逍遥学能 2016-07-29 14:11
要完成某项科学探究的最终任务，就必须对探究过程中所收集的证据或数据进行分析和处理，从而得出某些规律、找到某种关系。分析、处理实验数据，正确得出结论，是科学探究的一个重要环节，中学生尤其是初学物理的学生在归纳实验结论时，常出现一些错误，究其原因通常可以归纳为以下几种类型：
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相同的条件下比较水流的射程，因而不能证明结论正确。
四、探究因素表述错误
例4陈飞同学在做“探究物体的动能与什么因素有关”的实验中，设计了如图二所示的实验方案，并进行了以下实验操作：
步骤一：让铁球从斜面F点滚下打到一个小木块上，推动木块使木块从位置A移动到位置B；
步骤二：让铁球从斜面E点滚下打到一个小木块上，推动木块使木块从位置A移动到位置C。
分析实验现象可以得出的结论是：。
错误结论物体质量一定，被举高度越大，具有的动能越大。
分析影响动能的因素有物体的质量和速度，铁球从斜面不同高度滚下，到达水平面的速度不同。本题是研究在物体质量一定的情况下，动能大小与速度之间关系，必须保持质量不变，改变速度，所以让铁球从斜面不同高度滚下，通过观察铁球在水平面上以不同速度推动木块做功多少，来探究动能跟速度的关系。因此在表述动能与速度的关系时，它的实验条件是：使铁球的质量不变，改变速度，而不是改变高度。
正确结论物体质量一定，运动速度越大，具有的动能越大。
五、研究问题判断错误
例5为了探究“物体温度升高时吸收热量的多少跟哪些因素有关”，程阳同学用两个相同的烧杯分别盛水和煤油，再用两个同样的电加热器加热水和煤油，实验数据记录如下表：根据实验记录数据，分析得出的结论是：。
实验组别
物质
质量/g
初温/℃
末温/℃
加热时间/min
1
煤油
50
20
30
4
2
水
50
20
30
8
错误结论质量相同的不同物质，升高相同的温度，加热时间长短不同，水比煤油加热时间长。
分析在对实验数据分析、处理时，首先要明确本实验要解决的是什么问题，需要研究什么物理量之间的关系，涉及这些物理量变化的因素有哪些。该实验是要探究物体温度升高时吸收热量的多少跟哪些因素有关，从表格数据可以看出，物体吸收热量的多少跟物质种类、质量和升高的温度等因素有关，在没有仪器可以直接测量物体吸收热量的多少时，通过转换观察加热时间长短来判断物体吸热的多少，加热时间长短不同，反映的是物质吸收热量多少的不同。
正确结论质量相同的不同物质，升高相同的温度，吸收的热量不同。
六、表象干扰产生错误
例6小明同学用图三所示电路探究导体中的电流跟导体的电阻之间的关系，先后用5?、10?、20?的定值电阻接入电路的A、B两点间，闭合开关S，读出电流表的示数并填入表中，分析数据表可知：。
实验次序
电阻R/?
电流I/A
①
5
0．4
②
10
0．3
③
20
0．2
错误结论通过导体的电流随电阻的增大而减小，电流与电阻成反比。
分析表面上看，电阻增大，电流减小，似乎找到了电流与电阻之间的关系。根据控制变量法，探究电流跟导体的电阻的关系时，应保持电阻两端电压不变，改变电阻，记录电流，通过实验数据分析电流跟导体的电阻之间的关系。本题中当R=5?时，U=I1R1=0．4A×5?=2V ；当R=10?时，U=I2R2=0．3A×10?=3V；当R=20?时，U=I3R3=0．2A×20?=4V。说明该同学在实验中改接电阻后，没有调节滑动变阻器，使A、B两点间电压保持不变，所以不能从实验数据中归纳出电流与电阻成反比的结论。
正确结论小明在实验中没有控制电阻两端的电压保持不变。