中考物理实验命题趋向——设计型实验，本文主要内容关键词为：命题论文,中考论文,物理实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
所谓设计型实验，就是题目要求学生根据实验目的运用学过的实验方法，自己设计一个新的实验方案。它要求学生设计实验原理，选择实验器材，安排实验步骤，设计数据处理的方法及分析实验误差。主要考查学生是否理解实验原理和实验仪器的工作原理，是否具有灵活运用科研方法的能力，是否具有在不同情况下迁移知识的能力，这些对学生的能力要求都较高。
一、2000年中考设计型实验的分析
例1（北京西城区第61题）设计一个测未知电阻R[,x]阻值的电路。给出的器材有：两个电压表V[,1]、V[,2]（没有电流表），定值电阻R[,0]（已知阻值）、待测电阻R[,x]、开关S、电池组各一个，导线若干。请在图1的方框内，在已给出部分电路的基础上， 完成你所设计的电路图。
评析：本题给出若干个实验器材，要求测量某一物理量。解答时首先要明确必需测得哪些物理量（U[,x]、I[,x]），才能直接或间接求得所要测量的物理量（R[,x]）。实验器材中只有电压表，而无电流表，很明显要设计一种用特殊方法来测电阻的电路。故可设计电路如图2 所示。
设计此题要运用串联电路各处电流相等及电路两端总电压等于各分电压之和的特点。
例2（武汉市第15题）如图3所示的电学黑箱中有三个阻值都是10欧的电阻，它们分别和盒外的四个接线柱A、B、C、D相连，测量任意两个接线柱的电阻值，发现三次测量结果均为10欧，另三次测量结果为20欧。请在黑箱中画出三个电阻的连接图。
评析：对于黑箱题，按提供已知条件的不同，可分为电阻型、电压型、电流型、电热型、综合数据型。无论何种类型的黑箱问题，都属于根据所给结论，进行逆向思维，推出已知条件的问题。设计基本方法是：（1）电阻型 从电阻最小的接线柱连接， 逐渐向电阻大的接线柱做纵深分析；要充分利用（并联或串联）已连接的电阻，使电路尽可能精简。
（2）其它类型
都可转化为各接线柱之间电阻的比值关系进行解决；一般考虑电压（电流）最大值的两接线柱之间接有电源，电压（电流、电阻）为0的两接线柱之间可认为短路，即用导线连接。由此，可知本题的其一设计是（如图4）：
例3（烟台市第38题）一只蓄电池的正负极标志已模糊不清， 请你设计二个原理不同的方案来判断蓄电池的极性。要求画出简明的示意图，简要说出方法步骤。
评析：本题是一道答案不唯一的开放性设计实验应用题，考查学生科研能力和能否灵活运用所学理论知识解决实际问题的能力。实验方案可根据奥斯特实验、左手定则、电镀、二极管、电压表的极性、通电螺线管的右手定则等知识来进行设计。下面就仅列举两法：（1 ）将蓄电池、电压表和开关用导线连成如图5（a）的电路，用开关试触电路，电压表指针向右偏转，说明与电压表正接线柱相接的一端为正极，另一端为负极；反之则相反。（2）将蓄电池、螺线管、滑动变阻器、 开关用导线连成如图5（b）的电路，将小磁针放在螺线管上方，闭合开关，观察小磁针静止时S极的指向，若小磁针S极指向左，由安培定则可以判断蓄电池的左接线柱为正极，若小磁针S极指向右， 则蓄电池右接线柱为正极。
例4（山东省实验题第4题）给你一块橡皮泥（它的密度大于1000千克／立方米）、一个弹簧秤、一个量杯和水，请你设计一个实验，验证漂浮在液面上的物体受到的浮力等于物体排开的液体受到的重力。简要写出实验步骤。
评析：该题是一道验证性实验的设计题，考查学生理解物理知识（漂浮条件）的能力及知识（“空心”办法）迁移能力。简要步骤如下：（1）用弹簧秤测出橡皮泥所受的重力G[,物]；（2）将橡皮泥捏成碗状，使其能漂浮在水面上；（3）在量杯中倒入适量的水，记下水面处的刻度，再把捏好的橡皮泥轻轻地放在水面上，记下水面到达的刻度，算出橡皮泥排开水的体积；（4）算出橡皮泥排开的水所受的重力G[,排]，比较G[,排]与G[,物]的大小。
例5（湖北黄冈市第30题）西湖中学“STS”小组，为研究西湖水污染问题，张敏采集了如图6（a）所示的污水样品，李丽正确地测量了样品的质量，当天平平衡时，盘内所加砝码和游码的位置如图6（b），汪亮将样品倒入图6（c）所示的密封的装置中，用额定功率为82瓦的电加热器加热。（不计热损失和其它物体吸热）三人共同测出表中时刻t 和温度T的几组数据。
（1）在方格纸中作出实验的温度—时间图象。
（2）根据实验计算或指出污水相关物理量或特性。
（3）在测定污水特性中， 哪一个可能是由于实验装置引起的误差，说明原因和处理方法。
评析：本题要求学生根据给出的实验数据作出图象并求出实验测量值，考查学生设计科研方法的能力，对数据分析、判断、处理的能力以及误差分析的能力。答案如下：
污水的沸点为：103℃。（3）由于装置密闭，加热过程中，污水上方气压增大污水沸点升高，因此，污水沸点103℃可能偏大。 方法：应在装置盖上开一个小孔，重新加热沸腾，测出常压下污水沸点。
二、设计型实验的命题方式
1、设计实验电（光）路 根据给定的器材和实验提出的目的， 画出或补全实验电（光）路，如例1、例2。
2、设计实验方法 题目给出实验目的及一些附加条件， 让学生设计实验方法，或写出实验原理和实验步骤，如例3、例4。
3、设计处理实验数据 根据某一物理规律或公式设计物理情景，可根据给出的实验数据，求出实验测量值并分析实验误差，如例5。
三、设计型实验的设计思路和原则
1、明确目的，广泛构思 设计实验首先要明确实验目的， 即题目是要求测定某物理量（如例1），还是验证、探索某规律（如例4），这是设计的出发点。然后进行思维发散，将有关知识与实验目的相联系，看看该物理量或规律在哪些内容中出现过、与哪些物理现象有关、与哪些物理量有直接的联系，确定相应的实验原理，并构思相关的物理情景，形成多种方案。
2、选择方案，遵守原则 方案的选择，必须遵守以下四条原则：
（1）科学性原则：方案所依据的原理要符合物理学的基本规律，并能够通过实验现象揭露本质达到测量、研究和探索的目的。（2 ）简便性原则：实验应当便于操作、测量及进行数据处理。（3 ）可行性原则：实验方案的实施要安全可靠，不会对器材或人身造成危害；所需装置和器材要易于置备，不能脱离实际、超出现有条件；要特别注意电表的量程、用电器的额定电流（电压）以及额定功率等。（4 ）精确性原则：方案所用仪器以及实验重复性等方面所引入的误差要在允许的范围之内，尽可能地选择误差较小的方案，如用电表测电路电压（电流）时，最大值必须超过该表量程的1／3，这样可以减小读数误差。
3、依据方案，选定器材
根据被测量与哪些物理量有直接的定量关系，这些物理量又分别需要什么仪器来测量，从而确定整个实验需要哪些器材。
4、拟定步骤，合理有序
从正确操作和提高效率的角度出发：实验之前，要考虑好如何组装器材、哪些量先测、哪些量后测；实验时，对一些可直接测量的物理量可先行测量，对需通过实验装置才能测定的物理量，须先组装器材，再进行实验、观察和测量。
5、处理数据、分析误差 最后进行数据处理（列表法、解析法、图象法）和误差分析，给出实验结果，总结实验报告。
四、设计性实验题举例
1、（2000年黑龙江）在图8中的方框内画出所需的光学仪器，并完成光路图。
答案：如图9所示。
2、（2000年海南省）在只有秤这种测量工具的情况下， 请设计一个实验来测出新鲜椰子内部的容积。写出主要步骤及计算公式。
答案：替代法。利用空椰子装水，测出水的质量，计算出水的体积即可。
3、（2000年西安市）现有如图10所示的长方体小金属块， 实验室备有毫米刻度尺、调好的天平、砝码、弹簧秤、量筒、玻璃杯、足够的水、细线等，请你自行选择仪器，进行必要的测量后，计算小金属块的密度。要求：
（1）至少选择二种方法，其中一种方法必须运用浮力的知识。
（2）写出操作步骤并运用适当的符号表示
