物理实验数据型试题赏析

物理实验数据型试题赏析

实验数据型试题具有真实的情景性，对这类试题的解析过程，就是对实验结果的分析处理过程，在分析处理过程中，通过自我发现，自我总结，达到运用基本原理、规律以及方法。创造性地解决实际问题，有效地提高自己的原始创新能力目的。但有些学生面对众多物理实验数据，却不知如何找到解题的切入点，甚至惘然失措。就此笔者选取以下几例供赏析。

例1、用金属制成的线材（如钢丝、钢筋）受到拉力会伸长，17世纪英国物理学家胡克发现，金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比，这就是著名的胡克定律。这一发现为后人对材料的研究奠定了重要基础。现有一根用新材料制成的金属杆，长为4 m ，横截面积为0.8cm 2，设计要求它受到拉力后的伸长不超过原长的1/1000。选用同种材料制

（1）、请根据测试结果，推导出伸长量x 与材料的长度L 、材料的截面积S 及拉力F 之间的函数关系。（形式为x = ）

（2）、通过对样品的测试，求出现有金属杆在不超过设计要求伸长量的前提下能承受的最大拉力。（写出过程）

（3）、在表中把有明显误差的数据圈出来。

解析：（１）金属制成的线材（如钢丝、钢筋）受到拉力与伸长的关系，涉及到线材的长度、横截面积和材料等多种变量，研究各变量与伸长的关系时，运用控制变量法。据此比较表中一、二两行实验数据可知，在横截面积相同时，伸长量与材料的长度成正比；比较表中四、五两行实验数据可知，当长度相同时，伸长量与材料的横截面积成反比。由胡克定律知：金属丝或金属杆在弹性限度内的伸长与拉力成正比，即得S L F k x ⋅=。其中N m k /108212-⨯=

（２）、由S L F k x ⋅=可得，2

2221111x S L F x S L F =，取表中： N F cm S cm x m L 250,05.0,04.0,112111====，代入m L 42=，228.0cm S =， m x 1000

42=，解得现有金属杆在不超过设计要求伸长量的前提下能承受的最大拉力F 2=

N 4101⨯。或直接运用S

L F k x ⋅=。其中N m k /108212-⨯=，代入m L 42=，228.0cm S =，m x 1000

42=，也可解得最大拉力F 2= N 4101⨯。 （３）、有明显误差的数据是（3m ，1000N ）时的0.46cm ，应为0.48cm ，（4m ，750N ）的0.22cm ，应为0.24cm 。

该题通过对不同组数据的计算、分析，挖掘出题目中隐含的条件是解题的关键。当多个自变量影响因变量时，可以固定其他几个变量，只讨论一个自变量对因变量的影响，即运用控制变量法是解题方法的重点。

例2、一个研究性学习小组在探究“小灯泡的发光情况与其两端电压的关系”时，得

（1）、请你在图中画出I/U

图线。 （2）、从数据或图线上可以看出，当U 或功率逐渐增大时，

灯丝电阻的变化情况是 。这表明 。 （3）、请你就该研究性学习小组的探究成果，举一与之有

关的事例或事实 。 解析：该题通过加强理解伏安特性曲线的物理意义和比较

伏安特性曲线的图象的变化，重点考查学生理解图象意义和应 用图象信息的能力。

（1）、如图所示。

（2）、开始不变，后来逐渐增大导体的电阻随着温度的升高 而增大或导体的电阻与温度有关。小灯泡上的电压较小，发热

功率较小，与灯丝上的散热平衡，温度基本不变；当小灯泡上

的电压较大时，功率也较大，发热要比散热多，灯丝温度升高，

电阻率也就相应增大

（3）、在额定电压下使用白光灯或超导现象等。

例3、）某同学对黑箱中一个电学元件的伏安特性进行研究。通过正确的测量，他发现该元件两端的电压 ab U 与流过它的电流I 之间的变化关系有如下规律；①当

0 0.1 0 0.1

V U V ab 015〈〈-时,I 近似为零.②当V U ab 0≥时,ab U 和I 的实验数据见下表:

图1

(1)在图2

中画出V U ab 0≥时该元件的伏安特性曲线。（可用铅笔作图）

（2）根据上述实验事实，该元件具有的特性是 。

（3）若将此黑箱接入图3电路中，并在该电路的cd 两端输入如图4（甲）所示的方波形电压信号u

cd ，请在图4 （乙）中定性画出负载电阻R 上的电压信号u ef 的波形。

图2

图3

（甲） 图4 （乙） 解析：这是一道关于考查二极管具有单向导电性的实验题，它不仅将二极管运用到了实际电路中，还要求学生将实验数据进行处理，得出正确的结论再运用到另外一个实验中，要求非常高。

（1）如图、5所示。

ab /V u cd /V t/s 0 t/s

（2）、单向导电性

（3）、如图、6所示

图5 图6

该题既属于改变实验元件的拓展，又属于理解实验结果的延伸。实验元件从小灯泡变化到二极管（也可以是热敏电阻、光敏电阻等其他元件）。通过比较两者的伏安特性曲线的变化规律。从而找到解题的切入点，得出正确的结论，开阔了学生的视野，考查学生把实验原理、方法登台知识应用到新的实验情景的良好的迁移能力。因此这是一道近几年来实验试题中能力要求高、命题思路上佳的不可多得的好题。

例4半导体和金属的导电能力随温度的变化特点是不同的，因此，利用它们制成的元件在

生活中也各有各的用途。

（1）一个由某半导体材料制成的加热器，通电后，加热器在发热的同时，也在向外界放热。图甲为发热功率P 发热和散热功率P 散热与

温度t 之间关系的图像。

由图像可知，加热器工作时的稳定

温度为 ℃。当温度稍高于稳定

温度时，P 发热 P 散热（填“＞”、

“＝”或“＜”）；此时发热功率继续减

小，可推知，元件的电阻在继续 。

（2）如图乙是由某金属材料制成的电阻R 随摄氏温度t 变化的图像，若用该电阻R 与电源（电压为3伏）、电流表(量程为0～5毫安)、电阻R ′串联起来，连接成如图丙所示的电路。用该电阻R 做测温探头，把电流表的刻度改为相应的温度刻度，得到一个简单的“金属电阻温度计”。电流刻度较大处对应的温度刻度较 ；请通过计算说明，若R ′=450Ω，则图丁中指针所指处对应的温度数值为多少？

ab /V

P 散热

P 发热