摘要:五.科学探究题

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【典型例题点评】

例1:(05.宿迁)某物理实验小组的同学在探究“物体所受重力大小与物体质量的关系”的实验记录如下表:

  

  实测

  物体

物体质量

   m(kg)

   重力

   G(N)

  比值G/m

   (N/kg)

比值G/m的平均值

       (N/kg)

  物体1

    0.1

  0.99

    9.9


  物体2

    0.2

  1.96

    9.8

  物体3

    0.3

  2.91

    9.7

(1)在实验过程中,需要的测量工具有      和       ;

(2)在上表空白处填出比值G/m的平均值;

(3)分析表中实验数据,得出结论是:                。

分析与解:要探究“物体所受重力大小与物体质量的关系”(1)首先必须解决如何侧得质量和重力。所以需要的测量工具有:天平和测力计。(2)G/m的平均值为:9.8。(3)由于侧得的G/m比值保持不变,说明物体的重力与质量成正比。

点评:这一题主要考察考生实验的基本技能:主要有三个方面:仪器的选取,实验数据的处理以及根据侧得的数据进行推理,得出结论的能力。

例2:(05.大连)为了测定木块所受到的摩擦力,两个实验小组分别设计了甲、乙两种实验方案,实验装置如图所示,实验中不计弹簧测力计的重力。

   甲方案:在水平实验桌面上将木版用线拉住,通过弹簧侧力计沿木板方向水平拉木块,使木块在木板上面滑动。

   乙方案;将木板放在水平实验桌面上,用线通过弹簧测力计水平地拉住木块,沿木板方向水平拉木板,使木板在木块下面滑动。

(1)从实验操作方面考虑,应选择           方案,简述你的理由。

(2)从实验误差方面考虑,应选择           方案,简述你的理由。

分析与解:原理:甲方案:对摩擦力的测量是采用“间接法”进行的,只有当弹簧秤拉动木块匀速运动时,拉力才与摩擦力成为一对平衡力,它们大小相等。乙方案:拉动木板时,木块受到向左的摩擦力,由于木块相对地面静止,则摩擦力与弹簧秤的拉力是一对平衡力。

  1. 从实验操作方面来看:应选择乙方案,因为在甲方案中,要保持木块的匀速运动,不容易。乙方案,只需要拉动木板运动就行,不需要保持匀速运动。
  2. 从实验误差方面来看:应选择乙方案,因为在甲方案中,要保持木块的匀速运动中读数,不容易读得准确。乙方案中,弹簧秤是静止的,读数容易读得准确。

点评:一个实验设计,必须遵循科学性原则,简便性原则,可操作性原则以及准确性原则。这一考题正是考察考生在两个实验方案中,就可操作性以及准确性方面做出正确判断的能力。

例3:(05.温州)朱启南在雅典奥运会上打破男子10米气步枪世界记录并获得冠军。比赛中,他射出的子弹在空中高速飞行。下列对空中飞行的子弹受力分析正确的是

A、受到重力和空气的阻力         B、只受到空气的阻力

C、只受到枪膛内高温燃气的推力   D、只受到朱永启南的推力

分析与解:子弹飞出枪膛之前,受到枪膛内高温燃气的推动,子弹飞出枪膛以后,枪膛内高温燃气的推力就消失,子弹在空中高速飞行时,受到重力和空气阻力。

正确答案:A

点评:对空中飞行的物体进行受力分析时,往往只受重力和阻力作用,如果是质量较大低速运动的物体如投掷出去的铅球,空气阻力可以不记的。而向上的冲力或惯性力这些力,都是不存在的。

例4(05.北京)古代护城河上安装的吊桥可以看成一个以D为支点的杠杆,如图12-2所示。一个人通过定滑轮用力将吊桥由图示位置缓慢拉至竖直位置,若用 L表示绳对桥板的拉力F的力臂,则关于此过程中L的变化以及乘积FL的变化情况,下列说法正确的是(   ) 

  1. L始终在增加,FL始终在增加      
  2. L始终在增加,FL始终在减小 
  3. L先增加后减小,FL始终在减小    
  4. L先减小后增加,FL先减小后增加

分析与解:当吊桥被吊起的过程中,如图12-3中虚线位置(1)所示,吊桥重力的力臂l在减小,而吊绳的拉力的力臂L却在增大,根据杠杆的平衡条件:FL=Gl可知,FL在减小;当吊桥被吊到虚线位置(2)的过程,重力的力臂l变小,所以FL也在变小,而F的力臂L则由大变小。

  正确答案:C

点评:解决杠杆的问题,必须先确定杠杆的五要素,再根据题目的已知条件,结合杠杆的平衡条件,进行推断。对于动态变化的杠杆问题,(如上题)可以取变化过程中的几个状态进行分析比较,从而得出结论。

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小明在学习“重力”时,用弹簧测力计分别测量一些质量已知的“五谷杂粮”所受的重力大小.其中,测得质量为0.18千克的绿豆重为1.8牛,质量为0.16千克的绿豆重为1.6牛,质量为0.22千克的红豆重为2.2牛,质量为0.14千克的花生重为1.4牛,质量为0.26千克的大米重为2.6牛.
①根据上述信息,提出一个适合探究的问题.   
②针对所提出的探究的问题,进行合理的假设.   
③某小组同学根据小明的实验信息,在确定探究问题和作出合理假设后,设计实验方案并测量一些质量已知的“五谷杂粮”所受的重力,实验中记录的有关数据分别如表一、表二、表三所示.
表一(被测物体:红豆)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
10.121.2
20.242.4
30.363.6
表二(被测物体:绿豆)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
40.121.2
50.242.4
60.363.6
表三(被测物体:花生)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
70.121.2
80.242.4
90.363.6
表四(物体:大米)
序号质量
(千克)
重力
(牛)
100.100.16
110.200.32
120.300.48
(a)分析比较实验序号1、2与3或4、5与6或7、8与9的数据及相关条件,可得出的初步结论是:   
(b)分析比较实验序号1、4与7或2、5与8或3、6与9的数据及相关条件,可得出的初步结论是:   
④该小组同学实验后在科普网站上查询到如表四所示的数据,反映的是月球上物体所受重力的情况.请进一步综合分析表一、表二、表三、表四中的数据及相关条件,并归纳得出结论.
(a)分析比较   
(b)分析比较   
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摘要:本文分析了如何挖掘物理题中隐含条件的途径和方法。并对物理学试题题型进行归类、例举和解析。学生要解好物理题,必须要有扎实的物理知识和相关学科的知识,综合分析和解决问题的能力。因此,在物理教学过程中要注重提高学生的解题能力,加强对解题方法的教学。

关键词:隐含条件 物理学 解题能力

学习在解物理习题时,经常会遇到这种情况,有些解题的必要条件,题中并为明确给出,而是隐含在字里行间。充分挖掘隐含条件,明确题目要求,采用合适方法,选择正确答案,是解好这类题的关键。本文就如何挖掘试题中的隐含条件,提高解题能力作一例析。

一、从关键词中挖掘隐含条件

在物理题中,常见的关键用语有:表现为极值条件的用语,如“最大”、“最小”、“至少”、“刚好”等,它们均隐含着某些物理量可取特殊值;表现为理想化模型的用语,如“理想滑轮”、“轻质杠杆”、“光滑水平面”等,扣住关键用语,挖掘隐含条件,能使解题灵感顿生。

例1 一个物体在平衡力的作用下,在光滑水平面上做匀速直线运动,当这对平衡力突然消失,则物体将( )

A.立刻停止运动

B.运动速度越来越快

C.速度减慢,最后停止

D.仍作匀速直线运动

解析:题中“光滑水平面”为关键词。光滑水平面意味着物体不受摩擦力的作用。题目中的物体待平衡力消失后,将不再受力的作用,因此仍要保持匀速直线运动(牛顿第一定律)。

答案:D

二、从物理学常识中找隐含条件

有些题目几乎没有条件,但仔细研究就会发现条件其实全部隐含于物理常识中,这就要求学生根据题意进行发散性思维,努力挖掘相关知识,在条件不足的情况下,根据常识假设适当的条件和数据以弥补题中明确给出的已知条件的不足。

例2 一个中学生对地面的压强大约是( )

A.10Pa   B.100Pa   C.1000Pa     D.10000Pa

解析:此题隐含条件有两个,一是中学生的体重约为50kg,二是中学生双脚底面积约为5dm2,而这两个条件都非常隐蔽,属于物理学常识,只要明确了这两点,不难得出正确答案D。

三、从物理学发展史中寻找隐含条件

这类试题一般涉及对物理学研究有贡献的科学家、科研成果和历史进程等,增加了学生的爱国情感,有利于培养学生的高尚情操,激起学生学习生物学知识的远大理想。

例3 发电机和电动机的发明使人类步入电气化时代,制造发电机的主要依据是电磁感应现象,首先发现电磁感应现象的是( )

A.爱因斯坦

B.帕斯卡

C.奥斯特

D.法拉第

解析:知道这些科学家的研究成果和对社会的巨大贡献,很快就能准确地选出正确答案D。

四、从物理现象的出现条件中寻找隐含条件

一定的物理现象的出现,是以具备一定的条件为前提的,当知道什么条件具备时可出现什么现象后,一旦题目给出某种现象,马上可以找出相应的隐含条件。

例4 我国“远望号”卫星测控船从江阴出发执行任务,由长江进入海洋。下列有关测控船所受浮力的说法正确的是( )

A.由于海水的密度大,所以船在海洋力受到的浮力大

B.由于船排开海水的体积小,所以它在海洋里受到的浮力小

C.由于船排开的海水的体积大,所以它在海洋力受到的浮力大

D.由于船始终漂浮在水面上,所以它受到的浮力不变

解析:“一个物体漂浮在液面上……”,出现这种现象的条件是物体所受浮力等于物重,所以隐含条件是物体受到的浮力等于重力。

答案:D

例5 放在水平常木板上重10N的木块,受到水平向右,大小为5N的拉力作用,沿水平方向做匀速直线运动,这时木板水平方向受的合力为_______N。当拉力增大到8N时,木块受到的合力为_______N。

解析:“一个物体匀速运动……”要出现这种现象,前提条件是物体必须不受力或受平衡力作用,所以隐含条件为:物体不受力或受平衡力作用。

答案:0;3

五、从物理概念、物理原理中寻找隐含条件

有些物理学问题、现象、判断等条件隐含于相关的概念和原理中,或是命题时有意混淆概念,偷换概念,要求学生对概念掌握准确,理解要透彻。

例6 晴天,几位大学生在森林中迷路了,下面四种利用风向引导他们走出森林的说法中,正确的是_______(图中虚线为空气流动形成风的路径示意图)

A.森林吸热,温度升高慢,空气温度低、密度大,地面空气从森林流向外界,应顺风走

B.土地吸热,温度升高快,空气温度高、密度小,地面空气从外界流向森林,应顺风走

C.森林吸热,温度升高慢,空气温度低、密度大,地面空气从森林流向外界,应迎风走

D.土地吸热,温度升高快,空气温度高、密度小,地面空气从外界流向森林,应迎风走

解析:本题中隐含了比热容的概念。物体的比热容越大,吸收热量后温度变化越小。

土地的比热容大,吸热后温度升高较快,空气温度高。热空气因密度小而向上升,地面空气从森林流向外界,应顺风走。

答案:A

六、数学关系之中寻找隐含条件

正确的示意图不仅能帮助我们理解题意、启发思路,而且还能通过数学关系找出题中的隐含条件。这种方法不仅在几何光学中有较多的应用,而且在其它物理问题中也经常应用。

例7 有一均匀正方体对水平地面的压力是F,压强是P,如下图所示。若切去阴影部分,则剩余部分对地面的压力是原来的_______倍,压强是原来的_______倍。

解析:该题的条件隐含在数学关系之中,解题的关键要建立物理模型的空间想象力。切去部分的正方体边长为a/2,体积为V/8。切去阴影部分后,其质量为7/8m,底部受力面积为3/4S,剩余部分压强为P’=m/S=7/6P,压力为F’=Ps=7/8F。

答案:7/8;7/6

七、从图形、图表与曲线关系中寻找隐含条件

图示是贮存和传递科学文化知识比较便捷的一条途径,它能够高度浓缩物理学的基本概念及原理,使之更加形象、直观。试题图文并茂,生动活泼,但图表曲线中隐含了相当多的没有叙述和未提及的条件,解题时结合题设条件分析图形,从图形中挖掘隐含条件,才能正确作答,较好地培养学生的观察和分析问题的能力。

例8 在如图所示的各图中,关于磁场的描述和小磁针表示正确的是( )

解析:这是一道集概念、实验和理论于一体的图形选择题,要求学生明确磁场的概念、磁场方向及磁场方向的规定等情况,这样才可选出正确答案为B。

八、从实验的器材、操作过程或结果中寻找隐含条件

在理论试题中,也有相当多的题干条件看似不足,其实隐含在实验器材、操作步骤和实验结果之中,要求学生根据已有知识,挖掘这些隐含条件,从而得出正确答案,这有利于考查学生的实验操作技能,有利于培养学生的创新精神和实践能力。

例9 如图所示电路,图中1、2、3表示电流表或电压表,请填上各表电路符号.并标出正、负接线柱的位置。

解析:判断电表的类型,需了解器材的使用规则。电流表要串联接入电路,电压表要并联接入电路。判断时,可假设将改表处断开,凡对电路结构有影响的是电流表,没有影响的是电压表。答案如上图。

九、选择合适的方法

确定解题思路,根据题型特点,充分理解题意。采用合适方法,能很好地提高解题能力,常用的物理方法有控制变量法、等效法、转换法、数据归纳法等。

例10 下表列出由实验测定的几种物质的比热容。认真阅读,你一定会有所发现,请填出任意三条:

水4. 2×103

冰 2.1×103

铝 0.88×103

钢铁 0.46×103

酒精 2.4×103

蓖麻油1.8×103

干泥土0.8×103

水银0.14×103

煤油2.1×103

砂石0.92×103

铜0.39×103

铅0.13×103

(1)________________________________________;

(2)________________________________________;

(3)________________________________________。

解析:给表找规律时一般采用比较分析,综合分析的方法,即可找一般规律如某种变大或变小的趋势,共性等,也可找特殊规律。此表中12种物质除煤油和冰比热相同外,其他不同。说明不同物质得比热一般不同,这是共性。但冰和煤油不同物质比热相同这是特殊性质。水、冰同种物质,状态不同,比热容也不同。且可将物质分为金属、非金属进行比较。还可找比热容最大的、最小的。

例11 用实验研究决定电阻大小的因素,供选择的导体规格如下表:

材料

编号

长度(m)

横截面积(mm)2

镍铬合金

1

0.5

1.5

0.5

锰铜

1

0.5

1.5

1

①要比较电阻与长度的关系应选择导线:_______________________;

②要比较电阻与横截面积的关系应选择导线:_______________________;

③要比较电阻与材料的关系应选择导线:_______________________。

解析:本题中导体的电阻与导体的长度、材料、横截面积三个物理量有关,要探究它们之间的关系,要采用“控制变量法”。要验证猜想一,就要取不同的长度,相同材料和横截面积的导线,所以应选序号1、2,同理可选出另两个猜想的序号。

答案:(1)1、2;(2)3、4;(3)1、3

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(2013?长宁区二模)小明在学习“重力”时,用弹簧测力计分别测量一些质量已知的“五谷杂粮”所受的重力大小.其中,测得质量为0.18千克的绿豆重为1.8牛,质量为0.16千克的绿豆重为1.6牛,质量为0.22千克的红豆重为2.2牛,质量为0.14千克的花生重为1.4牛,质量为0.26千克的大米重为2.6牛.
①根据上述信息,提出一个适合探究的问题.
物体所受的重力与质量的关系
物体所受的重力与质量的关系

②针对所提出的探究的问题,进行合理的假设.
物体的质量越大,所受的重力越大
物体的质量越大,所受的重力越大

③某小组同学根据小明的实验信息,在确定探究问题和作出合理假设后,设计实验方案并测量一些质量已知的“五谷杂粮”所受的重力,实验中记录的有关数据分别如表一、表二、表三所示.
表一(被测物体:红豆)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
1 0.12 1.2
2 0.24 2.4
3 0.36 3.6
表二(被测物体:绿豆)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
4 0.12 1.2
5 0.24 2.4
6 0.36 3.6
表三(被测物体:花生)
实验
序号
质量
(千克)
重力
(牛)
7 0.12 1.2
8 0.24 2.4
9 0.36 3.6
表四(物体:大米)
序号 质量
(千克)
重力
(牛)
10 0.10 0.16
11 0.20 0.32
12 0.30 0.48
(a)分析比较实验序号1、2与3或4、5与6或7、8与9的数据及相关条件,可得出的初步结论是:
物质种类相同的物体受到的重力大小与它的质量成正比
物质种类相同的物体受到的重力大小与它的质量成正比

(b)分析比较实验序号1、4与7或2、5与8或3、6与9的数据及相关条件,可得出的初步结论是:
物体受到的重力大小与物质的种类无关
物体受到的重力大小与物质的种类无关

④该小组同学实验后在科普网站上查询到如表四所示的数据,反映的是月球上物体所受重力的情况.请进一步综合分析表一、表二、表三、表四中的数据及相关条件,并归纳得出结论.
(a)分析比较
同一星球上,物体所受重力与质量的比值是一个确定值
同一星球上,物体所受重力与质量的比值是一个确定值

(b)分析比较
不同星球上,物体所受重力与质量的比值是不相同的,地球上的比值比月球上的大
不同星球上,物体所受重力与质量的比值是不相同的,地球上的比值比月球上的大
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