专题复习六 设计性实验
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专题复习六 设计性实验
一、专题概述
设计性实验大多取材于教材中的典型实验或其变型，在中考中属综合性强、难度较大的题型，分值一般在5～10分之间。这类实验主要有测量性设计题、探究性设计题、电学的电路设计题等，这类实验强调实验步骤的严谨性、科学性和结论的正确性，在解答这类试题过程中要注意如下几个方面的问题：(1)器材组合要合理，器材尽量少，方法一定要简单而实效；(2)设计过程要注意科学方法的运用。如等效法、转换法、控制变量法、比较法、理想化模型法等；(3)设计原则要注意科学性、安全性、精确性和可操作性。即实验原理要有理论依据，实验过程要安全可靠，实验误差要小，实验方法要合理且便于实际操作。
二、典题剖析21世纪教育网
【例1】赵刚同学特别爱吃“富士”苹果，有时切块吃，有时榨汁喝，学习了浮力的知识后，他很想知道苹果块放入苹果汁中的情况将会是怎样的 于是他和几个同学一起用小刀将大苹果切成一个长方体的苹果块，然后再把它放入榨好的大半杯苹果汁中。如图3—6—1所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
(1)猜一猜，苹果块会处于什么状态
赵刚的猜想是：苹果块可能悬浮在苹果汁中。
你的猜想是：________________________________。
(2)为了验证你的猜想是否正确，同学们设计了两种验证方案。
a．图3—6—2是第一种方案中的一个步骤，请你根据图3—6—2中提供的数据得出苹果块的质量m=_______g，苹果汁的体积 V=_______cm。21世纪教育网
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b．第二种设计方案是：
第一步：他们先测出了苹果汁的密度。
第二步：再测苹果块的密度。
请你选下面的器材帮他们测出苹果块的密度，写出所选用的器材和测量方法。
供选用的器材有：
①长刻度尺、②三角板、③几个钩码(已知质量)、④量杯、⑤小刀、⑥足量的水、⑦细线。
所选器材(写出序号)：_____________________________ 。
测量方法：__________________________________ 。
第三步：分析与论证(说明你是怎样验证猜想的)：_______________________________
_______________________________________________________________。21世纪教育网
思路点拨：根据密度公式可知，要测苹果块的密度，只要想办法测出苹果块的质量和体积就可以了。直接测量质量的工具是天平，此外还可以利用浮力的知识、杠杆、弹簧测力计等进行间接的测量。测体积除了用量筒(量杯)和水外，还可以利用刻度尺测出有关的长度，再进行计算。
解：(1)苹果块可能沉入杯底(或苹果块可能漂浮在苹果汁中)
(2)a．27．2；60
b．方法一
所选器材：②④⑤⑥
测量方法：用小刀将长方体的苹果块挖成苹果小船，然后再放进装有水的量杯中，先使其自由漂浮在水面上，根据浮力的知识求出排开水的质量，也就是苹果块的质量。再用三角板的一端将其刚好压入水中，测出苹果块的体积，最后求出苹果块的密度
方法二
所选器材：①②③⑦
测量方法：先用长刻度尺做杠杆，以长刻度尺的中心为支点并用细线将其吊起来(可以让一个同学用手提着)，再用细线将苹果块和钩码拴好分别挂在长刻度尺的两端，调整钩码的位置使长刻度尺在水平位置上平衡，根据杠杆平衡条件求出苹果块的质量。再用三角板量出苹果块的长、宽、高，并算出其体积，最后求出苹果块的密度
分析与论证：比较苹果块的密度与苹果汁密度的大小，如果苹果块的密度大于苹果汁的密度，猜想正确，否则猜想不正确(或比较苹果块的密度与苹果汁密度的大小，如果苹果块的密度小于苹果汁的密度，猜想正确，否则猜想不正确)
规律总结：测物体的密度除了基本方法(利用天平和量筒外，还有很多其他方法，其具体方法要根据所给出的器材来进行，其基本思想是直接或间接测出物体的质量或体积，然后再进行计算。
【例2】给你以下器材：一个电源(其电压未知)、一个标有“20Ω1 A”的滑动变阻器、导线若干、一个开关、一只电压表、一个待测电阻R，请你设计一个能测出R电阻值的电路，21世纪教育网
要求：
(1)画出你所设计的电路图。(电压表连在电路中的位置不可变动)
(2)简要写出实验操作步骤。
(3)根据你所测出的物理量写出表达式R= _____________________。
思路点拨：由于滑动变阻器的阻值可调，电压表所接位置不变，因此可以得到两次电压表的读数。
(1)如图3—6—3所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)①按如图3—6—3所示方式连接电路，将滑片移到阻值为零的位置，记下电压表的示数U；②将滑片移到阻值为20Ω的位置，记下电压表的示数U。21世纪教育网
(3)
规律总结：我们做过“用伏安法测电阻”的实验，这里用电压表和滑动变阻器替代电压表和电流表，将滑动变阻器滑片移到阻值为零的位置是为了测电源电压。
三、专题针对训练
（一）经典题训练
1．为了探究并联电路中的干路电流与支路电流有什么关系，小明同学选择的实验器材是：2节干电池串联做电源、2个规格相同的小灯泡、一只电表、一个开关、导线若干。他的实验 设想是：首先将实验器材连成如图3—6—4所示的电路，然后用电流表(选择恰当的量程)分别测出A、B、C三点的电流，分析这一次测量中三点电流的数据，就得出干路与支路电流的关系。
请你分析说明小明同学这一实验方案中存在哪些不足，并提出相应的改进意见。
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2．有两卷合金丝，其中一卷上的标签显示：，而另一卷的直径比已知的这卷直径细，但不知其直径的值，如果只有两支同样的铅笔而不用任何测量工具，你能较为准确地弄清它的直径吗 写出操作过程及合金丝直径的数学表达式。21世纪教育网
（二）08-09年中考真题精选
3．某科学实验小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值，实验步骤如下：
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔，这样做的目的是________________________________________。
(2)如图3—6—5所示，用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚被拉动时，记下弹簧测力计的示数为29．9 N。
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(3)如图3-6—6所示，用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为______cm，计算出活塞的横截面积。
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(4)计算得到大气压强的数值为______Pa。
(5)同学们发现实验误差较大，请分析，该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
①______________________________________________；
②______________________________________________。
4．在探究“串联电路各电压的关系”时，吴强小组的同学分别按图3—6—7中甲、乙、丙三个测量电路进行了正确的测量，测量结果U、U、U如下表所示。
( http: / / www.21cnjy.com )
21世纪教育网 甲(U) 乙(U) 丙(U)
电压／V 2.4 2.4 5.0
(1)该小组的同学分析数据后发现：串联电路各部分电压之和很接近但小于总电压。这与他们猜想的“串联电路各部分电压之和等于总电压”不完全一致。为此，他们重新检查实验电 路，再进行了两次测量，测量数据基本没有变化。老师提示：电压表接入电路测量时本身会对电路结构有影响。请你帮他们重新设计测量电路图，把它画在下边的虚线方框中。
( http: / / www.21cnjy.com )
(2)该小组的同学按照你设计的测量电路正确进行测量，验证了他们的猜想。但他们同时发现：“串联各部分电压是相等的”。这个结论一定成立吗 _____(填“一定”或“不一 定”)。为了检验这个结论是否成立，应该____________________________继续进行实验。
(3)根据表中数据，可以求得电压表内阻Rv与灯泡电阻RL的比值：_________。
(4)该组同学认为，即使按重新设计的测量电路测量，电压表同样会改变电路结构，因而也会影响各电压的测量值，但不会影响实验结论的正确性。你认为会影响实验结论的正确性 吗 ________ (填“会”或“不会”)。
5．为了比较水和煤油的吸热能力，小明设计了如下实验步骤：
A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油；
B．用两支温度计分别测出水和煤油的初温；
C．在烧杯中，分别放入功率相同的电热器，加热时间相同；
D．用温度计分别测出水和煤油的末温。21世纪教育网
小聪认为：
(1)步骤A存在的错误是：________________________________________ ，
应改为 _________________________________________。
(2)步骤C，加热时间相同是为了使水和煤油__________________________________。
(3)步骤B和D是为了得出水和煤油的______________________________________ 。
参考答案：
三、l．解：不足之处：①只选择一组规格相同的灯泡进行实验 ②只根据一次测量数据得出结论。
改进措施：①选择规格不同的两只灯泡进行实验；②多做几次实验，记录多次数据然后分析多次数据得出结论。点拨：选择规格相同的灯泡，只进行一次测量，测量的结果可能带有很大的偶然性和特殊性，往往会形成错误的结论。
2．解：(1)拿两支同样的铅笔，在其中一支上密绕n圈已知直径的合金丝；
(2)在另一支铅笔上密绕未知直径的合金丝，使两支铅笔上的合金丝排列长度相同，数出这支铅笔上所绕合金丝的圈数n；
(3)根据n×=n×，则=。点拨：本题解答的巧妙之处在于灵活运用了累积法和等量替换法，由已知量求得了线圈的长度，从而求出了另一合金丝的直径。
3．(1)排尽注射器内的空气
(3)6．00
(4)0.9×l0s 21世纪教育网
(5)①空气没有排尽 ②注射器筒壁与活塞之间有摩擦点拨；(3)从图中可以读出注射器的全部刻度长为6．O0 cm，则活塞的横截面积为。(4)活塞所受拉力和大气压力平衡，则F=pS，即。
4．解；(1)如答图3—6—1所示。
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(2)不一定；换用两个不同的灯泡
(3)12 21世纪教育网
(4)不会
点拨：(3)将Ll与V并联部分看成一个整体，整体的电阻为，此并联电阻与L2串联，由串联电路分压特点知，，解得。
5．(1)装入等体积的水和煤油；装入等质量的水和煤油
(2)吸收相同的热量
(3)温度升高的示数或温度变化
点拨：体积相等的水和煤油，水的质量比煤油的要大。要比较二者吸热能力的大小应取相同质量的水和煤油，比较二者在吸收相同热量时温度变化的多少，或者比较二者在升高相同温度时吸收热量的多少，本题显然使用了第一种方案。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品资料·第 6 页 （共 7 页） 版权所有@21世纪教育网
专题复习六 设计性实验
一、专题概述
设计性实验大多取材于教材中的典型实验或其变型，在中考中属综合性强、难度较大的题型，分值一般在5～10分之间。这类实验主要有测量性设计题、探究性设计题、电学的电路设计题等，这类实验强调实验步骤的严谨性、科学性和结论的正确性，在解答这类试题过程中要注意如下几个方面的问题：(1)器材组合要合理，器材尽量少，方法一定要简单而实效；(2)设计过程要注意科学方法的运用。如等效法、转换法、控制变量法、比较法、理想化模型法等；(3)设计原则要注意科学性、安全性、精确性和可操作性。即实验原理要有理论依据，实验过程要安全可靠，实验误差要小，实验方法要合理且便于实际操作。
二、典题剖析21世纪教育网
【例1】赵刚同学特别爱吃“富士”苹果，有时切块吃，有时榨汁喝，学习了浮力的知识后，他很想知道苹果块放入苹果汁中的情况将会是怎样的 于是他和几个同学一起用小刀将大苹果切成一个长方体的苹果块，然后再把它放入榨好的大半杯苹果汁中。如图3—6—1所示。
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(1)猜一猜，苹果块会处于什么状态
赵刚的猜想是：苹果块可能悬浮在苹果汁中。
你的猜想是：________________________________。
(2)为了验证你的猜想是否正确，同学们设计了两种验证方案。
a．图3—6—2是第一种方案中的一个步骤，请你根据图3—6—2中提供的数据得出苹果块的质量m=_______g，苹果汁的体积 V=_______cm。21世纪教育网
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b．第二种设计方案是：
第一步：他们先测出了苹果汁的密度。
第二步：再测苹果块的密度。
请你选下面的器材帮他们测出苹果块的密度，写出所选用的器材和测量方法。
供选用的器材有：
①长刻度尺、②三角板、③几个钩码(已知质量)、④量杯、⑤小刀、⑥足量的水、⑦细线。
所选器材(写出序号)：_____________________________ 。
测量方法：__________________________________ 。
第三步：分析与论证(说明你是怎样验证猜想的)：_______________________________
_______________________________________________________________。21世纪教育网
思路点拨：根据密度公式可知，要测苹果块的密度，只要想办法测出苹果块的质量和体积就可以了。直接测量质量的工具是天平，此外还可以利用浮力的知识、杠杆、弹簧测力计等进行间接的测量。测体积除了用量筒(量杯)和水外，还可以利用刻度尺测出有关的长度，再进行计算。
解：(1)苹果块可能沉入杯底(或苹果块可能漂浮在苹果汁中)
(2)a．27．2；60
b．方法一
所选器材：②④⑤⑥
测量方法：用小刀将长方体的苹果块挖成苹果小船，然后再放进装有水的量杯中，先使其自由漂浮在水面上，根据浮力的知识求出排开水的质量，也就是苹果块的质量。再用三角板的一端将其刚好压入水中，测出苹果块的体积，最后求出苹果块的密度
方法二
所选器材：①②③⑦
测量方法：先用长刻度尺做杠杆，以长刻度尺的中心为支点并用细线将其吊起来(可以让一个同学用手提着)，再用细线将苹果块和钩码拴好分别挂在长刻度尺的两端，调整钩码的位置使长刻度尺在水平位置上平衡，根据杠杆平衡条件求出苹果块的质量。再用三角板量出苹果块的长、宽、高，并算出其体积，最后求出苹果块的密度
分析与论证：比较苹果块的密度与苹果汁密度的大小，如果苹果块的密度大于苹果汁的密度，猜想正确，否则猜想不正确(或比较苹果块的密度与苹果汁密度的大小，如果苹果块的密度小于苹果汁的密度，猜想正确，否则猜想不正确)
规律总结：测物体的密度除了基本方法(利用天平和量筒外，还有很多其他方法，其具体方法要根据所给出的器材来进行，其基本思想是直接或间接测出物体的质量或体积，然后再进行计算。
【例2】给你以下器材：一个电源(其电压未知)、一个标有“20Ω1 A”的滑动变阻器、导线若干、一个开关、一只电压表、一个待测电阻R，请你设计一个能测出R电阻值的电路，21世纪教育网
要求：
(1)画出你所设计的电路图。(电压表连在电路中的位置不可变动)
(2)简要写出实验操作步骤。
(3)根据你所测出的物理量写出表达式R= _____________________。
思路点拨：由于滑动变阻器的阻值可调，电压表所接位置不变，因此可以得到两次电压表的读数。
(1)如图3—6—3所示。
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(2)①按如图3—6—3所示方式连接电路，将滑片移到阻值为零的位置，记下电压表的示数U；②将滑片移到阻值为20Ω的位置，记下电压表的示数U。21世纪教育网
(3)
规律总结：我们做过“用伏安法测电阻”的实验，这里用电压表和滑动变阻器替代电压表和电流表，将滑动变阻器滑片移到阻值为零的位置是为了测电源电压。
三、专题针对训练
（一）经典题训练
1．为了探究并联电路中的干路电流与支路电流有什么关系，小明同学选择的实验器材是：2节干电池串联做电源、2个规格相同的小灯泡、一只电表、一个开关、导线若干。他的实验 设想是：首先将实验器材连成如图3—6—4所示的电路，然后用电流表(选择恰当的量程)分别测出A、B、C三点的电流，分析这一次测量中三点电流的数据，就得出干路与支路电流的关系。
请你分析说明小明同学这一实验方案中存在哪些不足，并提出相应的改进意见。
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2．有两卷合金丝，其中一卷上的标签显示：，而另一卷的直径比已知的这卷直径细，但不知其直径的值，如果只有两支同样的铅笔而不用任何测量工具，你能较为准确地弄清它的直径吗 写出操作过程及合金丝直径的数学表达式。21世纪教育网
（二）08-09年中考真题精选
3．某科学实验小组利用注射器、弹簧测力计、刻度尺等器材测量大气压强的值，实验步骤如下：
(1)把注射器的活塞推至注射器筒的底端，然后用橡皮帽堵住注射器的小孔，这样做的目的是________________________________________。
(2)如图3—6—5所示，用细尼龙绳拴住注射器活塞的颈部，使绳的另一端与弹簧测力计的挂钩相连，然后水平向右慢慢拉动注射器筒，当注射器中的活塞刚被拉动时，记下弹簧测力计的示数为29．9 N。
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(3)如图3-6—6所示，用刻度尺测出注射器全部刻度的长度为______cm，计算出活塞的横截面积。
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(4)计算得到大气压强的数值为______Pa。
(5)同学们发现实验误差较大，请分析，该实验过程中导致误差的因素有(请写出两条)
①______________________________________________；
②______________________________________________。
4．在探究“串联电路各电压的关系”时，吴强小组的同学分别按图3—6—7中甲、乙、丙三个测量电路进行了正确的测量，测量结果U、U、U如下表所示。
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21世纪教育网 甲(U) 乙(U) 丙(U)
电压／V 2.4 2.4 5.0
(1)该小组的同学分析数据后发现：串联电路各部分电压之和很接近但小于总电压。这与他们猜想的“串联电路各部分电压之和等于总电压”不完全一致。为此，他们重新检查实验电 路，再进行了两次测量，测量数据基本没有变化。老师提示：电压表接入电路测量时本身会对电路结构有影响。请你帮他们重新设计测量电路图，把它画在下边的虚线方框中。
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(2)该小组的同学按照你设计的测量电路正确进行测量，验证了他们的猜想。但他们同时发现：“串联各部分电压是相等的”。这个结论一定成立吗 _____(填“一定”或“不一 定”)。为了检验这个结论是否成立，应该____________________________继续进行实验。
(3)根据表中数据，可以求得电压表内阻Rv与灯泡电阻RL的比值：_________。
(4)该组同学认为，即使按重新设计的测量电路测量，电压表同样会改变电路结构，因而也会影响各电压的测量值，但不会影响实验结论的正确性。你认为会影响实验结论的正确性 吗 ________ (填“会”或“不会”)。
5．为了比较水和煤油的吸热能力，小明设计了如下实验步骤：
A．在两个同样的烧杯中，分别装入等体积的水和煤油；
B．用两支温度计分别测出水和煤油的初温；
C．在烧杯中，分别放入功率相同的电热器，加热时间相同；
D．用温度计分别测出水和煤油的末温。21世纪教育网
小聪认为：
(1)步骤A存在的错误是：________________________________________ ，
应改为 _________________________________________。
(2)步骤C，加热时间相同是为了使水和煤油__________________________________。
(3)步骤B和D是为了得出水和煤油的______________________________________ 。
参考答案：
三、l．解：不足之处：①只选择一组规格相同的灯泡进行实验 ②只根据一次测量数据得出结论。
改进措施：①选择规格不同的两只灯泡进行实验；②多做几次实验，记录多次数据然后分析多次数据得出结论。点拨：选择规格相同的灯泡，只进行一次测量，测量的结果可能带有很大的偶然性和特殊性，往往会形成错误的结论。
2．解：(1)拿两支同样的铅笔，在其中一支上密绕n圈已知直径的合金丝；
(2)在另一支铅笔上密绕未知直径的合金丝，使两支铅笔上的合金丝排列长度相同，数出这支铅笔上所绕合金丝的圈数n；
(3)根据n×=n×，则=。点拨：本题解答的巧妙之处在于灵活运用了累积法和等量替换法，由已知量求得了线圈的长度，从而求出了另一合金丝的直径。
3．(1)排尽注射器内的空气
(3)6．00
(4)0.9×l0s 21世纪教育网
(5)①空气没有排尽 ②注射器筒壁与活塞之间有摩擦点拨；(3)从图中可以读出注射器的全部刻度长为6．O0 cm，则活塞的横截面积为。(4)活塞所受拉力和大气压力平衡，则F=pS，即。
4．解；(1)如答图3—6—1所示。
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(2)不一定；换用两个不同的灯泡
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(4)不会
点拨：(3)将Ll与V并联部分看成一个整体，整体的电阻为，此并联电阻与L2串联，由串联电路分压特点知，，解得。
5．(1)装入等体积的水和煤油；装入等质量的水和煤油
(2)吸收相同的热量
(3)温度升高的示数或温度变化
点拨：体积相等的水和煤油，水的质量比煤油的要大。要比较二者吸热能力的大小应取相同质量的水和煤油，比较二者在吸收相同热量时温度变化的多少，或者比较二者在升高相同温度时吸收热量的多少，本题显然使用了第一种方案。
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