1、而观察和测量也可以单靠感官、单靠估测，但那是经验，不一定科学可靠。科学的观察和测量一般就要使用科学的手段和工具，就要设计和实施科学实验。这也是科学探究有别于其它一般探究的一个重要方面。考查学生的实验设计能力，宜在新的（不是课本上已完全给出的）情境中进行。如果所设置的问题情境对学生来说已不是新的，那它考查学生能力的功能就要大打折扣。例3（2005 江苏徐州市） 液态的露和固态的霜都是水蒸气凝结成的。水蒸气有时候会凝结成露，有时候会凝结成霜。（1）是什么因素影响水蒸气凝结成露还是霜？请提出你的一个猜想。（2）请设计一个实验检验你的猜想（写出主要的实验步骤）。露与霜和云、雨、雹、雪、雾一样，是大自然
2、中水循环现象的具体形式，露与霜都是水蒸气遇冷形成的，但最终结果不同，是什么原因呢？题目引人思考，能激发起学生的思维和想象，有利于学生学习习惯的养成。根据学生的日常生活经验，再结合所学物理知识，容易猜想水蒸气凝结成路还是凝结成霜与当时的环境温度有关。在设计一个实验检验猜想时，要注意在实验中人为的控制温度的变化，这也是科学实验与自然现象的根本区别。而控制温度变化的最方便的方法就是利用家中的冰箱或冰柜，它是我们做许多热学实验常用的器材，应注意应用。（1）水蒸气凝结成路还是凝结成霜与当时的环境温度有关（2）实验步骤：A、分别设定冰箱的温度，一次在零上，一次在零下。B、将一片树叶分两次放进设定好温度的冰
3、箱中，过一会取出。C、观察树叶上有露还是有霜出现，即可检验猜想。例4 （2004 江苏宿迁）铅笔芯的主要成分是石墨。软硬程度不同的铅笔其用途是不同的，例如作画用6B软铅笔、写字用软硬适中的HB铅笔、制图用6H硬铅笔。铅笔芯是导体，那幺铅笔芯的电阻大小与其软硬度有何关系呢？请你设计一个实验方案对这个问题进行探究。 实验器材的名称及数量： 主要实验步骤及所要测量的物理量（用字母表示）：（3） 分析测得的物理量，判断铅笔芯的电阻大小与软硬度的关系：铅笔为什幺有软和硬的差别呢？这是因为石墨太软，光用石墨做笔芯，既易断又易磨损。因此，生产上常在石墨中掺进一些粘土粉末以增加硬度。粘土掺得越少，铅笔就越软。
4、是不是铅笔越软，含有的石墨越多，其电阻就越小？或者反过来，通过测出铅笔芯的电阻，是否就能够判断它的石墨含量？为了判断铅笔芯的电阻与其软硬度的关系，学生需要设计一个实验。尽管这是一个新的问题，但它需要的知识和技能，学生在平时的学习中已经学过。学生也有可能在课堂上做过“通过测量不同的合金线在相同电压下的电流来判断其电阻”的实验。如果能够借鉴这个实验中的方法，学生就能完成试题所要求的设计。 电源 开关 电流表 导线 长度、横截面积都相同而软硬度不同的铅笔芯3根； 用导线将电源、开关、电流表依次和软、软硬适中、硬铅笔芯连成串联电路；闭合开关，分别读出电流表的示数I1、I2、I3； 若I1 = I2 =
5、 I3，则铅笔芯的电阻大小与软硬度无关； 若I1 I2 I3，则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关，在长度、横截面积都相同时铅笔芯的硬度越大，电阻越大； 若I1 I2 I3，则铅笔芯的电阻大小与软硬度有关，在长度、横截面积都相同时铅笔芯的硬度越大，电阻越小。例5、几个同学爬杆比赛时，要比较谁的功率大，分别需要哪些测量仪器和测出哪些物理量？ 要设计一个实验来测量人爬杆时的功率，首先就要建立一个科学模型，高度抽象、概括地描述人爬杆时的物理状态。有了正确的模型，爬杆人的体重、爬杆的高度和时间是三个必须考虑的因素。常规的方法是用体重计测体重，用秒表测时间，用长杆和卷尺测高度。而用控制变量的思想（保持同样的高
6、度或用同样的时间），就可以在时间和高度这两个量中少测一个。因此，这样的设计性实验试题，虽然并不复杂，但却考查了学生建立科学模型和正确应用控制变量的方法解决问题的能力。（1） 用体重计测体重，用秒表测时间，用长杆和卷尺测高度。（2） 用体重计测体重，用秒表测时间。（要求比赛的同学都爬过同样高度）（3） 用体重计测体重，用长杆和卷尺测高度。（要求比赛的同学在几条杆上同时开始，同时停止）例6 （2003 南京 ）如图2所示，同一水平桌面上放有长方体木块和铁块各一个，现想探究木块和铁块的下表面谁更粗糙，请你只利用一个量程满足实验要求的弹簧测力计，设计一个实验来验证你的猜想，写出实验的步骤、现象和结论。
7、实验步骤： 。根据现象：得到结论：“探究木块和铁块的下表面谁更粗糙”，可以说是一个“半旧半新”的问题。它要求学生把书上有关摩擦力的实验学“活”一点，才可能在新情境中有所变通。其中如何控制木块和铁块在滑动时的压力相等是必须考虑的问题。实验现象的不可预测性，也是题目的新颖之处。（1） 将铁块放在木块上，用弹簧测力计水平匀速拉动木块，记下测力计示数F1（2）木块放在铁块上，用弹簧测力计水平匀速拉动铁块，记下测力计示数F2（3）若F1 F2，则木块下表面更粗糙；若F1 F2，则铁块下表面粗糙；若F1= F2，则木块和铁块下表面一样粗糙。三、考查实验的思想方法物理课程标准要求，在突出科学探究内容的同时，
8、重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。因此，注意考察研究物理问题的方法，成为当前和今后中考的热点。在初中阶段，需要掌握的科学研究方法主要有：控制变量法、理想实验法、等效替代法、物理模型法、类比法、归纳法等。实验中控制误差主要方法有：多次测量取平均值、累积法（积多算少法）等。实验数据处理常用图像法等。例7（2005 泰安）科学思维和科学方法是我们认识世界的基本手段， 在研究和解决问题的过程中，不仅需要相应的知识，还要注意运用科学方法理想实验有时更能深刻地反映自然规律伽利略设想了一个理想实验，如图3所示，以下为他的设想步骤：减小
9、第二个斜面的倾角，小球在这斜面上仍然要达到原来的高度。两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个斜面 。 如果没有摩擦，小球将上升到原来释放时的高度。继续减小第二个斜面的倾角，最后使它成水平面，小球要沿水平面做持续的匀速直线运动。在上述的设想实验步骤中，有一个是实验事实，其余是推论，属于可靠实验事实的是 （填序号），属于理想化推论的是 （填序号）把上述理想实验的设想步骤按正确的顺序排列是 （填序号）本题向学生展示了科学史上 著名的理想实验的思想方法。即在实验事实的基础上，经过合理的想象，获取结论。在题目所述的设想实验步骤中， 属于可靠实验事实的是。属于理想化推论的是。正确的顺
10、序排列是。 例8（2005 贵阳课改卷）甲乙两个实验小组在探究“杠杆的平衡条件”时，分别得到下面两组数据和结论。他们在交流时，甲组发现了自己实验结论的错误和产生错误的原因。你认为甲组产生错误的原因有那些？甲 组乙 组次数动力动力臂阻力阻力臂145721436810结论动力+ 动力臂=阻力+阻力臂动力臂=阻力甲组产生错误的原因：甲组的错误：（1）不同单位的物理量不能相加 。（2）这四个物理量中的三个，它们的数据都应任意设定，不能有任何人为设置的规律 。必须在多次实验的基础上通过分析才能得出结论。说明：本题考查实验思想和方法，若只回答“不对”或依据“杠杆平衡条件”回答问题不算正确。在探究性教学中，
11、杠杆原理一般并不是直接告诉学生，而是通过实验，让学生自己去发现。结果，很多学生就发现杠杆的平衡条件是“动力+动力臂=阻力+阻力臂”，而且不止一组实验数据支持这种想法，于是学生认为他们的想法得到了证实。到了这里，教学涉及到的就不仅仅是杠杆原理的问题了，而是科学探究中归纳方法的局限性问题。例9 （2005 黑龙江省课改卷）小马想用伏安法测串联在电路中的定值电阻和小灯泡的阻值，并将二者进行对比，来研究它们的电阻是否随电压、电流的改变而改变。通过实验，小马测出了若干组电压值和电流值，下表是其中的三组数据和由它计算的结果。项目电流I/A定值电阻小灯泡电压U1/V电阻R1/电压U2/V电阻R2/0.091
12、.112.20.22.20.151.812.00.74.70.192.512.11.26.3电阻的平均值R112.1R24.4在坐标图中（如图4），已描出一些电压值和电阻值所对应的坐标点（空心点代表定值电阻，实心点代表小灯泡），请将表格中的三组电压值和电阻值在坐标中描点，并根据你描出的点和已给出的点，分别画出定值电阻和小灯泡的RU图线。从图像中可以得到什么信息？图4研究物理问题常常需要测量，但由于测量仪器不精密和人们读数的差异，必然会产生误差，多次测量求平均值可以有效地减小误差，但在此实验中计算小灯泡电阻的平均值有意义吗？为什么？解析：主要考查根据已知信息绘制图像的能力。绘制图像的方法：把记录
13、数据中的温度和时间数据填写在图像对应的轴上，然后描点，再用平滑的曲线把这些点连接起来。注意，描点的数目不能太少，太少，中考时要扣分。绘制的图象如图5所示。图5主要考查对图象信息的处理能力。通过图5可以看出：定值电阻的阻值不随电压的变化而变化（或变化不大）；小灯泡电阻随电压的升高而增大变化（或随电压的变化而变化）。主要考查学生是否真正理解“多次测量求平均值”这种数据处理方法的含义。同学们已经在长度测量中学习过这种方法。这是因为物体的长度在客观上是不变的，只是由于测量工具和测量人的原因，使每一次的测量结果不同。这时用多次测量求平均值方法可以有效减小这种由主观因素引起的误差。本题中，小灯泡的电阻随电
14、压的变化而变化，因此，不能多次测量求平均值。测量定值电阻的阻值可以用这种方法。 没有意义。因为小灯泡的电阻随电压的变化而变化（或小灯泡的电阻不是定值）。五、考查学生解释和表达科学探究结果的能力设计和实施了科学实验，自然想获得实验结论。但实验的结论并不是只要做了实验就会自动获得，从实验的原始数据到实验结论之间，要正确地进行实验记录和整理，准确地对实验数据进行表达、解释，从中发现规律、作出结论。因此，考查学生解释和表达科学探究结果的能力就很有必要。从数据分析中得出结论的能力本质上是一种发现的能力，即从一堆数据中“发现”新结论的能力（如对一个事物，发现了新的可能、新的原因等）。例10 （2005 无
15、锡市）科学研究表明：金属杆受到拉力会伸长，在一定范围内，金属杆的伸长与它所受到的拉力成正比。现有一金属杆L，长为4m，横截面积为0.82，实际使用时要求金属杆受到拉力后的伸长不超过0.4。由于直接对这一金属杆测试有困难，固选用同种材料制成的样品进行测试，测试时样品所受的拉力始终为1000N，通过测试取得数据如下：长度L（m）横截面积S（2）伸长L（）0.050.160.320.100.080.20请分析表中数据回答下列问题：在对样品进行测试时，采用如图6所示的装置，这样设计有何优点？分析样品测试数据可知，金属杆伸长的长度还跟什么因素有关？金属杆L能够承受的最大拉力为多少？题目以弹簧测力计的原理
16、为载体，通过实验装置、实验数据等信息，综合考查学生的物理素养。其中涉及物理学中两个重要的思想方法：将微小的事物或现象放大，以利于观察的放大法。还有研究一个物理量与其余几个物理量的关系时常常用到的控制变量法。题目难点在最后一问，这需要学生有较强的数理结合意识和能力。根据实验数据得出数学表达式，再把有关的数据代入，才能求解。参考答案：可以将金属杆伸长的长度放大，使实验现象更加明显。分析样品测试数据第1、2行或3、4行可知，当金属杆的横截面积不变时，伸长的长度跟金属杆长度成正比；分析第1、3行或第4、5行数据可知，当金属杆的长度不变时，伸长的长度跟金属杆横截面积成反比。所以，金属杆伸长的的长度还跟长
17、度L和横截面积S有关。根据及金属杆的伸长还与它所受到的拉力成正比可得到表达式把表格中第五行数据和金属杆L的参数代入可得 解得：F2=10000N例11 （2005 南京）有一天，小明在家观察洗衣机排水后，对容器排尽水的时间与排水孔的大小之间的关系产 生了浓厚的兴趣为此他找来四个同样大小的圆柱形塑料容器，在它们的底部相同位置各开一个排水圆孔，排水孔的直径d分别是1.5 cm、2.O cm、3.O cm和5.O cm在容器里放人30cm深的水，打开排水孔让水流出，用秒表测量水完全流出所需的时间t分别为73.Os、41.2s、18.4s和6.8s （1）请设计一个表格，并将小明测得的数据填写在表格中
18、（2）请在图7中画出排尽水的时间t与排水孔直径d的 关系图线（3）分析实验数据，初步可以看出t与d之间韵关系为： d越大，t _ ，但是还不能确定它们之间明确 的数量关系（4）请你猜想t与d之间可能存在的数量关系，并根据以 上数据写出证实你猜想的思路 猜想：_思路：_题目较全面地考查了学生的科学探究能力。涉及如何设计记录数据的表格；如何绘制图像；如何定性分析实验数据，得出初步结论。题目难点在第四问，解题的思路是：在定性分析的基础上，可以猜想t与d可能成反比，也可能t与d2成反比等，怎样确定呢？有两个办法：一是看它们的乘积是否为一定值。二是作出它们的图像，即如果预计一个量x与另一个量y成反比，那
19、么，x就应与1/y成正比，据此，我们可以将反比例函数的曲线转化为正比例函数的直线。因为，在处理数据时，判断一条曲线是否为正比例函数图像，比判断它是否为反比例函数图像要简单的多。（1）如下表所示 排水孔直径dcm 1.5 2.0 3.0 5.0 排尽水的时间t/s 73.0 41.2 1 8.4 6.8（2） 图线如图8所示 （3）越小（4）t与d2成反比 可以作出t与图线，并观察图线是否为一条直线（或计算t与d2的乘积是否为一定值）例12 生活中，常会见到物体从高处下落的运动.如用手拿着一个小球和一张纸片，从同一高度同时释放小球和纸片.我们看到小球先落地，纸片后落地，如图9（a）所示.美国宇航
20、员大卫斯科特在登上月球后，从同一高度同时释放锤子和羽毛，看到它们同时落到月球表面，如图（b）所示.通过对图（a）与图（b）所提供的情景的对比，（1）使我们知道造成纸片比铁球下落慢的主要原因是 （2）可以得出的结论是 .（3）经研究发现，小球在离地面90m 的高处从静止开始自由下落，其下落的高度h随时间t的变化规律如图（c）所示（顶点在坐标原点、对称轴为h轴、h关于t的二次函数图象），试通过对图象的分析得出小球从静止开始自由下落4s所通过的路程是 m . 图9进行科学探究时，应该学会透过现象看本质。有时日常生活经验会影响我们的正确判断（如小球和纸片下落的情形），如果不利用真空 实验环境进行验证，
21、我们就可能会根据日常生活经验得出错误的结论。题目第三问考查学生根据图像获取信息及数理结合的能力。由图像中的数据可以推出h=5t2,进而求出t=4s时所通过的路程h=542=80m.当然，也可以先确定h关于t的二次函数，然后用代入法求解。空气阻力的作用 在没有空气阻力的作用时，地面上的任何物体下落的快慢相同 806考查学生科学探究过程中交流与评估的能力在探究活动中，能对探究的行为和收集信息的科学性、可靠性进行评价。能注意假设与探究结果间的差异，能对这种差异及引起这种差异的规律进行分析，发现和提出新的问题。对探究过程和结果进行评估，提出改进探究方案的具体方法。 例13 （2005 江苏无锡市）为探
22、究滑动摩擦力大小与什么因素有关，小明设计了如图10甲所示的实验。如果要想利用此实验来探究滑动摩擦力的大小与压力的关系，应设计怎样的实验步骤？在探究滑动摩擦力的大小是否与物体间的接触面积有关时，小明先后用大、小木块按照图甲所示的方法进行对比实验。小明的做法是否正确？在研究此问题时，小红设计的实验如图乙所示，弹簧测力计一端固定，另一端钩住长方形木块，木块下面是一长木板，实验时拖支长木板，然后读出弹簧力计的示数，即可测出木块和木板之间的摩擦力。小明看了小红的实验后，认为小红设计的实验优于自己设计的实验。对此你能说出其中的原因吗？（1）用弹簧测力计拉动木块，使它做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数
23、F1；在木块上面加一个重物，再用弹簧测力计拉动木块，使它做匀速直线运动，读出此时弹簧测力计的示数F2；比较F1和F2的大小。（2）不正确。因为实验过程中，没有保持相同的压力。（3）木板不必做匀速直线运动。或弹簧测力计始终保持静止，便于读数。点评：设计实验一般应保证方法科学，操作方便，有助于减小误差，还要注意安全，包括人身安全和仪器安全。例14 （2005 广西柳州）由于白炽灯除了发光还产生热量，所以逐渐被称之为“冷光源”的各种节能灯代替。白炽灯的功率越大，亮度越大，产生的热量是否也越多呢?为此，小明设计了一个实验方案：使25W白炽灯正常发光，把温度计放在灯泡附近任一位置，观察温度计示数的变化；
24、换上100W白炽灯重复上述步骤。若100W白炽灯使温度计的温度升得高，则产生的热量多。同学们对小明的方案进行了讨论，认为：（1）在灯泡附近的范围内，灯泡产生的热量越多，空气温度，利用温度计测温度变化的方案是可行的；（2）方案还应注意两个问题：一是，二是。（1）升高越大 （2）测温点要固定 测温时间要相同 对实验方法、获得的数据、实验结论等方面进行评估是科学探究的重要组成部分。在科学探究过程中，由于某些疏忽或研究方法不当，随时都会出现问题，因而及时反思，进行交流评估是科学探究不可缺少的环节。六、考查一个完整的探究过程此类试题涉及整个探究过程，甚至涉及多门学科，能够较全面地考查学生的科学探究能力和
25、创新能力，考查学生运用科学知识和科学思维方法对科学问题进行讨论、判断和决策的能力。例15 （2005黄冈市）物体在流体（液体和气体）中运动时，受到的阻碍物体运动的力，叫流体阻力.这种阻力的大小与哪些因素有关呢？流线型汽车 战机着陆打开阻力伞 模仿鲔鱼体形的核潜艇图11（1）请仔细观察如图所示的应用实例,对影响流体阻力的因素提出一种猜想： 题（3）中的猜想除外；（2）根据你的猜想,请设计一个实验方案来验证；（3）小刚同学猜想：流体阻力可能与运动物体表面粗糙程度有关.他设计了如下的实验方案：用弹簧秤拉一艘底面光滑的船模型在水中运动，记下弹簧秤的示数F1；用弹簧秤拉另一艘底面粗糙的船模型在水中运动，
26、记下弹簧秤的示数F2；通过比较F1与 F2的大小，就能得出物体受到流体阻力是否与物体表面粗糙程度有关.请你对小强同学的实验方案中存在的问题,进行评估（只需写出一条评估意见）:.本题从一些常见的生活现象中提取问题，要学生探究“流体阻力” 问题。涉及科学探究中的猜想与假设、设计实验方案、交流与评估等关键环节，题材新颖，问题设计合理，难度适中。解答时，同学们可以把流体阻力与学习过的摩擦阻力相对比，提出较合理的猜想，利用控制变量法等科学方法设计、验证实验。评价小刚的实验方案时也要从这些角度入手。 （1）流体的阻力与物体的形状、正截面积大小、物体相对于流体的速度、流体的性质等有关；（2） 略（提示；根据具体的猜想，利用控制变量法设计适当的实验方案）；（3）实验方案中存在的问题有：没有控制使用同一艘船模型；没有
