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2013年中考二轮复习《方法专题:科学探究》ppt课件


方法专题 专题二 科学探究

专题二

科学探究

纵观近几年中考试题,科学探究类试题所占分数不断地加 重,特别是对实验过程的分析、实验的设计和评估越来越被重

视.探究题的内容涉及范围较广,有日常生活中的问题,有教
材中的小实验,有学习过程中遇到的问题,涉及的范围几乎覆 盖初中物理的全部内容. 1.科学探究的基本要素是:提出问题、猜想与假设、制定计划 与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流 与合作.

2.一般探究性试题中考查的常见方法主要有:控制变量法、 等效替代法、转换法、理想模型法、图象法、类比法、对比法、 归纳法、理想实验法等.

提出问题 一、提出问题

课程标准对提出问题这一要素的要求是:能从日常生活、自然
现象或实验观察中发现与物理学有关的问题,并能书面表达这 些问题.这类题目的解题思路:仔细审题,弄清研究的物理对

象,分析实验过程中变化的因素,经过思维加工,进而形成一
个与物理学有关的科学问题,最后用简洁的、科学的书面语言 表达出来.

【典例1】(2012·济南中考)人从沙滩上走过,会留下一串深 深的脚印;但从草地上走过,脚印却并不明显.同学们针对这

一现象,经过讨论提出了如下四个科学问题,其中较有探究价
值且易于探究的是( )

A.为什么脚印有时候深有时候浅 B.脚印的深浅与哪些因素有关 C.压力作用效果与哪些因素有关 D.压强的大小与哪些因素有关

【解析】选C.本题综合考查科学探究的要素和影响压力作用效

果的因素.脚印的深浅反映了压力的作用效果,压力的作用效
果与压力大小、受力面积有关,可用控制变量法进行探究,因 此C选项中问题有探究价值且易于探究.A、B选项中问题无探究 价值;压强概念是在探究压力作用效果的基础上建立起来的, 直接探究影响压强大小的因素不方便,D选项不符合题意.

猜想与假设 二、猜想与假设 猜想与假设是根据生活经验或在观察与实验的基础上,应用科

学原理,围绕探究的问题设想出的可能出现的结果.猜想应既
有科学性又有推测性,是可以检测的,不是盲目猜测.

【规律方法】 1.针对问题按日常经验或事实提出猜想与假设. 2.针对问题根据经验与直觉提出猜想. 3.针对问题根据物理科学本身的思维过程建立猜想与假设:搜

寻事实——归纳分析——形成猜想.
4.运用“类比法”或“逆反原理”等方法进行猜想.

【典例2】(2011·盘锦中考)如图是
“探究什么情况下磁可以生电”的实 验装置,导线AB跟电流表组成闭合电

路.某同学探究导线在磁场中产生感
应电流的条件后,想利用该装置对感 应电流的强弱和方向做进一步的探究. 该同学提出了猜想:①感应电流的大小可能与磁场的强弱有关; ②感应电流的大小可能与导线切割磁感线运动的速度有关.除

此以外你还有什么不同的猜想?

(1)你的猜想是:_____________________________________. (2)写出验证你的猜想的主要实验步骤.

(3)如何判断你的猜想是否正确?

【解析】(1)除了题中的两个猜想外,感应电流的大小还可能 与切割磁场的导线匝数有关,与导线切割磁感线的角度有关, 与导线的长短、粗细有关.(2)在设计实验时应采用控制变量法, 改变要探究的影响因素,控制其他因素不变.(3)通过比较灵敏

电流计指针偏转的角度大小来判断猜想是否正确.

答案:(1)感应电流的大小可能与切割磁场的导线匝数有关(其

他猜想合理即可)
(2)将闭合电路中的匝数少的导线以某一大小的速度沿水平方 向切割磁感线,观察电流表的指针偏转的角度;然后换用匝数

多的导线重复上述实验3~4次(注意速度要与上次相同,方
向要相同). (3)比较每次指针偏转的角度大小,若差不多,说明感应电流 的大小与匝数无关;若相差较大,说明感应电流的大小与匝数 有关.

制定计划与设计实验 三、制定计划与设计实验 制定计划与设计实验是对猜想(假设)问题检验方法的具体化,

必须沿着猜想(假设)的方向来设计探究计划.实验中要具有:
科学性、可行性、准确性. 解决这类问题的一般步骤是:

1.首先要弄清探究目的(即探究要解决的问题).
2.由探究目的确定探究的基本原理及在探究过程中应采用的方 法(如控制变量法、转换法、类比法、等效替代法等). 3.由基本原理和方法确定实验器材、设计实验步骤. 4.设计记录实验数据及现象的表格.

【特别提醒】 设计表格时要注意:先明确直接测量的量和需要计算的量,确 定有几列,再根据要测量几次数据确定有几行,物理量要有单 位.

【典例3】(2011·天津中考)在探究“物体的重力势能与什么 因素有关”时,小雨提出了如下猜想: 猜想一:物体的重力势能可 能与物体的质量有关; 猜想二:物体的重力势能可

能与物体所在的高度有关.
为此他设计了如图甲所示的 实验装置.将两端开口、长约1 m、粗细均匀的圆柱形玻璃管竖 直固定在铁架台上,将粗细适宜的圆柱形泡沫塑料块置于玻璃

管内O点处(塑料块与玻璃管内壁有适量的摩擦);其他器材还 有刻度尺、一组系有细线的质量不等的钩码、用于调整泡沫塑 料块回到O点位置的木棒(如图乙所示). 请你帮助小雨回答下列问题: (1)探究“猜想一”时,应使用质量_____(选填“相同”或 “不同”)的钩码从_____(选填“相同”或“不同”)的高度在 玻璃管内由静止下落,去冲击O点的泡沫塑料块,然后用刻度

尺分别测量____________,从而比较出重力势能的大小.
(2)设计探究“猜想二”的记录实验数据的表格.

【解析】本题考查对探究影响重力势能大小因素实验过程的设

计.由于重力势能大小跟物体的质量和物体所在的高度有关,
探究过程中应采用控制变量法.泡沫塑料块被撞击后下移的距 离越大,钩码所做的功越多,则它原来具有的重力势能就越大. (1)探究物体的重力势能与质量的关系时,应控制钩码的高度 不变,改变钩码的质量,通过测量两次实验中泡沫塑料块下移 的距离来比较钩码重力势能的大小.

(2)探究物体的重力势能与高度的关系时,应控制物体的质量 一定(使用同一钩码),改变物体的高度,通过测量每次实验中 泡沫塑料块下移的距离来比较钩码重力势能的大小.因此,表 格中包含的栏目有钩码的质量、钩码下落的高度、泡沫塑料块 下移的距离.由于是通过多次实验来归纳影响重力势能大小的 因素,所以表格中要包括实验次数.

答案:(1)不同

相同

每次泡沫塑料块下移的距离

(2)钩码质量m=_____ g 实验次数 钩码下落的高度h/cm
1 2 泡沫塑料块下移的距离 s/cm

3

进行实验与收集证据 四、进行实验与收集证据 1.进行实验就是具体去实施所制定的实验计划和实验方案,是 收集证据的必要过程. 2.进行实验时要按照实验的方法与步骤、实验仪器的使用方法

进行规范操作.
3.实验仪器的使用要做到会连接、会读数;实验数据的记录要 根据实验步骤中所要测的物理量去记.

【典例4】(2011·河南中考)某小组测量一种易溶于水且形状 不规则的固体小颗粒物质的密度,测量的部分方法和结果如图 所示.

(1)将天平放在水平桌面上,将游码移至标尺的_____处,然后

调节________,使天平平衡.接着,用天平测量适量小颗粒的
质量.当天平重新平衡时,砝码质量和游码位置如图所示,则 称量的颗粒质量是______g.

(2)因颗粒易溶于水,小组同学采用如图所示的方法测量体积, 所称量的颗粒体积是______cm3.

(3)该物质的密度是_____g/cm3.
(4)在步骤C中,若摇动不够充分,则测出的密度比实际密度值 偏______.

【解析】本题综合考查利用天平和量筒测量物质的密度.在调 节天平时,首先把天平放在水平台面上,将游码移至标尺左端 的零刻度线处,然后调节平衡螺母.读数时把砝码的总质量和 游码所表示的质量加起来,读游码时要读左端刻度线表示的示 数,读得示数为147.6 g.颗粒体积等于总体积减去细铁砂的体 积,总体积为160 mL,细铁砂的体积为100 mL,则颗粒体积为 60 mL,即60 cm3该物质的密度为 ? ? 密度比实际密度偏小.
m 147.6 g ? ? 2.46 g / cm3 . 3 V 60 cm

若摇动不够充分,所测出的颗粒体积将比实际的偏大,测出的

答案:(1)零刻度线
(4)小

平衡螺母

147.6

(2)60

(3)2.46

分析与论证 五、分析与论证

实验数据或现象并不等于探究的结论,它们只是对实验事实的
客观记录,分析与论证的过程就是“从物理现象和实验数据中 寻找相关的特性,归纳出简单的科学规律,用科学术语、简单 图表等描述实验结果”. 对探究问题进行分析论证时的步骤: 1.认真分析实验现象或实验数据,找出原因和结果两个因素. 2.判断原因和结果是相同还是不同,如果不同,其不同点是什 么.

3.关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,寻求数据之
间的相互关系的特征(通常表现为相等、之和、之差、乘积、 比值等数学关系).

4.用自己的语言力求客观、准确和简洁地对探究结果进行表述
(注意:如果实验过程中用到了控制变量法,要写明这个探究 结果的前提条件). 处理实验数据的常用方法:图表法、图象法、求平均值法.

【典例5】(2012·广东中考)如图甲,底 面积为80 cm2的圆筒形容器内装有适量的

水,放在水平桌面上;底面积为60 cm2、
高为12 cm的实心圆柱形物体A用细线拴好 并悬挂在弹簧测力计下.小王要探究圆柱 形物体A逐渐浸入圆筒形容器内的水中时 (水没有溢出容器),弹簧测力计的示数F

与圆柱形物体A下表面离水面的距离h的关
系.(不计细线重,g取10 N/kg)

(1)除图甲中的器材外,还需要的测量工具是________. (2)小王从圆柱体接触水面至接触容器底之前,分别记下h和F, 并将测量的结果填写在下面的表格中. 实验次序 1 2 3 4 5 6 7 8 9

h/cm F/N

0 9.0

2 7.8

4

6

8

10

12

14 1.8

16 1.8

6.6 5.4 4.2 3.0 1.8

①依据表中数据,在图乙的方格纸中画出F与h关系的图象.

②分析表中数据、观察图象,可以得出结论:在物体A没有浸 没之前,当h增大时,弹簧测力计的示数F_____;在物体A浸没

后,当h增大时,弹簧测力计的示数F_____.(均选填“增
大”“减小”或“不变”) ③从表格中可知:在做次序3的实验时,物体A受到的浮力为

_____N.
(3)物体A在容器内浸没后与未放入物体A前比较,水对容器底 产生的压强增加了_____Pa.

【解析】本题考查浮力的有关知识. (1)因为实验中要测物体A下表面离水面的距离h,所以还需要 测量工具刻度尺.

(2)利用描点法作图,横坐标表示h,纵坐标表示弹簧测力计的
示数F.由表格中数据可知,在物体A没有浸没之前,当h增大时, 弹簧测力计的示数F减小;在物体A浸没后,当增大h时,弹簧

测力计的示数F不变.表中第1次数据表示物体在空气中的重力
G=9.0 N,第3次的示数表示物体浸入水中的拉力F= 6.6 N,则此时的浮力F浮=G-F =9.0 N-6.6 N=2.4 N.

(3)当物体完全浸入水中后,受到的浮力F′浮=G-F′=9.0 N-

1.8 N=7.2 N,相当于增加了7.2 N的水重,水对容器的压力增
加了7.2 N,则增加的压强 p ? 答案:(1)刻度尺 ③2.4 (3)900
F?浮 S ? 7.2 N ? 900 Pa . ?4 2 80 ?10 m

(2)①见解析图

②减小

不变

评估 六、评估 评估是科学探究中一个重要的要素,主要对探究的行为和收集 信息的科学性、可靠性进行评价.评估的主要内容: 1.对实验方案的评估:(1)探究的思路、方法是否正确、合理; (2)实验器材的选择是否合理、能否满足要求;(3)实验方案是

否具有可操作性,实验中是否注意了尽量减小误差,是否较好
地控制了变量.

2.对进行实验与收集证据的评估:(1)在探究过程中要求保持 不变的物理量是否真的不变,实验的步骤是否正确、合理,实 验过程是否有操作错误;(2)记录数据的表格是否有缺陷,收 集的信息是否可靠,实验记录的数据是否符合常理,并分析异

常数据产生的原因.

3.对分析论证、得出结论的评估:(1)分析论证、处理数据的
方法是否正确;(2)探究结果与假设是否一致;(3)探究结果是 否和原有知识相矛盾,与日常经验、现象相冲突;(4)探究结

果中各因素之间的关系是否符合逻辑,得出的结论是否遗漏了
条件,是否具有普遍性和科学性. 4.实验方案改进:根据对结论可信度的分析,改进实验方案, 使操作过程更科学合理.分析误差产生的原因,并找到减小误 差的办法,改进探究方案以进一步减小误差.

【典例6】(2011·江西中考)洋洋同学家 的卫生间下水道堵塞了,他爸爸利用吸盘 很快就将下水道疏通了,如图所示,为此 他突然联想到所学过的大气压知识,于是,

洋洋和瑞瑞同学合作,利用吸盘设计了一
个估测大气压强的实验方案.

【方案设计】

(1)用刻度尺测出吸盘的直径D;
(2)将吸盘四周沾上水,挤出里面的空气压在光滑的水平地面 上;

(3)用力竖直往上拉吸盘柄,直到吸盘脱离地面,根据经验估
测拉脱吸盘所需拉力的大小F; (4)计算出当地大气压强.

【评估交流】 洋洋同学说:我们的实验原理是____________,操作过程规范, 较方便地估测出了大气压强. 瑞瑞同学说:在操作过程中,我发现存在_________、_______ 等问题,尽管我们的操作规范,但估测的结果误差较大.洋洋 认真思考后,同意了瑞瑞的意见,然后,他们继续一起探讨如 何改进方案,尽量减小测量误差.

根据洋洋和瑞瑞同学的实验记录及自我评估情况,请你回答,
洋洋和瑞瑞测出的大气压强p=______(用字母表示);实验时洋 洋同学将吸盘四周沾上水,这样做的目的是_______________.

要准确测量,应该利用课本中介绍的_____________进行测量.

【解析】在探究过程中,当吸盘脱离地面时,吸盘受到的竖直 向上的拉力F与它受到的竖直向下的大气压力是平衡的,二者
D 2 ?D 2 ,根据压强公式计算 大小相等;吸盘的面积为 S ? ??( ) ? 2 4 可得大气压强 p? F ? 4F2 .造成估测的大气压强值误差较大的 S ?D

原因主要有两个:一是吸盘拉脱地面时,凭经验估测的拉力F 大小有较大偏差;二是吸盘与地板之间的空气不可能完全挤 出,会使所用的拉力F偏小.吸盘与地面之间不可能完全密封, 四周沾上水是为了防止外面的空气进入吸盘.为了准确测量大 气压,应选用气压计,也可用托里拆利实验.

答案: ? F p
S

吸盘中的气体挤不干净(不是真空)
4F ?D 2

拉脱吸盘

所需力的大小估测偏差大

防止外面的气体进入吸盘

气压计(托里拆利实验)

科学探究中常用的研究方法 七、科学探究中常用的研究方法 (一)控制变量法 某一物理量往往受到几个不同物理量的影响.为了确定各个不 同物理量之间的关系,就需要用人为的方法控制某些量,使其 保持不变,然后改变某一个量,看所研究的物理量与该物理量 之间的关系.这种研究问题的科学方法就是“控制变量法”.

例如,

1.研究导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积的关系.
2.研究电磁铁的磁性强弱与线圈匝数和电流大小的关系. 3.研究滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度之间的关系. 4.研究液体的压强与液体密度和深度的关系. 5.研究物体的动能与速度和质量的关系. 6.研究物体的重力势能与质量和高度的关系.

(一)控制变量法 【典例7】(2011·鄂尔多斯中考)探 究“斜面的机械效率”的实验装置如 图所示,某实验小组提出了“斜面的 机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想:

如表是该小组根据此猜想进行实验所记录的数据:

斜面倾 小车 斜程度 重G/N 较缓 5.0

斜面高 度h/m 0.1

沿斜面拉 斜面长 有用功 总功 力F/N 1.5 s/m 0.5 W有/J 0.5

机械效

W总/J 率η 0.75 66.67%

较陡
最陡

5.0
5.0

0.2
0.3

2.5
3.4

0.5
0.5

1

1.25
1.7 88.24%

(1)请将表格中空格处的数据填写完整;

(2)由以上表格小明得出“斜面越陡机械效率越高”的结论,
要得到此结论需要控制不变的因素有: ①_______________________________; ②_______________________________; ③_______________________________. (3)分析表格中的实验数据还可推知:高度相同的斜面,越长 越_____(选填“省力”或“费力”);斜面在我们生活中的应 用有___________________________(只写出一条即可).

【解析】(1)表格中较陡时的机械效率 ? ?

W有 W总

? 100% ?

1J 1.25 J

×100%=80%,最陡时的有用功W有=Gh=5.0 N×0.3 m=1.5 J.
(2)要得出“斜面越陡机械效率越高”的结论,应当控制不变 的因素有小车的重量、斜面的长度和斜面的粗糙程度. (3)分析表格中的实验数据可以推知:高度相同的斜面,斜面 越长就越省力.斜面在我们生活中的应用有很多,如在货车的

车厢上搭个木板就形成了斜面,螺丝钉的螺纹其实也可以看做
是斜面,盘山公路也是斜面的应用等.

答案:(1)80%

1.5

(2)①小车的重量

②斜面的长度

③斜面的粗糙程度
(3)省力 盘山公路(答案不唯一)

(二)等效替代法

(二)等效替代法
在研究某一个物理现象和规律时,因实验本身的特殊限制或因 实验器材等限制,不可以或很难直接揭示物理本质,而采取与之

相似或有共同特征的等效现象来替代的方法.
例如, 1.在电路中,若干个电阻,可以等效为一个合适的电阻,反之亦 可.如等效电路、串并联电路的等效电阻,都利用了等效的思 维方法.

2.在研究平面镜成像实验中,用两根完全相同的蜡烛,其中一根

等效另一根的像.
3.在力的合成与分解中,合力与分力的作用效果相同. 4.曹冲称象中用石块等效替换大象,效果相同..

【典例8】(2012·泰州中考)用如图甲所示电路可以估测灯泡 的阻值,实验按下列步骤进行,请将有关步骤填写完整,并回 答相关问题.

(1)第一步:按电路图正确连接电路. (2)第二步:断开开关S2,闭合开关S1、S3,适当调节滑动变阻 器,观察到电流表示数为0.3 A. (3)第三步:断开开关_______,闭合开关_______,调节_____ 连入电路的阻值,使电流表的示数仍然为0.3 A. (4)问题——某同学在第三步操作中发现:当电阻箱(参见图乙) 的阻值调为19 Ω 时,电流表示数略大于0.3 A,当电阻箱的阻 值调为20 Ω 时,电流表示数略小于0.3 A.在这种情况下, _______(选填“应该”或“不应该”)调节滑动变阻器,以便

电流表的示数恰好为0.3 A.由该同学的实验,可判断所测灯泡
的阻值约为______Ω .

【解析】本题考查用等效替代法测量电阻,即用电阻箱支路等
效替代小灯泡支路.在第三步中,断开开关S3,闭合S2,调节电 阻箱连入电路的阻值,使电流表的示数仍然为0.3 A,这样可

读得电阻箱的阻值即为小灯泡的阻值.在等效替代小灯泡支路
时,其他电路要控制相同,不能移动滑动变阻器.由于小灯泡 电阻介于19 Ω和20 Ω之间,则可判断灯泡的电阻约为 19.5 Ω. 答案:(3)S3 S2 电阻箱 (4)不应该 19.5

(三)转换法

(三)转换法
对一些看不见摸不着的现象或不易直接测量的物理量,用一些 比较直观的现象去认识或用容易测量的物理量间接测量.例如,

1.用加热时间来替代物体吸收的热量.
2.分子运动看不见,摸不着,不好研究,但可以通过研究扩散现 象认识它.

3.判断有无电流,我们可通过电路中灯泡是否发光来确定,即
根据电流产生的效应来判断. 4.磁场看不见,摸不着,判断磁场是否存在时,把小磁针放在其 中,根据它是否转动来确定.

【典例9】(2011·宿迁中考)在科学探究中,常把直接测量有 困难的量转换成便于测量的量来研究,这种方法称之为转换法. 例如,在探究物质吸热升温的属性时,沙子和水吸收热量的多 少不便直接测量,可以通过测量加热时间的长短来比较吸热的 多少.下述实验中采用了转换法的是( )

A.在探究影响动能大小的因素时,动能大小的比较方法
B.在探究阻力对物体运动的影响时,推理出物体不受阻力时的 运动状态

C.在探究串联电路电流特点时,换用不同灯泡及改变电源电压, 多次实验 D.在探究压力对滑动摩擦力的影响时,保持接触面粗糙程度不 变,改变压力

【解析】选A.物体具有能量的多少可用物体做功的多少来衡量.
在探究影响动能大小的因素时,小球撞击木块后,木块通过的 距离越大,做功越多,说明小球具有的动能越大,故木块被小

球撞击后通过的距离能反映小球具有的动能大小,这是采用的
转换法.B项中探究阻力对物体运动的影响采用的是理想实验法, C项中探究串联电路的电流特点采用的是归纳法,D项中探究压 力对滑动摩擦力的影响采用的是控制变量法.

(四)实验推理法(理想实验法) (四)实验推理法(理想实验法) 一些物理现象,由于受实验条件所限,无法直接验证,需要先进

行实验,再进行合理推理得出正确结论.实验推理法以大量事实
为基础,以实验为原型. 例如,

1.研究牛顿第一定律.
2.研究真空中能否传声.

【典例10】(2011·张家界中考)小勇在探究“阻力对物体运动 影响”的实验时,利用如图所示的装置图.

小勇先后在水平桌面铺上粗糙程度不同的物体(毛巾、棉布、 木板),做了三次实验.然后将实验数据填入表格:

表面状况
毛巾 棉布 木板

阻力大小
大 较大 小

小车运动的距离s/m
0.1 0.18 0.35

根据以上实验填好以下内容: (1)小勇在三次实验中,让小车在斜面上从静止滑下时,应保 持同一_______.

(2)从上述实验数据中,可以得出的结论是:平面越光滑,小
车运动的距离越______,这说明小车受到的阻力越______,速 度减小得越______. (3)由此可推出,如果运动物体不受力,它将做____________.

【解析】(1)为了使小车到达不同水平表面上的初始速度相同,

应让小车从斜面上同一高度由静止自由滑下.(2)当小车从相同
的高度滑下时,可以发现表面越光滑,小车运动的距离越远, 这说明小车受到的阻力越小,小车的速度减小得越慢. (3)由此进一步推出,如果小车不受力,它的速度不会减小, 将以恒定不变的速度永远运动下去,即做匀速直线运动.

答案:(1)高度

(2)长(远)





(3)匀速直线运动

(五)理想模型法 (五)理想模型法 理想化模型就是指把复杂的问题简单化,将抽象的物理现象用 简单易懂的具体模型表示.

例如,
1.用磁感线描述磁场. 2.用光线描述光的传播. 3.杠杆也是一种理想模型,杠杆在实际使用时,由于受到力的作 用,都会引起或大或小的变形,但可忽略不计.

【典例11】(2011·芜湖中考)为了研究问题的方便,物理学家 创造性地引入了一系列科学概念,譬如:①在研究光的传播时 引入了“光线”;②在研究物质结构时引入了“原子”;③在 研究物质导电性能时引入了“绝缘体”;④在研究磁场时引入

了“磁感线”;⑤在研究人类听觉范围时引入了“超声”.
其中属于科学家假想而实际并不存在的是( A.①② B.③④ C.①④ ) D.②⑤

【解析】选C.有些事物比较抽象,我们不能直接看到,科学家

通常采用理想模型法把它描绘出来,如“光线”是一些带有箭
头的直线,是为了描述光的传播路径而引入的,实际上并不存 在;“磁感线”是为了形象地描述磁场而引入的假想的曲线, 实际上也不存在.故选C.


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