏡成像的規(guī)律的實(shí)驗(yàn),請(qǐng)你和他們一起來參與探究吧.
（1）選用蠟燭,凸透鏡,光具座等器材,調(diào)節(jié)他們的高度,使（ ）,（ ）和（ ）在一條與光具座平行的直線上.
（2）測(cè)定凸透鏡的焦距：_________________________________.
（3）把蠟燭放在離凸透鏡大于2倍焦距的位置上,調(diào)整光屏到透鏡的距離,使?fàn)T焰在屏上成一個(gè)清晰的像.觀察到像的情況是（ ）,（ ）,（ ）像.
（4）逐漸把蠟燭向凸透鏡靠近,這時(shí)光屏就要（ ）凸透鏡才能成清晰的像,進(jìn)行觀察和測(cè)量.
（5）直到蠟燭到透鏡的某一位置時(shí),無論怎樣移動(dòng)光屏也不能成像,這時(shí)眼睛通過（ ）向（ ）處看,才能看到像,觀察并記錄測(cè)量結(jié)果.
（6）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物距減小時(shí),像距（ ）,像（ ）.物體在（ ）時(shí),成倒立,縮小的實(shí)像；在（ ）時(shí).成倒立,等大的實(shí)像；在（ ）時(shí),成倒立,放大的實(shí)像；在（ ）時(shí),成正立,放大的虛像
(1)蠟燭火焰 凸透鏡主光軸 光屏
(2)移動(dòng)蠟燭,凸透鏡,使光屏上成一個(gè)點(diǎn)的像,凸透鏡到光屏的距離就是焦距
(3)縮小 倒立 實(shí)
(4)遠(yuǎn)離
(5)凸透鏡 蠟燭
(6)增大 變大 大于2倍焦距處 2倍焦距處 小于2倍焦距大于焦距處 小于焦距處