设计性实验题归类解析

中考设计性实验题的题目大多是以课本实验为基础，通过改变实验条件或者是用实验中出乎意料之外的问题来命题，在解决此类问题时，要利用学过的知识和实验探究方法，分析并找到解决问题的途径，并利用题目中提供的器材或者是自选器材来自行设计新的实验方案。

一、设计电路类

1．黑盒子问题

解决此类问题要根据题目所要求的条件和所描述的现象，先判断出可能的电路连接方式，然后再验证所设计的电路是否符合题意，符合题意则设计的电路就是所要求的电路，否则再重新设计电路并验证，直到所设计的电路符合题目要求。

例题1一只玩具猫外形如图1所示，猫体内有电池，猫手相当于一开关，向下压猫手，猫脸上的两个小电灯会一齐发光．把你猜想的猫体内的电路图画在方框内。（ 2019广州）

解析：根据向下压猫手两只小电灯会同时发光，可判断两只小电灯为并联连接，如为串联连接，则一只小灯损坏后，两只灯都不会发光，所以两只灯并联连接比串联连接实际效果要好一些。电路图如图2所示。

例题2如图3甲所示，是小明常用的一个插线板。他在使用中发现：插线板上的指示灯在开关闭合时会发光，插孔正常通电；如果指示灯损坏，开关闭合时插孔也能正常通电。根据上述现象，在图3乙中画出插线板中开关、指示灯和插孔的连接方式，并与电源线接通。

解析：根据插线板上的指示灯在开关闭合时会发光，插孔正常通电，可判断指示灯与插孔为并联连接，如果为串联连接，则指示灯损坏时，开关闭合时插孔不能正常通电。因为用电器应接在火线和零线之间，所以指示灯与插孔并联后一端和开关连接，另一端和零线连接。电路图如图4所示。

2．分析设计电路

例题3在探究“电阻上的电流与两端电压的关系”的实验中，所用的器材有：一个定值电阻R、一个电压恒定的电源，电流表、电压表各一个，滑动变阻器一个，开关一个，导线若干。有三位同学分别设计了图5所示的甲、乙、丙三个电路图。

（1）三个电路图中，只有丙图是符合要求的，甲图中的错误是_________________，乙图中的错误是____________________。

（2）在这三个电路图中，都有滑动变阻器，如将滑片P都向左移动时，甲图中电压表的示数将________，乙图中电流表的示数将________，丙图中电阻R的阻值 将________。（三空都选填“变大”、“变小”或“不变”）

解析：本题要探究的是电阻上的电流与电压两个量之间的关系，因此应在知道电阻上电流的同时知道电阻上的电压。（1）在题目中没有提供电源输出电压值的情况下，图甲中的电压表测的是滑动变阻器两端的电压，而电阻R两端的电压未知，所以无法用甲图探究电阻上的电流与两端电压的关系。甲图中的错误是电压表测的是滑动变阻器两端的电压。乙图中电流表测的是流过电阻R和滑动变阻器中的电流，这样流过电阻R中的电流是未知的。所以无法用乙图探究电阻上的电流与两端电压的关系。乙图中的错误是滑动变阻器与电阻R并联了。（2）滑片P向左移动时，甲电路中的总电阻变大，流过电阻R中的电流变小，所以电阻R两端的电压变小，因电源电压不变，所以滑动变阻器两端的电压变大，即电压表的示数变大。滑片P向左移动时，乙电路中电阻R和滑动变阻器并联的总电阻变小，所以电流表的是示数变大。丙图中定值电阻R的阻值与它两端的电压和通过它的电流都无关，所以R的阻值不变。

例题4 在“探究影响电流做功多少的因素”活动中，同学们设计了如图6所示甲、乙、丙三个电路。

⑴经过讨论，认为不应该选择图甲电路，原因是。

⑵为研究电流做功与电压的关系，应该选择图所示的电路．

⑶利用图丙电路研究某问题，当闭合开关后，发现两灯都不亮，电压表V1有示数，电压表V2无示数，则电路发生的故障是。

⑷学习电功率知识后，小明想测灯泡的额定功率，将标有“12V 6W”灯泡L1和“6V 4W”灯泡L2按图丙电路连接，再接入电流表．经分析，能测出灯泡的额定功率。

解析：本题所探究的是影响电功的因素有哪些。在探究一个物理量同那些因素有关时，一般应首先考虑用控制变量法。而控制变量法所研究多个变量中，要保证只有一个变量变化，而其它的量不变化。（1）甲图中电流和电压同时变化，无法知道电流做的功是和电流有关还是和电压有关。不选择图甲电路原因是无法使用控制变量法（2）研究电流做功与电压的关系时，应保证电流不变，而只使电压变化。乙图中灯泡两端的电压不变化，所以不能用乙图研究电流做功与电压的关系。丙图在滑动变阻器滑片滑动时，流过两灯的电流相等，而两灯两端的电压可以变化，所以可以用丙图研究电流做功与电压的关系。（3）因为两灯都不亮，一种可能是两灯都开路，如果两灯都开路，两个电压表应都有示数，这与题意矛盾。另一种可能是流过两灯中的电流很小，小到不足以使灯发光，如果是这种情况，两电压表中都应有示数，这也与题意矛盾。还有一种可能L2开路，这时电压表V2的内阻比L1的电阻与电压表V1的内阻的并联阻值大很多，此时电压表V2有示数，电压表V1无示数，这与题意矛盾。剩下的可能只能是L1开路。当L1开路时。这时电压表V1的内阻比L2的电阻与电压表V2的内阻的并联阻值大很多，此时电压表V1有示数，电压表V2无示数，符合题意。则电路发生的故障是L1开路。（4）灯泡L1的电阻是24Ω，灯泡L2的电阻是9Ω，所以，灯泡L1和灯泡L2两端的电压之比是8：3, ，当灯泡L1两端的电压是12V时，灯泡L2的电压只有4．5V 。所以，灯泡L1两端的电压达到额定电压时，灯泡L2两端的电压小于额定电压。因此只能测出灯泡L1的额定功率。

二、设计实验器材、实验步骤

解此类问题要灵活运用学过的知识，可先从自己熟悉的器材和实验方法入手，只要设计符合题目要求，所用的器材越少越好，步骤越简单越好。

例题1给你一张密度表和一个可沉于水中的小铁球，请你再自选其他器材，设计一个实验来判断该小铁球是实心的还是空心的？简述你的实验方案

（1）主要器材：；

（2）简要做法：；

（3）如何判断：。

解析：本题是开放型试题，只要设计的方法能够符合题目要求，就是正确的。本题实际上是测铁球的密度。可以根据学过的测固体物质密度的实验方法，选择相应的器材，测出铁球的密度。然后根据测出的小铁球的密度，查密度表，即可判断小铁球是实心还是空心。

参考答案：

（1）密度表、小铁球、天平和量筒、水。

（2）用天平称出小球质量、用量筒测出小球的体积。

（3）算出该小球的密度对照密度表进行判断：若ρ（测）＜ρ（铁）则小铁球是空心的；若ρ（测）=ρ（铁），则小铁球是实心的。

例题2经过两年的物理学习，同学们使用过很多的实验基本仪器，实验探究技能得到了长足的发展．请你利用使用过的实验基本仪器，设计两种原理不同的方案区分水和盐水（写出实验仪器及方法步骤）

解析：本题属于开放型实验设计题，也是过程开放题。可选择熟悉的器材来设计方案。

参考答案：

方法一

器材：托盘天平（已调节平衡）、两个形状和质量完全相同的烧杯、刻度尺

步骤：⒈在两个形状和质量完全相同的烧杯内装入两种不同液体。⒉用刻度尺测量使两杯液体等高。⒊将这两杯液体分别放入已调节平衡的托盘天平的左右盘中。托盘偏重的一侧杯中所盛的液体是盐水。

方法二

器材：弹簧测力计、拴着细线的物块（其密度大于两种液体的密度）、两个烧杯

步骤：⒈把两种液体分别倒入一个烧杯中。⒉分别测出物体浸没在两种液体中时弹簧测力计的示数。示数小时物块受到的浮力大，则该杯所装的液体是盐水。

三、分析设计方案

解决此类问题要认真分析题中提供的条件，仔细查看题中的示意图，找出不同设计方案中的差异。

例题为了探究影响电热的因素，实验室准备了两个装满煤油的烧瓶、两个带有橡皮塞的粗细均匀的相同玻璃管，两根不同阻值的电阻丝，以及滑动变阻器、开关、导线、电源等．两个实验小组根据提供的实验器材，分别设计了图7甲、乙所示的两个方案。

（1）这两个方案的共同点是通过观察什么知道电热的多少．

（2）甲方案探究的问题是什么？

（3）乙方案探究的问题是什么？

解析：解答此题要认真观察题中的示意图。（1）当烧瓶中煤油的温度不同时，煤油的体积也会不同，通过比较煤油的体积，可以得知煤油的温度。观察玻璃管中液面的高度就可以知道电热的多少。（2）甲图中两根电阻丝是串联解法，因此流过两根电阻丝的电流相等。甲方案探究的问题是在电流一定时，电热与电阻的关系（3）乙图中两根电阻丝是并联接法，因此两根电阻丝两端的电压相同。乙方案探究的问题是在电压一定时，电热与电阻的关系。

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