一、考查对科学探究过程的理解

科学探究过程包括以下要素:(1)提出问题(2)猜想与假设(3)制订计划与设计实验(4)进行实验与收集证据(5)分析与论证(6)评估(7)交流与合作。

例1 (威海市2003)科学探究

许多物理现象跟气压的大小(通常说气压的高低)有关系,气压还对人类的生活、健康有重要影响。例如,在几千米高的山上,如果没有高压锅,连一顿熟饭都吃不上,就是由于水的沸点随气压改变的缘故。

实验:烧瓶中的水沸腾后移去酒精灯,水停止沸腾;待水温降低一些后将大注射器接到烧瓶口上,向外拉注射器活塞,看到了什么现象?这个实验说明了什么问题?

实验表明气压减小时水的沸点降低。

换用其他液体,在各种气压下实验,表明一切液体的沸点,都是气压减小时降低,气压增大时升高。

请回答有关问题:

研究问题的过程通常有下列的步骤:A、分析归纳;B、提出假设;C、提出问题;D、理论推导;E、实验研究;F、得出结论。

你认为编者对“液体沸点与气压关系的研究”依次采取的四个有用的步骤是__________(步骤用英文字母表示)。

解析 这类问题情景学生较熟悉,实验内容与方法均来自于教材中的有关章节,但考查的内容已不再只是单一的知识点,而是前后综合的探究过程。根据科学探究的思维过程,结合具体问题指出运用的探究程序。完整的探究过程应包括上述7个,本题涉及到的探究步骤按顺序有D、E、B、C四项。

二、考查研究问题的基本方法

研究物理问题的方法很多,如控制变量法、等效法、推理法、模型法、类比法、近似法、数学法等等,其中控制变量法应用最为普遍,理解和掌握这些研究方法,科学探究才能少走弯路。

例2 (盐城市2003)在探究“导体的电阻跟哪些因素有关”的问题时,某老师引导学生作了如下的猜想:

猜想1.导体的电阻可能跟导体的横截面积有关;

2.导体的电阻可能跟导体的长度有关;

3.导体的电阻可能跟导体的材料有关。

图1是他们进行实验探究的器材,演示板上固定了四条金属电阻丝,a、b、c长度均是1m,d的长度是0.5m;a、b的横截面积相同,材料不同;a、c的材料相同,但c的横截面积大于a;a、d的材料和横截面积都相同。

(1)在探究电阻跟横截面积的关系时,可依次把M,N跟_______的两端连接,闭合开关,记下电流表的示数,分析比较这两根金属丝电阻的大小。

(2)依次把M、N跟a、d的两端连接,闭合开关,记下电流表示数,分析比较a、d两根金属丝电阻的大小,可探究电阻_______跟的关系,其结论是_______。

(3)以上方法在研究物理问题时经常用到,被称为控制变量法。试根据学过的物理知识再列出两例用这种方法研究的问题:_______。

(4)一般说来,所有物体都有电阻,探究过程中,又有同学提出猜想4:电阻还可能跟温度有关。请用一个废灯泡的灯芯设计一个实验来研究这个问题,要求:①说出方法。②画出电路图。

解析 导体的长度、横截面积、材料和温度是本实验中的四个变量,因此,要研究其中一个变量与电阻的关系,只要将其他三个变量保持不变。

(1)研究电阻跟横截面积的关系时,应控制长度、材料、温度不变,由题设条件,应依次把M,N跟a、c的两端连接。

(2)a、d材料、横截面积相同,显见,比较它们电阻的大小,可探究电阻跟长度的关系;其结论是:在导体材料和横截面积相同时,导体越长,电阻越大(或导体电阻跟长度成正比等);

(3)控制变量法应用十分普遍,除此之外还有:研究电流与电压和电阻的关系;研究压强与压力和受力面积的关系等。

(4)(略)

三、考查猜想与假设的合理性

猜想不是胡猜乱想,猜想是应用现有的经验和知识对问题中的事实寻求可能解释的过程。猜想与假设合理,能帮助探究者明确探究的内容和方向,指导探究沿着预定目标展开,避免探究的盲目性;它为收集信息、分析和解释信息提供一个大致框架;也为制订探究计划、设计方案奠定了必要的基础。

例3 (烟台市2003)在探究“浸没在液体中物体所受浮力的大小跟哪些因素有关”的实验时,部分同学提出如下猜想:

·物体所受浮力的大小可能跟物体的密度有关。

·物体所受浮力的大小可能跟物体的形状有关。

(1)除此之外你还有什么猜想?写出你的猜想。

(2)请你就上述猜想任选一种,设计出实验探究方案。

解析 例3试题立意是让学生经历猜想与假设的过程,并据此制定实验探究方案,使学生体会猜想与假设是科学结论的先导,在整个探究活动中所起的引导性作用。所以命题者在(1)中给出“猜想合理即可”的评分意见,鼓励学生大胆合理地进行猜想。(2)根据题中猜想“研究物体所受浮力大小可能跟物体密度有关”据此设计的方案为:(略)

四、考查制定计划与设计实验的能力

探究计划与实验方案的具体要求来自于探究问题所提出的猜想与假设。设计实验,就是从操作的角度把探究的猜想具体化、程序化。一般做法是先分析该探究要解决哪几个问题,每个问题有哪几种解决方法,根据现有条件和要求,应选择哪种方法为好,然后根据被选中的方法确定需要什么器材以及构思出操作步骤。

例4 (三明市2003)在探究“影响蒸发快慢的因素”实验过程中,同学们作出了如下猜想:影响液体蒸发快慢的因素可能有:A.液体温度;B.液体的表面积;C.液面上气流的快慢;D.液体的种类。

(1)某同学设计了如下实验:取两只相同的烧杯,分别盛等量的酒精,把一杯放在烈日下,另一杯放在阴凉处,一段时间后观察比较两杯中酒精的多少。该同学设计这个实验的目的是为了验证猜想_______。(选填“A”、“B”、“C”或“D”)。

(2)请你设计一个实验来验证猜想D。要求简要写出实验的方法。

解析 例4中题目已给出4种猜想(1)的实验方法步骤是验证猜想A;为了验证影响液体蒸发快慢的因素是否与液体的种类有关,(2)的方案是:取等量不同液体或放在相同环境中看谁蒸发快。

五、考查分析与论证的准确性

实验数据并不等于探究的结论,实验数据是对实验事实的客观记录,探究的结论是在数据的基础上通过分析论证所得出的具有普遍意义的规律。要归纳科学规律,要对收集的信息进行比较,进行简单的因果推理,寻找数据之间的相互关系的特征。在初中物理,这种特征通常表现为“相等、之和、之差、乘积、比值”等数学关系。同时还要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系。

例5 (上海市2003)某小组同学探究灯泡发光时的亮度与哪些因素有关。他们用九只不同规格的灯泡分别接入电路,使它们都正常发光,并用电压表和电流表分别测得灯泡正常发光时的电压和电流。该小组的同学仔细观察灯泡的亮暗程度,把九只灯泡分成三组,每组的亮暗程度相同,且第一组最亮,第二组其次,第三组最暗。实验中记录的有关数据分别如表1、表2、表3所示。

表1(第一组)

实验序号

电压(伏)

电流(安)

1

6

2.00

2

12

1.00

3

24

0.50

表2(第二组)

实验序号

电压(伏)

电流(安)

4

6

1.00

5

12

0.50

6

24

0.25

表3(第三组)

实验序号

电压(伏)

电流(安)

7

3

1.00

8

6

0.50

9

12

0.25

(1)分析比较实验序号1与4,2与5,3与6的数据及观察到的现象,可得出的初步结论是:_________。

(2)分析比较实验序号_________的数据及观察到的现象,可得到初步结论是:当通过灯泡的电流相等时,灯泡两端的电压越大,灯泡越亮。

(3)进一步综合分析比较表1,表2,表3中的数据及观察到的现象,并归纳得出结论。

(a)分析比较表1,表2或表3中的数据及观察到的现象,可初步得出:①_________;(b)分析比较表1、表2和表3中的数据及观察到的现象,可初步得出:②_________。

解析 例5是在给出实验数据基础上要求学生分析论证得出结论。(1)当灯泡两端的电压相等时,通过灯泡的电流越大,灯泡越亮。

(2)4与7、5与8、6与9。

(3)(a)①灯泡两端的电压与通过灯泡电流的乘积相等,灯泡的亮度相同;

(b)②灯泡两端的电压与通过灯泡电流的乘积越大,灯泡越亮。

六、考查综合运用与创新能力

由于物理教学和相关训练中的科学探究活动多数都是只涉及部分要素,而有一些却涉及很少,造成学生在探究能力方面发展不平衡。这类试题对学生实现全面的科学探究能力目标进行合理设计与检测,对培养学生探究意识和创新精神具有积极意义。

例6 (青岛市2003)小宇以一定速度将石子向斜上方抛出去,(图略),石子所做的运动叫斜抛运动。他想怎样才能将石子抛得更远呢?于是他找来小丽一起做了如下探究:

他们用如图2所示的装置来做实验,保持容器水平,让喷水嘴的位置不变,用开关控制水喷出的速度。

①首先让喷水嘴的方向不变(即抛射角不变)做了三次实验:第一次让水的喷出速度较小,这时水喷出后落在容器的A点;第二次,让水的喷出速度稍大,水喷出后落在容器的B点;第三次,让水的喷出速度最大,水喷出后落在容器的C点。小宇和小丽经过分析得出如下结论:在_________一定时,当物体抛出的_________越大,抛出的距离就越远。

小丽回忆起上体育课时的情景,想起了几个应用上述结论的例子,其中之一就是_________。

②然后控制开关让水喷出的速度不变,让水沿不同方向喷出,(如图3)又做了几次实验,得到如下的数据:

喷嘴与水平方向的夹角

15°

30°

45°

60°

75°

落点的喷嘴的水平距离

50

86.6

100

86.6

50

小宇和小丽对上述数据进行了归纳分析,得出的结论是:在一定时,随着物体抛出时与水平方向夹角的增大,抛出距离先是越来越,然后越来越。当夹角为_________时,抛出距离最大。

这天,在运动会上,小艾很恼火地问:“为什么我在投标枪时用力很大,投得很高,可是成绩仍不理想?”小宇听后哈哈一笑,解释道:“这是由于你投出的方向与水平面的夹角不合适。要想投出好成绩,理想的角度应该是_________左右。”小艾听后恍然大悟。③小宇和小丽总结了一下上述探究过程,他们明确了斜抛物体在水平方向上飞行的距离与_________和_________的关系,他们感到这次探究的成功得益于探究过程中两次较好地运用了法。

解析 这一例是比较全面的探究试题,从生活现象中提出问题,到设计实验获取数据,到分析论证得出结论,以及解决实际问题和评估与交流。解答为:

①抛射角,速度,推铅球时,将铅球用力往外推,尽可能增大铅球的出手速度。

②抛出速度,大,小,45°,45°。

③抛射角,速度,控制变量。