物理实验设计与评价（一）
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文档简介
物理实验设计与评价（一）
适用学科 科学 适用年级 九年级
适用区域 浙教版 课时时长（分钟） 120
知识点 1、实验设计与评价的基本要求2、实验设计的基本原则3、科学实验设计题的基本原则
教学目标 1、明确实验设计与评价的基本要求2、理解实验设计的基本原则3、理解科学实验设计题的基本原则
教学重点 实验设计与评价的基本要求、实验设计的基本原则
教学难点 科学实验设计题的基本原则
教学过程
一、复习预习
物理也是一门以实验为主的学科，常用的实验 ( http: / / www.21cnjy.com )探究的方法有：（1）等效(替代法)；（2）建立理想模型法；（3）控制变量法；（4）实验推理法；（5）转换法；（6）类比法等。
二、知识讲解
然后通过一系列、连续的例题来巩固掌握物理实验探究设计与评价。
考点/易错点1
物理实验报告及填写：
（1）物理实验报告的格式。
实验名称 。 实验目的 。
表1-3-5
实验的内容和装置图 观察到的现象、数据记录 分析数据并得出结论、解释
（2）物理实验报告的填写。①根据实验现象， ( http: / / www.21cnjy.com )做好记录，认真填写实验报告，养成良好习惯和实事求是的科学态度；②填写时要注意实验现象，实验结论或解释的不同。
（3）解答这类题目的一般思路是：实验名称→实验目的→实验原理（或实验假设）→实验步骤、装置→实验现象→实验现象分析、解释和实验结论。
考点/易错点2
1、控制变量法：
该方法是研究某一物理量（或某一物理性质）与 ( http: / / www.21cnjy.com )哪些因素有关时所采用的研究方法，研究方法是：控制其他各项因素都不变，只改变某一因素，从而得到这一因素是怎样影响这一物理量的。这是物理学中最重要，使用最普遍的一种科学研究方法，初中阶段的教学内容用这种方法的有：（1）影响蒸发快慢的因素；（2）影响力的作用效果的因素；（3）影响滑动摩擦力打小的因素；（4）影响压力作用效果的因素；（5）研究液体压强的特点；（6）影响滑轮组机械效率的因素；（7）影响动能 势能大小的因素；（8）物体吸收放热的多少与哪些因素有关；（9）决定电阻大小的因素；（10）电流与电压电阻的关系（11）电功大小与哪些因素有关；（12）电流通过导体产生的热量与哪些因素有关；（13）通电螺线管的极性与哪些因素有关；（14）电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关；（15）感应电流的方向与哪些因素有关；（16）通电导体的磁场中受力方向与哪些因素有关。
2、类比法：
把某些抽象，不好理解的感念类比为形象容易理解的概念，如：把电流类比为水流，电压类为水压；声波类比为水波；
3、转换法：
某些看不见摸不着的 ( http: / / www.21cnjy.com )事物，不好直接研究，就通过其表现出来的现象来间接研究它叫转换法，如：研究电流的大小转换为研究它所表现出来的热效应的大小；研究分子的运动转换为研究扩散现象；眼看不见的磁场转换为它所产生的力的作用来认识它。
4、等效法：
某些看不见摸不着的事物，不好直 ( http: / / www.21cnjy.com )接研究，就通过其表现出来的现象来间接研究它叫转换法，如：研究电流的大小转换为研究它所表现出来的热效应的大小；研究分子的运动转换为研究扩散现象；眼看不见的磁场转换为它所产生的力的作用来认识它。如用可以总电阻代替各个分电阻（根据对电流的阻碍效果相同）、用合力代替各个分力（根据力的作用效果相同）
5、建模法：
用实际不存在的形象描述客观 ( http: / / www.21cnjy.com )存在的物质叫假想模型法，如：用光线来描述光的穿传播规律；用假想液片法来推导液体压公式：用磁感线表示磁场的分布特点等。
6、比较法：
如对串、并联电路特点的比较、对电动机和发电机进行比较等。
7、理想实验法：
在实验的基础上尽心合理的猜 ( http: / / www.21cnjy.com )想和假设进一步推理的科学方法，如：牛顿第一定律在实验的基础上进行大胆的猜想假设而推理出来的定律；认识自然界只有两种电荷也是在大量实验的基础上经过推理而得出的结论。
8、分类法：
如物体可分为固、液、气；触电的形式可分为单线触电和双线触电等。
9、图像法：
如晶体的熔化、凝固图像；导体的电压和电流图像；运动物体的路程和时间图像。
10、逆向思维法：
奥斯特发现了电流的磁场之后，法拉第思考——既然能“电生磁”，那么，反过来能不能：“磁声电”？这是一种逆向思维法
考点/易错点3
物理实验设计
（1)物理实验设计的原则:①科学性原则;②可 ( http: / / www.21cnjy.com )行性原则;③安全性原则；④效果明显。（2）物理实验设计的内容：①实验目的；②实验原理；③实验仪器；④实验装置和操作步骤；⑤实验注意事项；⑥实验记录；⑦实验结果与讨论。
考点/易错点4
物理实验设计的评价
一、评价他人的方案
1、实验设计与评价的基本要求
（1）科学性 ：实验原理、操作程序和方法必须正确
（2）安全性 ：操作要注意安全等问题
（3）可行性 ：切实可行
（4）简约性 ：装置简单、步骤少、时间短
二、帮助别人设计实验
1、假设验证原则：提出假设、预期假设、验证假设
2、对照性原则：排出无关变量的影响，增强实验结果的可信度和说服力
3、单一变量原则：控制无关变量和减少额外变量
考点/易错点5
独立完成实验设计
科学实验设计题的基本原则
1、准确把握实验目的
2、细心弄清实验要求
3、精心策划实验方法
4、合理设计操作过程
5、严格设置对照实验
6、紧扣实验关键因素
7、准确预测实验结果
8、规范表达实验结果
三、例题精析
【例题1】
【题干】跳绳是我市初中毕业生体育测试的项目之一，小华想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率（不计绳重）．
（1）用体重计测量自己的质量m；
（2）估测自己平均每次跳起的高度h（人的重心上升的高度）；
（3）用 （填测量器材）记录跳n次所用的 （填物理量与其对应字母）．
（4）数据处理：
①自己所受的重力G= ；
②每次克服重力所做的功W=Gh= ，则跳n次所做的总功W总=nW= ；
③则平均功率P= ．
（5）两人想比较跳绳的平均功率（假设两人跳起的平均高度相同），则 ．
A．频率相同，体重大的功率大
B．频率相同，跳的时间长的功率大
C．体重相同，频率高的功率小
D．体重相同，跳的时间长的功率大
（6）小华要想提高跳绳测试 ( http: / / www.21cnjy.com )的成绩，请你从物理学角度为他提出一条合理的建议： ．
【答案】（3）秒表、时间t．（4）①mg，②mgh，nmgh．③nmgh/t．（5）A．（6）降低跳起高度、减肥减轻体重．
【例题2】
【题干】演绎式探究--研究汽车最大速率与发动机功率的关系
（1）汽车在行驶过程中会 ( http: / / www.21cnjy.com )受到空气阻力，已知空气阻力与空气密度成正比，与汽车的横截面积成正比，与速度的关系如右图图象所示．则汽车所受空气阻力的数学表达式为： ．
A．f=(1/2S) CDρv B．f=(1/2v2)CDρS
C．f=(1/2)CDρSv D．f=(1/2)CDρSv2
其中，空气阻力系数CD=0.4，当汽车 ( http: / / www.21cnjy.com )在水平面上以最高速度匀速行驶时，不考虑其他因素时，一定时间内，发动机所做功的大小等于克服空气阻力所做功的大小．
（2）若汽车发动机的功率为P，横截面积为S，空气密度为ρ，请推导出汽车最大速度υm的数学表达式．
（3）某桑塔纳轿车发动机的功率P=6× ( http: / / www.21cnjy.com )104W，横截面积为S=2m2，空气密度为ρ=1.2kg/m3，求该汽车沿水平路面行驶的最高速度υm=m/s．
【答案】
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【例题3】
【题干】新闻再播台湾无四肢女孩成功登雪山 创残疾人登山纪录
2012年11月05日 09：55 ( http: / / www.21cnjy.com )：38 来源：中国台湾网据台湾《联合报》报道，台湾四肢截肢的残疾人郭韦齐，本月踩着义肢登上雪山，写下极少数四肢截肢仍能完成攀登高山的纪录．郭韦齐8岁时因病截肢，从此失去双手双脚，但她仍乐观看待人生，登上雪山主峰，她说，“走到破皮都值得．”鼓励郭韦齐走上雪山的背后“推手”，除了家人之外，还有台湾体育大学休闲产业经营系毕业生顾明翰及硕士生吴佳颖．顾明翰去年踏上1100公里徒步环岛，为急难家庭募集10万元新台币；吴佳颖单车横跨美国东西岸7000公里，还曾带领4位中学辍学生单车环岛．
拓展创新
（1）攀岩运动是从登山运动中派生来的新项 ( http: / / www.21cnjy.com )目，它集健身、娱乐、竞技于一体，以其独有的登临高处的征服感吸引了众多爱好者（如图1所示）．要测量两名运动员在攀岩时克服重力做功的功率大小，不需要测量的物理量是 ．
A．运动员的质量 B．攀岩的高度 C．运动员的身高 D．攀岩所用的时间
（2）如图2所示是我省某山地的等高线地形图（单位：米），若把同一个物体分别放在A点和B点，则物体的重力势能较大的是在 点．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（3）九年级物理课本中给出了一些物体的动能，如表所示：
( http: / / www.21cnjy.com / )
请根据表中的数据和所学的相关物理知识推断：
（1）在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是 （选填“质量”或“速度”）．
（2）物体的动能（E）与物体的质量（m）和运动速度（v）的定量关系，你认为正确的是下面的哪一个 ．
【答案】（1）C；（2）B；（3）①速度；②C．
【例题4】
【题干】物理实验探究：
（1）探究一：晓丽在研究动能Ek与m ( http: / / www.21cnjy.com )、v关系的实验中，是用小球去撞击木块，并通过木块 来反映动能的大小，这种方法叫做 法（选填“控制变量法”“类比法”“转换法”）．她查阅资料得知：Ek与m、v的关系是Ek=(1/2)mv2．
（2）探究二：如图所示，将两个相同的小 ( http: / / www.21cnjy.com )车分别放在两个相同的管道中，然后让速度相等的风和水流分别通过这两个管道2s，小车分别被推动一段距离，实验记录如下：
( http: / / www.21cnjy.com / )
①相同的时间内，相同的面积上，小车从两种不同的能源上获得的能 ．（选填“相同”或“不同”）
在单位时间内、单位面积上从某种 ( http: / / www.21cnjy.com )能源中所能得到的能量叫做能流密度．这是评价能源优劣的重要指标之一．一般地说，水能的能流密度比风能的能流密度 ．
②若水的流速为v，密度是ρ，请你推导出水能的能流密度A的表达式 ．
【答案】
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【例题5】
【题干】2012年5月27日，“长征三 ( http: / / www.21cnjy.com )号乙”运载火箭一级残骸落到湖南绥宁县砸坏了民宅．这引起了某校科技小组的关注：竖直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢？某同学猜想与物体的质量、开始下落时离地面的高度有关．
（1）你猜想还与 有关；
（2）该同学为验证他的猜想，设计了如下实验 ( http: / / www.21cnjy.com )方案：在水平地面上平铺一些报纸：将涂满红色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放，篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印迹；通过比较印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小．该方案所用到的实验方法
有
（3）另一同学将留有红色印迹 ( http: / / www.21cnjy.com )的报纸放在如图所示电子测力计上，再将篮球放在印迹中央，用力下压篮球，当篮球恰好将 覆盖时，此时测力计示数即为篮球留下该印迹时对地面作用力的大小
【答案】（1）物体落地时的速度（填“物 ( http: / / www.21cnjy.com )体的形状”、“物体及地面硬度”、“物体与地面作用时间”、“是否反弹”、“反弹速度大小”等其他合理猜想均可）；（2）控制变量法和转换法；（3）印迹．
【例题6】
【题干】利用如图装置进行“探究动能大小 ( http: / / www.21cnjy.com )的影响因素”实验．用两根细绳将小球悬挂起来，拉起小球，当细绳与竖直方向成θ角后松手，小球撞击水平木板上的木块，记下木块移动的距离s．改变角度θ的大小，重复实验．
（1）利用如图两根细绳悬挂小球，而不用一根细绳，其好处是 ．
（2）本实验探究的问题是物体的动能大小与 的关系．
（3）利用上述实验，同时还可以探究的问题是 ．
【答案】（1）便于控制小球的撞击方向（或便于撞准木块等）；（2）速度；（3）物体重力势能大小与高度有什么关系？或重力势能大小与高度的关系．
【例题7】
【题干】在探究“物体的动能与质量和速度是 ( http: / / www.21cnjy.com )否有关”实验中，小明先探究“物体的动能与质量是否有关”，所用的器材有：一个用长木板搭成的斜面；三个质量不同的实心铁球；一个木块．各器材的组装示意图如图1所示．
（1）每次实验时，都要将铁球从斜面的 由静止释放，其目的是 ．
（2）铁球动能的大小是通过 来间接反映的．
（3）该实验在操作时很难做到的是 ．
（4）某同学对小明的实验方案进行改进：不用木 ( http: / / www.21cnjy.com )块，在木块的位置上固定一个面积较大的挡板，在挡板前面贴上足够厚的长方体橡皮泥，如图2所示，每次实验后都要换上另一块相同的橡皮泥．此外，还需要对小明的方案进行怎样相应的
调整？ ．（如果需要，可增加其他器材）
【答案】（1）同一高度；控制速度相同 ( http: / / www.21cnjy.com )；（2）木块移动的距离；（3）铁球撞击木块时，使木块沿与木板长边平行的方向直线运动；（4）换成3个体积形状完全相同，质量不同的其他金属球．
【例题8】
【题干】在探究“物体动能的大小与哪些因 ( http: / / www.21cnjy.com )素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离．如甲图所示．请回答下列问题：
（1）从同一高度由静止释放的目的是 ( http: / / www.21cnjy.com ) ，该实验的目的是研究铁球的动能大小与 （选填“质量”或“速度”）的关系．
（2）该实验是通过观察 的大小，来说明铁球对木块 的多少，从而判断出 （“铁球”或“木块”）具有的动能的大小．
（3）若水平面绝对光滑且不计空气阻力，该实验能成功吗？答：
（4）有同学将实验装置改进成图乙所示 ( http: / / www.21cnjy.com )，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块．该实验方案是否可行？答： 若他按此方案操作，他会看到的现象是：
【答案】（1）质量不同的铁球从同一高度 ( http: / / www.21cnjy.com )由静止释放的目的是铁球到达水平面获得的初速度相同，控制速度大小相等，改变铁球的质量，可以探究动能大小跟质量的关系．
（2）该实验通过观察铁球推动木块运动距离大小来说明铁球对木块做功多少，从而反映铁球动能的大小．
（3）若水平面绝对光滑且不计空气阻力，木块将保持匀速直线运动永远运动下去，实验不能成功．
（4）将实验装置改进成图乙所 ( http: / / www.21cnjy.com )示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，弹簧的弹性势能相同，推动铁球运动，铁球的动能相同，铁球推动木块运动，木块动能相同，木块运动距离相同，所以方法不可行．
故答案为：（1）铁球具有相同的初始速度；质量；（2）木块被推出距离；做功；铁球；（3）不能；（4）不可行；木块会被推出同样远．
【例题9】
【题干】探究影响物体弹性势能大小的因素，选择弹簧进行研究，将光滑水平面与光滑斜面连接，如图．
①将甲弹簧放置在水平面上， ( http: / / www.21cnjy.com )用小球压缩弹簧2厘米，释放后，小球滚上A斜面，记录小球在斜面最高点时的高度，重复三次，取平均值记录在表中．更换B斜面，重复实验．
②压缩甲弹簧3厘米，重复实验①步骤．
③换用不同弹簧，重复实验①步骤．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）实验中，通过观察 判断弹簧弹性势能的大小．
（2）比较 （选填实验序号），说明弹簧的弹性势能大小与弹簧形变大小有关．
（3）由实验结果可知，弹簧的弹性势能大小还与弹簧的 有关．
【答案】（1）小球到达斜面的高度；（2）1、2；（3）长度、材料
【例题10】
【题干】李明等几位同学准备探究“弹簧弹性势 ( http: / / www.21cnjy.com )能的大小与弹簧长度变化量的关系．他们设计的实验装置如图，弹簧左端固定在墙上，放在水平面上，水平面A点左侧光滑，右侧粗糙．物体P压缩弹簧到B点后从静止释放，运动到C点弹簧恢复到原长与物体脱离，物体运动到D点停止．请补充完成他们的探究过程：
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实 ( http: / / www.21cnjy.com )验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法．下列实验中用到此方法的是 ．（填序号）
①探究“杠杆的平衡条件”②探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
（2）对同一根弹簧，物体P压缩弹簧至B点，从 ( http: / / www.21cnjy.com )静止释放，运动到D点．测量 之间的距离和 之间的距离，并改变 之间的距离，测多组数据，分析数据得到：弹簧长度变化量越大，弹性势能越大．
【答案】（1）②；（2）BC；AD；BC．
【例题11】
【题干】小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远，小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变程度有关．
（1）为验证其猜想是否正确， ( http: / / www.21cnjy.com )他设计了如下实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）：如图所示，将同一个弹簧压缩 （相同/不同）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块 ，从而比较弹簧弹性势能的大小．下列实验中主要也用到这种研究方法的是
A．将不同的电阻丝分别接到同一电路中，通过比较灯泡的亮度来比较电阻的大小
B．在研究光的传播规律时，用光线来描述光传播的路径和方向
C．让不同的纸团从相同高度同时下落，通过落地的先后判断运动的快慢
（2）若水平面绝对光滑，本实验将 ( http: / / www.21cnjy.com ) （能/不能）达到探究目的．因为根据 木块将
（3）小明根据实验现象认为：小球推动木块移 ( http: / / www.21cnjy.com )动一段距离后都要停下来，是因为木块克服摩擦力 ，机械能转化为 能．
【答案】（1）不同；被推动距离的大小；转换；（2）不能；牛顿第一定律；一直匀速直线运动下去；（3）做功；内
【例题12】
【题干】为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”，小明同学有如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关．
（1）为探究猜想一是否正确，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，探究方案如下（以下所有弹簧被压缩后都未超过其弹性限度）请将方案补充完整：
①将A、B两根外形完全相同，材料不同的弹簧分别按图甲安装好；
②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm（见图乙），放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S1；
③将小球置于弹簧B的右端， 木块被推动了一段距离S2
④比较S1、S2得出结论．
（2）比较以上实验数据，若 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
（3）由于弹性势能的大小不便用仪器测量 ( http: / / www.21cnjy.com )，本实验中把弹性势能的大小转变为观察木块被推动的距离，这种研究方法叫 ，请你举出一个在探究中用此方法的实例： ．
（4）某同学想如图甲所示的实验装置探究动能跟质量的关系．
①将弹簧A按如图甲安装好；
②将质量为m1小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S3；
③将质量为m2小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，
并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离S4；
④比较S3和S4得出结论评价该方案 ( http: / / www.21cnjy.com ) （可行或不可行），说出你的理由 ．
【答案】（1）使弹簧被压缩的长度 ( http: / / www.21cnjy.com )为3cm，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰；（2）S1不等于S2；（3）转换法；通过电磁铁吸引大头针的多少来反映电磁铁磁性的强弱；（4）不可行；不能控制小球速度相等．
【例题13】
【题干】建设水电站选址时，从能量利用的角度来看，你将选择图所示的甲址还是选择乙址？说明理由？
( http: / / www.21cnjy.com / )
【答案】建设水电站选址时，从能量利用角度来看，选择图所示的B址；
原因：B址与A址相比，B址的地势低，与 ( http: / / www.21cnjy.com )水库的水位落差更大；在水的质量一定时，以B址为参照面，水库中的水相对于B址的重力势能更大，下落时，转化成的动能更多，推动水轮机转动，带动发电机发电，所转化成的电能也更多．
四、课堂运用
1. 如图所示漫画描绘的是猴子和兔 ( http: / / www.21cnjy.com )子分萝卜的情景，究竟谁分得的萝卜重，德州市育红中学的三位同学提出了自己的猜想：甲认为：猴子胜利了；乙认为：兔子胜利了；丙认为：猴子和兔子谁也没有沾光．到底谁的猜想正确呢？
（1）为此，同学们设计了如图1所示的实验，根据该实验现象，可以判断猜想正确的
同学是 （选填“甲”、“乙”或“丙”）．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（2）根据图1的实验，同学们还得出结论：
只要满足“动力×动力作用点到支点的距离=阻力×阻力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡．
a．你认为这个结论是 的．（选填“正确”或“错误”）
b．如何用图2的装置来验证你的观点？
答： ．
【答案】（1）三幅图中左边钩码个数和力臂都不变，但右边随着钩码个数的减少，力臂在变大．可得重力越大，其力臂越小．即甲同学猜想正确；
（2）实验时应将弹簧测力计钩在杠杆右侧 ( http: / / www.21cnjy.com )的不同位置沿倾斜方向拉，使杠杆在水平位置平衡，会发现：“阻力×阻力作用点到支点的距离≠动力×动力作用点到支点的距离”可判断这个结论错误．
故答案为：（1）甲；（2）错误；用弹簧测力计斜向下拉，比较“动力×动力作用点到支点的距离和阻力×阻力作用点到支点的距离”的大小．
2. 某同学用如图甲所示的装置，探究杠杆平衡条件．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）为了方便测量力臂，应将杠杆调至 位置平衡．调节时若杠杆左端下沉，应将右端的平衡螺母向 端调节．
（2）探究过程中，在杠杆 ( http: / / www.21cnjy.com )左端某一固定位置挂一个重力G=2.5N的物体，在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F，保证杠杆处于平衡状态．根据多次测量的力和力臂F、L数据，画出F和1/L 的图线如图乙（注意看清楚图乙两个坐标的含义），由图乙可得出杠杆平衡条件是F与L成 比．根据杠杆平衡条件，可求出重力G的力臂是 m．
【答案】（1）水平；右；（2）反； 0.2．
3. 为了研究弹簧受到拉力作用时， ( http: / / www.21cnjy.com )其伸长量与弹簧自身因素的关系，郑能同学选择了如下器材：弹簧测力计，弹簧A、B、C、D，其中弹簧A、C由同种金属丝绕制而成，弹簧B、D由另一种金属丝绕制而成．A、B原来的长度均为L0，C、D原来的长度均为L0′，且A、B、C、D的横截面均相同；
实验操作如下：他将弹簧 ( http: / / www.21cnjy.com )A、B、C、D的左端固定，并分别用水平向右的力通过测力计拉伸弹簧，它们的长度各自增加了△L1、△L2、△L3和△L4，如图a、b、c、d所示．请仔细观察实验现象，对a、b实验作比较，再对c，d作比较，可以得到在弹簧自身因
素 、 相同的条件下，再使它们 相同，弹簧的伸长量
与 有关．
【答案】弹簧原长；横截面积；所受拉力；金属丝的材料
4. 在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）完成表格中第3次数据（a）（b）（c）处的计算，填在下面的横线上：
（a） ； （b） ； （c） ．
（2）通过比较 两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮
的自重 （选填“有关”或“无关”）．
（3）小明认为“同一个机械，它的机 ( http: / / www.21cnjy.com )械效率是一个定值”，通过比较 两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是 的（选填“正确”或“错误”）．
【答案】（1）1.2、1.32、90.9（或90.91或91）；（2）①与②、有关；（3）①与③、错误．
5. 某物理学习小组，针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑，进行了实验探究和理论探究活动．
[实验探究]
将长度为 1m的长木板的一端垫高 ( http: / / www.21cnjy.com )，构成长度一定高度可调的斜面（如图所示）．用沿斜面向上的拉力F使重为10N的滑块沿斜面匀速向上运动．完成斜面机械效率测量．表呈现的是部分实验数据：
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）疑惑一：“斜面的机械效率越高越省力吗？”
请报据表3中的实验数据，写出正确的结论． ；
（2）疑惑二，“斜面倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力也一定越大吗？”
请进一步分析表3实验数据，写出正确的结论： ．
简述理由：
[理论探究]
（3）疑惑三．“滑块受到的摩擦力是一个‘不可直接测量’量，能通过‘可测量’量求出摩擦力吗？”
请根据已有的知识推导：对于倾斜程度 ( http: / / www.21cnjy.com )不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重为G的滑块沿斜面匀速移动时，滑块受到的摩擦力f的数学表达式 （斜面的长L和斜面的高h均为“可测量”量）
【答案】（1）机械效率越高的斜面，不一定越省力（或机械效率越高的斜面越费力）；
（2）斜面倾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（或摩擦力越小）．
理由：因为由实验数据可知斜 ( http: / / www.21cnjy.com )面倾斜程度变大，斜面的机械效率随之变大，额外功占总功的比例变小，所以摩擦力不一定变大（或斜面倾斜程度变大，滑块对斜面的压力变小，因此滑块受到的摩擦力变小）；
（3）当滑块沿斜面匀速向上运动 ( http: / / www.21cnjy.com )时：由功的关系FL=Gh+fL，可得f=F-Gh/L ；当滑块沿斜面匀速向下运动时：由功的关系Gh=FL+fL，可得力f=Gh/L -F．
6. 测量杠杆的机械效率用如图所示的装置实验，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使杠杆下面的钩码缓慢上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计 ( http: / / www.21cnjy.com )的示数F为 N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为 %．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： ．
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
( http: / / www.21cnjy.com / )
如果仅就表中数据，能否得出：“杠杆的 ( http: / / www.21cnjy.com )机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论，并简要说出依据？答： ．
【答案】（1）0.5； 66.7；由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）做功；
（2）不能．两次实验时，钩码没有挂在同一位置，同时改变两组条件，数据不宜直接比较（或仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的）
适用学科 科学 适用年级 九年级
适用区域 浙教版 课时时长（分钟） 120
知识点 1、实验设计与评价的基本要求2、实验设计的基本原则3、科学实验设计题的基本原则
教学目标 1、明确实验设计与评价的基本要求2、理解实验设计的基本原则3、理解科学实验设计题的基本原则
教学重点 实验设计与评价的基本要求、实验设计的基本原则
教学难点 科学实验设计题的基本原则
教学过程
一、复习预习
物理也是一门以实验为主的学科，常用的实验 ( http: / / www.21cnjy.com )探究的方法有：（1）等效(替代法)；（2）建立理想模型法；（3）控制变量法；（4）实验推理法；（5）转换法；（6）类比法等。
二、知识讲解
然后通过一系列、连续的例题来巩固掌握物理实验探究设计与评价。
考点/易错点1
物理实验报告及填写：
（1）物理实验报告的格式。
实验名称 。 实验目的 。
表1-3-5
实验的内容和装置图 观察到的现象、数据记录 分析数据并得出结论、解释
（2）物理实验报告的填写。①根据实验现象， ( http: / / www.21cnjy.com )做好记录，认真填写实验报告，养成良好习惯和实事求是的科学态度；②填写时要注意实验现象，实验结论或解释的不同。
（3）解答这类题目的一般思路是：实验名称→实验目的→实验原理（或实验假设）→实验步骤、装置→实验现象→实验现象分析、解释和实验结论。
考点/易错点2
1、控制变量法：
该方法是研究某一物理量（或某一物理性质）与 ( http: / / www.21cnjy.com )哪些因素有关时所采用的研究方法，研究方法是：控制其他各项因素都不变，只改变某一因素，从而得到这一因素是怎样影响这一物理量的。这是物理学中最重要，使用最普遍的一种科学研究方法，初中阶段的教学内容用这种方法的有：（1）影响蒸发快慢的因素；（2）影响力的作用效果的因素；（3）影响滑动摩擦力打小的因素；（4）影响压力作用效果的因素；（5）研究液体压强的特点；（6）影响滑轮组机械效率的因素；（7）影响动能 势能大小的因素；（8）物体吸收放热的多少与哪些因素有关；（9）决定电阻大小的因素；（10）电流与电压电阻的关系（11）电功大小与哪些因素有关；（12）电流通过导体产生的热量与哪些因素有关；（13）通电螺线管的极性与哪些因素有关；（14）电磁铁的磁性强弱与哪些因素有关；（15）感应电流的方向与哪些因素有关；（16）通电导体的磁场中受力方向与哪些因素有关。
2、类比法：
把某些抽象，不好理解的感念类比为形象容易理解的概念，如：把电流类比为水流，电压类为水压；声波类比为水波；
3、转换法：
某些看不见摸不着的 ( http: / / www.21cnjy.com )事物，不好直接研究，就通过其表现出来的现象来间接研究它叫转换法，如：研究电流的大小转换为研究它所表现出来的热效应的大小；研究分子的运动转换为研究扩散现象；眼看不见的磁场转换为它所产生的力的作用来认识它。
4、等效法：
某些看不见摸不着的事物，不好直 ( http: / / www.21cnjy.com )接研究，就通过其表现出来的现象来间接研究它叫转换法，如：研究电流的大小转换为研究它所表现出来的热效应的大小；研究分子的运动转换为研究扩散现象；眼看不见的磁场转换为它所产生的力的作用来认识它。如用可以总电阻代替各个分电阻（根据对电流的阻碍效果相同）、用合力代替各个分力（根据力的作用效果相同）
5、建模法：
用实际不存在的形象描述客观 ( http: / / www.21cnjy.com )存在的物质叫假想模型法，如：用光线来描述光的穿传播规律；用假想液片法来推导液体压公式：用磁感线表示磁场的分布特点等。
6、比较法：
如对串、并联电路特点的比较、对电动机和发电机进行比较等。
7、理想实验法：
在实验的基础上尽心合理的猜 ( http: / / www.21cnjy.com )想和假设进一步推理的科学方法，如：牛顿第一定律在实验的基础上进行大胆的猜想假设而推理出来的定律；认识自然界只有两种电荷也是在大量实验的基础上经过推理而得出的结论。
8、分类法：
如物体可分为固、液、气；触电的形式可分为单线触电和双线触电等。
9、图像法：
如晶体的熔化、凝固图像；导体的电压和电流图像；运动物体的路程和时间图像。
10、逆向思维法：
奥斯特发现了电流的磁场之后，法拉第思考——既然能“电生磁”，那么，反过来能不能：“磁声电”？这是一种逆向思维法
考点/易错点3
物理实验设计
（1)物理实验设计的原则:①科学性原则;②可 ( http: / / www.21cnjy.com )行性原则;③安全性原则；④效果明显。（2）物理实验设计的内容：①实验目的；②实验原理；③实验仪器；④实验装置和操作步骤；⑤实验注意事项；⑥实验记录；⑦实验结果与讨论。
考点/易错点4
物理实验设计的评价
一、评价他人的方案
1、实验设计与评价的基本要求
（1）科学性 ：实验原理、操作程序和方法必须正确
（2）安全性 ：操作要注意安全等问题
（3）可行性 ：切实可行
（4）简约性 ：装置简单、步骤少、时间短
二、帮助别人设计实验
1、假设验证原则：提出假设、预期假设、验证假设
2、对照性原则：排出无关变量的影响，增强实验结果的可信度和说服力
3、单一变量原则：控制无关变量和减少额外变量
考点/易错点5
独立完成实验设计
科学实验设计题的基本原则
1、准确把握实验目的
2、细心弄清实验要求
3、精心策划实验方法
4、合理设计操作过程
5、严格设置对照实验
6、紧扣实验关键因素
7、准确预测实验结果
8、规范表达实验结果
三、例题精析
【例题1】
【题干】跳绳是我市初中毕业生体育测试的项目之一，小华想利用所学的物理知识估测自己跳绳时克服重力的平均功率（不计绳重）．
（1）用体重计测量自己的质量m；
（2）估测自己平均每次跳起的高度h（人的重心上升的高度）；
（3）用 （填测量器材）记录跳n次所用的 （填物理量与其对应字母）．
（4）数据处理：
①自己所受的重力G= ；
②每次克服重力所做的功W=Gh= ，则跳n次所做的总功W总=nW= ；
③则平均功率P= ．
（5）两人想比较跳绳的平均功率（假设两人跳起的平均高度相同），则 ．
A．频率相同，体重大的功率大
B．频率相同，跳的时间长的功率大
C．体重相同，频率高的功率小
D．体重相同，跳的时间长的功率大
（6）小华要想提高跳绳测试 ( http: / / www.21cnjy.com )的成绩，请你从物理学角度为他提出一条合理的建议： ．
【答案】（3）秒表、时间t．（4）①mg，②mgh，nmgh．③nmgh/t．（5）A．（6）降低跳起高度、减肥减轻体重．
【例题2】
【题干】演绎式探究--研究汽车最大速率与发动机功率的关系
（1）汽车在行驶过程中会 ( http: / / www.21cnjy.com )受到空气阻力，已知空气阻力与空气密度成正比，与汽车的横截面积成正比，与速度的关系如右图图象所示．则汽车所受空气阻力的数学表达式为： ．
A．f=(1/2S) CDρv B．f=(1/2v2)CDρS
C．f=(1/2)CDρSv D．f=(1/2)CDρSv2
其中，空气阻力系数CD=0.4，当汽车 ( http: / / www.21cnjy.com )在水平面上以最高速度匀速行驶时，不考虑其他因素时，一定时间内，发动机所做功的大小等于克服空气阻力所做功的大小．
（2）若汽车发动机的功率为P，横截面积为S，空气密度为ρ，请推导出汽车最大速度υm的数学表达式．
（3）某桑塔纳轿车发动机的功率P=6× ( http: / / www.21cnjy.com )104W，横截面积为S=2m2，空气密度为ρ=1.2kg/m3，求该汽车沿水平路面行驶的最高速度υm=m/s．
【答案】
( http: / / www.21cnjy.com / )
【例题3】
【题干】新闻再播台湾无四肢女孩成功登雪山 创残疾人登山纪录
2012年11月05日 09：55 ( http: / / www.21cnjy.com )：38 来源：中国台湾网据台湾《联合报》报道，台湾四肢截肢的残疾人郭韦齐，本月踩着义肢登上雪山，写下极少数四肢截肢仍能完成攀登高山的纪录．郭韦齐8岁时因病截肢，从此失去双手双脚，但她仍乐观看待人生，登上雪山主峰，她说，“走到破皮都值得．”鼓励郭韦齐走上雪山的背后“推手”，除了家人之外，还有台湾体育大学休闲产业经营系毕业生顾明翰及硕士生吴佳颖．顾明翰去年踏上1100公里徒步环岛，为急难家庭募集10万元新台币；吴佳颖单车横跨美国东西岸7000公里，还曾带领4位中学辍学生单车环岛．
拓展创新
（1）攀岩运动是从登山运动中派生来的新项 ( http: / / www.21cnjy.com )目，它集健身、娱乐、竞技于一体，以其独有的登临高处的征服感吸引了众多爱好者（如图1所示）．要测量两名运动员在攀岩时克服重力做功的功率大小，不需要测量的物理量是 ．
A．运动员的质量 B．攀岩的高度 C．运动员的身高 D．攀岩所用的时间
（2）如图2所示是我省某山地的等高线地形图（单位：米），若把同一个物体分别放在A点和B点，则物体的重力势能较大的是在 点．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（3）九年级物理课本中给出了一些物体的动能，如表所示：
( http: / / www.21cnjy.com / )
请根据表中的数据和所学的相关物理知识推断：
（1）在质量和速度这两个物理量中，对动能影响较大的是 （选填“质量”或“速度”）．
（2）物体的动能（E）与物体的质量（m）和运动速度（v）的定量关系，你认为正确的是下面的哪一个 ．
【答案】（1）C；（2）B；（3）①速度；②C．
【例题4】
【题干】物理实验探究：
（1）探究一：晓丽在研究动能Ek与m ( http: / / www.21cnjy.com )、v关系的实验中，是用小球去撞击木块，并通过木块 来反映动能的大小，这种方法叫做 法（选填“控制变量法”“类比法”“转换法”）．她查阅资料得知：Ek与m、v的关系是Ek=(1/2)mv2．
（2）探究二：如图所示，将两个相同的小 ( http: / / www.21cnjy.com )车分别放在两个相同的管道中，然后让速度相等的风和水流分别通过这两个管道2s，小车分别被推动一段距离，实验记录如下：
( http: / / www.21cnjy.com / )
①相同的时间内，相同的面积上，小车从两种不同的能源上获得的能 ．（选填“相同”或“不同”）
在单位时间内、单位面积上从某种 ( http: / / www.21cnjy.com )能源中所能得到的能量叫做能流密度．这是评价能源优劣的重要指标之一．一般地说，水能的能流密度比风能的能流密度 ．
②若水的流速为v，密度是ρ，请你推导出水能的能流密度A的表达式 ．
【答案】
( http: / / www.21cnjy.com / )
【例题5】
【题干】2012年5月27日，“长征三 ( http: / / www.21cnjy.com )号乙”运载火箭一级残骸落到湖南绥宁县砸坏了民宅．这引起了某校科技小组的关注：竖直下落的物体与地面碰撞时对地面的作用力大小与哪些因素有关呢？某同学猜想与物体的质量、开始下落时离地面的高度有关．
（1）你猜想还与 有关；
（2）该同学为验证他的猜想，设计了如下实验 ( http: / / www.21cnjy.com )方案：在水平地面上平铺一些报纸：将涂满红色颜料的同一篮球从不同高度由静止释放，篮球会在报纸上留下大小不同的圆形红色印迹；通过比较印迹的大小即可比较篮球对地面作用力的大小．该方案所用到的实验方法
有
（3）另一同学将留有红色印迹 ( http: / / www.21cnjy.com )的报纸放在如图所示电子测力计上，再将篮球放在印迹中央，用力下压篮球，当篮球恰好将 覆盖时，此时测力计示数即为篮球留下该印迹时对地面作用力的大小
【答案】（1）物体落地时的速度（填“物 ( http: / / www.21cnjy.com )体的形状”、“物体及地面硬度”、“物体与地面作用时间”、“是否反弹”、“反弹速度大小”等其他合理猜想均可）；（2）控制变量法和转换法；（3）印迹．
【例题6】
【题干】利用如图装置进行“探究动能大小 ( http: / / www.21cnjy.com )的影响因素”实验．用两根细绳将小球悬挂起来，拉起小球，当细绳与竖直方向成θ角后松手，小球撞击水平木板上的木块，记下木块移动的距离s．改变角度θ的大小，重复实验．
（1）利用如图两根细绳悬挂小球，而不用一根细绳，其好处是 ．
（2）本实验探究的问题是物体的动能大小与 的关系．
（3）利用上述实验，同时还可以探究的问题是 ．
【答案】（1）便于控制小球的撞击方向（或便于撞准木块等）；（2）速度；（3）物体重力势能大小与高度有什么关系？或重力势能大小与高度的关系．
【例题7】
【题干】在探究“物体的动能与质量和速度是 ( http: / / www.21cnjy.com )否有关”实验中，小明先探究“物体的动能与质量是否有关”，所用的器材有：一个用长木板搭成的斜面；三个质量不同的实心铁球；一个木块．各器材的组装示意图如图1所示．
（1）每次实验时，都要将铁球从斜面的 由静止释放，其目的是 ．
（2）铁球动能的大小是通过 来间接反映的．
（3）该实验在操作时很难做到的是 ．
（4）某同学对小明的实验方案进行改进：不用木 ( http: / / www.21cnjy.com )块，在木块的位置上固定一个面积较大的挡板，在挡板前面贴上足够厚的长方体橡皮泥，如图2所示，每次实验后都要换上另一块相同的橡皮泥．此外，还需要对小明的方案进行怎样相应的
调整？ ．（如果需要，可增加其他器材）
【答案】（1）同一高度；控制速度相同 ( http: / / www.21cnjy.com )；（2）木块移动的距离；（3）铁球撞击木块时，使木块沿与木板长边平行的方向直线运动；（4）换成3个体积形状完全相同，质量不同的其他金属球．
【例题8】
【题干】在探究“物体动能的大小与哪些因 ( http: / / www.21cnjy.com )素有关”的实验中，让质量不同的铁球从斜面的同一高度由静止释放，撞击同一木块，能将木块撞出一段距离．如甲图所示．请回答下列问题：
（1）从同一高度由静止释放的目的是 ( http: / / www.21cnjy.com ) ，该实验的目的是研究铁球的动能大小与 （选填“质量”或“速度”）的关系．
（2）该实验是通过观察 的大小，来说明铁球对木块 的多少，从而判断出 （“铁球”或“木块”）具有的动能的大小．
（3）若水平面绝对光滑且不计空气阻力，该实验能成功吗？答：
（4）有同学将实验装置改进成图乙所示 ( http: / / www.21cnjy.com )，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，撞击同一木块．该实验方案是否可行？答： 若他按此方案操作，他会看到的现象是：
【答案】（1）质量不同的铁球从同一高度 ( http: / / www.21cnjy.com )由静止释放的目的是铁球到达水平面获得的初速度相同，控制速度大小相等，改变铁球的质量，可以探究动能大小跟质量的关系．
（2）该实验通过观察铁球推动木块运动距离大小来说明铁球对木块做功多少，从而反映铁球动能的大小．
（3）若水平面绝对光滑且不计空气阻力，木块将保持匀速直线运动永远运动下去，实验不能成功．
（4）将实验装置改进成图乙所 ( http: / / www.21cnjy.com )示，利用质量不同的铁球将弹簧压缩相同程度静止释放，弹簧的弹性势能相同，推动铁球运动，铁球的动能相同，铁球推动木块运动，木块动能相同，木块运动距离相同，所以方法不可行．
故答案为：（1）铁球具有相同的初始速度；质量；（2）木块被推出距离；做功；铁球；（3）不能；（4）不可行；木块会被推出同样远．
【例题9】
【题干】探究影响物体弹性势能大小的因素，选择弹簧进行研究，将光滑水平面与光滑斜面连接，如图．
①将甲弹簧放置在水平面上， ( http: / / www.21cnjy.com )用小球压缩弹簧2厘米，释放后，小球滚上A斜面，记录小球在斜面最高点时的高度，重复三次，取平均值记录在表中．更换B斜面，重复实验．
②压缩甲弹簧3厘米，重复实验①步骤．
③换用不同弹簧，重复实验①步骤．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）实验中，通过观察 判断弹簧弹性势能的大小．
（2）比较 （选填实验序号），说明弹簧的弹性势能大小与弹簧形变大小有关．
（3）由实验结果可知，弹簧的弹性势能大小还与弹簧的 有关．
【答案】（1）小球到达斜面的高度；（2）1、2；（3）长度、材料
【例题10】
【题干】李明等几位同学准备探究“弹簧弹性势 ( http: / / www.21cnjy.com )能的大小与弹簧长度变化量的关系．他们设计的实验装置如图，弹簧左端固定在墙上，放在水平面上，水平面A点左侧光滑，右侧粗糙．物体P压缩弹簧到B点后从静止释放，运动到C点弹簧恢复到原长与物体脱离，物体运动到D点停止．请补充完成他们的探究过程：
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）由于弹性势能的大小不便用仪器测量，本实 ( http: / / www.21cnjy.com )验把弹性势能的大小转换为测量木块移动的距离，这种研究方法叫转换法．下列实验中用到此方法的是 ．（填序号）
①探究“杠杆的平衡条件”②探究“影响电磁铁磁性强弱的因素”
（2）对同一根弹簧，物体P压缩弹簧至B点，从 ( http: / / www.21cnjy.com )静止释放，运动到D点．测量 之间的距离和 之间的距离，并改变 之间的距离，测多组数据，分析数据得到：弹簧长度变化量越大，弹性势能越大．
【答案】（1）②；（2）BC；AD；BC．
【例题11】
【题干】小明看到运动员拉弓射箭时，弓拉得越弯，箭射得越远，小明猜想：弹性势能的大小可能与物体的弹性形变程度有关．
（1）为验证其猜想是否正确， ( http: / / www.21cnjy.com )他设计了如下实验（弹簧被压缩后未超过其弹性限度）：如图所示，将同一个弹簧压缩 （相同/不同）的长度，将小球置于弹簧的右端，松开后小球碰到同一位置的相同木块上，分析比较木块 ，从而比较弹簧弹性势能的大小．下列实验中主要也用到这种研究方法的是
A．将不同的电阻丝分别接到同一电路中，通过比较灯泡的亮度来比较电阻的大小
B．在研究光的传播规律时，用光线来描述光传播的路径和方向
C．让不同的纸团从相同高度同时下落，通过落地的先后判断运动的快慢
（2）若水平面绝对光滑，本实验将 ( http: / / www.21cnjy.com ) （能/不能）达到探究目的．因为根据 木块将
（3）小明根据实验现象认为：小球推动木块移 ( http: / / www.21cnjy.com )动一段距离后都要停下来，是因为木块克服摩擦力 ，机械能转化为 能．
【答案】（1）不同；被推动距离的大小；转换；（2）不能；牛顿第一定律；一直匀速直线运动下去；（3）做功；内
【例题12】
【题干】为了探究“弹性势能的大小跟哪些因素有关”，小明同学有如下猜想：
猜想一：弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
猜想二：弹性势能的大小与弹簧被压缩的程度有关．
（1）为探究猜想一是否正确，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，探究方案如下（以下所有弹簧被压缩后都未超过其弹性限度）请将方案补充完整：
①将A、B两根外形完全相同，材料不同的弹簧分别按图甲安装好；
②将小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为3cm（见图乙），放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S1；
③将小球置于弹簧B的右端， 木块被推动了一段距离S2
④比较S1、S2得出结论．
（2）比较以上实验数据，若 ，说明弹性势能的大小与弹簧的材料有关；
（3）由于弹性势能的大小不便用仪器测量 ( http: / / www.21cnjy.com )，本实验中把弹性势能的大小转变为观察木块被推动的距离，这种研究方法叫 ，请你举出一个在探究中用此方法的实例： ．
（4）某同学想如图甲所示的实验装置探究动能跟质量的关系．
①将弹簧A按如图甲安装好；
②将质量为m1小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，并与一木块相碰，木块被推动了一段距离S3；
③将质量为m2小球置于弹簧A的右端，使弹簧被压缩的长度为2cm，放手后小球被弹出，
并与在同一位置的同一木块相碰，木块被推动了一段距离S4；
④比较S3和S4得出结论评价该方案 ( http: / / www.21cnjy.com ) （可行或不可行），说出你的理由 ．
【答案】（1）使弹簧被压缩的长度 ( http: / / www.21cnjy.com )为3cm，放手后小球被弹出，并与在同一位置的同一木块相碰；（2）S1不等于S2；（3）转换法；通过电磁铁吸引大头针的多少来反映电磁铁磁性的强弱；（4）不可行；不能控制小球速度相等．
【例题13】
【题干】建设水电站选址时，从能量利用的角度来看，你将选择图所示的甲址还是选择乙址？说明理由？
( http: / / www.21cnjy.com / )
【答案】建设水电站选址时，从能量利用角度来看，选择图所示的B址；
原因：B址与A址相比，B址的地势低，与 ( http: / / www.21cnjy.com )水库的水位落差更大；在水的质量一定时，以B址为参照面，水库中的水相对于B址的重力势能更大，下落时，转化成的动能更多，推动水轮机转动，带动发电机发电，所转化成的电能也更多．
四、课堂运用
1. 如图所示漫画描绘的是猴子和兔 ( http: / / www.21cnjy.com )子分萝卜的情景，究竟谁分得的萝卜重，德州市育红中学的三位同学提出了自己的猜想：甲认为：猴子胜利了；乙认为：兔子胜利了；丙认为：猴子和兔子谁也没有沾光．到底谁的猜想正确呢？
（1）为此，同学们设计了如图1所示的实验，根据该实验现象，可以判断猜想正确的
同学是 （选填“甲”、“乙”或“丙”）．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（2）根据图1的实验，同学们还得出结论：
只要满足“动力×动力作用点到支点的距离=阻力×阻力作用点到支点的距离”，杠杆就能平衡．
a．你认为这个结论是 的．（选填“正确”或“错误”）
b．如何用图2的装置来验证你的观点？
答： ．
【答案】（1）三幅图中左边钩码个数和力臂都不变，但右边随着钩码个数的减少，力臂在变大．可得重力越大，其力臂越小．即甲同学猜想正确；
（2）实验时应将弹簧测力计钩在杠杆右侧 ( http: / / www.21cnjy.com )的不同位置沿倾斜方向拉，使杠杆在水平位置平衡，会发现：“阻力×阻力作用点到支点的距离≠动力×动力作用点到支点的距离”可判断这个结论错误．
故答案为：（1）甲；（2）错误；用弹簧测力计斜向下拉，比较“动力×动力作用点到支点的距离和阻力×阻力作用点到支点的距离”的大小．
2. 某同学用如图甲所示的装置，探究杠杆平衡条件．
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）为了方便测量力臂，应将杠杆调至 位置平衡．调节时若杠杆左端下沉，应将右端的平衡螺母向 端调节．
（2）探究过程中，在杠杆 ( http: / / www.21cnjy.com )左端某一固定位置挂一个重力G=2.5N的物体，在杠杆右端不同位置处施加不同的竖直向下的力F，保证杠杆处于平衡状态．根据多次测量的力和力臂F、L数据，画出F和1/L 的图线如图乙（注意看清楚图乙两个坐标的含义），由图乙可得出杠杆平衡条件是F与L成 比．根据杠杆平衡条件，可求出重力G的力臂是 m．
【答案】（1）水平；右；（2）反； 0.2．
3. 为了研究弹簧受到拉力作用时， ( http: / / www.21cnjy.com )其伸长量与弹簧自身因素的关系，郑能同学选择了如下器材：弹簧测力计，弹簧A、B、C、D，其中弹簧A、C由同种金属丝绕制而成，弹簧B、D由另一种金属丝绕制而成．A、B原来的长度均为L0，C、D原来的长度均为L0′，且A、B、C、D的横截面均相同；
实验操作如下：他将弹簧 ( http: / / www.21cnjy.com )A、B、C、D的左端固定，并分别用水平向右的力通过测力计拉伸弹簧，它们的长度各自增加了△L1、△L2、△L3和△L4，如图a、b、c、d所示．请仔细观察实验现象，对a、b实验作比较，再对c，d作比较，可以得到在弹簧自身因
素 、 相同的条件下，再使它们 相同，弹簧的伸长量
与 有关．
【答案】弹簧原长；横截面积；所受拉力；金属丝的材料
4. 在“探究动滑轮的机械效率”时，某小组利用自重不同的两个动滑轮进行了如图所示的三次测量，数据记录如下：
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（1）完成表格中第3次数据（a）（b）（c）处的计算，填在下面的横线上：
（a） ； （b） ； （c） ．
（2）通过比较 两次实验数据（选填实验序号），可知动滑轮的机械效率与动滑轮
的自重 （选填“有关”或“无关”）．
（3）小明认为“同一个机械，它的机 ( http: / / www.21cnjy.com )械效率是一个定值”，通过比较 两次实验数据（选填实验序号），可知他的观点是 的（选填“正确”或“错误”）．
【答案】（1）1.2、1.32、90.9（或90.91或91）；（2）①与②、有关；（3）①与③、错误．
5. 某物理学习小组，针对同学中存在的有关斜面问题的一些疑惑，进行了实验探究和理论探究活动．
[实验探究]
将长度为 1m的长木板的一端垫高 ( http: / / www.21cnjy.com )，构成长度一定高度可调的斜面（如图所示）．用沿斜面向上的拉力F使重为10N的滑块沿斜面匀速向上运动．完成斜面机械效率测量．表呈现的是部分实验数据：
( http: / / www.21cnjy.com / )
（1）疑惑一：“斜面的机械效率越高越省力吗？”
请报据表3中的实验数据，写出正确的结论． ；
（2）疑惑二，“斜面倾斜程度越大拉力越大，滑块受到的摩擦力也一定越大吗？”
请进一步分析表3实验数据，写出正确的结论： ．
简述理由：
[理论探究]
（3）疑惑三．“滑块受到的摩擦力是一个‘不可直接测量’量，能通过‘可测量’量求出摩擦力吗？”
请根据已有的知识推导：对于倾斜程度 ( http: / / www.21cnjy.com )不同的斜面，在拉力F作用下（拉力方向沿斜面向上）使重为G的滑块沿斜面匀速移动时，滑块受到的摩擦力f的数学表达式 （斜面的长L和斜面的高h均为“可测量”量）
【答案】（1）机械效率越高的斜面，不一定越省力（或机械效率越高的斜面越费力）；
（2）斜面倾斜程度越大拉力越大，但摩擦力不一定越大（或摩擦力越小）．
理由：因为由实验数据可知斜 ( http: / / www.21cnjy.com )面倾斜程度变大，斜面的机械效率随之变大，额外功占总功的比例变小，所以摩擦力不一定变大（或斜面倾斜程度变大，滑块对斜面的压力变小，因此滑块受到的摩擦力变小）；
（3）当滑块沿斜面匀速向上运动 ( http: / / www.21cnjy.com )时：由功的关系FL=Gh+fL，可得f=F-Gh/L ；当滑块沿斜面匀速向下运动时：由功的关系Gh=FL+fL，可得力f=Gh/L -F．
6. 测量杠杆的机械效率用如图所示的装置实验，竖直向上匀速拉动弹簧测力计，使杠杆下面的钩码缓慢上升．
（1）实验中，将杠杆拉至图中虚线位置，测力计 ( http: / / www.21cnjy.com )的示数F为 N，钩码总重G为1.0N，钩码上升高度h为0.1m，测力计移动距离s为0.3m，则杠杆的机械效率为 %．请写出使用该杠杆做额外功的一个原因： ．
（2）为了进一步研究杠杆的机械效率与哪些因素有关，一位同学用该实验装置，先后将钩码挂在A、B两点，测量并计算得到下表所示的两组数据：
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如果仅就表中数据，能否得出：“杠杆的 ( http: / / www.21cnjy.com )机械效率与所挂钩码的重有关，钩码越重其效率越高”的结论，并简要说出依据？答： ．
【答案】（1）0.5； 66.7；由于使用杠杆时需要克服杠杆自重（克服摩擦力）做功；
（2）不能．两次实验时，钩码没有挂在同一位置，同时改变两组条件，数据不宜直接比较（或仅根据一次对比实验所得结论是不可靠的）
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