類型一:條件開放型條件開放型試題的特點是題設(shè)條件多余或隱含,不指明所要求解的問題。解這類試題的基本思路就是從題設(shè)條件入手,變換角度,創(chuàng)設(shè)情境,使解題過程具有開放性。
例1.2011年11月3日凌晨,我國“神舟八號”飛船與“天宮一號”飛行器成功對接,共同飛行在茫茫太空中。飛行在太空中的“天宮一號”向著太陽的一面溫度會高到100℃以上,而背陰的那一面又會冷到-200℃以下,為此科學(xué)家在“天宮一號”的外表面涂上一層銀白色的涂料。在“天宮一號”實驗艙里,未來的航天員可使用筆記本電腦收發(fā)郵件,可以看電影聽音樂。艙里還配備了太空鍛煉器材,如拉力器,用于鍛煉下肢肌肉等。
請從上面的閱讀材料中找出與物理知識有關(guān)的敘述,并標(biāo)明相關(guān)的物理知識。
例:“神舟八號”飛船與“天宮一號”飛行器成功對接──以“神舟八號”飛船為參照物“天宮一號”是靜止的
(1)_____________________________________________;
(2)____________________________________________。
解析:條件開放類試題由于所給條件較多,可以從不同角度、不同側(cè)面去考慮問題從而得到不同的結(jié)論。這類題型的特點決定了題不是太難,但要求同學(xué)對所學(xué)知識能融會貫通。題中給出的如“外表面涂銀白色的涂料”、“ 收發(fā)郵件”等語句蘊(yùn)含著物理知識。
答案:飛行──以地球為參照物,“神舟八號”飛船和“天宮一號”是運(yùn)動的
外表面涂銀白色的涂料──有光照射時,減少對熱量的吸收;背光時,減少向外輻射熱量
收發(fā)郵件──利用電磁波
看電影──筆記本電腦是光源、光沿直線傳播
聽音樂──聲音是由振動產(chǎn)生的
拉力器──拉力越大,彈簧被拉得越長
類型二:過程開放型過程開放型試題的特點是條件、結(jié)論都一定,解題過程或策略開放,一題多解及開放設(shè)計性實驗屬于這類題。一般是策略性開放,思路不唯一,進(jìn)而步驟、過程都不統(tǒng)一,開放設(shè)計性實驗有時連實驗條件都不統(tǒng)一,需自行選定器材,再根據(jù)題目需要設(shè)計實驗步驟,完成指定的設(shè)計性實驗。
例2.如圖1所示,L1為入射光線,L2為出射光線。請在圖中添加合理的光學(xué)器件。(注意所添加的器件位置要正確)
解析:由題目中的情況容易想到用平面鏡來反射。那么,還能用什么光學(xué)器件呢?首先沿著“反射”的思路考慮:反射時能否不用平面鏡?當(dāng)然可以──用凸面鏡或凹面鏡。再考慮如果不是反射,折射行不行?當(dāng)然行──用凸透鏡或凹透鏡、甚至是三棱鏡。還可以思考,凸透鏡或凹透鏡只有一種放置方法嗎?試一試,當(dāng)然不只一種。這樣,依據(jù)不同的物理規(guī)律、原理,運(yùn)用不同的方法,進(jìn)行一題多思、一題多解,能更牢固地掌握知識,培養(yǎng)發(fā)散思維能力。
答案:如下圖
例3.如圖2所示,彈簧測力計的量程是0—5N,木塊重力大約7N,輕質(zhì)滑輪重為1N、鐵架臺、刻度尺、足夠大的量杯、足量的水和細(xì)棉線(自重不計),圖中每種器材各有一件。
請你利用圖中的一些器材,設(shè)計一個測量木塊重力的實驗方案:
(1)寫出選用器材的名稱:
(2)用文字簡要地寫出需要測量的物量及符號:
(3)木塊重力的表達(dá)式:
解析:物體的重力直接用彈簧測力計便可測量,但此題不同,因為彈簧測力計的量程小于被測量,所以題目提醒學(xué)生要有安全操作意識,這是作為一個公民將來走入社會必須具有的科學(xué)素養(yǎng)。怎樣解決彈簧測力計的量程小于被測量的問題呢?只能采用間接測量,這就需要學(xué)生的經(jīng)驗和感悟了。注意到木塊能在水面上漂浮,又有量杯,想到可用浮力知識解決。若注意到滑輪,可連接成動滑輪來測量。若注意到米尺,可用線連接成一個省力杠桿來解決。
答案:
方案一:(1)量杯、水、細(xì)棉線、木塊
(2)量杯中水的體積V1,木塊放入水中靜止后液面的位置V2
(3)G =ρ水g(V2-V1)
方案二:(1)彈簧測力計、輕質(zhì)滑輪、鐵架臺、細(xì)棉線、木塊
(2)滑輪重G動,拉力F
(3)根據(jù)F=(G+G動)/2,得G=2F -G動
方案三:(1)彈簧測力計、米尺、鐵架臺、細(xì)棉線、木塊
(2)把米尺連接成省力杠桿,從米尺上讀出兩力臂L動、L阻(L動/L阻應(yīng)大于7/5),拉力F
(3)根據(jù)FL動=GL阻,得G=FL動/L阻
類型三:結(jié)論開放型結(jié)論開放型題目的特點是條件一定,結(jié)論多種多樣。根據(jù)試題提供的信息,從不同的方向分析會有不同的結(jié)論,可以激發(fā)學(xué)生思考的積極性,利于培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性和創(chuàng)造性。解答時,要在這些符合要求的結(jié)論中選擇最有把握的結(jié)論作為答案。
例4.有些物理量的大小不易直接觀測,但它變化時引起其它量的變化卻容易直接觀測,用易觀測的量顯示不易觀測的量是測量物理量的一種思路。例如:溫度計是利用液柱長度的變化來顯示溫度高低的。請你也舉出一個例子___________________。
解析:物理學(xué)中對于一些看不見、摸不著的現(xiàn)象或不易直接測量的物理量,通常用一些非常直觀的現(xiàn)象去認(rèn)識,或用易測量的物理量間接測量,這種研究問題的方法叫轉(zhuǎn)換法。初中物理在研究概念、規(guī)律和實驗中多處應(yīng)用了這種方法。大家要在頭腦中搜尋學(xué)習(xí)過的物理內(nèi)容,篩選出應(yīng)用這個思想方法獲取的知識,確定答案。你可以從力、熱、光、電、磁、分子原子、能量等方面進(jìn)行思考。
答案:彈簧測力計是利用彈簧長度的變化來顯示力的大小;研究條形磁鐵(或電磁鐵)磁性時,用它吸引鐵屑(或大頭針)的多少來顯示磁性的強(qiáng)弱;研究物體的動能與哪些因素有關(guān)時,用物體推紙盒前進(jìn)的距離來顯示其具有動能的多少;鼓面上撒碎紙屑來顯示鼓面的振動情況;進(jìn)行電流的熱效應(yīng)實驗時,在電熱絲上涂些蠟,利用蠟的熔化來顯示電熱絲溫度升高等。
類型四:綜合開放型綜合開放型題目的特點是條件多種,解題策略多樣,結(jié)論不唯一。這類試題有利于發(fā)展大家的個性,發(fā)展大家的發(fā)散思維能力。
例5.圖3中甲、乙分別是“探究平面鏡成像特點”和“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗裝置。
(1)在“探究平面鏡成像特點”的實驗中,拿一支沒有點燃的與A完全相同的蠟燭B豎立在玻璃板后面移動,直到看上去它跟前面那支蠟燭A的像完全重合。這樣操作的目的是________________,同時也證明了像與物體的大小________________。
圖3
(2)在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中,保持凸透鏡位置不動,將蠟燭從遠(yuǎn)處逐漸向凸透鏡的焦點靠近時,要想在光屏上得到清晰的燭焰的像,光屏應(yīng)向________(填“靠近”或“遠(yuǎn)離”)凸透鏡的方向移動,所成像的大小將________(填“變大”、“變小”或“不變”)。
(3)當(dāng)蠟燭移到圖乙所示位置時,光屏上出現(xiàn)清晰的燭焰的像,請你比較甲、乙兩圖中平面鏡與凸透鏡所成的像的不同點:①________________;②________________。
解析:試題對兩個重要的光學(xué)實驗進(jìn)行了對比研究。(1)平面鏡成像實驗的目的是找出像和物體的大小、位置關(guān)系。只有“捕捉”到像,才能開展研究。蠟燭B與蠟燭A的像完全重合,說明實驗已經(jīng)“捕捉”到了像,即確定了像的位置和大小。(2)在“探究凸透鏡成像規(guī)律”的實驗中,得出了像的位置和大小、倒正、虛實與物距和焦距的關(guān)系。其中,當(dāng)成實像時,“物近像遠(yuǎn)像變大”是一個非常重要的結(jié)論,要注意掌握和應(yīng)用。這句話的意思是,物體從遠(yuǎn)處逐漸向凸透鏡的焦點靠近時,所成的像離凸透鏡越來越遠(yuǎn),同時像也變得越來越大。(3)比較甲、乙兩圖中所成的像的不同點屬于過程和結(jié)論都開放:從成像原理考慮,一個是光的反射,一個是光的折射;從成像虛實考慮,一個是虛像,一個是實像;從成像倒正考慮,一個是正立的像,一個是倒立的像;從成像大小考慮,一個是等大的像,一個是放大的像;從物距和像距關(guān)系考慮,一個是物距等于像距,一個是物距小于像距。
答案:(1)確定像的位置和大小相等
(2)遠(yuǎn)離變大
(3)一個是光的反射形成的,一個是光的折射形成的;一個是虛像,一個是實像;一個是正立的像,一個是倒立的像;一個是等大的像,一個是放大的像;一個成像時物距等于像距,一個成像時物距小于像距。
從上面幾例可以看出,開放性試題涉及面較廣,靈活而無模式可依,但都基于學(xué)生已有的知識和經(jīng)驗進(jìn)行設(shè)計,因而不同程度的學(xué)生都可以根據(jù)自己的能力、水平進(jìn)行探索,都有發(fā)揮的空間。開放性試題以開放的姿態(tài)展示出物理與我們?nèi)祟惿姘l(fā)展的聯(lián)系,具有很大的思維空間。我們要去經(jīng)歷物理知識的再創(chuàng)造過程,需全面觀察、廣泛聯(lián)想,多方面、多角度、多層次去思考問題,才有利于自己探究精神、創(chuàng)新精神和實踐能力的培養(yǎng)和發(fā)揮。
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