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設計性、探究性實驗命題解讀

◇新疆朱繼忠

設計性實驗和探究性實驗是當前高考改革的重點,同時也是難點,是高考命題的必然趨勢,在平時的學習過程中要加強這方面的訓練．

1設計性實驗

設計性實驗就是由學生根據(jù)實驗目的,在理解實驗原理的基礎上,靈活運用知識和技能,進行的創(chuàng)造性思維和實驗活動.通常是將平時在教學中通過演示實驗和分組實驗所掌握的實驗方法、實驗原理以及所熟悉的實驗儀器,設計出新的實驗和測量方法,觀察、分析實驗現(xiàn)象、處理實驗數(shù)據(jù)等.

圖1

(1) 己知毫安表表頭的內(nèi)阻為100 Ω,滿偏電流為1 mA;R1和R2為阻值固定的電阻．若使用a和b2個接線柱,電表量程為3 mA;若使用a和c2個接線柱,電表量程為10 mA. 由題給條件和數(shù)據(jù),可以求出R1=________Ω,R2=________Ω.

(2) 現(xiàn)用一量程為3 mA、內(nèi)阻為150 Ω的標準電流表對改裝電表的3 mA檔進行校準,校準時需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA.電池的電動勢為1.5 V,內(nèi)阻忽略不計;定值電阻R0有2種規(guī)格,阻值分別為300和1000 Ω;滑動變阻器R有2種規(guī)格,最大阻值分別為750和3000 Ω.則R0應選用阻值為______Ω的電阻,R應選用最大阻值為______Ω的滑動變阻器．

(3) 若電阻R1和R2中有一個因損壞而阻值變?yōu)闊o窮大,利用圖1-乙的電路可以判斷出損壞的電阻．圖1-乙中的R′為保護電阻,虛線框內(nèi)未畫出的電路即為圖1-甲虛線框內(nèi)的電路．則圖中的d點應和接線柱____(填“b”或“c”)相連．判斷依據(jù)是______．

答案(1) 15, 35. (2) 300, 3000.

(3) c, 閉合開關時,若電表指針偏轉(zhuǎn),則損壞電阻是R1,若電表指針不動,則損壞電阻是R2.

分析該題是一道對電表改裝、校準問題的探究實驗,綜合考查了歐姆定律、電阻的串、并聯(lián)、閉合電路的歐姆定律等電學知識．

I滿R表=(I表1-I滿)(R1+R2).

使用a和c2個接線柱時有:

I滿(R表+R2)=(I表2-I滿)R1,

I表1和I表2為改裝電表的量程,解以上各式得:

R1=15 Ω,R2=35 Ω．

(2) 電流表校準時需選取的刻度為0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA,可知電路中總電阻最大為Rmax=3000 Ω, 最小阻值為Rmin=500 Ω, 若定值電阻選用1000 Ω,則無法校準3 mA的刻度,所以定值電阻選用500 Ω,由于最大電阻要達到3000 Ω,所以變阻器要選擇3000 Ω．

(3) 因為只有一個電阻損壞,所以d點應與c連接．原因是R1與○A表并聯(lián),則當R1損壞時電表○A 仍有示數(shù),指針偏轉(zhuǎn);而R2與○A 表串聯(lián),則當R2損壞時電表○A 無示數(shù),指針不動,據(jù)此閉合開關時,若電表指針偏轉(zhuǎn),則損壞電阻是R1,若電表指針不動,則損壞電阻是R2.

2探究性實驗

探究性實驗是不知道實驗結果的,實驗結果往往有多種．要看實驗結果才能判斷實驗假設的正確與否．考查考生提出問題的能力、猜想和假設的能力、選擇研究方法的能力、數(shù)據(jù)處理的能力以及分析和推理的能力等.它的主要目的不是去驗證已有的結論和規(guī)律,而是通過對實驗數(shù)據(jù)的處理和分析,得出結論和規(guī)律．

圖2

① 按圖2-甲所示的電路連接好電路;

② 接通開關S,調(diào)節(jié)滑動變阻器R的滑片,使其阻值開始時在阻值較大的位置上,使得電流表的指針偏轉(zhuǎn)接近滿偏,并記下電流表和電壓表的讀數(shù)I1、U1;

③ 斷開開關S,同時每隔5 s讀一次電流表的示數(shù)I2、I3… 并將測出的結果記錄在設計好的表格里;

④ 將上述測量的每一結果在如圖2-乙中的I-t坐標中描繪出相對應的點;

⑤ 改變滑動變阻器的滑片位置,使其阻值依次減小到一個合適的位置,再閉合開關S,重復上述操作幾次;

⑥ 斷開開關S,將剛才電路中的電容器拆掉,換成另一個電容器,再進行上述操作．

(1) 該同學根據(jù)某次(U1=8.0 V)放電記錄的數(shù)據(jù),在I-t坐標中描繪出的所有點如圖3所示．請用平滑曲線連接各點,得出I-t圖象;得到的圖象與坐標軸所圍的面積的物理意義是________;該電容器的電容C=________F．

圖3

(2) 實驗表明,對同一電容器而言,每一個充電電壓所對應的放電電流I-t圖象盡管不同,但它們與坐標軸所圍的面積和此電壓的比值卻近似________;而不同的電容器這個比值是________的．(填“相等”或“不相等”).

(3) 若實驗過程中,該同學把電壓表錯接在D、E2端,則電容的測量值比它的真實值________．(填“大”“小”或“相等”)

分析課本在講述電容器電容時,沒有給出具體的實驗操作,沒有具體的實驗數(shù)據(jù)．本實驗巧妙探究了同一電容器其所帶電荷量與兩極板電勢差的比值是個常數(shù)、不同的電容器所帶電荷量與兩極板電勢差的比值是不同的這2個結論．

圖4

(2) 相等;不相等．

設計性實驗和探究性實驗都是以生活、生產(chǎn)中常見的問題或規(guī)律作為探究的對象,圍繞問題或規(guī)律展開探究活動,進而去驗證結論、解決問題或推知規(guī)律．設計性實驗主要是根據(jù)題目中所給的條件,利用所學的物理知識,自行設計實驗,分析、計算實驗中所測得的數(shù)據(jù)去驗證物理規(guī)律;而探究性實驗突出的則是探索性和啟發(fā)性,它注重的是探索能力．

(作者單位：新疆博湖縣博湖中學)