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中考科学专题提升训练：实验方案设计与评价
命题重点与方法要点
命题重点：实验设计包括：①单项实验设计：设计实验求证某一单项问题，或求证某一规律；特点是围绕某一问题设计一个指向很单一的实验，而且实验通常一步到位。②综合实验设计：设计实验求证多个问题，其特点是多步操作、装置复杂、现象多样。③定量实验设计：通过实验，获取有关数据，然后分析数据推理出结论。定量实验设计要精密一些，要尽可能地回避一些误差的引入。④开放型实验设计：试题从提出问题、实验的方向、仪器的选择、装置的设计、现象的观察记录到结论的推理完全自主完成。
方法要点：实验方案的设计基本要求：①科学性②安全性③可行性④简约性。实验方案设计的几种思路：①对比实验设计②控制变量实验设计③综合实验设计。实验方案的评价：①方案在理论上是否科学、合理，是否具有严密性；②在满足安全性的前提下，操作上是否简单易行；③从经济角度评价，是否节约试剂、降低成本和提高产品质量；④从环境角度考虑，是否会对环境造成污染。对方案优劣的评价的原则：①设计简洁②效果明显③安全可靠。
针对训练
1．
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、滑动变阻器和导线若干。要求从实验桌上选择适当器材，设计一个实验证明：“当电阻的电压保持不变时，通过电阻的电流与该电阻的阻值成反比”。请画出实验电路图，并写出实验步骤。设计实验记录表。
(1)实验电路图。
(2)实验步骤。
(3)实验记录表。
2．
小金欲探究“电流与电阻的关系”实验，可用的器材有：两节新的干电池、标有“20
Ω 1
A”字样的滑动变阻器、阻值分别为5
Ω、10
Ω、15
Ω的定值电阻、电流表、电压表、开关、导线若干。
(1)请画出该实验中的电路图；
(2)小金首先将5
Ω的定值电阻接入电路，将滑片P滑到电阻最大处，再闭合开关调节滑片P，使电压表示数为1
V，记录此时电流表的示数为I1。请写出小金后续的操作步骤和需要测量的物理量。
3．
现有一个电压约为36
V的电源(电压保持不变)，一个量程为0～1
A的电流表，三个阻值已知的电阻R1(20
Ω)、R2(30
Ω)、R3(10
kΩ)，开关和导线若干。请合理选择器材设计实验，比较精确地测出约为10
Ω的未知电阻Rx的阻值。要求：
(1)画出实验电路图；
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；
(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
4．小明手里有一个标有“3.8
V”字样的小灯泡，他想知道小灯泡正常工作时的电阻，于是从实验室找来了一块电压表，一个滑动变阻器，一个已知阻值为R0的定值电阻，一个电源(电压保持不变)，以及若干导线和开关。请你利用上述器材设计实验，测出小灯泡正常工作时的电阻Rx。要求：
(1)画出实验电路；
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；
(3)写出Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
5．
尽管电压表自身的电阻很大(一般几千欧姆)，但在实际电路中还是有一定电流通过它的，此时它表盘的示数就是它自身两端的电压值。也就是说，电压表实质相当于一个能够显示自身两端电压值的特殊电阻。现要测量电压表的具体阻值，除了电压表，另外提供的实验器材如下：一个满足实验需求的电压不变的电源，一个阻值足够大且已知阻值为R0的定值电阻，开关、导线若干。请你利用上述器材设计实验方案，要求：
(1)画出实验电路图(电路可以重组)；
(2)写出主要实验步骤及所需测量的物理量；
(3)写出电压表阻值RV的表达式(用已知量和测量量表示)。
6．
实验桌上有如下实验器材：符合实验要求的电源1个，已调好的电压表、电流表各一块，滑动变阻器、阻值已知的定值电阻R0各1个，开关1个，导线若干。请设计一个实验来验证：当导体的电阻一定时，该电阻消耗的电功率与该电阻两端电压的平方成正比。
(1)画出实验电路图；
(2)写出实验步骤。
7．
小金在学习了电功率的知识后，想测量身边标有“2.5伏特”字样小灯泡的额定功率。于是从自己购买的电学实验包中再找出了实验器材：电源4.5伏特、滑动变阻器、定值电阻10欧姆、电压表、开关各一个，导线若干，但电流表已经损坏。请你利用这些器材帮他设计一个测量小灯泡额定功率的实验方案。
(1)画出实验电路图；
(2)写出实验步骤及需要测量的物理量。
8．
实验桌上提供了符合要求的实验器材：电压表三块，电流表一块，未知阻值的定值电阻两只，滑动变阻器一个，电源一个，开关一个，导线若干。两个电阻串联接在电路中，电阻R1的功率为P1，电阻R2的功率为P2，电阻R1、R2的总功率为P，请你利用提供的器材，设计实验证明P＝P1＋P2。
(1)请画出实验电路图；
(2)写出一次完整实验的步骤。
9．
六一儿童节，小明的爷爷特制了三个大小不同、外观镀有相同颜色的实心金属球，并在球上刻有对晚辈祝福的话，要分别送给小明和他的两个妹妹。爷爷对小明说，三个小球中两个材质相同的送给妹妹，另一个材质不同的送给小明，要小明自己想办法找出。请你设计实验，帮助小明找出这个小球。
(1)实验器材：___________________________________________________________________；
(2)实验步骤：________________________________________________________________________
________________________________________________________________________
________________________________________________________________________；
(3)实验结论：___________________________________________________________________。
10．在一次物理课外小组活动中，老师让同学们测酒精的密度。除了酒精，老师还提供的器材有：两个烧杯，一个正方体木块(内部嵌有铁钉，其平均密度小于酒精和水的密度，表面经处理后不吸水)，刻度尺，足量的水。请你利用上述器材，帮助他们设计一个实验方案，测出酒精的密度。要求：
(1)写出主要实验步骤及要测量的物理量。
(2)写出酒精密度的数学表达式。(用已知量和测量量表示)
11．在探究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关时，小东认为物体所受滑动摩擦力的大小跟物体对接触面的压强有关。水平桌面上有符合实验要求的带滑轮的木板，两个大小不同、材料相同、表面粗糙程度相同的带挂钩的立方体木块A和B，弹簧测力计和细线。请你利用上述器材设计实验证明小东的观点是错误的，请你写出主要实验步骤和实验现象。
12．如图是探究“光的反射规律”的实验装置图，请完成下面的操作步骤：
(1)把平面镜M放在水平桌面上，再把一块硬纸板竖直地立在平面镜上，纸板由可以绕ON折转的E，F两块板组成，纸板上的ON垂直于镜面。
(2)使E，F两板面处于同一平面内，让一束光贴着纸板沿着某一角度射到O点，经平面镜反射沿着同一方向射出，在纸板上用红笔描出入射光线和反射光线的径迹。
(3)________________________________________________________________________
(4)________________________________________________________________________
(5)________________________________________________________________________
13．在探究“凸透镜成像规律”实验中，已知凸透镜焦距为10
cm。所用光源为新型“蜡烛”(新型“蜡烛”薄且烛焰稳定)
(1)调整好器材后，进行实验，某次实验结果如图甲，凸透镜成这种像的条件是________。将“蜡烛”A从此位置在光具座上逐渐靠近透镜，发现经过图中________位置后，无论怎样调节光屏都无法承接到像，只能透过透镜观察到正立、放大的虚像，如图乙。
(2)“蜡烛”移到距透镜二倍焦距处，观察光屏上的像感觉与物等大，请你简述证明像与物等大的办法。(器材足够用)
(3)君妍同学用凸透镜观察书上的字，如图丙，她换用不同焦距的凸透镜放在原位置再次观察，发现像发生变化，便萌生了探究凸透镜所成像与焦距关系的想法，请写出需要收集的证据。
14．现有一个电压约为36V的电源(电压保持不变)，一个量程为0～1A的电流表，三个阻值已知的电阻R1(20Ω)、R2(30Ω)、R3(10kΩ)，开关和导线若干。请合理选择器材设计实验，比较精确地测出约为10Ω的未知电阻Rx的阻值。要求：
(1)画出实验电路图；
(2)写出主要的实验步骤和需要测量的物理量；
(3)写出待测电阻Rx的数学表达式(用已知量和测量量表示)。
15．孟小研同学是课外活动小组的主要成员，他看到现在楼房的窗户上安装的防盗网很不美观，他学习了电与磁的内容后，又通过查找资料，请教科技人员，找来了下列材料：电磁继电器、指示灯、电源、导线、报警器、红外线光控开关等。红外线光控开关由红外线光源和光控开关组成，其作用是：用红外线照到光控开关时，光控开关处于通电状态，当有人或物将红外线光源挡住时，处于断电状态。他应用这些材料，安装了一个窗户防盗报警装置，平时指示灯亮，当有人从窗户进入时，指示灯灭，报警器响。请你画出他设计的电路图，说出它的工作原理。
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精品试卷·第
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参考答案
1．
(1)电压表与定值电阻并联，滑动变阻器与电阻串联，电流表串联在电路中，如图所示：
(2)①按照上图连接实验电路，将滑片移动到最右端；
②闭合开关S，移动变阻器的滑片，读出电流表的示数I1，并记录R1和I1；
③断开开关S，更换接另一电阻R2，闭合开关S，改变滑动变阻器连入电路中的电阻，使电压表的示数不变，读出电流表的示数I2，并记录R2和I2；
④仿照步骤③，分别测出R3、R4、R5、R6各自对应的电流I3、I4、I5、I6；
⑤分析在电压不变时，电流和电阻的变化得出结论；
(3)表格如下：
R/Ω
I/A
2．(1)如答图所示 (2)①断开开关，将5
Ω的电阻替换为10
Ω的电阻；②闭合开关，调节滑片至电压表示数为1
V，记录对应的电流表示数I2；③断开开关，将5
Ω、10
Ω、15
Ω的电阻全部串联接入电路中，并将电压表接在15
Ω电阻两端，闭合开关，调节滑片至电压表示数为1
V，记录对应的电流表示数I3。
第2题答图
【解析】(1)电压表测电阻两端的电压，电流表测电路中的电流，为得出普遍性的规律，将滑动变阻器与电阻串联，如答图所示；(2)研究电流与电阻关系时，要控制电阻两端的电压不变，在得到一组数据后，将5
Ω电阻更换阻值为10
Ω的电阻，电源电压为3
V，滑动变阻器最大阻值为20
Ω，则可以控制其两端的电压为1
V，得到第二组电流数据I2；将15
Ω电阻接入电路时，注意因滑动变阻器最大阻值太小，无法将电阻两端电压控制在1
V，可以将三个电阻同时接入电路，将电压表接在15
Ω电阻两端，得到第三组数据I3。
3．(1)如答图所示 (2)实验步骤：①按电路图连接电路；②只闭合开关S1，读出电流表的示数I1；③只闭合开关S2，读出电流表的示数I2
(3)Rx＝(R1＋R2)－R2或Rx＝50－30(Ω)
第3题答图
【解析】(1)当只接入R3时，电路中的电流为I＝＝＝3.6
mA，电流太小，电流表不能准确测量，故实验中不能使用R3；(3)根据本实验电路，只闭合开关S1时，R1与R2串联，电源电压为U＝I1(R1＋R2)①，只闭合开关S2时，Rx与R2串联，电源电压为U＝I2(Rx＋R2)②，联立①②解得Rx＝(R1＋R2)－R2＝50－30(Ω)。
4．(1)如答图所示
第4题答图
(2)①按照电路图连接电路；
②闭合开关S1和S2，调节滑动变阻器的滑片P，使电压表的示数为小灯泡的额定电压U额＝3.8
V；
③保持滑片P不动，断开S2，闭合开关S1和S3，记下此时电压表的示数U
(3)Rx＝R0或Rx＝
R0
5．(1)如答图所示
第5题答图
(2)实验步骤：①对于图1电路，闭合开关，读出电压表的示数U1；
②对于图2电路，闭合开关，读出电压表的示数U2；
(3)由图1可知，电源电压为U1，由图2可知，通过R0的电流与电压表的电流相等，所以有关系式＝，解得：RV＝
6．(1)如答图所示
第6题答图
(2)实验步骤：①按电路图连接电路；
②闭合开关，调节滑动变阻器R′的滑片，用电流表测量通过电阻R0的电流I，用电压表测量R0两端的电压U，并将I、U的数据记录在实验数据记录表中；
③仿照步骤②，分别改变5次滑动变阻器R′接入电路的阻值，用电流表分别测量通过电阻R0的电流I，用电压表分别测量R0两端的电压U，并分别将测量数据记录在实验数据记录表中；
④将U的值代入U2并进行计算，根据P＝UI分别计算每次R0的电功率P，并记录U2和P的数值；
⑤分析实验数据，得出结论
7．(1)如答图所示
第7题答图
(2)①根据电路图连接实物电路；
②闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数为2.5
V；
③保持滑动变阻器滑片位置不变，再用电压表测出定值电阻的电压U；
④计算小灯泡的额定功率P＝2.5
V×
8．(1)如答图所示
第8题答图
(2)实验步骤：
①按电路图连接电路；
②闭合开关，读出电压表的示数U1，电压表的示数U2，电压表的示数U3，电流表的示数I，并记在表格中；根据公式P＝UI，分别计算出对应的功率P1、P2、P，并记在表格中
9．(1)电子秤 自制溢水杯 水 小杯
(2)①用电子秤分别测出小球、空小杯的质量，记作m1、m2；②在溢水杯中装满水，让小球浸没，将溢出的水收集到小杯中，用电子秤测出小杯和溢出水的总质量，记作m3；③则小球的密度ρ1＝；④用同样的方法分别测出另外两个球的密度ρ2、ρ3
(3)比较ρ1、ρ2、ρ3，其中密度不同的小球就是送给小明的
(用天平、量筒或生活中的物品设计实验测密度鉴别小球均可。开放性试题，答案合理即可)
10．(1)测量步骤是：
①用刻度尺测出正方体木块的边长L；
②将木块轻轻放入水中，使其漂浮在水面上，用刻度尺测出木块露出水面的长度L水；
③将木块轻轻放入待测酒精中漂浮，用刻度尺测出木块露出酒精液面的长度L酒精；
(2)设木块的横截面积为S，木块在水和酒精中都处于漂浮状态，则F水浮＝F酒精浮，
即ρ水gS(L－L水)＝ρ酒精gS(L－L酒精)，解得ρ酒精
＝ρ水
11．实验步骤：
①把A放在木板上，B叠放在A上，用细线系住A并绕过定滑轮，用弹簧测力计竖直向上匀速拉动，使A和B一起做匀速直线运动，记下此时测力计示数F1；
②把B放在木板上，A叠放在B上，用细线系住B并绕过定滑轮，按照上述操作，记下测力计示数F2。
实验现象：测得F1与F2大小相等
因为A、B叠加在一起时对地面压力不变，但是A、B大小不同，受力面积不同，所以压强不同。因为物体做匀速直线运动，所以拉力大小等于摩擦力大小，而F1＝F2，所以滑动摩擦力与物体对接触面的压强无关，小东的观点是错误的
12．(3)改变光束的入射方向，重做两次。换用其他颜色的笔描出入射光线和反射光线的径迹
(4)将F板绕ON向后转动，观察在F板上是否还能看到反射光线
(5)取下硬纸板，用量角器测出入射角和反射角的大小
13．(1)物距大于2倍焦距
40
cm刻度线
(2)另取一只和A相同的“蜡烛”，放在A经凸透镜所成的像的位置与像比较，发现重合，所以像与物大小相等。
(3)同一物体在物距一定时，经不同焦距的凸透镜所成像的性质和对应的焦距
14．解：(1)将R1、R2和待测电阻串联起来，S控制整个电路，开关S1与R1并联，开关S2与RX并联，如下所示：
(2)①只闭合S、S2，记下电流表示数I1，
②只闭合S、S1，记下电流表示数I2；
(3)在①中，R1、R2串联，由电阻的串联和欧姆定律，电源电压：
U＝I1(R1＋R2)＝I1×50Ω；
在②中R2与待测电阻串联，因电源电压不变，由电阻的串联和欧姆定律：
RX＝－R2＝－30Ω。
15．解：设计的电路图，如下图所示：
工作原理：平时红外线光控开关处于通电状态，控制电路接通，电路中有了电流，电磁铁具有磁性，吸引衔铁，衔铁下降，带动动触点下移，使工作电路中指示灯所在的支路接通，指示灯亮；当有人从窗户进入时，控制电路断开，电路中没有电流，电磁铁无磁性，衔铁在弹簧作用下上升，带动动触点上移，使工作电路中报警器所在的支路接通，报警器响。
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