初中物理科学探究中实验结论表述错误的分析学法指导.docVIP

科学探究中实验结论表述错误的分析 江苏　兰凡跃 ? 　　一、因果关系颠倒 ? 　　例1? 小辉同学在做“探究电流跟电压、电阻之间的关系”实验中，通过改变电路中的电压和电阻，分别测得了如下两组数据： ? 表一 实验次序 R=10? U/V I/A ① 2 0．2 ② 3 0．3 ③ 6 0．6 ? 表二 实验次序 U=3V R/? I/A ① 5 0．6 ② 10 0．3 ③ 15 0．2 ? 　　分析表一数据，可得到的结论是????????????????????????????????? ??????。 ? 　　分析表二数据，可得到的结论是?????????????????????????????????????? ?。 ? 　　错误结论? 分析表一可得到的结论：当导体的电阻一定时，导体两端的电压与通过导体的电流成正比。分析表二可得到的结论：当导体的电压一定时，导体的电阻与通过导体的电流成反比。 ? 　　分析? 采用控制变量探究问题，分析实验数据时，要分清哪个因素是自变量（引起实验结果变化的原因），哪个因素是因变量（实验结果，其变化是由其它因素的变化引起的），要注意两个物理量之间的因果关系，不能前后颠倒。分析表一中的实验数据，电压是形成电流的原因，当导体的电阻不变时，改变导体两端的电压，通过导体的电流将发生变化，因此，电压变化是原因，电流变化是结果，应该说电流随电压如何变化。分析表二中的实验数据，电阻是导体本身的性质，当电路中电阻发生改变时，电流将随着改变，电阻变化是原因，电流变化是结果，应该说电流随电阻如何变化。 ? 　　正确结论? 分析表一数据可得正确结论为：当导体的电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 ? 　　分析表二数据可得结论为：当导体两端电压一定时，通过导体中的电流与导体的电阻成反比。 ? 　　二、定量描述与定性分析混淆 ? 　　例2 ?一种半导体材料，其电阻随温度的升高而减小。为了研究其电学特性，小强和小明同学通过实验，将其中一个元件R进行测试，测得其电流与加在它两端的电压值，测试数据如下表所示。 ? U/V 0．40 0．60 0．80 1．00 1．20 1．50 1．60 I/A 0．20 0．45 0．80 1．25 1．80 2．81 3．20 ? 　　分析表中数据，元件R的I和U之间的关系是????????????????????????? ?。 ? 　　错误结论 ?元件R的电流随电压的增大而增大。 ? 　　分析? 元件R的电阻随温度在变化，通过一组电流跟电压的数据而得出电流随电压的增大而增大的定性结论，显然不符合控制变量法。该题是要求分析得出元件R的I和U之间的定量关系式，从数据表中可以看出：U增大，I也增大，但I的增加值大于U的增加值，直接观察表格中的数据，很难得出正确结论，须对数据进行数学方法的处理才可。进一步分析表格中数据，将电流值分别乘以0．8后可得到：0．16、0．36、0．64、1．00、1．44、2．248、2．56，它们分别是电压值0．40、0．60、0．80、1．00、1．20、1．50、1．60的平方。 ? 　　正确结论? 元件R的I和U之间的关系是：通过电阻元件的电流跟加在它两端的电压的平方成正比。或元件R的I和U之间的关系式为：I=1．25U2。 ? 　　三、直观错觉误判 ? 　　例3? 芳和小华在学习了液体压强的知识后用加长的饮料瓶做了如图一所示的实验，在饮料瓶中灌满水，然后在瓶的a、b处各扎一个小孔，观察其后发生的现象。 ? ? 　　经过反复的试验，他们发现从小孔中射出水流的射程s小孔处到落地点的水平距离OA跟小孔在水中的深度h和小孔到地面的高度H这两个因素有关。为了研究水流的射程s与h、H之间的关系，他们将饮料瓶放置在水平桌面边缘，看到如图一所示的现象，由此他们得出了结论：小孔距水面的深度h越大，水流的射程越大。你认为根据图示的现象能否证明上述结论正确？请说明你的理由。 ? 　　错误解答? 正确。从图示的现象中看，小孔b所处深度比小孔a深度大，从小孔b射出的水流射程比小孔a远。 ? 　　分析? 从实验现象中看到水的深度h越大，水流射程s也越大，就得出小孔距水面的深度h越大，水流的射程越大的结论，是直观错觉误判。本题考查了学生对控制变量法是否真正的理解和掌握，题中h和H是两个相互影响要么都不变要么都变的变量。要探究多个因素中的某一个因素对物理量的影响，应该将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使它们保持不变，然后观察和研究该物理量与该因素之间的关系。小孔b所处深度h大，但小孔b离地面高度H也大，存在两个变量都在变化，可见从此现象中归纳出的结论并不可靠。 ? 　　正确解答? 不正确。理由：实验中没有在控制H相同的条