二、高一、高二部分課題提示與研究示例

1、二、高一、高二部分課題提示與研究示例 *實(shí)驗(yàn)編號(hào)同原實(shí)驗(yàn)冊(cè) 高一（一） 觀察與思考研究選題 實(shí)驗(yàn)一 奇妙的上轉(zhuǎn)體圖1提示：通過觀察可以發(fā)現(xiàn)軌道的下端窄而上端寬，進(jìn)一步觀察還能發(fā)現(xiàn)上轉(zhuǎn)體放在軌道下端時(shí)，卡在軌道里的部分較少，重心較高；而把它放在軌道上端時(shí)，卡在軌道里的部分較多，重心較低，如圖1所示?？梢?，這并不違背能量守恒定律。圖2上轉(zhuǎn)體向上滾動(dòng)的條件：如果在某處上轉(zhuǎn)體的重心位置等于或低于它在坡頂時(shí)的重心位置，上轉(zhuǎn)體就不能爬坡了。若雙圓錐的頂角為，兩軌道間的夾角為，軌道與水平線間的夾角為，由圖2所示。通過三角函數(shù)運(yùn)算可知：要使上轉(zhuǎn)體上轉(zhuǎn)，應(yīng)滿足：。實(shí)驗(yàn)二 逆流而上的小試管提示：探究過程中，可進(jìn)行

2、如下五個(gè)實(shí)驗(yàn)，邊實(shí)驗(yàn)、邊思考。長玻璃管倒置后小試管管底朝上，觀察小試管上升情況；長玻璃管倒置后小試管管底朝下，觀察小試管能否上升；在小試管內(nèi)裝水并加蓋塞子，使其密度大于水的密度，觀察小試管能否上升；選擇較小外徑的試管，使它與玻璃管間的間隙比較大，觀察小試管能否上升；選擇較大外徑的試管，使它與玻璃管間的間隙比較小，觀察小試管能否上升；附：研究論文示例逆流而上的小試管圖3（學(xué)生論文 南京金陵中學(xué)高三學(xué)生 魏威 仲明，編者改寫）按課題要求，我們進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，奇怪的現(xiàn)象引起了我們探索的興趣，是什么原因使小試管逆流而上？開始我們認(rèn)為：小試管上升的主要原因是大氣壓強(qiáng)。由于大氣壓強(qiáng)可以支持約10m高的水柱，遠(yuǎn)

3、比小試管上方的水柱高度大得多，因此大氣對(duì)小試管向上的壓力足以使小試管上升。根據(jù)這一解釋，可以得出如下的推理：設(shè)大氣壓強(qiáng)為，外玻璃管長為，小試管高為，橫截面積為，質(zhì)量為，小試管所受合力，由于，則。假設(shè)為1cm2，小試管的質(zhì)量為0.2kg，則可估算出上升的加速度為4g，即重力加速度的4倍。為檢驗(yàn)這一假設(shè)，我們?cè)俅螌?shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)小試管上升的加速度遠(yuǎn)比重力加速度要小得多。我們?cè)賹⑿≡嚬芄艿壮聦?shí)驗(yàn)，小試管下的壓強(qiáng)仍為，上方水柱的高度比大氣壓能支持住的高仍大得多，但實(shí)驗(yàn)結(jié)果卻是小試管不能上升。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的結(jié)果都與上述假設(shè)不符，因此，我們感到有必要重新審視假設(shè)的正確性。仔細(xì)分析可提出影響小試管上升的因素如下：大

4、氣壓強(qiáng)；小試管的質(zhì)量（重力）；小試管的高度和橫截面積；外玻璃管的長度；小試管與外玻璃管間的間隙（包括表面張力）；水流動(dòng)的影響。為使問題簡化，暫不考慮第兩個(gè)因素。假設(shè)在將外玻璃管倒置的瞬間，間隙口的水未曾流出，作用在液面上的大氣壓將傳遞至液體內(nèi)部，水作用于小試管底部的壓強(qiáng)（顯然它不等于試管上方水柱產(chǎn)生的壓強(qiáng)，這就是導(dǎo)致上述錯(cuò)誤的原因）。從這樣的概念出發(fā)進(jìn)行推導(dǎo)，可得小試管所受的合力，其中即為小試管排開水的重量，我們用G排來表示，則上式表示為。根據(jù)這一推論可知，如果，小試管上升；如果，小試管則下降。這一形式與物體的沉浮條件相似。為了驗(yàn)證這一結(jié)論，我們用一只橡皮塞把小試管管口封起來，管內(nèi)的水量不可以

5、改變，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的結(jié)果與推論基本相符，即G排等于、小于（甚至略大于）小試管的重力時(shí)，它就不能上升。當(dāng)小試管上升時(shí)，我們還可估測(cè)它的加速度，可以發(fā)現(xiàn)它的加速度很小。進(jìn)一步的實(shí)驗(yàn)就是探討兩個(gè)因素的影響。用較粗的外玻璃管使小試管與外玻璃管間的間隙較大（如78mm），則小氣泡從間隙處上升，使小試管落下。用較細(xì)的外玻璃管使小試管與外玻璃管間的間隙較小（約小于1mm），小試管既不上升，又不落下，這是由于表面張力起到了顯著作用。在能夠上升的情況下，間隙大一些時(shí)上升較快，圓頭的試管比平頭的上升得快一點(diǎn)，這是運(yùn)動(dòng)流體阻力的影響。由于涉及的知識(shí)限制，我們不再深入研究，在我們選取的條件下流速不大、間隙適中，

6、這些因素可以略去不計(jì)。上面實(shí)驗(yàn)過程中，我們得到比較滿意的解釋，更重要的是我們學(xué)到了一種解決問題的方法，這種方法對(duì)我們來說是終身受益的。實(shí)驗(yàn)四 逆風(fēng)行舟提示：先分析帆船側(cè)逆風(fēng)前進(jìn)的原理。圖4為俯視圖，控制航向，使風(fēng)從帆面MN的外側(cè)前方吹來，風(fēng)吹在帆面上的力可以分解為沿帆面的阻力F1和垂直于帆面的力F2，F(xiàn)2又可以分解為沿航向和垂直于航向的力F和F”,F”主要靠水對(duì)船體的橫向阻力相平衡，而沿航向的分力F比船體的縱向阻力（包括F1沿航向的分力）大得多，故船可以沿航向向前航行。由上可知，帆船能側(cè)逆風(fēng)前進(jìn)。要使帆船到達(dá)頂風(fēng)的目的地，帆船必須不斷改變航向，走“之”字形，并不斷改變帆的方位，如圖5所示。圖4

7、圖5實(shí)驗(yàn)五 海獅戲球圖6提示：不難發(fā)現(xiàn)，當(dāng)海獅接近小球時(shí)，小球繞豎軸旋轉(zhuǎn)起來，并力求避開海獅的追逐。問題是：為什么海獅與小球相互排斥？為什么小球繞豎軸旋轉(zhuǎn)？對(duì)于第一個(gè)問題，很容易猜測(cè)到小球和海獅內(nèi)部都有磁鐵。由于不論球在什么位置，只要將海獅移近小球都能使球轉(zhuǎn)動(dòng)，可見球體的磁性是關(guān)于其縱軸對(duì)稱的。而且由于小球有不倒翁的特性，所以磁鐵是裝在球的底部（設(shè)N極在上方）。至于小球?yàn)槭裁蠢@豎軸旋轉(zhuǎn)可畫圖分析，從理論上找出兩個(gè)磁鐵排列的方式，以下兩種可能比較容易排除（圖6）：（a）兩個(gè)磁鐵呈豎直平行排列； (b)兩個(gè)磁鐵呈正交排列。余下的可能就是海獅內(nèi)的磁鐵與小球內(nèi)磁鐵呈銳角的關(guān)系（圖7）?？捎脤?shí)驗(yàn)來證實(shí)這

8、種想法：用一塊磁鐵來替代海獅，以各種方式接近小球，最終證實(shí)這種想法是正確的。圖7設(shè)海獅內(nèi)磁鐵的磁軸方向向上偏右（從前面觀察）。當(dāng)海獅從前面接近小球時(shí)，由于同名磁極相斥、異名磁極相吸的緣故，小球除受到推斥力之外，從前方看還受到逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的力矩（其結(jié)果將使球內(nèi)磁鐵的中心升高即球的重心升高，且重力作用線不再通過球與臺(tái)面的支承點(diǎn)，至重力矩與磁力矩平衡時(shí)，小球不再偏轉(zhuǎn)。盡管向一側(cè)偏的角度很小，觀察者是很難察覺的，但它對(duì)理解海獅戲球的運(yùn)動(dòng)原理卻是十分關(guān)鍵的現(xiàn)象）。值得注意的是，海獅磁場(chǎng)對(duì)小球磁鐵的影響不只是在圖示平面內(nèi)向一側(cè)偏轉(zhuǎn)，而且還同時(shí)受到排斥力F，這個(gè)力與水平面對(duì)小球向前的摩擦力合起來對(duì)豎直軸產(chǎn)

9、生力矩的作用，因此它使小球同時(shí)繞豎直軸旋轉(zhuǎn)。（二） 小型設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)研究選題實(shí)驗(yàn)一 巧測(cè)物質(zhì)的密度設(shè)計(jì)方案：1 在刻度尺的中央系一根線，把尺懸掛起來，在尺的兩端掛上待測(cè)物和重物，如圖8所示。平衡時(shí)的方程為：圖8圖9把待測(cè)物浸到水中 ，調(diào)節(jié) ，使杠桿平衡，如圖9，又可得到另一個(gè)方程：聯(lián)立這兩個(gè)方程可得：圖102 如圖10，在彈簧下端掛重物，用刻度尺量出彈簧伸長量，則：把重物浸沒于水中，伸長量變?yōu)椋瑒t有：由這兩個(gè)方程可得：3 在圓柱形水杯內(nèi)倒入水，然后再放入n只玻璃彈子，用刻度尺測(cè)出水面上升高度 h1，由此得一只彈子的體積為（S為水杯的底面積）。再用牛皮紙折迭一只小船，把n只玻璃彈子放到小船內(nèi)，放入

10、水中，如圖11，測(cè)出水面上升高度h2，其排開水的體積為h2S.由平衡條件得：圖11由此得1只彈子的質(zhì)量因此，彈子的密度為：4 用手提住蠟燭的引線，使蠟燭穩(wěn)定在水中，如圖12。用刻度尺測(cè)出蠟燭在水中的長度和全長。以懸掛點(diǎn)為支點(diǎn)，蠟燭在重力矩和浮力矩的作用下達(dá)到平衡。設(shè)蠟燭的質(zhì)量、體積和受到的浮力分別為m、V和Q，則：圖12 由此可得：圖135.在一只玻璃杯里放滿水，使石蠟塊漂浮于水中，再小心地取出石蠟塊，玻璃杯中溢出的水量就等于石蠟塊漂浮時(shí)排開的水量。用虹吸的滴水器往這只玻璃杯中滴水，同時(shí)計(jì)數(shù)，直至杯中水滴滿時(shí)，記下水的滴數(shù)n1（如圖13）。若一滴水的體積為V0，則石蠟塊排開水的體積為，根據(jù)阿基

11、米德定律，石蠟塊的質(zhì)量m等于它所排開的水的質(zhì)量，即。然后，使石蠟塊完全浸沒在水中，取出石蠟塊，用同樣的方法測(cè)出以水滴為單位的石蠟塊的體積。則石蠟塊的密度為:.實(shí)驗(yàn)三 測(cè)細(xì)線的抗拉強(qiáng)度提示：測(cè)細(xì)線的抗拉強(qiáng)度的方法1. 如圖14，把一個(gè)已知質(zhì)量的重物懸掛在細(xì)線的中間，逐漸增大兩根懸線間的夾角，直至線剛拉斷時(shí)，記錄此夾角，根據(jù)力的平行四邊形法則可求出抗拉強(qiáng)度。2. 用杠桿的方法，如圖15，將懸點(diǎn)O逐漸向A方向移動(dòng)，直至線被拉斷，由平衡條件可求出抗拉強(qiáng)度。圖15圖16圖143. 如圖16，用線把已知質(zhì)量的重物拴在小馬達(dá)的軸端，逐漸增大馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，每次都用停表測(cè)出周期、半徑，算出向心力： 由此推出繩的抗

12、拉強(qiáng)度。圖174. 如圖17，用細(xì)線懸掛一只很輕的小盒，小盒的一側(cè)開有孔。將一金屬球從軌道上釋放，小球從軌道上水平拋出射入小盒內(nèi)，與小盒一起向右擺動(dòng)。逐漸提高金屬球在軌道上釋放處的高度，直至擺動(dòng)時(shí)線被拉斷。由平拋運(yùn)動(dòng)的水平距離公式和下落高度公式，可求得初速度，再根據(jù)向心力的公式，可求得抗斷張力。5. 用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R，再測(cè)出金屬絲的長度和橫截面積S，求出電阻率。查表找出這種金屬絲的材料，再查手冊(cè)找到這種金屬線拉伸的極限強(qiáng)度（單位橫截面積所能承受的最大拉力），最后由已知面積求出抗拉強(qiáng)度。實(shí)驗(yàn)四 測(cè)定重力加速度提示：按實(shí)驗(yàn)冊(cè)要求調(diào)好后，從某一滴水下落時(shí)啟動(dòng)停表，同步地報(bào)數(shù)“0、1、2、3

13、”直到n（n=2030）時(shí)停止計(jì)時(shí)，讀出tn。再測(cè)出滴口到金屬盆的高度h，由自由落體運(yùn)動(dòng)的規(guī)律可得：實(shí)驗(yàn)中運(yùn)用滴水累積計(jì)時(shí)，從而減少了計(jì)時(shí)誤差，但由于是否調(diào)節(jié)好是靠主觀感覺來判斷的，仍有較大誤差。為減少誤差，需要多次實(shí)驗(yàn)（每次都要重新調(diào)節(jié)）。（三） 實(shí)驗(yàn)探索研究選題實(shí)驗(yàn)一 研究橡皮筋的伸長和拉力的關(guān)系1 方案的設(shè)計(jì).ABG（固定端）（移動(dòng)端）圖20.O.ABG（固定端）（移動(dòng)端）圖19. O.ABG（固定端）（移動(dòng)端）圖18O幾種實(shí)驗(yàn)方案： 方案一、如圖18所示，橡皮筋原長AO不等于橡皮筋原長BO，且B點(diǎn)在AOB平面內(nèi)隨意移動(dòng)。 方案二、如圖19所示，AO為橡皮筋、BO為繩，且OB始終與重力G

14、的方向垂直。 方案三、如圖18，用繩子代替OB。方案四、如圖20所示，橡皮筋原長AO等于橡皮筋原長BO，且B點(diǎn)固定在一條經(jīng)過A點(diǎn)的水平直線上移動(dòng)。ODFABCG/2圖21在以上各方案的實(shí)施過程中，只要在坐標(biāo)紙上定下不同的B點(diǎn)和O點(diǎn)的位置，即可提供一組研究數(shù)據(jù)。同時(shí)，在B端移動(dòng)到某點(diǎn)后，應(yīng)進(jìn)一步從此點(diǎn)順著各點(diǎn)返回，并定下此時(shí)O點(diǎn)的位置，并對(duì)產(chǎn)生的“異?！爆F(xiàn)象作進(jìn)一步的分析與研究。 2實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法：F值的測(cè)定在數(shù)據(jù)處理中，力F是根據(jù)力的分解與合成的原理求得，但處理的方法也是多種多樣的，不同的方法有不同的優(yōu)缺點(diǎn)，下面就實(shí)驗(yàn)方案四進(jìn)行分析： 根據(jù)力的平行四邊形法則（如圖21所示），AOBC是一個(gè)

15、對(duì)角線相互垂直的棱形，因此可以把它轉(zhuǎn)化為直角三角形的形式來求F值，即F = G/2 ，= OD/ ，圖22AD1D2OO1O2只要我們量出OD、OA的數(shù)值，或從坐標(biāo)紙上讀出OD和AD的數(shù)值即可求出F 值（如圖22）： 圖23 如在作力的圖示時(shí)，以單位長度表示G/2，如圖23，則OiEi的長度即表示力F的大小。如以10mm長度表示G/2（10g），則力F的大小即為OE長度的毫米數(shù)，單位是克力。 關(guān)于F-l圖像的得出，可以有如下幾種方法：圖24由測(cè)得的F，數(shù)據(jù)，作出F-的圖線，延長圖線交軸于 ，則 即為橡皮筋的原長（也可以用實(shí)驗(yàn)的方法量出），然后將F 軸向左平移 ，即得出F-l圖像，如圖24所示。

16、圖25 以為半徑，以A為圓心，作弧，再直接從記錄的圖紙上截取各對(duì)應(yīng)的l值（見圖25），再作F-l圖像。 3.結(jié)果分析：由圖可以看出：1) 當(dāng)拉力較小時(shí)，曲線接近線性。2) 當(dāng)拉力較大時(shí)，曲線向橫軸靠近，表現(xiàn)為非線性，對(duì)相同的，F(xiàn) 值越大，l 也就越大。其中的一個(gè)原因是橡皮筋的橫截面積變小，其勁度k變小。3) 力逐漸加大得到一條圖線，再將拉力逐漸減小得到另一條圖線，可以發(fā)現(xiàn)，這兩條圖線與l 軸圍成的面積不相等。它說明橡皮筋從伸長到返回原狀態(tài)的兩個(gè)過程中的作功值不相等，即經(jīng)過一次循環(huán)有一定的能量損耗。這種能量的損耗是由于橡皮筋的特殊結(jié)構(gòu)所決定的，其機(jī)械能的減小轉(zhuǎn)換為橡皮筋的內(nèi)能。實(shí)驗(yàn)二 研究水的射

17、程和出水孔高度的關(guān)系1.理論分析從小孔流出的水的動(dòng)能是它從液面下降(H-h)高度重力勢(shì)能的減少來補(bǔ)償?shù)摹Ｓ煽傻贸隹谔幩鞯某跛俣葹?又根據(jù)平拋公式可得 即 圖26上式為h的一元二次方程,當(dāng)時(shí), 有最大值,即射程最大。2.實(shí)驗(yàn)示例h(cm)2.55.07.510.012.515.020.025.0S(cm)11.015.019.022.023.022.517.06.5作s-h圖象如圖26所示.從圖可看出:h=0和h=H時(shí),射程s=0;時(shí),射程最大;對(duì)應(yīng)于小于最大射程的某一值,都有兩個(gè)h值,即以處的孔為中心，上下兩側(cè)對(duì)稱孔的水流的射程是近似相等的。實(shí)驗(yàn)三 研究鋁棒發(fā)聲的現(xiàn)象提示：這是聲駐波的現(xiàn)象。

18、設(shè)手握在棒長的二分之一處，當(dāng)敲擊棒的一端時(shí)，振動(dòng)沿棒的軸向傳播（它是一種縱波），當(dāng)波動(dòng)傳到另一端面后部分反射回來，前進(jìn)波和反射波疊加，滿足一定頻率的波動(dòng)就會(huì)形成駐波。我們聽到的音色單純的聲音是一種基音，由于它的能量衰減比較少，所以延續(xù)時(shí)間很長。對(duì)這種基波，手持的中點(diǎn)是它的波節(jié)，端面處就是它的波腹，從中點(diǎn)到端面的距離等于四分之一波長。若以表示波長，表示棒長，則。當(dāng)我們判斷出基音的頻率f后，就可以測(cè)知在鋁棒中的聲速（）。實(shí)驗(yàn)四 研究淺槽水波的傳播速度與水深的關(guān)系提示 ：水深遠(yuǎn)小于波長的波是淺水波。對(duì)淺水波，波速與水深的平方根成正比(約為)，而與波長無關(guān)。高二（）實(shí)驗(yàn)一 水面如何變化提示：手從A-A

19、'處向瓶內(nèi)擠壓，氣體體積變小，壓強(qiáng)增大，水面下降；從B-B'處向瓶內(nèi)擠壓，氣體體積、壓強(qiáng)均不變，水面高度不變。實(shí)驗(yàn)二 怎樣使托板掛的重物的質(zhì)量最大圖27理論分析：設(shè)量筒為圓柱形，高度為H，水深h，蓋上薄板時(shí)管內(nèi)空氣柱體積為V，倒置并掛上砝碼后，薄板受水的壓力將向下稍有突出，即使薄片的形變很小，由于量筒口處水的表面張力作用使薄片不致落下而向下產(chǎn)生微小的位移（如圖27所示），從而使筒內(nèi)空氣柱的體積變大（），于是使氣體的壓強(qiáng)減小（）。根據(jù)一定質(zhì)量氣體的等溫變化規(guī)律可得：即略去，則：。若薄片及砝碼的總重量為G，量筒橫截面積為S，則，代入上式可得：圖28假設(shè)薄片能向下移動(dòng)的距離為定值，即

20、V為定值，對(duì)上式進(jìn)行數(shù)學(xué)分析可知，當(dāng)水柱的高度時(shí)，G有最大值。實(shí)驗(yàn)三 醫(yī)用掛水輸液器的研究提示：先分析如圖28所示裝置（稱馬略特容器）中水從C均勻流出的道理。當(dāng)水從C處外流時(shí)，容器中的液面就會(huì)下降，容器上部的壓強(qiáng)降低，外面的空氣通過玻璃管下端B吸進(jìn)，使氣泡不斷從水里冒上來，聚集在容器里的水面之上。此時(shí)，與B等到高的水面上所受的壓強(qiáng)等于大氣的壓強(qiáng)。即從C流出的水只是在BC那一層水的壓力下往外流，由于BC那一層水的的高度是不變的，所以從C流出的水始終保持同樣的速度。圖29現(xiàn)在分析醫(yī)用掛水輸液器輸液時(shí)保持恒速的原因。如圖29所示為掛水輸液裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。它只不過是一個(gè)變形的馬略特容器：進(jìn)氣管就是那

21、根玻璃管，瓶內(nèi)藥液柱h正是那層不影響流速的液體AB，輸液管中h1+h2這段藥液相當(dāng)于產(chǎn)生壓力迫使水外流的那層液體BC。兩者最主要的差別在于：馬略特容器的出水口跟大氣直接相通，而輸液器的出水口是在病人的血管里。人體血管內(nèi)血液的壓強(qiáng)即血壓一般不等于大氣壓，但由于具體病人的血壓P血在輸液過程中基本上是不變的，且藥液對(duì)注入人體內(nèi)針頭口處的壓強(qiáng)P藥也基本上是保持不變的（因?yàn)檩斠貉b置安裝好后，輸液管的高度h1+h2可視為不變，且當(dāng)時(shí)的大氣壓強(qiáng)也是“恒定”的），當(dāng)藥液的壓強(qiáng)P藥大于病人的血壓P血時(shí)，藥液就被注入病人體內(nèi)。因?yàn)镻藥、P血一定，則“注射”壓強(qiáng)P注=P藥-P血也為定值，所以輸液器輸液時(shí)會(huì)勻速地滴注

22、。而“調(diào)節(jié)器”只起了調(diào)節(jié)輸液管孔徑大小的作用，從而達(dá)到調(diào)節(jié)輸液的快慢。實(shí)驗(yàn)四 保溫瓶的保溫性能研究提示：實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分為兩部分：制作熱敏電阻溫度計(jì)和研究保溫瓶的保溫性能。圖30熱敏電阻溫度計(jì)測(cè)量電路如圖30，其中Rt為熱敏電阻，Rx為零點(diǎn)調(diào)節(jié)電阻，Rv為量程調(diào)節(jié)電位器。某一溫度下，當(dāng)Rt/Rx=R1/R2時(shí)，電流計(jì)中的電流為零。當(dāng)溫度變化，Rt變化，電流計(jì)讀數(shù)就不為零，且溫度變化越大，電流越大。制作時(shí)，用較長的引線將熱敏電阻與電路連接，然后進(jìn)行儀器的調(diào)整和溫度標(biāo)定工作。必須注意將熱敏電阻探頭用塑料膜包好或用環(huán)氧樹脂涂在套管連接處以清除水漏電的影響。溫度標(biāo)定時(shí)，先將探頭放入冰水混合液中，調(diào)節(jié)Rx使電

23、流表指針指零點(diǎn)（或某一刻度處），此刻度值即為0。然后即探頭置于沸水中（1大氣壓），調(diào)節(jié)Rv使電表指針指于滿刻度處，刻度值為100。其余的刻度值，在水溫下降過程中與一插入水中的標(biāo)準(zhǔn)水銀溫度計(jì)比較而得出。研究保溫瓶的保溫性能時(shí)，將熱敏電阻探頭懸于保溫瓶內(nèi)水中，使兩根細(xì)引線分開，以便塞緊瓶塞。實(shí)驗(yàn)時(shí)可按下述表格中的條件進(jìn)行測(cè)量：時(shí)間/小時(shí)00512481632溫度/正常瓶膽滿瓶水+木塞滿瓶水+塑料塞滿瓶水+木塞+瓶蓋半瓶水+木塞半瓶水+塑料塞漏氣瓶膽滿瓶水+木塞實(shí)驗(yàn)測(cè)量后，描繪溫度隨時(shí)間變化的圖線，用圖線延伸法分別求出正常瓶膽和漏氣瓶膽水溫降至室溫以上10所需時(shí)間，并對(duì)不同條件的圖線進(jìn)行討論。還可以

24、用實(shí)驗(yàn)來比較鍍不同膜、不同形狀的瓶膽的優(yōu)劣。圖31實(shí)驗(yàn)五 家用電冰箱的觀察和實(shí)驗(yàn)1 觀察、認(rèn)識(shí)電冰箱的結(jié)構(gòu)和致冷系統(tǒng)電冰箱由箱體、制冷系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、附件構(gòu)成。在制冷系統(tǒng)中，主要有壓縮機(jī)、冷凝器、蒸發(fā)器和毛細(xì)管節(jié)流器四部分，自成一個(gè)封閉的循環(huán)系統(tǒng)。在實(shí)驗(yàn)用的電冰箱的背面中部有一條多次彎曲的蛇形管，其上有許多翅片條，這就是電冰箱的冷凝器。下面有一個(gè)全封閉的罐形壓縮機(jī)，是由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)的。箱體內(nèi)是冷凍室，冷凍室的外套內(nèi)有蒸發(fā)器。結(jié)構(gòu)示意如圖31。想一想：冷凝器的蛇形管上為什么有許多翅片條？翅片條板涂有何種顏色？為什么要涂這種顏色？在冰箱外部和內(nèi)部各處，哪里比較熱？哪里比較涼？為什么？（一般講，壓縮機(jī)

25、工作時(shí)，排氣管溫度最高，常有刺激性的燙手感。排氣管通到的冷凝器入口處，應(yīng)有燙手感。冷凝器出口的方向，溫度應(yīng)略高于體溫，有熱感。毛細(xì)管也有熱感，入冰箱的孔處有溫感。從蒸發(fā)器出來的回氣管，應(yīng)該有涼感，接近壓縮機(jī)進(jìn)氣管處，常有結(jié)露。最冷處在箱內(nèi)蒸發(fā)器的表面。開箱門觀看冷凍室，見蒸發(fā)器四壁都結(jié)有一層薄霜，中間彌散著霧狀水氣，手伸入有冷感）2測(cè)試電冰箱內(nèi)的溫度和濕度取一只干濕泡溫度計(jì)，分別放在冰箱的如下位置進(jìn)行測(cè)量：箱外，箱內(nèi)門框邊，冷凍室（或上部冷藏室），下部冷藏室。每次將溫度計(jì)放入冰箱關(guān)門5分鐘，再開門迅速讀出干泡和濕泡溫度，并記錄讀數(shù)于表中，連測(cè)三遍，取平均值。測(cè)量后，思考：電冰箱內(nèi)的溫度是怎樣分

26、布的？冷凍生肉類食品放在哪里較好？蔬菜存放在哪里較好？電冰箱內(nèi)的相對(duì)濕度是怎樣分布的？為什么在冰箱的門框處常會(huì)結(jié)露？3冰箱溫度控制的觀察冰箱是由溫度控制器在恒定溫度下工作的。當(dāng)降到所需溫度時(shí)，壓縮機(jī)就會(huì)自動(dòng)停下不再致冷；當(dāng)溫度回升到所需溫度以上時(shí)致冷又進(jìn)行。恒定致冷溫度是由箱內(nèi)控制旋鈕來設(shè)定的。改變控制旋鈕，傾聽和記錄壓縮機(jī)相繼開機(jī)和停機(jī)的時(shí)間。想一想：為什么要選擇合適的控制溫度？夏天和冬天控制旋鈕的位置應(yīng)有什么不同？4 利用電冰箱致冷的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)在完成實(shí)驗(yàn)冊(cè)上的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，向過冷卻水中投入一小片碎冰，觀察冰晶的生長。思考：過冷卻水在凝結(jié)時(shí)，溫度為什么會(huì)急劇上升？為什么上升到攝氏零度就穩(wěn)定

27、下來？如果沒有碎冰片的觸發(fā)，水會(huì)冷卻到什么程度？可以用其它的雜質(zhì)（如粉筆灰）來觸發(fā)嗎？實(shí)驗(yàn)六 電流表、電壓表的內(nèi)阻對(duì)測(cè)量影響的研究圖32提示 ：1 如果電流表的內(nèi)電阻不等于零（設(shè)內(nèi)電阻為RA），則電源電壓E被R、RA分配，因此作I1/R的圖像（如圖32所示）。圖中圖線（1）表示不考慮電流表內(nèi)阻時(shí)的理論圖像，（2）表示考慮電流表內(nèi)阻時(shí)的圖像?？梢钥闯?，R越小，電表內(nèi)阻的影響越大。2 如果電壓表的內(nèi)電阻不等于無窮大（設(shè)內(nèi)電阻為RV），則電流表指示的是R與RV并聯(lián)后的總電流，因而圖33作UR的圖像（如圖33所示）。圖中圖線（1）表示不考慮電表內(nèi)阻影響時(shí)的理論圖像，（2）表示考慮電流表內(nèi)阻影響時(shí)的圖像

28、。可以看出，R越大，電表內(nèi)阻的影響越大。3伏安法測(cè)電阻誤差分析設(shè)電壓表的內(nèi)電阻為RV，讀數(shù)為U，電流表的內(nèi)阻為RA，讀數(shù)為I，待測(cè)電阻值為RX。 用外接法：真實(shí)值 （1）測(cè)量值 （2） 相對(duì)誤差 （3）由（3）式可見，如果電壓表內(nèi)阻比待測(cè)電阻大得越多，所引起的誤差越??；反之越大。 用內(nèi)接法：真實(shí)值 （4）測(cè)量值 （5） 相對(duì)誤差 （6）由（6）式可見，如果電流表內(nèi)阻比待測(cè)電阻小得越多，所引起的誤差越?。环粗酱?。設(shè)有一個(gè)電阻R0，無論用哪種接法，所引起的相對(duì)誤差相等，那么由（3）、（6）式可以斷定，當(dāng)時(shí)，用內(nèi)接法測(cè)量的相對(duì)誤差較?。划?dāng)時(shí)，用外接法測(cè)量的相對(duì)誤差較小。這一電阻可稱為臨界電阻。顯然

29、，臨界電阻應(yīng)滿足：即即 （7）（因?yàn)?gt;RA且R0>0，故舍去R0<0的根）一般情況下，RVRA，所以， （8）由（7）或（8）式就可確定用怎樣的接法了。實(shí)驗(yàn)七 滑動(dòng)變阻器的研究 L D d圖34提示：1.電阻絲的電阻率估測(cè)：d-滑線變阻器瓷筒直徑，D-滑線變阻器線圈直徑，L-線圈總長，n-單位長度內(nèi)的線圈匝數(shù)，R-滑線變阻器的總電值。電阻絲總長,電阻絲面積,電阻絲的電阻率?；€變阻器的總電值R由標(biāo)牌給出，滑線變阻器線圈直徑D、滑線變阻器瓷筒直徑d、線圈總長L由游標(biāo)卡尺測(cè)出，單位長度內(nèi)的線圈匝數(shù)(為線圈總匝數(shù))2. 滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中起限流、分壓的作用，常用的方法有兩種：限流電

30、路、分壓電路（如圖35、圖36所示）, 兩種接法都能調(diào)節(jié)負(fù)載電阻兩端的電壓（即輸出電壓）。圖36圖35設(shè)，滑動(dòng)臂C自A端滑動(dòng)端向B端移動(dòng)時(shí)AC間電阻為RX，。根據(jù)歐姆定律可得負(fù)載兩端的電壓U（輸出電壓）。 (1)限流電路圖37 顯然，輸出電壓U隨滑動(dòng)距離X的增大而增大。圖37為幾種情況下的U-X關(guān)系曲線，隨著負(fù)載電阻R的增大曲線逐漸上移，當(dāng)R很大時(shí)，曲線趨向于一條直線。R增大，負(fù)載上電壓調(diào)節(jié)范圍變小，但調(diào)節(jié)的線性程度提高?？紤]電源內(nèi)電阻時(shí)，對(duì)輸出電壓的最小值、最大值都有影響，且負(fù)載電阻R的值越小，影響越大。 (2)分壓電路圖38同樣，分壓電路中輸出電壓U隨滑動(dòng)距離X的增大而增大。圖38為分壓電

31、路的U-X特征曲線，隨著負(fù)載電阻R的增大曲線逐漸上移，當(dāng)R很大時(shí)，曲線趨向于一條直線。無論R多大，負(fù)載上電壓的最小值均為零。不考慮電源內(nèi)電阻時(shí)，輸出電壓U的最大值始終為E，但R增大，調(diào)節(jié)的線性程度提高；考慮電源內(nèi)電阻時(shí)，輸出電壓U的最大值變小,且負(fù)載電阻R的值越小，影響越大。 實(shí)驗(yàn)八 判斷電纜線中電線的首尾提示 ：答案不唯一,如：123456圖39方案1：如圖39，將帶“箭”導(dǎo)線分別與5、6端連接，可以斷定3、6為同一導(dǎo)線的兩端。然后再用導(dǎo)線把1、3端連接，同樣的方法可判斷出2和5。123456圖40綠紅方案2：如圖40，將紅、綠2 個(gè)燈泡分別接在1、2和2、3之間，將帶箭頭的導(dǎo)線端分別與5、

32、6連接，如果紅燈亮，則說明3、6兩端屬同一導(dǎo)線，如果兩個(gè)燈光都亮（圖中是與6相接），說明燈泡是串聯(lián)的關(guān)系，通過分析很快判斷出2、5屬于同一根導(dǎo)線。比較上面兩個(gè)方案，可以看出方案2來得優(yōu)越，因?yàn)閷?duì)方案1，實(shí)驗(yàn)者必須首先在左端連接電路，再到右端實(shí)驗(yàn)，然后再到左端改接線，再到右端實(shí)驗(yàn)。因?yàn)閮蛇叺木嚯x很遠(yuǎn)，所以從經(jīng)濟(jì)角度評(píng)價(jià)不是好的方案。而方案2，只要在左端連接好線路，到右端來實(shí)驗(yàn)即可很快做出判斷。實(shí)驗(yàn)九 電路黑箱的實(shí)驗(yàn)研究1. 如何判斷電學(xué)元件中學(xué)里接觸的電學(xué)元（器）件主要有電阻、電容、電感、開關(guān)、晶體二極管、電池等。如果黑箱內(nèi)只有一個(gè)元件，如何判斷其種類？這要看為你提供了什么樣的檢測(cè)儀器，例如，提

33、供了多用電表，那就只能檢測(cè)在它檢測(cè)范圍內(nèi)的元件。判斷電學(xué)元件必須滿足一定的程序要求。通常檢測(cè)方法和判斷程序如如圖41所示。（1）首先必須判斷箱內(nèi)有無電源。判斷的方法是用電壓表去測(cè)量，只有在確認(rèn)不含電源的情況下才能繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，以免損壞儀表。（2）用歐姆表檢測(cè)接線柱的兩端，必須交換表筆，可能的結(jié)果有圖中所示的幾種。其中對(duì)電容的檢測(cè)，也只有在電容量足夠大的情況下才能看到充電現(xiàn)象。通常對(duì)電感元件，只有多用電表是難以檢測(cè)的。（3）如果提供交流電流表（或電壓表、示波器）、信號(hào)源、電阻箱等，則可以用測(cè)感抗和容抗的方法來判斷是否有電感或電容元件，也可估測(cè)元件的參數(shù)。用伏特表檢測(cè)各接線柱間的電壓電流與頻率有關(guān)？含

34、電源用伏特表測(cè)各電壓為零的接線柱間的電阻R=0R+0R-RR=常數(shù)短路二極管電容斷路電阻電感充放電現(xiàn)象？U=0?用交流電流表測(cè)輸入相應(yīng)元件之信號(hào)頻率變化時(shí)的電流否是無有有無圖41（4）對(duì)電池參數(shù)的測(cè)量，可以應(yīng)用閉合電路歐姆定律。其測(cè)量方法不再贅述。如果提供的儀器沒有歐姆表，那必須還有電源、電阻和其他的電學(xué)儀表，我們應(yīng)當(dāng)能夠把上述方法加以遷移組成一定的電路，或用歐姆定律，或用等效替代，或作電橋的方法，或用電勢(shì)差補(bǔ)償法來解決判斷和測(cè)量參數(shù)的問題。2 如何確定元件的組合一個(gè)黑箱中如果有兩個(gè)元件或三個(gè)元件，問題的難度就會(huì)大大增加，因?yàn)楫?dāng)我們?nèi)z測(cè)某兩端時(shí)，可能是一個(gè)元件的反映，也可能是兩個(gè)或三個(gè)元件的

35、綜合反映。因此，只檢測(cè)兩端還不能確定該兩端是否有元件或是什么元件，必須綜合考慮與之相關(guān)的其他兩端的檢測(cè)結(jié)果。這里僅考慮黑箱中有兩個(gè)元件和三個(gè)接線端并且兩端間只能有一個(gè)元件的簡單情況。（1）如果黑箱內(nèi)設(shè)置兩個(gè)電阻（R1=200k，R2=68k），如圖42，如何用多用電表來判斷電阻的位置和參數(shù)。表面上看，這個(gè)問題很簡單，實(shí)際上并不容易。其難點(diǎn)是，兩個(gè)電阻值相差很大，用歐姆表中的一檔，只能測(cè)準(zhǔn)其中的一個(gè)電阻，必須換擋測(cè)量，而且每次都要重新進(jìn)行電阻調(diào)零。用這樣的黑箱對(duì)初學(xué)者訓(xùn)練歐姆表的使用方法是很好的。圖43圖42（2）黑箱的內(nèi)部電路如圖43所示，用歐姆表測(cè)量，在AB和AC端都見到充電現(xiàn)象，如何來確定

36、電容的位置呢？有兩種方法：比較充電現(xiàn)象的差別。當(dāng)用歐姆表表筆接在充電電路的兩端時(shí)，可見電流表指針迅速向右偏轉(zhuǎn)到某一最大值，然后向左緩慢回偏，而且指針回偏越來越緩慢，最后接近電流零點(diǎn)。這反映充電電流按指數(shù)函數(shù)衰減的規(guī)律。如果在AC端充電最大電流比較小，而且充電的時(shí)間比較長，則電容在AB端之間。其理由是充電電路的電阻越大，電流就越?。浑娏髟叫?，充到一定電壓的時(shí)間就會(huì)越長。用導(dǎo)線分別把AB端和AC端短接，如果見不到充電現(xiàn)象，那么，電容就必在導(dǎo)線短接的那兩端之間。以上兩種方法都必須在電容量和電阻值都較大的條件下才能顯示出來。圖44（3）黑箱內(nèi)的電路如圖44所示，用歐姆表檢測(cè)元件的種類和位置。對(duì)電阻所在

37、位置的檢測(cè)并不困難，關(guān)鍵是如何確定二極管的位置，這也有兩種方法：一種是比較兩種情況下正反向電阻的差異；另種是用導(dǎo)線短接排除法。這里不再贅述。在比較正反向電阻實(shí)驗(yàn)時(shí)，可以發(fā)現(xiàn)一個(gè)有意思的現(xiàn)象，那就是正向測(cè)量兩個(gè)元件串聯(lián)的電阻值不等于分別測(cè)量的電阻之和，這是由于二極管伏安特性的非線性造成的，兩次測(cè)量二極管的工作電流不一樣，因此兩次測(cè)量的電阻值也就不相同。高二（）實(shí)驗(yàn)三 氣壓隨高度變化的研究 實(shí)驗(yàn)方案：（1）用氣體的玻意耳定律在一端封閉的玻璃管中灌一段水銀，讓水銀停在管的中間，封閉一段空氣，找一幢高層樓房做實(shí)驗(yàn)。在底層處把玻璃管水平放置，用尺量出空氣柱長和水銀柱長h，再把管子豎直放置，量出空氣柱長，

38、則由得。登上已知高HA的A層樓上，同樣的方法得；在已知高HB的B層樓上，也可得。圖45作P-H圖，在坐標(biāo)圖中描出實(shí)驗(yàn)得到的三個(gè)點(diǎn)，得出壓強(qiáng)隨高度變化的圖線（如圖45所示）。圖46若已知高度HX，則可從P-H圖線上求得該處氣壓PX；若已知某處的氣壓PX，由P-H圖線可估測(cè)該處的高度HX。(說明：1.各實(shí)驗(yàn)點(diǎn)的溫度對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果無影響；2.加大V0,，可減小實(shí)驗(yàn)誤差。如可將兩端開口的玻璃管的一端通過橡皮塞與一試管密封相連接，如圖46所示。在實(shí)驗(yàn)室中測(cè)出試管的體積和玻璃管的內(nèi)徑，算出等效長度l0，再按上述方法實(shí)驗(yàn)，在不同狀態(tài)下測(cè)量玻璃管中氣柱長度的變化就會(huì)比較顯著。)（2）理想氣體狀態(tài)方程在上述高樓底層

39、，用水銀氣壓計(jì)測(cè)知當(dāng)?shù)卮髿鈮篜0，用溫度計(jì)測(cè)出氣溫，把玻璃管水平放置測(cè)出空氣柱長。移動(dòng)玻璃管和溫度計(jì)到已知高HA的樓上測(cè)得空氣柱長和，則由T=273+t和得。同樣在已知高HB處測(cè)得空氣柱長和得，在已知高HC處也可得。同樣作P-H圖線，也可以由已知高度HX估測(cè)氣壓PX或由已知?dú)鈮篜X估測(cè)高度HX。實(shí)驗(yàn)五 飲水鳥奧秘的探究學(xué)生論文示例： 我們對(duì)這一實(shí)驗(yàn)非常感興趣，在定性實(shí)驗(yàn)前，我們學(xué)習(xí)了有關(guān)的準(zhǔn)備知識(shí)，為使我們能夠看到一些現(xiàn)象，教師把飲水鳥頸部的漆刮掉了一部分，并告訴我們飲水鳥內(nèi)部裝有乙醚這種液體。我們一次又一次地觀察，并相互討論，觀察得非常仔細(xì)。開始，我們猜想可能與小鳥低頭“飲水”有關(guān)，是否是杯

40、中的水吸到頭上使重心前移？但為什么會(huì)抬頭呢？抬頭后沒有飲水，為什么又低下頭來呢？我們不能解釋。后來，我們又發(fā)現(xiàn)管中有液柱上升的現(xiàn)象，因此假設(shè)由于液柱上升而使重心前移，于是提出圖47的模型，但為什么液柱會(huì)上升呢？還是不能解釋。我們又仔細(xì)的觀察，發(fā)現(xiàn)小鳥的頭部有一層濕潤的材料覆蓋（吸濕性好的紗布），圖47它與液柱上升有什么聯(lián)系呢？當(dāng)我們積極思考而難以進(jìn)展的時(shí)候，有的同學(xué)想到了一種伽里略氣體溫度計(jì)的模型，如圖48所示，當(dāng)上方燒瓶外表的水份蒸發(fā)時(shí)，玻璃管中的液柱就會(huì)上升。由這個(gè)模型使我們得到啟發(fā)：尾泡中有乙醚的液體，將頭泡和尾泡隔開形成兩個(gè)氣室。乙醚具有易揮發(fā)的特點(diǎn)，頭泡和尾泡的氣室中充滿乙醚的飽和汽。于是我們想到了液柱上升的原因可能是尾泡與頭泡間的溫度差。而溫度差的形成又是由于頭泡表面吸濕后水的蒸發(fā)造成圖48的。這樣就得到如下的邏輯：溫度差壓強(qiáng)差液柱上升重心升高傾倒。而飲水鳥低頭后為什么會(huì)抬起頭來？偶然間，我們發(fā)現(xiàn)小鳥每低一次頭在頸部玻璃管處都有一個(gè)氣泡產(chǎn)生，氣泡是從尾泡中來的，當(dāng)我們用手握住尾泡時(shí)，發(fā)現(xiàn)液柱上升更快，氣泡更容易產(chǎn)生，這些現(xiàn)象啟發(fā)了我們，提