设计性、探究性实验命题解读

◇新疆朱继忠

设计性实验和探究性实验是当前高考改革的重点,同时也是难点,是高考命题的必然趋势,在平时的学习过程中要加强这方面的训练．

1设计性实验

设计性实验就是由学生根据实验目的,在理解实验原理的基础上,灵活运用知识和技能,进行的创造性思维和实验活动.通常是将平时在教学中通过演示实验和分组实验所掌握的实验方法、实验原理以及所熟悉的实验仪器,设计出新的实验和测量方法,观察、分析实验现象、处理实验数据等.

图1

(1) 己知毫安表表头的内阻为100 Ω,满偏电流为1 mA;R1和R2为阻值固定的电阻．若使用a和b2个接线柱,电表量程为3 mA;若使用a和c2个接线柱,电表量程为10 mA. 由题给条件和数据,可以求出R1=________Ω,R2=________Ω.

(2) 现用一量程为3 mA、内阻为150 Ω的标准电流表对改装电表的3 mA档进行校准,校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA.电池的电动势为1.5 V,内阻忽略不计;定值电阻R0有2种规格,阻值分别为300和1000 Ω;滑动变阻器R有2种规格,最大阻值分别为750和3000 Ω.则R0应选用阻值为______Ω的电阻,R应选用最大阻值为______Ω的滑动变阻器．

(3) 若电阻R1和R2中有一个因损坏而阻值变为无穷大,利用图1-乙的电路可以判断出损坏的电阻．图1-乙中的R′为保护电阻,虚线框内未画出的电路即为图1-甲虚线框内的电路．则图中的d点应和接线柱____(填“b”或“c”)相连．判断依据是______．

答案(1) 15, 35. (2) 300, 3000.

(3) c, 闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏电阻是R1,若电表指针不动,则损坏电阻是R2.

分析该题是一道对电表改装、校准问题的探究实验,综合考查了欧姆定律、电阻的串、并联、闭合电路的欧姆定律等电学知识．

I满R表=(I表1-I满)(R1+R2).

使用a和c2个接线柱时有:

I满(R表+R2)=(I表2-I满)R1,

I表1和I表2为改装电表的量程,解以上各式得:

R1=15 Ω,R2=35 Ω．

(2) 电流表校准时需选取的刻度为0.5、1.0、1.5、2.0、2.5、3.0 mA,可知电路中总电阻最大为Rmax=3000 Ω, 最小阻值为Rmin=500 Ω, 若定值电阻选用1000 Ω,则无法校准3 mA的刻度,所以定值电阻选用500 Ω,由于最大电阻要达到3000 Ω,所以变阻器要选择3000 Ω．

(3) 因为只有一个电阻损坏,所以d点应与c连接．原因是R1与○A表并联,则当R1损坏时电表○A 仍有示数,指针偏转;而R2与○A 表串联,则当R2损坏时电表○A 无示数,指针不动,据此闭合开关时,若电表指针偏转,则损坏电阻是R1,若电表指针不动,则损坏电阻是R2.

2探究性实验

探究性实验是不知道实验结果的,实验结果往往有多种．要看实验结果才能判断实验假设的正确与否．考查考生提出问题的能力、猜想和假设的能力、选择研究方法的能力、数据处理的能力以及分析和推理的能力等.它的主要目的不是去验证已有的结论和规律,而是通过对实验数据的处理和分析,得出结论和规律．

图2

① 按图2-甲所示的电路连接好电路;

② 接通开关S,调节滑动变阻器R的滑片,使其阻值开始时在阻值较大的位置上,使得电流表的指针偏转接近满偏,并记下电流表和电压表的读数I1、U1;

③ 断开开关S,同时每隔5 s读一次电流表的示数I2、I3… 并将测出的结果记录在设计好的表格里;

④ 将上述测量的每一结果在如图2-乙中的I-t坐标中描绘出相对应的点;

⑤ 改变滑动变阻器的滑片位置,使其阻值依次减小到一个合适的位置,再闭合开关S,重复上述操作几次;

⑥ 断开开关S,将刚才电路中的电容器拆掉,换成另一个电容器,再进行上述操作．

(1) 该同学根据某次(U1=8.0 V)放电记录的数据,在I-t坐标中描绘出的所有点如图3所示．请用平滑曲线连接各点,得出I-t图象;得到的图象与坐标轴所围的面积的物理意义是________;该电容器的电容C=________F．

图3

(2) 实验表明,对同一电容器而言,每一个充电电压所对应的放电电流I-t图象尽管不同,但它们与坐标轴所围的面积和此电压的比值却近似________;而不同的电容器这个比值是________的．(填“相等”或“不相等”).

(3) 若实验过程中,该同学把电压表错接在D、E2端,则电容的测量值比它的真实值________．(填“大”“小”或“相等”)

分析课本在讲述电容器电容时,没有给出具体的实验操作,没有具体的实验数据．本实验巧妙探究了同一电容器其所带电荷量与两极板电势差的比值是个常数、不同的电容器所带电荷量与两极板电势差的比值是不同的这2个结论．

图4

(2) 相等;不相等．

设计性实验和探究性实验都是以生活、生产中常见的问题或规律作为探究的对象,围绕问题或规律展开探究活动,进而去验证结论、解决问题或推知规律．设计性实验主要是根据题目中所给的条件,利用所学的物理知识,自行设计实验,分析、计算实验中所测得的数据去验证物理规律;而探究性实验突出的则是探索性和启发性,它注重的是探索能力．

(作者单位：新疆博湖县博湖中学)