四、實驗探究題
科學探究包含提出問題、猜想與假設、設計實驗與制定計劃、進行實驗與收集證據、分析與論證、評估、交流與合作七個要素。大多數探究試題只涉及部分要素的能力目標，也有個別試題涉及難度較大的開放性設計。多數要素的能力目標體現在探究活動中所需要的基本方法和技能上，因此學生要親身經歷不同的探究過程，能夠按照科學探究七個要素的具體目標完成探究性實驗，明確實驗目的，會選擇實驗儀器，控制實驗條件，能夠用學過的實驗原理、方法和儀器進行簡單的實驗設計。
例1（2010年中考第19題） 小凡同學在實驗室做「觀察水的沸騰」實驗，當水溫為82℃時開始計時，以後每隔1min讀一次溫度計的示數，直到水沸騰一段時間後停止讀數，其數據記錄如下表所示。
（1）在記錄第四次數據時，溫度計示數如圖17所示，請將讀數填在表內空格中。
時間／min 0 1 2 3 4 5 6 7
溫度／℃ 82 86 90 98 98 98 98
（2）請根據表格中的數據，在圖18中作出水的溫度隨時間變化的圖線。
（3）由圖線可知，水在沸騰過程中溫度的特點是__________。
（4）實驗結束後，同學們在交流時，發現各自測出的水的沸點大都不是100℃，可能原因是________。（寫出一點）
試題分析：觀察水的沸騰實驗是熱學部分的重點實驗，也是各地中考實驗操作考試中考查頻率較高的實驗。本題考查了溫度計的觀察和讀數能力，考查根據實驗數據描繪水的沸騰圖線的能力，考查了對圖像數據進行分析與論證的能力，同時還考查了對實驗結果和誤差進行分析和評估的能力。
參考解答：（1）根據圖中溫度計的示數可知第四次讀數為94℃。任何儀器的讀數都要看量程、看分度值，必要時需要估讀。
（2）表格中的數據是在幾個不同的時刻測量的有代表性的數據，要想知道水加熱及沸騰過程中溫度的變化特點，就要把這些點連接起來，就描繪出了溫度隨時間變化的圖線。描點法是畫圖像的基本方法，把幾個數據在坐標圖上根據時間和溫度描出點，然後用光滑的圖線連接即可，如圖19所示。
（3）溫度隨時間變化的圖線直觀地表達了水在沸騰過程中水的溫度隨時間變化的規律，由圖像可以看出，水在沸騰前的圖線是傾斜的直線，說明溫度隨時間均勻上升，沸騰後的圖線是水平的直線，說明水在沸騰的過程中溫度保持不變，因此，水在沸騰過程中溫度的特點是保持不變。
（4）在實驗中，所測量出水的沸點大都不是100℃，有很多原因，根據相關的知識和探究經歷回答出一點即可，如氣壓不是1標準大氣壓、溫度計不準確、讀數有誤差、水有雜質等。
難易程度：易
例2（2012年中考第18題） 用圖20所示的實驗裝置探究「產生感應電流的條件」。
（1）實驗中，通過觀察________來判斷電路中是否有感應電流。
（2）閉合開關，若導體ab不動，左右移動磁鐵，電路中_____（選填「有」或「無」）感應電流。
（3）在儀器和電路連接都完好的情況下，某小組的實驗現象不太明顯。請提出一條改進措施：________。
（4）該實驗的結論是：閉合電路的一部分導體，在磁場中做________磁感線運動時，導體中就會產生感應電流。
試題分析：探究「產生感應電流的條件」是電磁感應現象的基本實驗，也是新的課程標準規定的20個學生必做實驗之一。本題通過對實驗過程中具體操作步驟的考查，考查學生是否經歷實驗的設計和操作過程，考查學生對實驗結論的準確表述能力。中考試題注重對學生探究過程與經歷的考查，將經歷實驗過程的與沒有經歷實驗過程的學生區分開。
參考解答：（1）電流的有無我們無法直接用肉眼直接觀察，實驗中我們是通過電流表指針是否偏轉來判斷有無電流的，這是利用轉化法把不易顯示的物理量間接的用易於顯示的方法顯示出來，這是在物理實驗中經常使用的科學方法。
（2）閉合電路的部分導體只要做切割磁感線運動，導體中就會產生感應電流，導體ab不動，左右移動磁鐵，ab相對磁鐵仍做了切割磁感線運動，所以電路中有感應電流。
（3）在儀器和電路連接都完好的情況下，實驗現象不太明顯，這是我們在實驗中都會遇到的實際問題，原因有很多，如磁鐵的磁性較弱，電流表的靈敏度較低，導線太細電阻太大，切割速度過小，切割速度與磁感線夾角過小等。根據實驗過程和電磁感應原理知道，如果使用磁性更強的磁鐵、增大導體切割磁感線運動的速度、使用靈敏度高的電流表、用多匝線圈代替導體等都可以解決這個問題。
（4）該實驗的結論是對多個實驗現象的概括和歸納，既要概括又要簡潔，該突驗的結論是：閉合電路的一部分導體，在磁場中做切割磁感線運動時，導體中就會產生感應電流。
難易程度：中等偏易
例3（2012年中考第19題） 用圖21所示的裝置探究摩擦力跟壓力大小的關係。
（1）實驗時，拉動木塊在水平木板上做勻速直線運動，彈簧測力計的示數就等於摩擦力的大小，因為這時的拉力和摩擦力是一對________力。
（2）某次實驗中彈簧測力計的指針位置如圖21所示，它的示數是_____N。
（3）改變木塊上所加鉤碼的個數進行多次實驗，記錄的數據如上表所示，請根據表中的數據，在圖22中畫出摩擦力隨壓力大小變化的關係圖象。
實驗次數 1 2 3 4 5
壓力F/N 3 4 5 6 7
摩擦力/N 0.6 0.8 1.0 1.2 1.4
（4）分析圖象可知：當接觸面的粗糙程度一定時，摩擦力跟壓力的大小成____。
（5）實驗結束後，小麗同學想探究摩擦力是否與接觸面的大小有關，她用彈簧測力計測出木塊在水平面上做勻速直線運動時的摩擦力，然後將木塊沿豎直方向鋸掉一半，測得摩擦力的大小也變為原來的一半。她由此得出：當接觸面的粗糙程度一定時，接觸面越小，摩擦力越小。你認為她的結論正確嗎？____，理由是：________。
試題分析：在一個科學探究中往往涉及許多科學思想和科學方法，要在實際的探究過程中認真體驗和掌握，比如本實驗的「二力平衡」的設計思想，彈簧測力計的讀數方法，利用圖像進行數據處理和分析的科學方法，對實驗過程和結論的評估，控制變量的方法等，這些方法在其他實驗中都經常用到，要準確掌握。
參考解答：（1）要探究摩擦力與壓力大小的關係，就要想辦法測出摩擦力的大小，摩擦力存在於兩個相對運動的物體的接觸面之間，其大小很難直接測量，需要想辦法間接測量。拉動木塊在水平木板上做勻速直線運動，這樣木塊所受的摩擦力就與彈簧測力計對木塊的拉力是一對平衡力，大小相等，彈簧測力計的示數就等於摩擦力的大小。這是利用二力平衡的條件把摩擦力的大小轉換為彈簧測力計的讀數，實現了對摩擦力的間接測量。
（2）儀器的讀數是實驗的基本能力之一，儀器的讀數要看量程、標度、分度值、指針等，必要時還要估讀，學校實驗室中的彈簧測力計的量程一般為5N或10N，但不管量程多大，從錶盤可以觀察到分度值為0.2N，所以示數為1N＋3×0.2N＝1.6N。
（3）要探究摩擦力的大小跟壓力大小的關係，僅從一組或兩組數據很難得出普遍性的規律。從多組數據中尋找規律，一個科學的方法就是運用圖像法。在坐標圖中先把實驗數據進行描點，然後把數據點用平滑的曲線連接起來，分析圖形的形狀特徵，從中發現規律。把實驗得出的多組數據用描點法在坐標圖上描點後，用平滑的曲線連接，如圖23所示。
（4）作出圖像後，發現所有的點都在過原點的直線上，根據數學知識知道，過原點的直線是正比例圖像，說明摩擦力的大小與壓力是正比的關係。當然，這個結論的得出是在保持接觸面粗糙程度一定的情況下得出的。因此，分析圖像可知：當接觸面的粗糙程度一定時，摩擦力的大小跟壓力的大小成正比。
（5）小麗同學想探究摩擦力是否與接觸面的大小有關，就應當保持粗糙程度和壓力的大小不變，改變接觸面的大小來探究摩擦力的大小與接觸面的大小的關係。將木塊沿豎直方向鋸掉一半，接觸面減小一半的同時，木塊的質量也減小一半，重力也減小一半，壓力也減小一半，這樣就沒有控制壓力的大小不變，多個因素變化引起的結果我們就無法確定是哪一個因素引起的，所以她的結論不正確。因為沒有控制壓力大小不變。
難易程度：中等偏難
例4（2013年中考第20題） 在「測量小燈泡的額定功率」實驗中，燈泡上標有「3.8V」字樣，電源電壓恆定。
（1）請你用筆畫線代替導線，將圖24中的實物電路連接完整。
（2）連接完實驗電路後，開關試觸時，發現燈泡不亮，電流表無示數，電壓表的示數接近電源電壓，其故障原因可能是：________。
（3）故障排除後，開始實驗，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應注視________的示數，直至燈泡正常發光，此時電流表的示數如圖25所示，則燈泡的額定功率為________W。
（4）完成上述實驗後，小聰向老師要了一個已知阻值為R↓0的電阻和一個單刀雙擲開關，藉助部分現有的實驗器材，設計了如圖26所示的電路，也測出了燈泡的額定功率。請完成下列實驗步驟：
①閉合開關S↓1，將S↓2撥到觸點________（填「1」或「2」），移動滑片，使電壓表的示數為_______V；
②再將開關S↓2撥到觸點________（填「1」或「2」），保持滑片的位置不動，讀出電壓表的示數U；
③燈泡額定功率的表達式為P↓額＝________（用已知量和測量量表示）。
試題分析：伏安法測小燈泡的電阻和電功率、伏安法研究電阻中的電流與其兩端電壓的關係都是通過對電流和電壓的測量，考查電學實驗的過程與方法的。本題以伏安法測量小燈泡電功率為基礎，考查了電路的連接、故障分析、數據收集以及在原有實驗基礎上進行實驗創新設計的能力。
參考解答：（1）連接實物圖是電學實驗中考查實際操作水平的方式之一，無論是由電路圖連接實物圖還是由實物圖畫電路圖，都要對兩種電路進行識別，弄清電路中的元件組成和所連接的電路特點，根據題目要求進行連接。不論連接哪種電路，都要先觀察原圖，弄清各元件的連接關係，然後從電源的正極出發，依次將元件符號或實物元件連接起來，一般是先串聯後並聯，對電壓表和電流表的連接，還要根據電源電壓和待測元件的規格，確定適當的量程，然後再連接對應的接線柱，對滑動變阻器的連接要按照「一上一下」的原則，以實現對電路的有效控制，按照上述要求。連接電路如圖27所示。
（2）故障分析是考查學生根據實驗現象運用物理規律分析和判斷的能力。連接完實驗電路後，開關試觸時，發現燈泡不亮，電流表無示數，電壓表的示數接近電源電壓，其故障原因可能是小燈泡斷路。因為根據電路結構，電壓表並聯在小燈泡上，當小燈泡斷路後，電壓表的兩個接線柱還與電源兩極相連接，電壓表的示教接近電源電壓，由於電壓表的電阻很大，電壓表直接連在電源兩極後，電路的電流很小，串聯在電路中的電流表雖然有電流，但基本無示數。
（3）在實驗中，為了使小燈泡達到額定電壓，在移動變阻器滑片的過程中，眼睛應注視電壓表的示數，當電壓表的示數達到小燈泡的額定電壓3.8V時，燈泡正常發光。由圖25可知，此時電流表的示數為0.4 A，則小燈泡的額定功率P＝UI＝3.8 V×0.4A＝1.5 2W。
（4）在沒有電流表的情況下，用電壓表和定值電阻仍能實現對電流的間接測量，這是「伏阻法」和「安阻法」的基本原理，也是運用歐姆定律實現間接測量的科學方法。
①根據電路結構，閉合開關S↓1，將開關S↓2撥到觸點2，電壓表先測量小燈泡的電壓，移動滑片，使電壓表的示數為3.8V，這時小燈泡正常發光，這一步是對額定電壓的測量。
②再將開關S↓2撥到觸點1，這時電壓表測量的是小燈泡和電阻串聯後的總電壓。保持滑片的位置不動，小燈泡和定值電阻的電壓就不變，讀出電壓表的示數U，則定值電阻的電壓為（U－3.8 V），根據歐姆定律，通過定值電阻的電流I＝
，由於定值電阻和小燈泡串聯，因此小燈泡的電流也為
。
難易程度：中等偏難