陕西省2024年物理中考热点备考重难专题：创新探究实验（课后练习）

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例 物理学习小组的同学利用图－1体验“模拟引力”，提出了如下问题：绳子的拉力大小与什么因素有关呢？并提出了以下三个猜想：
【猜想与假设】
猜想A：与小球的质量大小有关；
猜想B：与小球运动的快慢有关；
猜想C：与绳子的长度有关.
【设计与进行实验】
为了验证猜想，物理小组进行实验探究：在一根细绳的一端拴住一个小球，用手抓住绳子的另一端，抡动细绳，让小球在光滑水平面上沿圆圈做匀速运动，如图－2所示.实验中，用手感受绳子的拉力大小.多次实验后，得到的实验数据记录如上表：
【分析与论证】
(1)实验中，在绳子拉力的作用下，小球的运动方向不断改变.这一现象可说明绳子拉力的作用效果是改变物体的________；若绳子断了，小球将________(选填“继续运动”或“保持静止”)，这是因为小球________.
(2)分析对比________两次实验的数据，可以初步验证猜想A；分析对比2、3两次实验的数据，可以初步验证猜想________(选填“A”“B”或“C”).
(3)分析对比3、4两次实验的数据，可以初步得出的结论是：在小球的质量和运动的快慢一定时，绳子受到的拉力大小与________有关.
(4)若将上述器材中的细绳换成有弹性的橡皮绳，橡皮绳相比细绳的优点或缺点是什么？_________________________________________________________________.(合理即可)
实战演练
1.(2022陕西黑白卷)学校最近开展了一项“节能环保再利用”活动，某物理兴趣小组查阅资料得知：在污水或污泥中插入不同金属制成的极板，就可以制成一个“微生物电池”.于是，同学们猜想该微生物电池两端的电压大小与什么因素有关呢？
【猜想与假设】
猜想一：微生物电池两端的电压与极板的材料有关；
猜想二：微生物电池两端的电压与极板插入污泥的深度有关.
【设计与进行实验】
他们选用不同金属作为极板插入污泥中进行微生物电池实验，如图所示，始终保持两块极板之间的距离不变，用电压表直接测量两块极板之间的电压，然后仅改变两极板插入污泥的深度，记录两块极板之间的电压；再改变极板材料，重复上述操作，记录数据如表所示.
【分析与论证】
(1)由图可知，该微生物电池的正极是________(选填“铜片”或“锌片”).
(2)分析比较实验序号1、2或3、4，可得出的初步结论是：当两块极板之间的距离不变时，__________________________________.分析比较实验序号________，可得出的初步结论是：微生物电池两端的电压与两块极板的材料有关.
(3)为使上述实验结论具有普遍性，还应进行的操作是______________________________________________
__________________________.
(4)根据题意，你还可以提出的一个猜想是：______________________________________________________
__________________(合理即可).
(5)整个实验过程中，是将污泥的________能转化为电能；结合实验结论，利用实验______(填实验序号)的方式处理污水效果更好.
2.(2022陕西真题)如图1所示，人眼的功能类似于照相机.学习了凸透镜成像规律后，小明对人眼和照相机如何成清晰的像，进行了进一步研究.
【猜想与假设】
(1)人眼结构中，视网膜到晶状体的距离不变，相当于“探究凸透镜成像规律”实验中，________到凸透镜的距离不变，能否看清远近不同的物体，可能与晶状体的焦距有关；使用变焦照相机拍照，能否得到清晰的像，可能同时与焦距和像距有关.于是他用图2装置进行探究.
图1 图2
【设计与进行实验】
(2)实验前，调节“F”光源和光屏的中心在凸透镜的主光轴上，是为了使像呈现在________.
(3)实验主要步骤：①保持光屏到凸透镜的距离不变，换上不同焦距的凸透镜，调节“F”光源到凸透镜的距离，直到光屏上成清晰的像，分别记录焦距、物距和像的高度.
②保持________到凸透镜的距离不变，换上不同焦距的凸透镜，调节光屏到凸透镜的距离，直到光屏上成清晰的像，分别记录焦距、物距和像的高度.
【分析与论证】
(4)实验数据如下表所示：物体的高度H＝5.0 cm
①分析________三组数据可知：当像距不变时，物距变大，要成清晰的像，凸透镜焦距要变大.
②分析4、5、6三组数据可知：当物距不变时，凸透镜焦距越________，像距越大，像也越大.
根据以上探究可知：人眼是通过调节晶状体焦距来看清远近不同物体的；用变焦照相机在同一位置拍摄同一物体时，是通过同时调节焦距和像距，使物体成大小不同的清晰的像.
【交流与合作】
(5)实验结束后，小明和同学们进行了如下交流：
①人长时间看近处物体，眼睛容易疲劳.学习较长时间后，建议同学们适当远眺，使睫状体放松，晶状体变________(选填“厚”或“薄”) ，焦距变大，舒缓眼疲劳，保护眼睛.
②用变焦相机拍完西安钟楼的全景后，要在原地把钟楼上的钟拍得更大一些，应该把照相机的镜头________(选填“向前伸”或“往后缩”)同时增大焦距.
3. (2022陕西预测卷)小明同学做“比较两种材料保温性能的好坏”的实验，他取①泡沫塑料、②卫生纸两种材料作保温材料，其他实验器材有：两根相同的温度计，两个相同的大玻璃烧杯，钟表和热开水，以及细线、硬纸片、剪刀.他用硬纸片做了两个相同的硬纸盒，把两个盛有热水的烧杯放入两个硬纸盒中，将泡沫塑料和卫生纸分别塞满两个硬纸盒，装置如图所示.自然冷却，实验过程中室温基本不变，测得的实验数据如下表所示.
【设计与进行实验】
(1)在实验操作过程中，除了取大小、厚度相同的泡沫塑料和卫生纸外，还应保持水的________和________相同.
【分析与论证】
(2)两种材料保温性能的好坏可以通过降低相同温度时，比较____________来判断.分析表中数据可知：第1组实验中的热水从80 ℃降到24 ℃约用时110 min，第2组用时________min，根据实验数据可知，在这两种材料中，保温效果比较好的是____________.
(3)分析表中数据，你还有什么新发现：________________________________.(写出一条即可)
(4)小明夏天到集市上买菜，看到卖鱼摊位上，都有一些泡沫塑料盒子，里面放着冰块和鱼，请你解释一下使用泡沫塑料盒子的原因：________________________________________________________________.
参考答案
典例精讲
例 (1)运动状态 继续运动 具有惯性 (2)1、2 B (3)绳子的长度 (4)优点是绳子拉力大小可通过绳子形变体现出来(或缺点是不易控制小球做匀速圆周运动等)
【解析】(1)实验中，在绳子拉力的作用下，小球的运动方向不断改变.这一现象可说明绳子拉力的作用效果是改变物体的运动状态；若绳子断了，因为小球具有惯性，将会沿绳断时刻的运动方向继续运动；
(2)要验证猜想A，绳子的拉力与小球质量的关系，应控制其他条件不变，只改变小球的质量，比较绳子拉力的大小，因此应比较1、2两组数据；分析对比2、3两次实验的数据，小球的质量和绳子的长度均相同，小球运动的快慢不同，绳子的拉力大小也不同，因此可得出绳子的拉力与小球运动的快慢有关，即可验证猜想B；
(3)分析对比3、4两次实验的数据，小球的质量与运动快慢均相同，绳子的长度不同，绳子的拉力也不同，因此可初步得出结论：在小球的质量和运动的快慢一定时，绳子受到的拉力大小与绳子的长度有关；
(4)将细绳换成有弹性的橡皮绳，优点是绳子拉力大小可通过绳子形变体现出来，缺点是不易控制小球做匀速圆周运动等.
实战演练
1.(1)铜片 (2)两块极板材料一定，极板插入污泥的深度越深，微生物电池两端的电压越大 1、3(或2、4) (3)更换不同材料的电极进行多次实验(或改变电极插入污泥的深度多次实验) (4)微生物电池两端的电压与两极板之间的距离有关(或微生物电池两端的电压与污泥所含物质种类有关) (5)化学 2
【解析】(1)由图可知，铜片与电压表正接线柱相连，所以该微生物电池的正极为铜片；
(2)分析比较实验序号1、2或3、4，可得出的初步结论是：当两块极板之间的距离不变时，两块极板材料一定，极板插入污泥的深度越深，电压表示数越大，即微生物电池两端的电压越大；分析比较实验序号1、3或2、4，当两块极板之间的距离不变时，极板插入污泥的深度相同，两块极板材料改变，电压表示数不同，从而可得出的初步结论是：微生物电池两端的电压与两块极板的材料有关；
(3)实验中电极材料仅有2种情况，且插入污泥的深度也只有2种情况，所以为使实验结论具有普遍性，可以更换极板材料或者改变极板插入污泥的深度进行多次实验；
(4)根据题意，完成猜想一、二时，始终保持两极板间的距离不变，所以微生物电池的电压可能与两极板间的距离有关；污泥所含物质种类不同，会影响污泥的导电性，所以微生物电池的电压也可能与污泥所含物质种类有关；
(5)根据题意，微生物电池是将污泥的化学能转化为电能；电压表示数越大，说明处理污水效果越好，从表格数据可知，实验2电压表示数较大，说明用实验2的方式处理污水效果更好.
2.(1)光屏 (2)光屏中央 (3)②“F”光源 (4)①1、2、3 ②大(或长)
(5)①薄 ②向前伸
【解析】(1)人眼结构中，视网膜相当于光屏，晶状体相当于凸透镜，所以视网膜到晶状体的距离不变，就相当于“探究凸透镜成像规律”实验中光屏到凸透镜的距离不变，即像距不变；(2)实验前，调节“F”光源和光屏中心在凸透镜主光轴上，就是为了使光源、凸透镜、光屏三者中心在同样的高度上，这是为了使像呈现在光屏中央；
(3)①保持光屏到凸透镜的距离不变，即保持像距不变，改变焦距，探究的是像距不变、焦距改变时凸透镜的成像规律；②要探究物距不变、焦距改变时凸透镜的成像规律，因此应该保持“F”光源到凸透镜的距离不变；
(4)①探究像距不变时物距和焦距的关系，要保持像距不变，改变焦距、调节物距，所以要分析1、2、3三组数据，得到的结论是：当像距不变时，物距变大，要成清晰的像，凸透镜的焦距要更大些，同时成像更小；②探究物距不变时，像距和焦距的关系，分析4、5、6三组数据可得：物距不变时，凸透镜焦距越大，像距越大，对应的像也越大；
(5)①睫状体放松时，晶状体变薄，焦距变大，可以舒缓眼疲劳，有利于预防近视；②拍摄全景后要把钟楼上的钟拍大些，即在不改变物距的条件下使像变大，而物距不变时凸透镜焦距越大、像距越大、对应的像也越大，所以要增大凸透镜的焦距同时增大像距，即把镜头向前伸.
3. (1)质量 初温 (2)降温时间 65 泡沫塑料 (3)高温物体降温速度先快后慢(或水与环境的温度差越大，温度降低的速度越快，或实验时的室温约为20 ℃) (4)因为泡沫塑料盒的保温性能好，夏天用泡沫塑料盒装鱼使鱼保持低温，从而不易变质
【解析】(1)在实验时，还需要控制水的质量和初温相同；
(2)实验中可以使水降低相同的温度，比较降温时间来比较保温性能的好坏；根据实验数据可知塞泡沫塑料的纸盒中的水从80 ℃降到24 ℃用了110 min，而塞卫生纸的纸盒中的水从80 ℃降到24 ℃用了65 min，所以降低相同的温度，泡沫塑料所用时间长，卫生纸所用时间短，这说明泡沫塑料的保温性能好；
(3)由表中数据可知，同一材料中随着时间的增加，热水的降温规律是先快后慢，水与环境的温度差越大，温度降低的速度越快，水的温度达到20 ℃后基本上不再变化，跟室温差不多，所以实验时的室温约为20 ℃；
(4)因为塑料泡沫的保温效果好，所以夏季用泡沫塑料包裹冰块和鱼，能保持低温，不易使鱼变质.
实验次数
小球质量/g
运动快慢
绳子的长度/cm
绳子的拉力
1
15
慢
10
很小
2
20
慢
10
小
3
20
快
10
大
4
20
快
15
很大
序号
极板材料
极板插入污泥的深度/cm
电压表示数/V
1
铜片—锌片
2
0.6
2
铜片—锌片
6
0.8
3
铁片—铜片
2
0.4
4
铁片—铜片
6
0.5
实验序号
物距u/cm
像距v/cm
焦距f/cm
像的高度h/cm
1
17.1
15.0
8.0
4.4
2
30.0
15.0
10.0
2.5
3
60.0
15.0
12.0
1.3
4
25.0
11.8
8.0
2.4
5
25.0
16.7
10.0
3.3
6
25.0
23.1
12.0
4.6
材料
t/min
0
5
10
15
20
25
35
45
55
65
80
95
110
125
140
155
170
195
泡沫塑料
T1/℃
80
72
64
59
54
49
45
41
37
33
29
26
24
22
21
20
20
20
卫生纸
T2/℃
80
65
56
48
42
37
32
28
26
24
22
22
21
21
20
20
20
20