专题一科学探究课标要求及七要素例析

专题一科学探究

课程标准要求：

1．能从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学有关的问题，并表述这些问题。

2．尝试对问题的成因提出猜想，对科学探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设。

3．明确探究目的和已有条件，经历制定计划和设计实验的过程，尝试选择探究方法及器材，有控制变量的初步意识。

4．能收集数据和资料，尝试评估信息的科学性，会阅读说明书，能按书面说明操作，会使用简单的实验仪器，能正确记录实验数据，并具有安全操作的意识。

5．能描述实验数据，能对信息进行比较，能进行简单的因果推理，尝试对探究结果进行描述和解释。

6．有评估意识，能注意假设与结果问的差异，能注意未解决的矛盾，能及时发现新问题，改进探究方案，有从评估中吸取经验教训的意识．

7．能写出简单的探究报告，有准确表达自己观点的意识．有与人合作的意识．

七要素例析：

一、提出问题

1．为了能够灵活地改变速度、调整方向，歼击机不仅做得轻巧，作战中有时还需要甩掉副油箱；让足球和铅球都静止在地面上，足球轻轻一踢就能运动起来，但

要使铅球运动起来却不那么容易．请你分析以上情景，提出一个你认为

应该探究的问题：。

2．你仔细观察过这样的喝水杯吗?一般的杯口都有供拧紧的螺丝口，

杯子盖的顶端有一个橡皮垫圈．某同学倒了一杯热水(如图1所示)，并将

杯子盖拧紧，过了一会，竞拧不开盖．你能帮助该同学把杯子盖拧开吗?

请说出你的办法(注意不能损坏杯子)：。

根据这个现象，请你提出两个问题：

问题一：。图1

问题二：。

3．用力拉开铁弓能将箭射得很远，但使用竹弓就不同了；将钢尺和塑料尺弯曲相同幅度，钢尺能把桌上的小球弹得很远，而塑料尺就不同了．分析上述现象，请你提出一个探究的问题：

。

解析：提出问题这类题，首先应结合题目的要求去提，不能提与题目情景不一致的问题，

如题2中为什么倒入热水后杯子拧不开．其次应能从不同现象中抽取本质相同

的东西，如题1中歼击机速度改变，足球、铅球从静止到运动是运动状态的改

变(或惯性的表现)．歼击机轻，足球与铅球质量不同，由此可提出质量与运动

状态改变(惯性)有无关系；题3中都发生弯曲，即形变(具有弹性势能)，箭、

球运动的远近，即形状的程度作用在物体上的效果有关吗?

二、猜想与假设

1．如图2所示是运动员滑冰的情景．滑冰时，冰刀下面会出现一层水，这层水跟润滑油的作用一样．冰刀离开后，水又很快结成冰，关于水的出现，请你提出一个合理的猜

想．。图2

2．同学们都知道，将额定电压相同、额定功率不同的两只灯泡并联接入家庭电路中时，额定功率大的灯泡亮．如果将这两只灯泡串联接入家庭电路中时，谁亮一些呢?请你作出猜想，并说明猜想的理由。

猜想：。

理由：。

3．小明通过实验研究光从水中射入空气中的现象，图3是他根据实验现

象画的光路图．改变入射角的大小，他发现空气中的折射光线与法线的夹角

随入射角的增大而增大．你猜想，当入射角增大到一定程度时，会出现的现

象是，你猜想的依据是：。

解析：猜想与提出问题不同，猜想一般是提出问题的后续工程．首先是提图3

出一个问题，然后根据这一问题去进行猜想的．以上三题实质上都是命题者提出的问题，要我们根据这一问题去进行猜想出现这一现象的可能原因(1题)、结果(3题)或不定情况(2题)．猜想有对有错，但都应结合题意进行，如1题．冰的熔点是否与(冰刀的)压力有关．是否与(冰刀的)速度有关等．对于要求有猜想理由(依据)的，你提出的猜想一定要为下一个问题做准备，不能自己猜想后自己不能回答下一个问题，这与提出问题进行解释一样．

三、设计与实验

1．星期天早晨，小涛正准备练习书法，刚刚把墨汁倒入盘中一半，小辉和小丽来找他，他们就一起出去了．晚上小涛回家后发现盘中的墨汁已经干了，而没有盖的瓶里的墨汁却几乎没有减少．生活中还有很多类似的现象，请你举出一例：。

由此我们可以猜想到，液体蒸发的快慢可以与液体的表面积有关．请你对上面的猜想进行验证，提供的器材如下：一杯水、两块玻璃片、酒精灯、扇子、滴管．

(1)从给定的器材中选出需要的器材：。

(2)实验步骤：

(3)生活中的水蒸发现象处处可见，蒸发到空气中的水蒸气会永远留在空气中吗?其实地球上的水在不停地循环着，空气中的水蒸气可以通过各种方式变成水回到地球表面．请你写出一种与此有关的自然现象及相应的物态变化名称：．

2．实验桌上有如下器材：符合实验要求的电源一个、电流表和电压表各一只、开关一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干．要求从实验桌上选择适当的器材，设计一个实验证明：“当通过电阻的电流保持不变时，电阻消耗的电功率与该电阻的阻值成正比”．请画出实验电路图，并写出实验步骤．

(1)实验电路图；

(2)实验步骤．

解析：这类题一般提供了器材，提出的实验目的要求，要求同学们根据自己所学知识，正确完成设计，且设计的实验原理要正确(2题，当电流一定时，即电路为串联)，所用器材和要测的物理量尽量要少(1题，由于验证与表面积的关系，所以酒精灯和扇子就不用)，操作简便，数据处理简单(如读数读成整数等)．

四、数据收集

1．某课外兴趣小组的同学们为了研究蜗牛的运动情况，将蜗牛放在刻度尺上让其沿刻度尺爬行，并每隔10s拍摄记录蜗牛的位置，拼成如图4所示的图片．

(1)

(2)根据上表的数据，他们可得出蜗牛是做运动，整个50s内的平均速度是mm／s。

图4

2．小金同学用弹簧测力计和烧杯等器材做有关浮力的实验，如图5所示．请你将测量时的

分析表中的数据你可得出的结论是：。

图5

解析：这类题一般给出图示，要求同学们读出所示的数值，在河南省的中招试题中，一般以电表读数为主．对于刻度尺的读数，一般还应估读(如1题)．

五、分析与论证

1．在物理实践活动中，小明探究一个电热杯正常工作时烧水的效率．下表是记录的实验数据．

(1)在整个加热过程中，每分钟电热杯内水温升高的值是否相同?

(2)0～5min和5～10min内水吸收的热量分别为Q1和Q2，电热杯在这两段时间内产生的热量均为Q，烧水的效率分别为η1和η2，请比较Q1、Q2以及η1、η2的大小．

(3)要测出某一段时间内电热杯烧水的效率值，除表格内的数据外，还应知道哪些物理量值?

(4)小明发现这个电热杯烧水的效率总是小于1，这是为什么?

2．下表是某同学研究“电阻消耗的电功率与该电阻阻值之间的关系”时

3．如图6γ小于入射角i，那么，一般情况下，i与γ有什么定量关系呢?1621年，荷兰学者斯涅尔通过实验终于找到了i与γ之间的规律，图6乙是光从空气进入玻璃中时，利用实验数据得到的sin i与sinγ的关系图象．

(1)在图6甲中，画出光Ⅱ进入玻璃中传播的大致方向。

(2)分析图象可得到的结论：。

图6

4．小明探究通电直导线周围的磁场方向与电流方向的关系后，想进一步探究影响通电直导线周围磁场强弱的因素．经老师指导及查阅资料知，磁场的强弱可用物理量“B”来表示(单位为“T”)，其大小与直导线中的电流I、测试点到直导线的距离r有关．小明通过实验所测得的两组实验数据如下．

(1)

答：。

(2)

答：。

5．某学校实验室里的光具座长90cm，凸透镜有焦距为15cm和30cm的两种．在研究凸透镜成像规律时，应选用焦距为的凸透镜．若选用另一种凸透镜，则无法完成实验．其原因是。

解析：通过上一个环节我们收集到的实验数据和看到的现象，通过分析得出对我们有用的结论才是最重要的．因此，分析数据和实验现象在科学探究中是一个创造发现的过程。对于数据的分析，我们一般从正比例和反比例去分析(如题4)，有时是与某一物理量的平方等成正比或反比，有时与三角函数有关(如题3)。

分析有时是分析实验仪器的选择，实验结果的成败原因(如题5)．

六、评估与交流

1．小明同学在研究电阻两端的电压跟通过电阻的电流之间的关系时发现：电阻不变时，电阻两端的电压跟通过该电阻的电流成正比．

小明进一步分析实验数据后又发现了一个新规律，为了检验自己发现的新规律是否正确，他重新设计了一个实验，得到的实验数据如下表所示，小明分析了表中的实验数据，认为自己

(1)根据表中实验数据可推断小明发现的新规律为：。

(2)小明发现的新规律可以应用于电阻测量中，请列举一个应用该规律进行测量的例子：

。

2．对物体下落的快慢与物体轻重的关系，历史上曾先后有过两种不同的观点：亚里士多德认为重的物体下落得快，而伽俐略认为轻重不同的物体下落的快慢是一样的．图7是三位同学在研究了物体下落的快慢与物体轻重的关系后所做的交流：

图7

(1)如果亚里士多德的观点是对的，那么小刚的实验结果应该是。

(2)图7中的小强和小丽实验结果不同的原因，主要是存在的干扰．

3．为测量一只标有“6.3V 0.3A”的小灯泡的额定功率，某实验小组设

计了图8的电路图．现有实验器材为：电压表(量程0～3V，0～15V)一块．电

流表(量程0～0.6A，0～3A)一块，“10Ω2A”和“50Ω1A”的滑动变阻器

各一只，电源(电压恒为12V)一个，开关一只，导线若干．实验时，甲同学认

为电压表和电流表都应选用小量程，滑动变阻器应选用“50Ω1A”的；乙

同学认为电压表应选用大量程，电流表应选用小量程，滑动变阻器应选用“10

Ω2A”的．图8 请你对两位同学器材选择的合理性作出评价并填在下表中(如合理，不需说明理由；如不合

4

的功率之和”，另一位同学想用实验来验证他的说法是否正确，于是他设计了图9甲所示的电路进行实验．图中电源电压为3V，实验中他记录的数据如表格所示．

图9

(1)请你用笔画线代替导线将乙图中的各器材连接成测A 点电流的实验电路．

(2)计算出表格中相对应的电功率后填入表格内，分析表格中的数据并写出实验结论．

(3)请你对该同学验证的过程与得到的结论是否科学，谈一谈自己的观点．

解析：评估和交流主要是看数据处理是否正确(1题)，方法是否可行(2题)．结论是否有偶然性、是否合理(4题)，以及实验中存在的问题(3题)．

七、综合题

1．张华到张丽家玩，他们看见墙上挂钟的摆来回摆动(图10)，对此她们产

生了极大的兴趣，对钟摆摆动快慢与哪些因素有关，提出了自己的猜想．张华

认为：摆长越短，钟摆来回摆动一次的时间越短；张丽认为：摆锤质量越小，

钟摆来回摆动一次的时间越短．他们的猜想是否正确呢?请你同她们一起设计验

证方法。

现已找来了长短不同的无弹性细绳两根，质量不同的金属小球各一个、秒

表一块(测量小球来回摆动一次的平均时间)．

(1)为了验证张华的猜想：

①实验所选器材为： 。

②实验中应控制 不变，研究的是 与时间的关系。

(2)为了验证张丽的猜想：

①实验所选器材为： 。

②实验中应控制 不变，研究的是 与时间的关系。 图10 2．同学们在实验室做如图11所示的实验时，惊奇的发现虽然同

一小球两次摆动的角度不同，但往返一次所用的时间却相同，于是

提出了以下两个猜想：

A ：小球往返一次所用的时间是否与摆线的长度有关?

B ：小球往返一次所用的时间是否与小球的质量有关?

请你从上述猜想中任选一个进行探究．

(1)你所选择的探究题目编号(A 或B)及要用到的测量工具是 。 图11

(2)设计探究实验方案及步骤．

(3)对方案中可能出现的实验现象进行分析与论证．

3．为了探究物体的运动规律，小马找来了用过的输液器和瓶子，设计了两套装置(如图12甲、乙)．选择其中一套合理的装置，通过调节使水匀速滴出；他以小车为研究对象，在车尾处粘上长纸条，让小车拖着的纸条经过滴管出口的正下方．改变小车的运动状态，经过多次实验

后，得到了数个带有“滴痕”的长纸条，选择其中两个纸条(如图12右图所示)进行研究．

(1)为保证水持续匀速滴出，合理的装置应该是，这样可以保证在纸条上得到的任意相邻两个“滴痕”的间隔时间．

(2)通过对A、B纸条上“滴痕”的分析，你认为小车两次分别做什么运动?

图12 图13 4．小阳在“研究电磁铁”的实验中，选择了如图13所示的实验器材，其中A、B、C是由相同的漆包线缠绕在铁钉上制成的电磁铁，A、B电磁铁横截面积相同，B、C线圈匝数相同．小阳进行了如下操作：

(1)她将电磁铁A接入电路a、b间，改变电磁铁线圈中的电流，通过观察电磁铁来判断电磁铁的磁性强弱，从而研究电磁铁的磁性强弱与电流大小的关系．

(2)小阳猜想电磁铁磁性强弱可能还与电磁铁横截面积有关，依据所给的实验器材，她应选择两个电磁铁进行实验．请你帮她设计实验进行论证．

①写出实验步骤．

②分析与论证可能观察到的现象．

5．物理课上，研究滑动摩擦力的大小与哪些因素有关的实验给小明留下了深刻的印象．放学后，他用盒装牛奶和弹簧测力计在家做起了实验，并有了新的发现．

(1)小明用弹簧测力计分别拉着一盒、两盒、三盒牛奶，在水平桌面上做匀速直线运动，如图14所示，并记录下了表1中的数据．

图14

表2

小明对表1中的测量数据的大小进行了认真的分

析，惊奇的发现：在接触面相同的情况下，每次实验，滑动摩擦力的大小与压力大小的比值是．

(2)为验证上述结论是否正确．小明按图14所示的方法，在较粗糙的水平水泥地面上又进行了一次实验，记下了表2中的数据．

分析表2中的数据，你认为小明的发现是(选填“正确”或“错误”)的．

(3)综合分析、比较两次实验数据和接触地面的情况，你认为滑动摩擦力与压力的比值大小反映了．

(4)综合上述发现，小明推测：要使五盒叠放在一起的牛奶在上述桌面上匀速直线运动，弹簧测力计的示数应该为N．从而小明对滑动摩擦力的大小又有了进一步的认识．6．夏天，当你从冰箱中拿一杯冰冻牛奶放在桌上后，过一会儿就会发现，在杯子的外壁上附有一层细密的小水珠，关于这些“小水珠”的出现，李明同学提出了如下的猜想：猜想1：可能是空气中的水蒸气遇冷液化而成的；

猜想2：可能是牛奶中的水蒸气液化而成的；

请你从以上猜想中任选一个，设计一个验证这个猜想的方案(先在所选的猜想前打√)．

①；

②．

上述“分析数据得出结论”的过程，在“科学探究”中

属于的过程。

8．学习了密度的知识后，同学们准备测量食用油的密度．图15

他们选取的实验器材有：食用油、量筒、天平(带砝码)、烧杯．

【设计实验和进行实验】

小新和小杨同学分别设计了一种实验方案，请在方案中的空白处填空：

方案一：

(1)用调节好的天平测出空烧杯的质量m1；

(2)向烧杯中倒入一些食用油，测出它们的总质量m2，则这些食用油的质量为；

(3)再将烧杯中的食用油倒入量筒中，测出食用油的体积V；

(4)计算出食用油的密度ρ．

方案二：

(1)将天平置于水平台后，立即调节平衡螺母，使横梁平衡；

(2)用天平测出装有适量食用油的烧杯的总质量m1；

(3)将烧杯中的一部分食用油倒入量筒中，记录量筒中食用油的体积V；

(4)测出烧杯及剩下食用油的总质量m2；

(5)计算出食用油的密度ρ＝。

【评估与交流】

(1)请分别找出两种方案中的不足之处：

方案一：。

方案二：。

(2)你准备选择方案来做实验，为顺利完成该实验，该方案中不足之处应改为：

。

9．【探究目的】初步了解流体压强与流速的关系

【提出问题】气体的压强是不是与气体的流速有关系?有什么关系?

【设计实验和进行实验】

(1)如图16所示，取两张白纸，让其平行地自然下垂，向两纸中间用力吹气；

(2)你观察到的现象是。

【分析和论证】你通过本实验可以得出的初步结论是：。

【评估与交流】请你联系实际，举出两个生产、生活中与此知识有关的实例：图16

我用两张大小不同的纸片，一张

揉成纸团，从同一高度同时释放

结果纸团先落地，说明亚里士多

德的观点不对

我用两张大小不同的纸片，小纸片揉

成团，从同一高度同时释放，纸团先落

地，说明亚里士多德和伽俐略的观点

都不对．

小刚

我用两张与小丽同样的纸片，

将两张纸对折了一下，竖着同

时释放，结果同时落地．我认

为伽俐略的观点是对的．