类型一:条件开放型条件开放型试题的特点是题设条件多余或隐含,不指明所要求解的问题。解这类试题的基本思路就是从题设条件入手,变换角度,创设情境,使解题过程具有开放性。
例1.2011年11月3日凌晨,我国“神舟八号”飞船与“天宫一号”飞行器成功对接,共同飞行在茫茫太空中。飞行在太空中的“天宫一号”向着太阳的一面温度会高到100℃以上,而背阴的那一面又会冷到-200℃以下,为此科学家在“天宫一号”的外表面涂上一层银白色的涂料。在“天宫一号”实验舱里,未来的航天员可使用笔记本电脑收发邮件,可以看电影听音乐。舱里还配备了太空锻炼器材,如拉力器,用于锻炼下肢肌肉等。
请从上面的阅读材料中找出与物理知识有关的叙述,并标明相关的物理知识。
例:“神舟八号”飞船与“天宫一号”飞行器成功对接──以“神舟八号”飞船为参照物“天宫一号”是静止的
(1)_____________________________________________;
(2)____________________________________________。
解析:条件开放类试题由于所给条件较多,可以从不同角度、不同侧面去考虑问题从而得到不同的结论。这类题型的特点决定了题不是太难,但要求同学对所学知识能融会贯通。题中给出的如“外表面涂银白色的涂料”、“ 收发邮件”等语句蕴含着物理知识。
答案:飞行──以地球为参照物,“神舟八号”飞船和“天宫一号”是运动的
外表面涂银白色的涂料──有光照射时,减少对热量的吸收;背光时,减少向外辐射热量
收发邮件──利用电磁波
看电影──笔记本电脑是光源、光沿直线传播
听音乐──声音是由振动产生的
拉力器──拉力越大,弹簧被拉得越长
类型二:过程开放型过程开放型试题的特点是条件、结论都一定,解题过程或策略开放,一题多解及开放设计性实验属于这类题。一般是策略性开放,思路不唯一,进而步骤、过程都不统一,开放设计性实验有时连实验条件都不统一,需自行选定器材,再根据题目需要设计实验步骤,完成指定的设计性实验。
例2.如图1所示,L1为入射光线,L2为出射光线。请在图中添加合理的光学器件。(注意所添加的器件位置要正确)
解析:由题目中的情况容易想到用平面镜来反射。那么,还能用什么光学器件呢?首先沿着“反射”的思路考虑:反射时能否不用平面镜?当然可以──用凸面镜或凹面镜。再考虑如果不是反射,折射行不行?当然行──用凸透镜或凹透镜、甚至是三棱镜。还可以思考,凸透镜或凹透镜只有一种放置方法吗?试一试,当然不只一种。这样,依据不同的物理规律、原理,运用不同的方法,进行一题多思、一题多解,能更牢固地掌握知识,培养发散思维能力。
答案:如下图
例3.如图2所示,弹簧测力计的量程是0—5N,木块重力大约7N,轻质滑轮重为1N、铁架台、刻度尺、足够大的量杯、足量的水和细棉线(自重不计),图中每种器材各有一件。
请你利用图中的一些器材,设计一个测量木块重力的实验方案:
(1)写出选用器材的名称:
(2)用文字简要地写出需要测量的物量及符号:
(3)木块重力的表达式:
解析:物体的重力直接用弹簧测力计便可测量,但此题不同,因为弹簧测力计的量程小于被测量,所以题目提醒学生要有安全操作意识,这是作为一个公民将来走入社会必须具有的科学素养。怎样解决弹簧测力计的量程小于被测量的问题呢?只能采用间接测量,这就需要学生的经验和感悟了。注意到木块能在水面上漂浮,又有量杯,想到可用浮力知识解决。若注意到滑轮,可连接成动滑轮来测量。若注意到米尺,可用线连接成一个省力杠杆来解决。
答案:
方案一:(1)量杯、水、细棉线、木块
(2)量杯中水的体积V1,木块放入水中静止后液面的位置V2
(3)G =ρ水g(V2-V1)
方案二:(1)弹簧测力计、轻质滑轮、铁架台、细棉线、木块
(2)滑轮重G动,拉力F
(3)根据F=(G+G动)/2,得G=2F -G动
方案三:(1)弹簧测力计、米尺、铁架台、细棉线、木块
(2)把米尺连接成省力杠杆,从米尺上读出两力臂L动、L阻(L动/L阻应大于7/5),拉力F
(3)根据FL动=GL阻,得G=FL动/L阻
类型三:结论开放型结论开放型题目的特点是条件一定,结论多种多样。根据试题提供的信息,从不同的方向分析会有不同的结论,可以激发学生思考的积极性,利于培养学生的学习主动性和创造性。解答时,要在这些符合要求的结论中选择最有把握的结论作为答案。
例4.有些物理量的大小不易直接观测,但它变化时引起其它量的变化却容易直接观测,用易观测的量显示不易观测的量是测量物理量的一种思路。例如:温度计是利用液柱长度的变化来显示温度高低的。请你也举出一个例子___________________。
解析:物理学中对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量,通常用一些非常直观的现象去认识,或用易测量的物理量间接测量,这种研究问题的方法叫转换法。初中物理在研究概念、规律和实验中多处应用了这种方法。大家要在头脑中搜寻学习过的物理内容,筛选出应用这个思想方法获取的知识,确定答案。你可以从力、热、光、电、磁、分子原子、能量等方面进行思考。
答案:弹簧测力计是利用弹簧长度的变化来显示力的大小;研究条形磁铁(或电磁铁)磁性时,用它吸引铁屑(或大头针)的多少来显示磁性的强弱;研究物体的动能与哪些因素有关时,用物体推纸盒前进的距离来显示其具有动能的多少;鼓面上撒碎纸屑来显示鼓面的振动情况;进行电流的热效应实验时,在电热丝上涂些蜡,利用蜡的熔化来显示电热丝温度升高等。
类型四:综合开放型综合开放型题目的特点是条件多种,解题策略多样,结论不唯一。这类试题有利于发展大家的个性,发展大家的发散思维能力。
例5.图3中甲、乙分别是“探究平面镜成像特点”和“探究凸透镜成像规律”的实验装置。
(1)在“探究平面镜成像特点”的实验中,拿一支没有点燃的与A完全相同的蜡烛B竖立在玻璃板后面移动,直到看上去它跟前面那支蜡烛A的像完全重合。这样操作的目的是________________,同时也证明了像与物体的大小________________。
图3
(2)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,保持凸透镜位置不动,将蜡烛从远处逐渐向凸透镜的焦点靠近时,要想在光屏上得到清晰的烛焰的像,光屏应向________(填“靠近”或“远离”)凸透镜的方向移动,所成像的大小将________(填“变大”、“变小”或“不变”)。
(3)当蜡烛移到图乙所示位置时,光屏上出现清晰的烛焰的像,请你比较甲、乙两图中平面镜与凸透镜所成的像的不同点:①________________;②________________。
解析:试题对两个重要的光学实验进行了对比研究。(1)平面镜成像实验的目的是找出像和物体的大小、位置关系。只有“捕捉”到像,才能开展研究。蜡烛B与蜡烛A的像完全重合,说明实验已经“捕捉”到了像,即确定了像的位置和大小。(2)在“探究凸透镜成像规律”的实验中,得出了像的位置和大小、倒正、虚实与物距和焦距的关系。其中,当成实像时,“物近像远像变大”是一个非常重要的结论,要注意掌握和应用。这句话的意思是,物体从远处逐渐向凸透镜的焦点靠近时,所成的像离凸透镜越来越远,同时像也变得越来越大。(3)比较甲、乙两图中所成的像的不同点属于过程和结论都开放:从成像原理考虑,一个是光的反射,一个是光的折射;从成像虚实考虑,一个是虚像,一个是实像;从成像倒正考虑,一个是正立的像,一个是倒立的像;从成像大小考虑,一个是等大的像,一个是放大的像;从物距和像距关系考虑,一个是物距等于像距,一个是物距小于像距。
答案:(1)确定像的位置和大小相等
(2)远离变大
(3)一个是光的反射形成的,一个是光的折射形成的;一个是虚像,一个是实像;一个是正立的像,一个是倒立的像;一个是等大的像,一个是放大的像;一个成像时物距等于像距,一个成像时物距小于像距。
从上面几例可以看出,开放性试题涉及面较广,灵活而无模式可依,但都基于学生已有的知识和经验进行设计,因而不同程度的学生都可以根据自己的能力、水平进行探索,都有发挥的空间。开放性试题以开放的姿态展示出物理与我们人类生存发展的联系,具有很大的思维空间。我们要去经历物理知识的再创造过程,需全面观察、广泛联想,多方面、多角度、多层次去思考问题,才有利于自己探究精神、创新精神和实践能力的培养和发挥。
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