前苏联老电影海之歌:初中物理实验题解题技法

实验题

实验题解题技法

    1．实验题的特点

    实验题是最能体现物理学科的学习能力的一种题型，它不仅能反映学生学习过程中的观察能力、动手动脑能力，而且还能反映学生对学习的物理概念和物理规律的理解情况，重要的是它能再现学生的情感、态度与价值观．实验题的形式是多种多样的，它可以用选择题、填空题、问答题、作图题、计算题等不同方式展示，所以各种题型的解题思路、解题方法以及解题步骤，也都适用于对实验题的正确解答．下面仅对它的特殊性作几点说明．

    2．实验题解答过程中需要注意的问题

    (1)实验原理定方向

    正确解答物理实验题必须坚持用实验原理为依据的操作过程，实验原理是整个实验的指导方向，而对实验原理的理解必须做到：

    第一、要结合课本中学过的物理知识加深理解实验原理

例1  为了测定一小正方体木块(不吸水)的密度，可供选用的实验器材有：托盘天平(含砝码)、量筒、刻度尺、大头针、水．请你设计三种不同的实验方案，只要求将每种方案所选用的器材填人下面的横线上．

    方案(1)                                 ．

    方案(2)                                 ．

    方案(3)                                 ．

分析：此题是设计测量物质密度的实验题，物质的密度是物质的一种特性，与物体的体积、形状、质量、状态等都没有关系，但是可以用某一物体的质量和它的体积的比值来计算物质的密度，即ρ=m/v是该实验的原理。所以设计的实验只要能测出物体的质量和体积，怎样设计都可以。

    答案：本题是一道开放性试题，答案不惟一、不确定，需要综合利用测量、密度、浮力等知识来分析．测木块的密度的基本思路是设法测得或求得木块的体积和质量．体积可用刻度尺测量后进行计算而得出或用排水法测得，也可借助量筒的刻度定性比较；质量可用托盘天平直接测得，或借助浮力知识求出重力后间接计算得出，以上这些测体积和质量的方法的不同组合可形成多种方案，现提供5种供参考： (1)托盘天平、量筒、水、大头针；(2)托盘天平、刻度尺；(3)量筒、水、大头针；(4)量筒、刻度尺、水；(5)刻度尺、水．

    第二、要从实验原理中理解实验成立的条件

例2、现有刻度尺、天平、量筒、弹簧测力计、电流表、电压表、秒表．

(1)选取上述测量工具中的        ，可直接测出的一个物理量是               ；

(2)利用以上测量工具进行组合使用：

间接测出一个力学物理量，选取仪器是：        ，所测物理量的表达式：       ·

间接测出一个电学物理量，选取仪器是：         ，所测物理量的表达式：          

分析：此题旨在考查学生灵活运用实验器材和根据实验原理合理选择器材。此题属于开放性命题，只要合理都是正确的。如间接测量力学中的密度，可用天平和量筒，间接测量电学中的电功率，可用电流表和电压表，这需学生要撑握好实验原理。

答案：（1）天平、质量；电流表、电流等。（2）密度，天平、量筒；电功率，电流表、电压表。等等。

第三、弄清一个实验原理可以做不同的类似实验

例3  测滑轮组的机械效率需要测量的物理量有           ，其表达式是    ．如果测斜面的机械效率需要测量的物理量有    ，其表达式是               ·

分析：此题主要考查对机械效率概念的理解和应用；机械效率是所有机械都应标明的性能指标，它反映任何一个（种）机械做功时有用功和总功的比例关系，所以测滑轮组和斜面的机械效率的原理都是η＝W有用/W总，且有用功是对物体做功；总功是对机械做功。

    答案：物重G、物体上升的高度h、绳上的拉力F、绳子移动的距离s  η＝W有用/W总。物重G、斜面高度h、沿斜面拉物体的力F、斜面长度L  η＝Gh/FL

    第四、理解原理设计替代性实验

例4、现有一个电池组、一个电流表、一个开关、一个已知阻值的电阻R。、导线若干，用上述器材测定待测电阻Rx的阻值，要求：

    (1)画出实验电路图．

    (2)简要写出实验步骤并用字母表示测量的物理量(电流)．

    (3)写出待测电阻Rx阻值的表达式．

    分析：批题主要采用等效代替法；因为测电阻的

原理是R=U/I，而此题提供的仪器只有一只电流表，因此解答此题必须想办法确定Rx两端的电压，我们知道并联导体两端电压相等，所以R0与Rx组成并联电路，算出R0两端电压就可以代替电压表的作用。

解：根据题目可以设计出电路图如图所示，实验步骤是：①按照电路图连接好电路．②当开关S断开时，读出电流表的示数为工I1，③闭合开关S时，读出电流表的示数为I2，则I1=U/R  I2=U/R0+U/Rx   则Rx= I1 R0/（I2- I1）

点拨：本题应用到了并联电路中的干路电流等于各支路电流之和的原理，因开关闭合前后，R0两端电压不变，即通过R0的电流大小不变，闭合开关后干路电流的变化量等于通过待测电阻RX的值。如果条件中没有电流表而只给一个电压表，其他条件不变，则电路连接如图3-4-2所示。当开关S闭合时，电压表所测的是R0两端电压U2，则有I=U2/R0=（U1-U2）/RX 所以RX=（U1-U2）R0/U2。

    (2)实验步骤要有科学性

    实验步骤是否合理、完善、条理直接影响着物理实验的质量，因此在实验操作过程中弄懂、理解和熟悉实验步骤对做好实验题是非常重要的．

    第一、保证实验步骤的完整性和合理性

例5、下面是甲、乙两位同学在用天平和量筒测盐水密度的实验中设计的两种实验方案：

方案1：①用天平称出盛有盐水的玻璃杯的总质量m1；②把玻璃杯中的一部分盐水倒人量筒中，测出量筒中盐水的体积V；③称出玻璃杯和杯中剩余盐水的总质量m2；④ρ盐水=（m1-m2）/V    

方案2：①用天平称出空玻璃杯的质量m1；②在空玻璃杯中倒人适量的盐水，称出它们的总质量m2；③把玻璃杯中的盐水倒人量筒中，测出量筒中盐水的体积V；④ρ盐水=（m1-m2）/V

    (1)哪种方案测出的盐水密度较准确?为什么?

    答：                                         ，

    因为                                       ·

    (2)所测不准确的盐水密度是偏大还是偏小?

答：                                            

分析：此题是用常规法测液体的密度，方案1为正确方案；方案2在理论上是成立的，但因为步骤③中把烧杯中的盐水倒入量筒中；测出的盐水体积小于盐水实际体积(烧杯中的盐水不可能全部倒入量筒中，烧杯壁上还会留附一层盐水），不能保证实验误差最小、。由ρ=m/v可知，m不变，V减小，ρ谝大．

答案：(1)方案1  在方案2中，盐水往量筒中倒不尽，V盐水误差较大或V盐水水变小，所测出的盐水密度不准  (2)偏大

    第二、保证实验步骤的必要性

例6、王小刚同学为了测量某种品牌牛奶的密度，用天平、玻璃杯、量筒等器材，没计了如下实验方案(A对应实验第1步，B～E对应实验第1~5步)

  A、用天平称出玻璃杯的质量m

  B、将适量的牛奶倒入玻璃杯中

  C、用天平称出玻璃杯和牛奶的总质量m

  D、将杯中牛奶倒入量筒中，测出量筒中牛奶的体积V

  E、计算牛奶的密度ρ

  (1)写出该实验测出的牛奶的密度的表达式ρ=___________。

  (2)为了减小测量牛奶体积的误差，可以通过调整该实验的步骤顺序来实现，试写出调整后的实验步骤顺序(用步骤的番号的顺序表示)：_______________。

分析：此题考查实验步骤的必要性和正确性．最佳的实验步骤是指：①测量仪器规范操作，②实验误差尽可能小；③没有无用的多余步骤．由此可见，实验的操作最佳顺序应为：BCDAE。由密度公式可写出油的密度的表达式为ρ=(m2-m1)/V．

    答案：

(3)间接测量量的等值性

这种方法常用于实验中无法直接测量的物理量的取值问题，也就是对于一个实验中不能直接测量的物理量，可以通过这个物理量对周围的影响或与别的物理量之间存在的某种关系确定这个物理量的大小，然后用相应的公式计算出待测物理量的值．

例7、某实验室有一架托盘天平(带有一盒砝码)，横梁上的调节螺母已无法旋动，其他部件均保持完好，天平的等臂性没有改变，将它放在水平桌面上观察横梁的平衡时，指针总偏向分度盘的左端，调换左、右两盅的位置也无法改变这种状况．清你使用这架天平，测出—个小金属块的质量．要求简述测量过程，表达出测量结果．(可选用生活中常见的材料)

分析：此题的设计中包含了多个知识点的应用落实，所以解答此题应从所有涉及到的知识原理方面理解应用．

答案：此题有多种方法，这些方法都是利用等臂杠杆的性质：(1)首先向右移动游码使横梁平衡，并记下游码所对的刻度值rn1；然后将被测物体放在左盘，右盘放砝码并移动游码位置使横梁平衡。读出右盘中砝码的总质量与游码所对的刻度值之和m2；被测物体的质量rn＝m2-m1。(2)将被测物体放在右盘中，往左盘中慢慢地放一些沙子，直到横梁平衡，取下被测物体，改放砝码并移动游码使横梁再次平衡，则被测物体的质量就等于砝码总质量加上游码所对的刻度值．

 (4)实验的设计性

这种方法是灵活应用物理知识、理论联系实际，根据具体情况，设计出简单、合理、便于操作的实验过程，然后应用物理公式和测量的物理量表示出待测物理量的表达式．

例8、从(1)人上楼梯和(2)利用定滑轮将重物提升到高处(如图所示)这两个运动中任选一个，想办法来测定人做功的功率．写出主要的步骤及需测量的物理量，并用表示这些物理量的字母写出入做功功率的表达式．

分析：（1）人上楼梯，人克服重力做的功为W=Gh=mgh，而功率P=W/t=Gh/t=mgh/t，所以测量的工具应为：磅秤、米尺、停表。

（2）用定滑轮提升重物，人克服重物的重力做的功为W=Gh=mgh，而功率P=W/t=Gh/t，所以测量的工具应为：磅秤、米尺、停表。

答案：(1)①先用磅秤称出人的质量m，则其重力为G＝mg；

②用米尺测出楼梯的竖直高度h；

    ③用停表测出入上楼梯所用的时间t

    由  W＝Gh＝rngh，P＝W/t

    得  P＝mgh/t或P＝Gh/t

(2)①用磅秤称出重物的质量m，则其重力G=rng，

②用米尺测出重物被提升的高度h；

③用停表测出把重物提升到h高度所需的时间t．若忽略滑轮的质量和绳与滑轮间的摩擦，则有P=Gh/t．

 (5)实验的开放性

这种方法是多向思维、全面考虑、注重知识的横向联系，把各种可能的方法都考虑到．能够考查学生对所学知识灵活掌握和灵活应用的能力．

　例9、学习了密度的测量以后，小宇提出了这样一个问题：水和牛奶的密度哪个更大些？请你和小宇一起设计这个探究实验。

　　可供选择的器材：足够的水和牛奶、两只完全相同的烧杯、天平和砝码(天平已调平衡)、量筒、弹簧测力计、刻度尺、正方体铁块、细线。

　　(1)实验器材：

　　(2)实验步骤：

(3)结论分析：

分析：此题是考查液体密度的比较，本题涉及到多种比较方法，可用天平和量筒或阿基米德原理直接测量液体的密度进行比较，也可比较相同质量（或体积）的两种液体的体积（或质量）的大小来判断。

方法一：

　　实验器材：烧杯、天平和砝码、量筒、牛奶　　

　　实验步骤：(1)用天平测出空烧杯的质量m1；

　　　　　　　(2)在烧杯内倒入适量的牛奶，用天平测出烧杯和牛奶的总质量m2；算出牛奶的质量m

　　　　　　　(3)将烧杯中的牛奶倒入量筒中，读出量筒内牛奶的体积V；

　　　　　　　(4)利用密度公式算出牛奶的密度ρ奶。

结论分析：比较ρ水和ρ奶即可得出谁的密度更大。　　

方法二：

　　实验器材：水和牛奶、两只完全相同的烧杯、天平和砝码、量筒　

　　实验步骤：(1)用量筒分别量取体积相同的水和牛奶； 

　　　　　　　(2)将水和牛奶分别倒入两只烧杯中，放在天平的左盘和右盘；

(3)观察天平的平衡情况。　

　　结论分析：下沉一端烧杯内液体的密度大

　　方法三：

　　实验器材：水和牛奶、两只完全相同的烧杯、天平和砝码、量筒　

　　实验步骤：(1)将两只完全相同的烧杯分别放在天平的左右盘中； 

　　　　　　　(2)将适量的水和牛奶分别倒入两只烧杯中直到天平重新平衡；

 (3)将烧杯中的水和牛奶分别倒入量筒中，读出量筒内水和牛奶的体积。

　　结论分析：体积小的液体密度大。　　

　　方法四：

　　实验器材：水和牛奶、烧杯、弹簧测力计、铁块、细线　

　　实验步骤：(1)用细线将铁块系好，挂在弹簧测力计下，读出测力计的示数G； 

 (2)在烧杯内倒入适量的水，将铁块浸没在水中，读出测力计示数F1；算出铁块在水中受到的浮力F浮1；　

 (3)在烧杯内倒入适量的牛奶，将铁块浸没在牛奶中，读出测力计示数F2；算出铁块在牛奶中受到的浮力F浮2 

　　结论分析：比较F浮1和F浮2的大小，则浮力大的液体的密度大。　　

　　(此题还有一些其他方法，只要回答合理即可得分)

（6）实验过程的评估性

科学探究题是近几年各地市中的宠儿，它们分别从科学探究的七个步骤出发，考查某一个或某两个知识点，此题是考查交流与评估方面，看学生能否对所得数据进行分析、判断，充分体现了学生独立地运用所学的物理知识设计、改进实验进行探究的能力．有利于学生养成乐于探究的兴趣和习惯，培养学生的科学探究精神．

例10、交流与评估是科学探究的一个重要环节．光明中学八·二班的同学，利用如图8—28所示的实验装置完成了“测滑轮组机械效率”的实验以后，进行了小组交流，下表是各小组的实验数据记录：

请你对表中各小组的实验数据进行分析比较，回答下列问题：

(1)实验中影响滑轮组效率的主要因素是什么?

(2)l、2两个小组的动滑轮重相同，提起的钩码重也相同，测出的滑轮机械效率却不同，可能的原因是什么?

(3)请你就如何提高滑轮组的机械效率提出自己的提议．

    分析：本题主要考查影响滑轮组机械效率的因素。响滑轮组机械效率的因素有物体的重力和滑轮组的重力及滑轮和轮与轴间的摩擦力。

答案： (1)提起的物体的重和滑轮组的重  (2)滑轮和轮与轴间的摩擦力大小不同；测拉力时没有使测力计匀速上升，造成测量的力不准．

  (3)选用较轻的动滑轮组装滑轮组；对于给定的滑轮组，通过增大提起的物重提高效率，保持良好的润滑，减小轮与轴间的摩擦．