一道開放性實驗題的多種解法

【摘 要】本文結(jié)合初中“密度”的中考復(fù)習(xí)體會為主，淺議整合方法。

【關(guān)鍵詞】開放實驗題 密度

在中考前系統(tǒng)復(fù)習(xí)《質(zhì)量和密度》部分時，因為時間緊，所以許多物理教師采用：引導(dǎo)學(xué)生回顧復(fù)習(xí)《質(zhì)量和密度》的基礎(chǔ)知識后，再簡單列舉一些相關(guān)應(yīng)用練習(xí)就結(jié)束。筆者在復(fù)習(xí)了《質(zhì)量和密度》的基礎(chǔ)知識時，引導(dǎo)學(xué)生充分開發(fā)整合教材內(nèi)容，達(dá)到提高學(xué)生綜合分析能力、靈活應(yīng)用所學(xué)知識的能力，打開學(xué)生解決問題的思路，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣的目的。為此可以下題為例。

題目：體育課后同學(xué)們提出了疑問：“鉛球是實心的嗎？”請你設(shè)計一種鑒別方法來探究這一問題，要求：①寫出所需實驗器材。②簡要寫出相應(yīng)的實驗步驟。③不能損壞鉛球。（假設(shè)鉛球是純鉛制成的）以下提供六種方法，謹(jǐn)供參考。

方法1：

實驗原理：

實驗器材：桿秤、水槽、水杯、溢水杯

實驗步驟：1、用桿秤測出鉛球的質(zhì)量m1；

2、用桿秤測出水杯的質(zhì)量m2；

3、將鉛球浸沒入盛滿水的水槽中，然后將溢出的水倒入水杯中；

4、用桿秤測出水和水杯的總質(zhì)量m3。

實驗計算：

實驗結(jié)論：若ρ球=ρ鉛，則鉛球是實心的；否則鉛球是空心的。

實驗說明：（1）此方法原理易懂，思路清晰。但是很多同學(xué)沒有走出理論性實驗誤區(qū)，因而大多數(shù)同學(xué)都選用天平和量筒作為測量質(zhì)量m和體積V的儀器，這樣就會造成測量儀器的量程與實際需要不相符合的問題

（2）在此題中，若用溢水杯與量筒相結(jié)合來測量鉛球體積V球也是可以的。

（3）若用兩個三角板輔助測量出鉛球直徑，再根據(jù)球的體積公式（

）計算出鉛球體積，還是可以的。

方法2：

實驗原理：漂浮條件

實驗器材：溢水杯、水、水銀、量筒、水杯

實驗步驟：1、將鉛球沒入盛滿水的溢水杯中，用水杯收集鉛球排開的水。再用量筒測出其體積V排，則V球=V排。

2、將鉛球放入盛滿水銀的溢水杯中，當(dāng)鉛球處于漂浮狀態(tài)時，用水杯收集鉛球排開的水銀，并用量筒測出其體積

。

實驗計算：∵鉛球在水銀中處于漂浮狀態(tài)

∴F浮=G球

因而有

故

實驗結(jié)論：若ρ球=ρ鉛，則此鉛球是實心的，否則鉛球是空心的。

實驗說明：這種鑒別方法的優(yōu)點是誤差小，而且原理簡單，作為理論性實驗是一種可行的方法，但是由于水銀有毒，所以實際操作時應(yīng)注意水銀的正確使用，要防止水銀亂流，被人體吸入等。

方法3：

實驗原理：F浮=G-F

實驗器材：大量程的彈簧測力計、水槽、水和細(xì)線

實驗步驟：1、用細(xì)線拴住鉛球，掛在彈簧測力計上測出鉛球的重力G。

2、將鉛球浸沒在水槽的水中，讀出此時彈簧測力計的示數(shù)F。

實驗計算：

實驗結(jié)論：若ρ球=ρ鉛，則鉛球是實心的，否則鉛球是空心的。

實驗說明：這種鑒別方法，器材簡單，實驗誤差較小，而且可操作性強(qiáng)，在實際操作時，可用“家用彈簧秤”來代替大量程的彈簧測力計。

方法4：

實驗原理：杠桿平衡條件

實驗器材：鐵架臺、輕質(zhì)杠桿、溢水杯、水、細(xì)線、刻度尺、支架和輕質(zhì)水杯

實驗步驟：1、將杠桿中點支在鐵架臺上，并調(diào)節(jié)杠桿上的平衡螺母使杠桿水平平衡。

2、將鉛球浸沒在裝滿水的溢水杯中，用紙杯收集溢出的水，則有V球=V排。

3、用細(xì)線拴住鉛球，掛在杠桿的一端，并用支架支撐住杠桿使杠桿保持水平靜止，再用刻度尺測出鉛球重力G球的力臂L1。

4、用細(xì)線把紙杯拴好后，掛在杠桿的另一端，緩慢移動栓節(jié)點，直至不用支架支撐杠桿也能水平平衡，再用刻度尺測出杯中水的重力G水的力臂L2。

實驗計算：∵G球L1=G水L2 即

∴

實驗結(jié)論：若ρ球=ρ鉛，則鉛球是實心的，否則鉛球是空心的。

實驗說明：這種鑒別方法，雖然操作比較復(fù)雜，但是思路新穎且可行性強(qiáng)。選擇好輕質(zhì)紙杯是減小實驗誤差的關(guān)鍵。

方法5：

實驗原理：

實驗器材：桿秤、兩個三角板、刻度尺。

實驗步驟：1、用桿秤測出鉛球的質(zhì)量m球。（轉(zhuǎn)下頁）

（接上頁）2、用兩個三角板和刻度尺，輔助測量出鉛球的直徑，再根據(jù)球的體積公式

，計算出鉛球的體積V球。

實驗計算：假設(shè)鉛球使是實心的，則根據(jù)鉛球的密度ρ球=ρ鉛，實心鉛球的體積

。

實驗結(jié)論：若V鉛=V球，則鉛球是實心的；若V鉛≠V球，則鉛球是空心的。

實驗說明：這種鑒別方法，思路較新穎，原理清晰，可操作性強(qiáng)。這種鑒別方法是通過比較等質(zhì)量的實心鉛球體積和測出鉛球體積大小來鑒別鉛球是否實心。其誤差較小。

方法1——方法4，是通過比較鉛球的密度和鉛的密度來鑒別鉛球是否實心的。方法5是通過比較等體積的實心鉛的質(zhì)量和測出鉛球質(zhì)量來鑒別鉛球是否實心的。

在復(fù)習(xí)教學(xué)中，采用這種開發(fā)利用開放性課題，從多角度多方位入手，應(yīng)用所學(xué)知識來解決問題，能達(dá)到提高學(xué)生解答應(yīng)用知識的能力，能激發(fā)學(xué)生的求知激情，打開學(xué)生解決問題的思路的目的。