举例说明你对科学探究基本环节的认识

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举例说明你对科学探究基本环节的认识
课程解读

一、学习目标：
1. 了解科学探究的步骤和方法.
2. 掌握实验室常用的测量工具和测量方法,尤其要掌握刻度尺的测量方法和读数；测量长度的几种特殊方法.
3. 学会设计实验方案并会对方案进行评估.

二、重点、难点：
重点：
1. 用刻度尺测长度的方法.
2. 刻度尺的读数方法以及一些特殊的测量方法.
3. 探究活动的步骤和方法设计.
难点：
1. 能通过日常经验或参照有关物品粗略估测长度.
2. 用适当的工具测量长度并学会记录、分析数据.
3. 选择适当的实验方法,会对活动过程进行反思.

三、考点分析：
本部分内容在期末考试中约占18%的比例,考试中设以下几个考点,具体如下：
内容

具体考点

考核要求

考查形式和方法

分值

走进实验室：学习科学探究


奇妙的物理现象


了解

选择题

2

科学探究的七要素

应用

实验探究题

3

测量是实验探究的重要环节

长度的国际单位制单位、单位换算

理解

计算或选择题

3

测量的工具

掌握

实验探究题

3

刻度尺的使用方法

掌握

实验探究题

3

误差

综合应用

选择题或实验探究题

2

活动：降落伞比赛

一些常用的物理研究方法：控制变量法、转换法、模型法、等效替代法、理想化实验等.

综合应用

选择或实验探究题

2
















知识梳理

一、科学探究的七要素
科学探究要素

对科学探究能力的基本要求

提出问题

从日常生活、自然现象或实验观察中发现与物理学相关的问题；从物理学角度较明确地表述这些问题

猜想与假设

根据经验和已有知识对问题的成因提出猜想；对探究的方向和可能出现的实验结果进行推测与假设.

制定计划与设计实验

尝试选择科学探究的方法和所需器材,尝试考虑影响问题的主要因素,选择合适的研究问题的方法.

进行实验与收集数据

通过公共信息资源收集资料或阅读简单仪器说明书,按书面说明操作实验仪器,正确记录数据.

分析与论证

描述实验数据或相关信息,并对信息进行整理、比较,利用数理结合等形式分析数据,进行简单的因果推理.

评估

对实验的过程、方法、结果进行反思；注意探究活动中悬而未决的问题,发现新的问题,改进实验方案.

交流与合作

撰写实验报告,反思他人意见,改进自己的实验方案.


二、长度的单位和单位换算
国际单位制中,长度的基本单位是米（m）,常用单位有：千米（km）、分米（dm）、厘米（cm）、毫米（mm）、微米（μm）、纳米（nm）.它们之间的换算关系为：1km＝103m；1dm＝10－1m；25px＝10－2m；1mm＝10－3m；1μm＝10－6m；1nm＝10－9m.

三、基本测量工具
测量仪器

实物图

所测物理量

刻度尺

长度

天平

质量

秒表

时间

温度计

温度

电流表

电流

电压表

电压

弹簧测力计

力

量筒、量杯

体积


四、刻度尺的使用方法
1. 三观察：（如左下图）
（1）认识刻度尺的零刻度线,看其是否磨损；
（2）它的量程是多少；
（3）它的分度值是多少.
2. 三会：（如右上图）
（1）会放：测量时,被测物体的一端与零刻度线对齐,刻度线紧贴被测物体；
（2）会读：视线要正对刻度线,估读到最小分度值的下一位.
（3）会记：既要记录准确值又要记录估计值,还应注明单位.

五、误差


误差

错误

产生原因

仪器精密度不够或实验方法不完善；观察者估读时的偏差或环境对仪器的影响.

由不遵守实验仪器的使用规则,或记录实验结果时粗心等原因造成.

是否可以避免

不可避免

可以避免

区分方法

无错误的实验数据比较接近真实值.

错误的数据远远偏离真实值.

减少或避免的方法

选用更精密的仪器,改进测量方法,如多次测量取平均值.

遵守实验仪器的使用规则,认真记录实验数据.


六、控制变量法等实验方法
物理学中对于多因素（多变量）的问题常常采用控制因素（变量）的方法,把多因素的问题转化成多个单因素的问题,分别加以研究,最后再综合解决出每个变量与要研究的物理量之间的关系,这种方法就是控制变量法.它是我们以后进行科学探究时最主要的实验方法.

典型例题

知识点一：科学探究
例1：王刚同学根据石头在水中下沉的现象想到：石头在水中可能不受浮力的作用,并设计和进行了实验.在上述过程中,“石头在水中可能不受浮力的作用.”属于科学探究中的（ ）
A. 提出问题 B. 猜想与假设
C. 进行实验与收集数据 D. 分析与论证
思路分析：
1）题意分析：这是一道关于科学探究步骤的中考题.目前中考的新趋向是对科学探究各个环节的考查,因此回答此类题目的基础是掌握科学探究的内容和环节.
2）解题思路：科学探究主要包括提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估、交流合作等几个环节.本题中王刚同学根据石头在水中下沉的现象,所提出的问题应该是“石头在水中是否受到浮力的作用”,那么接下来他所想到的“石头在水中可能不受浮力的作用”就属于科学探究的下一个环节：猜想与假设.
解答过程：B
解题后的思考：解答此类科学探究环节的题目的关键是：牢固掌握科学探究的内容和基本环节.

例2：小明在探究“可能影响影子大小的因素”时,设计了这样的实验,保持橡皮到其后屏幕之间的距离不变,把手电筒打开后放在距离橡皮前不同的位置（625px、500px、375px、250px、125px）处,分别测量橡皮在屏幕上所形成的影子的长度,记录实验数据如下表：
手电筒到橡皮的距离/cm

影子的长度/cm

25

6.4

20

6.7

15

7.4

10

8.1

5

9.8

（1）小明在此实验中探究的是影子的大小与____________________的关系.
（2）此种研究问题的方法叫_____________________法.
思路分析：
1）题意分析：这是一道关于科学探究方法的实验题.科学探究方法灵活多样,比如,控制变量法、转换法、模型法、等效替换法、理想化实验等.这道题主要考查的是控制变量法的使用及对实验数据的分析.
2）解题思路：影响影子大小的因素很多.在此实验中,小明控制橡皮和屏幕间的距离不变,改变手电筒与橡皮间的距离,所以探究的是影子的大小与发光体到障碍物之间的距离的关系,研究此问题时运用了控制变量法.
解答过程：（1）发光体到障碍物之间的距离 （2）控制变量
解题后的思考：这道题主要考查同学们科学探究过程和科学探究方法.除了对科学探究过程的基本环节进行识记和理解外,还要学会这种寻找物理规律的过程与方法.
小结：这一章中最关键的是要学会科学探究的环节和基本手段.我们要坚持以这种方法去认识生活中的现象,寻找现象中的规律.这样在以后的物理学习中就能 “以不变应万变”了.

知识点二：长度单位和换算
例1：“纳米”是一种比较小的长度单位,1nm＝10－9m,纳米技术就是以0.1nm~100nm这样的尺度为研究对象的前沿科学,目前我国在纳米技术的研究方面已跻身于世界前列.1.76×109nm可能是 （ ）
A. 一个人的身高 B. 物理课本的长度
C. 一座山的高度 D. 一个篮球场的长度
思路分析：
1）题意分析：本例考查了长度的单位以及单位换算方面的知识.还间接考查了同学们的估算能力.
2）解题思路：由题目中的进率可知,1nm＝10－9m,则1.76×109nm＝1.76×109×1nm＝1.76×109×10－9m＝1.76m,一个人的身高大约在1.70m左右,物理课本长度大约在650px左右,一座山高度为几百到几千米,一个篮球场的长度约为几十米.
解答过程：A
解题后的思考：解答此类题目,首先要明确是哪两个单位之间的换算,两个单位之间的换算关系为进率.在换算过程中先把系数写上,若是大单位到小单位则乘以进率,若是小单位到大单位则除以进率,带上单位.简称“数不变,单位换,进行算”.

例2：下表是国家标准鞋码与脚长的对照表,表中“光脚的长度”的单位是（ ）
鞋的尺码

36

37

38

39

40

光脚的长度

230

235

240

245

250

A. m B. cm C. nm D. mm
思路分析：
1）题意分析：本例是一道考查学生应用物理概念和规律分析、解决实际问题能力的中考题.要求我们了解周围常见物体的大致长度.这就要求我们掌握1m、1dm、25px、1mm等的具体长度,再根据实际情况将相应的长度与长度单位进行比较,这是解决本题的关键.
2）解题思路：联系生活实际可知,如果光脚的长度以m或dm、cm作单位的话,则脚的长度也太长了,而以nm作单位的话,则脚的长度也太短了.在这里,通过单位换算再联系实际判断可知,最合适的单位为mm,即光脚的长度为500px多一点.
解答过程：D
解题后的思考：选择合适的单位,并换算成最为熟悉的具体长度,再将实际情况与理论联系起来,就能判断出单位选择的正确与否.
小结：解决此类生活联系物理的有关单位换算的题目时,一定要先进行单位换算,原则是：“数不变,单位换,进行算”.再将实际情况与相应的长度单位进行比较,经过分析判断得出相应的结果,将理论与实际联系起来,这是学习物理学的基本方法,也是我们必须具备的一种能力.

知识点三：刻度尺的使用方法、读数和测量误差.
例1：如图所示,用一把刻度尺测量小木块的长度,指出图中的错误.
思路分析：
1）题意分析：本例考查的是刻度尺的使用方法.
2）解题思路：正确使用刻度尺测量长度时,刻度尺要放正,用刻度尺的零刻度线或某一清晰的刻度线与被测物体的一端对齐；刻度线紧贴被测物体,读数时,视线要与尺面相垂直.
解答过程：（1）刻度尺的位置没有放正；（2）刻度线没有紧贴被测物体.
解题后的思考：认真对照刻度尺的使用方法,学会应用.在解题时还要注意,指出错误时,若题目没有要求改正错误,则一般不要去纠正.

例2：用刻度尺测量物体的长度是每个同学必须掌握的一项实验操作技能.物理课上,老师提供了一个长方体,朱明同学的测量过程如图,他所选用的刻度尺的分度值是______mm,测量结果记录为________cm.为了减小实验误差,他接下来的步骤应该是_______________,其余两次测量结果如下表：
实验次数

记录的数据/cm

物体的长度/cm

1





2

2.89

3

2.92

请你将最后的实验数据记录在表格中.
思路分析：
1）题意分析：本例主要考查同学们对刻度尺量程和分度值的认识以及对实验数据的记录、处理和误差解决方法等能力的考查.
2）解题思路：通过观察可知,刻度尺的分度值为1mm,测量的起始刻度不是零刻度线,而是75px的刻度线,物体末端对着的刻度线为147.5px,所以物体的长度为147.5px－75px＝72.5px；为了减小实验误差,通常做法是多次测量取平均值,所以最后的实验结果应该这样记录：L＝（72.5px＋72.25px＋73px）/3≈72.575px≈72.5px,记录的实验结果一定要保留与原有数字相同的位数.
解答过程：1 2.90 多次测量取平均值 2.90
解题后的思考：多次测量取平均值时,所保留的位数一定要通过四舍五入法保留到估计数字所在的单位,这才具有一定的物理意义.
小结：对刻度尺读数的考查在中考中时有出现,读数时一定要注意估读到分度值的下一位,测量方法要正确.这是以后学习一些测量工具的基础.

提分技巧

本讲主要是对科学探究的基本环节和探究方法以及刻度尺的使用方法、读数等内容的复习提升,从应试策略上来说,做此类文字题时叙述要简洁明了,过程要清楚,还要能善于从若干现象中发现本质问题.
在做刻度尺读数的题目时,一定要注意估读到准确值的下一位,还要注意选择测量工具时要注意精确性和量程,另外要注意一些特殊的测量方法的使用.对于减小误差计算平均值,要对每一次的测量结果进行分析,若有错误数据,则应剔除,平均值有效数字的位数应与每一次的测量结果保持一致,以反映测量的准确程度,计算时可多取一位,然后通过四舍五入法去掉尾数.

预习导学

通过本讲的学习,我们已对科学探究的过程和方法及简单的长度测量工具比较熟悉.测量工具的学习和科学探究方法的使用对我们的物理学习有什么意义呢?
在《趣味物理学》这本书中曾经介绍了这么一个有趣的故事：在一次世界大战期间,一名法国的飞行员在2000米的高空飞行时,发现身旁有一个像虫子一样的东西,他一把将其抓过来.令人吃惊的是,他抓到的是一颗飞行中的子弹.为什么飞行员具有这么高超的本领呢?我们在什么情况下也能具有这种能力?等我们学习完下一章以后,相信你的疑惑就会得到解答.

一、预习新知
（一）宏观世界的运动
1. 什么是机械运动?
2. 机械运动的判断方法是什么?

（二）微观世界的运动
1. 物质的基本构成是什么?它的直径和体积如何?
2. 物质三态与其分子运动情况之间有什么联系?
3. 原子的基本结构是什么?它们如何运动?

（三）运动的分类
运动可以怎样分类呢?

（四）参照物
1. 什么叫参照物?
2. 如何选择参照物?
3. 选择参照物对描述运动和静止有何意义?

（五）运动和静止的相对性
运动和静止的辨别取决于什么?

二、预习点拨
探究与反思
探究任务一：认识运动
【反思】（1）宏观物体如何运动?
（2）微观世界是怎样构成的?它的运动情况如何?它与宏观物质的存在有哪些联系?
探究任务二：运动的描述
【反思】（1）运动怎样分类?
（2）运动和静止是怎样判断的?它们之间是相对的还是绝对的?

同步练习

（答题时间：45分钟）
一、选择题
1. 下列关于纳米的描述,错误的是 （ ）
A. 纳米是一个长度单位,符号为nm.
B. 人们在纳米尺度内发现了很多新的现象,给技术上带来很多新进展.
C. 纳米技术是现代科学技术的前沿,我国在这方面的研究已经达到了世界领先水平.
D. 所有高科技产品都与纳米技术有关.
2. 测得方凳的高度为1231.25px,可以判断所选用的刻度尺的分度值为（ ）
A. 1mm B. 25px C. 1dm D. 无法判断
3. 小妍家新买了型号为500px的压力锅（俗称高压锅）,妈妈说,家用压力锅有450px,500px,550px等型号,“型号为500px”指的是 （ ）
A. 锅身的直径为500px B. 锅身的周长为500px
C. 锅身的横截面积是500px D. 锅的容积为500px
4. 如图是小明用刻度尺测量一条形金属片的情形,该刻度尺的分度值和金属片的长度分别为（ ）
A. 25px 137.5px B. 25px 207.50000000000003px C.1mm 207.50000000000003px D. 1mm 70px
5. 某把刻度尺是用金属制成的,这种材料受温度影响很明显（热胀缩）,那么在严冬季节用它测量物体长度,其测量结果将 （ ）
A. 偏大 B. 偏小 C. 不变 D. 无法判断
6. 测量物体的长度时,所能达到的准确度取决于 （ ）
A. 测量工具的种类 B. 测量工具的最大测量范围
C. 测量工具的最小分度值 D. 测量方法是否正确
7. 下列有关误差的说法中,正确的是 （ ）
A. 误差只能减小,而不能消除.
B. 测量时可以做到零误差.
C. 测量过程中如果采用多次测量取平均值的方法,可以消除误差.
D. 测量中的误差大多是由测量时粗心造成的.
8. 一元硬币的外观是银白色的,有同学认为它可能是铁做的.在讨论时,有同学提出：“我们可以先拿磁铁来吸一下”,就“拿磁铁来吸一下”这个过程而言,属于科学探究中的（ ）
A. 假设 B. 论证 C. 实验 D. 结论

二、填空题
9. 小明测量了一些数据,但是忘了写单位,请你为其补上合适的单位
（1）小红的身高为164.0_________；
（2）硬币的厚度为2.5_________；
（3）人的头发的直径大约为80___________；
（4）你的手指甲的宽度约9__________；
（5）地球半径约为6400____________.
10. 有两位同学测同一支钢笔的长度,甲的测量结果是320.5px,乙的测量结果为320px,那么：
①若这两位同学在测量时都没有出现错误,则测量结果不同的原因是_______________；
②如果这两位同学所用刻度尺的最小分度值都为mm,则_____同学的测量结果是错误的.
11. 某原子的半径是4×10－10m,即_________nm,合________cm；从北京到哈尔滨的铁路线长度为1388km,即____________m,合__________mm.
12. 如图是某同学在使用刻度尺时的情形,请你指出其中的3处错误.
（1）____________________________________________________；
（2）____________________________________________________；
（3）___________________________________________________.
13. 将下图中各测量结果填在相应的横线上：
木板长度为_______________；铜丝直径为_____________________________.
14. 一位同学用毫米刻度尺对同一物体测量了4次,测得的数值分别为60.25px、60.5px、85.25px、60.25px.
（1）4次测量过程中,发生测量错误的是__________,计算平均值时________（选填“要”或“不要”）去除该数据.
（2）该物体长度的平均值是_________________.
15. 有三个同学在家里利用实验器材探究纸片、塑料薄膜、棉布对电视机遥控信号的阻拦能力.他们探究的过程分别是：
A. 甲同学在自己家中,将纸片放在遥控器与电视机之间,手指按遥控器控制键,如果遥控器能对电视机起控制作用,则增加纸片层数.如此重复实验,逐渐增加纸片层数,直到遥控器不能控制电视机为止,记下纸片的层数.
B. 乙同学在自己家中用塑料薄膜按与甲同学同样的方法进行实验,记下塑料薄膜的层数.
C. 丙同学在自己家中用棉布按与甲同学同样的方法进行实验,记下棉布的层数.
他们的实验结果已记录在下面的表格中：
同学

使用材料

能完全阻挡遥控信号的最少层数

甲

纸片

14

乙

塑料薄膜

20

丙

棉布

10

他们的结论是：棉布与纸片和塑料薄膜相比,能更有效地阻挡电视机遥控器发出的遥控信号.
（1）三个同学的探究过程都存在一些问题,请你指出其中存在的问题?
（2）请从指出的问题中选出一个并说明应如何改进?


试题答案

一、选择题
1. D 2. A
3. A 分析：压力锅锅身周长远大于500px,选项B错误；选项C、D中横截面积和容积的单位都不是cm,锅身的直径约为500px,故C、D错,A正确.
4. D 5. B 6. C
7. A 分析：任何测量都存在误差,误差不可避免,错误可以避免；误差是由测量工具的选择、估读的偏大或偏小以及测量环境等原因造成的,可以通过多次测量取平均值来减小误差.故B、C、D错.
8. C

二、填空题
9.（1）cm；（2）mm；（3）μm；（4）mm；（5）km.
10. ①所选刻度尺的分度值不同；②乙
11. 4×10－1；4×10－8；1.388×106；1.388×109
12.（1）零刻度线没有对准被测物体的一端；（2）刻度尺的刻度线没有紧贴被测物体；（3）视线没有正对刻度线.
13. 2.30cm 1.2mm
14.（1）85.25px 要；（2）60.25px
15.（1）没有选择同一台电视机（同一个遥控器）进行实验；遮挡材料的位置不一致；遥控器与电视机的距离不一致等.
（2）任选一问题,其答案合理即可.
注意：此题考查了控制变量法的应用.