物理探究性实验试题分类例析

物理是一门以观察、实验为基础的科学，物理学中的许多规律都通过观察和实验，经过认真思索而总结出来。随着新课改的广泛深入，探究性实验试题已成为中考的一个热点，日益受到全国各省、市命题者的青睐。

一、测量型实验

测量型实验包括直接测量型和间接测量型。直接测量型实验是直接利用测量仪器对物理量进行测量，而间接测量首先要根据待测物理量与其他物理量的关系，先测出式中其他物理量，然后应用相关知识求出所需的物理量。

例1(2011年重庆市)下面四图画的是四种仪器的测量情形。

(1)图1中体温计的读数为℃；

(2)图2中电压表的示数为V；

(3)图3量筒中液体的体积为mL；

(4)图4中弹簧测力计的示数为N。

解析此题意在考察体温计、电压表、量筒、测力计这些常用测量工具的使用方法，要注意读数方法。读数时，首先要观察测量工具是否完好，其次要看清工具的量程和分度值，除长度测量有估计值外，其余不做要求。从图中可以看到，体温计、电压表、量筒、测力计的分度值分别为0。1 ℃、0。5 V、0。1 mL、0。2 N,然后用格数乘以相应仪器的分度值即可。结合上述，其读数分别为：

(1)37。80 ℃(2)7。5 V

(3)40 mL(4)2。6 N。

点评此类考题对能力要求并不高，但要求对仪器的使用必须有较高的熟练程度。初中物理仪器不太多，主要包括：用刻度尺测长度、用量筒测固体和液体的体积、用天平测固体和液体的质量、用温度计测水的温度、用弹簧测力计测量力、用电流表测电流、用电压表测电压、秒表测时间以及电阻箱、密度计、电能表等的读数，平时有目的的多练习即可。

例2(2011年南京市)用天平和量筒测量酱油的密度。

(1)将天平放在桌面上，把游码放在标尺的处，调节天平平衡；

(2)用天平测得烧杯和酱油的总质量m总为140 g。图5显示的是将烧杯中一部分酱油倒入量筒后，烧杯和剩余酱油的总质量m，则m=g；

(3)图6显示的是从烧杯中倒入量筒内的酱油的体积V，则V=cm3；

(4)酱油的密度ρ=g/cm3。

解析此题以生活中常见的酱油为载体，考查了天平和量筒的使用方法以及密度公式的应用。解答此题首先要把天平放在水平桌面上，游码归零，调节平衡螺母使其平衡，接着观察天平和量筒的分度值，然后根据实验原理ρ=mV，测量出酱油的密度。由图5知天平正确测出烧杯和剩余酱油的总质量m=106。4 g，则倒入量筒中酱油的质量

m1=m总-m=140 g-106。4 g

=33。6 g，

由图6知倒入量筒中的酱油体积

V=30 mL=30 cm3，

最后根据

ρ=m1V=33。6 g30 cm3=1。12 g/cm3。

点评在初中阶段，此类实验主要包括用刻度尺和秒表测平均速度、用天平和量筒测固体和液体的密度、用弹簧测力计和刻度尺测滑轮组的机械效率、用电压表和电流表测电阻或测用电器的电功率等。解答此类实验题时，首先在掌握其实验原理的基础上，分析出需要测量的物理量，然后确定待测物理量与其他物理量的关系式，最后利用相应的物理公式即可求解。

二、研究型实验

此类试题通过对一些实验现象、实验数据和实验过程进行分析探究，发现和总结所蕴涵的物理规律。

例3(2011年湛江市)在湛江港码头，小华看到工人利用斜面把货物推到车上，联想到上物理课时老师讲过的知识，小华想探究斜面的机械效率可能与哪些因素有关？小华提出了以下的猜想。

A.斜面的机械效率可能与物体的重力有关

B.斜面的机械效率可能与斜面的倾斜程度有关

小华同学为了证实自己的猜想是否正确，于是他用同一块木板组成如图7所示的装置进行了实验探究，记录的实验数据如表1。

表1实验次数①②③斜面倾角θ30°30°45°物块重量G/N5。03。03。0斜面高度h/m0。60。60。8沿斜面拉力F/N4。22。52。8斜面长s/m1。21。21。2有用功W有/J3。01。82。4总功W总/J5。03。4斜面的机械效率60%71%(1)在实验操作过程中，应沿斜面向上拉动木块；实验时要使木板的倾斜角变大，应该把木板下面的木块向移动(填“左”或“右”)。

(2)根据表格中数据，第①次实验斜面的机械效率为%，第②次实验中总功为J。

(3)通过对比实验①、②数据，可验证小华的猜想(填写字母)；通过对比实验②、③数据，可以得出的探究结论：。

(4)此实验主要用到的研究方法是。

(5)除了小华的猜想以外，请你猜想斜面的机械效率还可能与(写出一个)有关。

解析此题是对探究斜面机械效率的实验过程的考察，摒弃了对方法的机械记忆，对控制变量法的理解渗透在具体的实验中，考察了考生在实验探究过程中，数据分析、数据处理和总结规律的能力。在实验操作中，拉力的方向应与斜面平行且匀速拉动物体，通过移动斜面下的木块可以改变斜面的倾斜角，当木块向左移动时，斜面被垫高，倾斜角增大，反之减小。

在第①次实验中，由表1可知，

W有=3。0 J，W总=5。0 J，

把数据代入

η=W有W总×100%=3 J5 J×100%

=60%；

在第②次实验中，由

W总=W有η=1。8 J60%=3 J，

或由公式

W總=FS=2。5 N×1。2 m=3 J。

通过观察对比①、②实验数据发现，此两次实验中，只改变了物体的重量，而斜面的倾斜角、光滑程度以及斜面的长度未变，说明此两次实验是探究斜面的机械效率与物重的关系，故可验证猜想A；观察对比实验②、③数据，从上向下看，发现物重和斜面相同时，倾斜角越大，斜面的拉力和机械效率也越来越大，这说明在其它条件相同时，斜面的倾斜程度越大，斜面的机械效率越高，或斜面的机械效率与斜面的倾斜程度正向相关。实验中探究哪个物理量与其它物理量之间关系时，就改变这个物理量，而保证其它物理量不变，这就是控制变量法。由η=W有W总×100%=GhFS×100%可知，斜面的机械效率还可能与斜面的粗糙程度、木板的长度、拉木块速度、木板的面积等有关。

点评在初中阶段，此类实验主要有：探究固体的熔化过程、探究水的沸腾、探究碘的升华和凝华过程、探究光的反射定律和折射定律、探究平面镜成像特点、探究凸透镜成像的规律、探究重力和质量的关系、探究同一直线上二力合成的规律、探究液体内部压强的规律、探究杠杆的平衡条件、探究电流与电压、电阻的关系等。解探究题其一要深入了解课本上的物理规律，做到了如指掌，才能对基础探究题做到万无一失；其二是掌握探究的方法，了解探究的全过程(七个步骤)，熟练运用各种探究方法如“控制变量法”“等效替代法”“类比法”等。

三、演示型实验

演示型实验就是通过教师或图片、多媒体等对实验进行演示，学生不能亲身体验的实验，其目的是让学生知道此实验研究什么问题，并能让学生从实验现象或数据分析归纳中得出结论。培养他们的观察能力、概括能力等，进而给他们讲述一些科学研究方法。

例4(2011年潍坊市)如图8所示是教材上研究电磁感应现象的实验装置，ab是一段粗铜导线，通过导线连接在灵敏电流计的两接线柱上。通过一系列的实验操作，分析总结出了产生感应电流的条件。请你回想你们当时在做这个实验时的情境，并参照下表示例，再写出其中的两次实验操作及相应的实验现象。

表2序号操作现象示例ab静止不动电流计指针不动1 2解析此题考察学生的观察和概括分析能力，通过教师的演示实验，归纳出闭合电路的一部分导体做切割磁感线运动就会产生感应电流。解答该题时，考生应该回想当时在做这个实验时的情境和自己摇动手摇发电机的情景，当竖直上下移动ab，指针不发生偏转；左右移动ab，指针发生偏转；左右加快移动ab，指针偏转幅度变大；换用磁性较大的磁铁。以同样速度左右移动ab，指针偏角更大；ab不动，左右移动磁铁，指针偏转；ab左右移动方向不同，指针偏转方向不同等。

点评在初中阶段，主要包括气体液化实验、真空铃实验、探究运动和力的关系实验、液体对容器壁、底的压强实验、浮力产生的原因实验、滚摆实验、单摆实验、扩散现象、分子引力实验、电磁感应实验等。

四、操作型实验

操作型实验就是平时自己亲手做过的一些物理实验，通过做实验，进而掌握一些测量工具的使用方法，并能利用所学物理知识对一些简单实验能进行实际连接、安装和设计，进而使学生的操作规范。

例5(2011年襄樊市)小明同学在“用天平和量筒测矿石的密度”实验中，选用天平、量简、小矿石、细线、烧杯和水，进行了如下的实验操作。

A.把天平放在水平桌面上

B.把游码放在标尺的零刻度线处，凋节横梁上的螺母，使横梁平衡

C.将小矿石用细线系好后浸没在量筒内的水中，此时液面示数为V2

D.将小矿石放在左盘中，在右盘中增减砝码并移动游码直至横梁平衡

E。在量筒中倒人适量的水，此时液面的示数为V1

(1)为了更准确地测出矿石的密度，你认为以上操作的合理顺序是。(只填字母序号)

(2)用调节好的天平称小矿石的质量，天平平衡时，放在右盘中的砝码和游码的位置如图9所示，则矿石的质量为g。

(3)若所测得矿石的体积是20 cm3，矿石的密度为kg/m3。

解析此题着重考察学生对物理工具——托盘天平的正确使用，以及在设计、进行实验时，充分考虑到减小误差，注意实验操作的合理性等因素。其目的是为了操作规范，使学生养成动手动脑习惯。在使用时应把天平放置在水平台上，为了实验减小误差，使结果更准确，应先测量出矿石的质量，由图9知，该矿石的质量为67 g，然后用量筒测量出矿石的体积，接着根据

ρ=mV=67 g20 cm3=3。35 g/cm3，

最后进行单位换算，将g/cm3换算成单位kg/m3，得3。35×103 kg/m3。

点评在初中阶段，此类实验主要包括组成串联电路和并联电路、用滑动变阻器改变电流、用基本的测量工具测量质量、体积、温度、力等，此类实验主要考察考生对操作方法的掌握、注意事项、会画实验原理图、能排除简单的故障等。

五、设计型实验

设计型实验就是根据题目提出的问题，运用研究物理问题的方法进行实验设计，选取适当器材，规范地进行物理实验操作，设计表格、记录数据，分析实验数据，得出结论。

例6(2011年北京市)实验桌上有满足实验需要的如下器材：天平、砝码、体积不同的铝塊、细线、大烧杯、量筒、水。请你利用上述器材设计一个实验，证明浸在水中的物体所受的浮力大小跟物体排开水的体积成正比。请你写出实验步骤，画出实验数据记录表。

解析此题在给出一些实验仪器的前提下，让学生利用器材自己想办法去验证一个实验结论，主要考查学生综合运用能力、创新能力和独立解决问题的能力。该题既注重基础，又强调发散性和创新性，不仅能考查考生的发散思维和创新能力，还能兼顾各个层次的考生，充分体现了现代课程的要求和理念。利用量筒和水可以测量出物体排开水的体积，物体所受浮力的大小在缺少弹簧测力计的情况下，如何正确测量是解题的关键所在，也是难点所在。物体所受浮力的大小可以用差量法来计算，先在烧杯中注入适量的水，然后用天平测出烧杯和水的总质量m0，紧接着用细线拴好的铝块悬挂并浸没在天平左盘上的烧杯内的水中，铝块不接触烧杯，再用天平测出此时的总质量m，所增加的重量为物体所受的浮力，即F浮=mg-m0g。按照此方法换用不同的铝块多做几次实验，将所得数据填入自己所设计的表格中。

点评在初中阶段，此类实验包括研究影响摩擦力大小的因素、测滑轮组的机械效率、探究影响电阻大小的因素、测量小灯泡的功率、探究影响电磁铁磁性强弱的因素等。设计型实验题所涵盖的内容较多，提供的信息较少，出题的知识点不好把握，这要求学生要富有创新精神，能灵活运用所学知识去分析问题和解决问题，变“学物理”为“做物理”，遇到问题需要充分发挥自己的想像力。常见设计型实验题多数是力学和电学题目，并有以下特点：①基础性：大部分题目以课本知识为依托，不脱离教材，考查我们对知识的灵活运用能力；②开放性：设计题大部分没有惟一答案，只要求写出其中的一种或几种；③贴近生产、生活，把日用品作为实验仪器来验证物理规律，考查知识的迁移能力与运用能力。

六、开放型实验

通常开放型实验是在给出一定的实验器材的基础上，用多种实验方案得出同一结论或验证同一结论。

例7(2011年广州市)用细线拴住一端粗、一端细的实心胡萝卜并悬挂起來，静止后胡萝卜的轴线水平，如图10所示；在拴线处沿竖直方向将胡萝卜切成A、B两段。A、B哪段重些呢？甲、乙、丙三个同学提出各自的猜想：甲：A较重；乙：B较重；丙：A、B一样重。

(1)请设计一个简易实验，判断A、B的轻重。

所用器材：

操作方法：

现象及结论：

(2)为进一步研究类似A、B轻重的问题，某同学在一根有等间距刻度的均匀杠杆两侧挂上每个质量都相等的钩码进行实验。杠杆静止于水平状态的三次实验情境如图11所示。

①根据图11的实验，可以判断同学的猜想是正确的(填“甲”、“乙”或“丙”)

②根据图11的实验，该同学得出结论：只要满足“阻力×阻力作用点到支点的距离=动力×动力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡。

A.这个结论是否正确？

B.用图12所示的装置，怎样通过实验来说明该结论是否正确。

解析此题给出了一个实验命题，要求自选器材设计方案。解答该题时，考生要积极参与一个问题的构建，找到课本中相关的实验原型，结合自己的生活经验，充分发挥主观能动性，达到解决问题的目的。此类试题主要考查考生思维的全面性、独立性和创新性。

(1)根据杠杆平衡条件知，支点两边萝卜的重力与其重力作用点到O点距离的乘积相等，但不能仅仅以力的大小来判断，一定要从基本知识考虑，做到解决问题要有根有据，切忌凭主观感觉来解题。为此，可用弹簧测力计分别测出A、B的重GA和GB，若GA>GB，则甲猜想正确；若GAmB，则甲猜想正确；若mA

(2)由图11知，三次杠杆平衡中，左边钩码的个数未变，质量没有减小，而右边钩码的个数逐渐减少，质量也减小，故可判断甲同学的猜想正确，而得出的结论不具有普遍性，因而是错误的，杠杆平衡的条件是：阻力×阻力作用线到支点的距离=动力×动力作用线到支点的距离；而不是阻力×阻力作用点到支点的距离=动力×动力作用点到支点的距离。此问易错点是考生不能正确理解作用点和作用线，误认为是同一概念；当弹簧测力计不是在竖直方向拉时，如图13方向拉时，就会发现：“阻力×阻力作用点到支点的距离≠动力×动力作用点到支点的距离”，故可判断这个结论错误。

点评主要有测物体的密度、探究压力产生的效果与哪些因素有关、测导体的电阻等。在考查学生实验能力的同时还考查学生的创新能力、发散思维能力。因为一题多解，考题的难度并不大。求解开放性实验，需要我们在日常生活中做个有心人，多思考、多做实验，试着从不同角度、用不同的方法去解决相同的问题，了解事物的内涵，提高自己的创新能力、发散思维能力。

通过以上的解答不难看出，探究性实验就是对物理基础知识的一种变向、灵活的一种考查。这就要求教师在平时实验教学中一定要做到四重，即重过程、重应用、重体验、重全员参与。只有这样，教与学才能有机结合，学生才能灵活掌握知识。

【作者单位：(748411)甘肃省岷县十里初级中学】

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