设计性实验题归类解析

编辑: 逍遥路 关键词: 初中物理 来源: 高中学习网

中考设计性实验题的题目大多是以课本实验为基础,通过改变实验条件或者是用实验中出乎意料之外的问题来命题,在解决此类问题时,要利用学过的知识和实验探究方法,分析并找到解决问题的途径,并利用题目中提供的器材或者是自选器材来自行设计新的实验方案。

一、设计电路类

1.黑盒子问题

解决此类问题要根据题目所要求的条件和所描述的现象,先判断出可能的电路连接方式,然后再验证所设计的电路是否符合题意,符合题意则设计的电路就是所要求的电路,否则再重新设计电路并验证,直到所设计的电路符合题目要求。

例题1一只玩具猫外形如图1所示,猫体内有电池,猫手相当于一开关,向下压猫手,猫脸上的两个小电灯会一齐发光.把你猜想的猫体内的电路图画在方框内。( 2019广州)

解析:根据向下压猫手两只小电灯会同时发光,可判断两只小电灯为并联连接,如为串联连接,则一只小灯损坏后,两只灯都不会发光,所以两只灯并联连接比串联连接实际效果要好一些。电路图如图2所示。

例题2如图3甲所示,是小明常用的一个插线板。他在使用中发现:插线板上的指示灯在开关闭合时会发光,插孔正常通电;如果指示灯损坏,开关闭合时插孔也能正常通电。根据上述现象,在图3乙中画出插线板中开关、指示灯和插孔的连接方式,并与电源线接通。

解析:根据插线板上的指示灯在开关闭合时会发光,插孔正常通电,可判断指示灯与插孔为并联连接,如果为串联连接,则指示灯损坏时,开关闭合时插孔不能正常通电。因为用电器应接在火线和零线之间,所以指示灯与插孔并联后一端和开关连接,另一端和零线连接。电路图如图4所示。

2.分析设计电路

例题3在探究“电阻上的电流与两端电压的关系”的实验中,所用的器材有:一个定值电阻R、一个电压恒定的电源,电流表、电压表各一个,滑动变阻器一个,开关一个,导线若干。有三位同学分别设计了图5所示的甲、乙、丙三个电路图。

(1)三个电路图中,只有丙图是符合要求的,甲图中的错误是_________________,乙图中的错误是____________________。

(2)在这三个电路图中,都有滑动变阻器,如将滑片P都向左移动时,甲图中电压表的示数将________,乙图中电流表的示数将________,丙图中电阻R的阻值 将________。(三空都选填“变大”、“变小”或“不变”)

解析:本题要探究的是电阻上的电流与电压两个量之间的关系,因此应在知道电阻上电流的同时知道电阻上的电压。(1)在题目中没有提供电源输出电压值的情况下,图甲中的电压表测的是滑动变阻器两端的电压,而电阻R两端的电压未知,所以无法用甲图探究电阻上的电流与两端电压的关系。甲图中的错误是电压表测的是滑动变阻器两端的电压。乙图中电流表测的是流过电阻R和滑动变阻器中的电流,这样流过电阻R中的电流是未知的。所以无法用乙图探究电阻上的电流与两端电压的关系。乙图中的错误是滑动变阻器与电阻R并联了。(2)滑片P向左移动时,甲电路中的总电阻变大,流过电阻R中的电流变小,所以电阻R两端的电压变小,因电源电压不变,所以滑动变阻器两端的电压变大,即电压表的示数变大。滑片P向左移动时,乙电路中电阻R和滑动变阻器并联的总电阻变小,所以电流表的是示数变大。丙图中定值电阻R的阻值与它两端的电压和通过它的电流都无关,所以R的阻值不变。

例题4 在“探究影响电流做功多少的因素”活动中,同学们设计了如图6所示甲、乙、丙三个电路。

⑴经过讨论,认为不应该选择图甲电路,原因是。

⑵为研究电流做功与电压的关系,应该选择图所示的电路.

⑶利用图丙电路研究某问题,当闭合开关后,发现两灯都不亮,电压表V1有示数,电压表V2无示数,则电路发生的故障是。

⑷学习电功率知识后,小明想测灯泡的额定功率,将标有“12V 6W”灯泡L1和“6V 4W”灯泡L2按图丙电路连接,再接入电流表.经分析,能测出灯泡的额定功率。

解析:本题所探究的是影响电功的因素有哪些。在探究一个物理量同那些因素有关时,一般应首先考虑用控制变量法。而控制变量法所研究多个变量中,要保证只有一个变量变化,而其它的量不变化。(1)甲图中电流和电压同时变化,无法知道电流做的功是和电流有关还是和电压有关。不选择图甲电路原因是无法使用控制变量法(2)研究电流做功与电压的关系时,应保证电流不变,而只使电压变化。乙图中灯泡两端的电压不变化,所以不能用乙图研究电流做功与电压的关系。丙图在滑动变阻器滑片滑动时,流过两灯的电流相等,而两灯两端的电压可以变化,所以可以用丙图研究电流做功与电压的关系。(3)因为两灯都不亮,一种可能是两灯都开路,如果两灯都开路,两个电压表应都有示数,这与题意矛盾。另一种可能是流过两灯中的电流很小,小到不足以使灯发光,如果是这种情况,两电压表中都应有示数,这也与题意矛盾。还有一种可能L2开路,这时电压表V2的内阻比L1的电阻与电压表V1的内阻的并联阻值大很多,此时电压表V2有示数,电压表V1无示数,这与题意矛盾。剩下的可能只能是L1开路。当L1开路时。这时电压表V1的内阻比L2的电阻与电压表V2的内阻的并联阻值大很多,此时电压表V1有示数,电压表V2无示数,符合题意。则电路发生的故障是L1开路。(4)灯泡L1的电阻是24Ω,灯泡L2的电阻是9Ω,所以,灯泡L1和灯泡L2两端的电压之比是8:3, ,当灯泡L1两端的电压是12V时,灯泡L2的电压只有4.5V 。所以,灯泡L1两端的电压达到额定电压时,灯泡L2两端的电压小于额定电压。因此只能测出灯泡L1的额定功率。

二、设计实验器材、实验步骤

解此类问题要灵活运用学过的知识,可先从自己熟悉的器材和实验方法入手,只要设计符合题目要求,所用的器材越少越好,步骤越简单越好。

例题1给你一张密度表和一个可沉于水中的小铁球,请你再自选其他器材,设计一个实验来判断该小铁球是实心的还是空心的?简述你的实验方案

(1)主要器材:;

(2)简要做法:;

(3)如何判断:。

解析:本题是开放型试题,只要设计的方法能够符合题目要求,就是正确的。本题实际上是测铁球的密度。可以根据学过的测固体物质密度的实验方法,选择相应的器材,测出铁球的密度。然后根据测出的小铁球的密度,查密度表,即可判断小铁球是实心还是空心。

参考答案:

(1)密度表、小铁球、天平和量筒、水。

(2)用天平称出小球质量、用量筒测出小球的体积。

(3)算出该小球的密度对照密度表进行判断:若ρ(测)<ρ(铁)则小铁球是空心的;若ρ(测)=ρ(铁),则小铁球是实心的。

例题2经过两年的物理学习,同学们使用过很多的实验基本仪器,实验探究技能得到了长足的发展.请你利用使用过的实验基本仪器,设计两种原理不同的方案区分水和盐水(写出实验仪器及方法步骤)

解析:本题属于开放型实验设计题,也是过程开放题。可选择熟悉的器材来设计方案。

参考答案:

方法一

器材:托盘天平(已调节平衡)、两个形状和质量完全相同的烧杯、刻度尺

步骤:⒈在两个形状和质量完全相同的烧杯内装入两种不同液体。⒉用刻度尺测量使两杯液体等高。⒊将这两杯液体分别放入已调节平衡的托盘天平的左右盘中。托盘偏重的一侧杯中所盛的液体是盐水。

方法二

器材:弹簧测力计、拴着细线的物块(其密度大于两种液体的密度)、两个烧杯

步骤:⒈把两种液体分别倒入一个烧杯中。⒉分别测出物体浸没在两种液体中时弹簧测力计的示数。示数小时物块受到的浮力大,则该杯所装的液体是盐水。

三、分析设计方案

解决此类问题要认真分析题中提供的条件,仔细查看题中的示意图,找出不同设计方案中的差异。

例题为了探究影响电热的因素,实验室准备了两个装满煤油的烧瓶、两个带有橡皮塞的粗细均匀的相同玻璃管,两根不同阻值的电阻丝,以及滑动变阻器、开关、导线、电源等.两个实验小组根据提供的实验器材,分别设计了图7甲、乙所示的两个方案。

(1)这两个方案的共同点是通过观察什么知道电热的多少.

(2)甲方案探究的问题是什么?

(3)乙方案探究的问题是什么?

解析:解答此题要认真观察题中的示意图。(1)当烧瓶中煤油的温度不同时,煤油的体积也会不同,通过比较煤油的体积,可以得知煤油的温度。观察玻璃管中液面的高度就可以知道电热的多少。(2)甲图中两根电阻丝是串联解法,因此流过两根电阻丝的电流相等。甲方案探究的问题是在电流一定时,电热与电阻的关系(3)乙图中两根电阻丝是并联接法,因此两根电阻丝两端的电压相同。乙方案探究的问题是在电压一定时,电热与电阻的关系。


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