①猜想与假设;②评估;③提出问题;④分析论证;⑤设计实验;⑥进行实验收集证据.
徐轩同学进行了测量“小灯泡电阻和电功率”的实验探究,所用小灯泡的额定电压为2.5V.
实验次数 | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
电压U/A | 0.5 | 1.0 | 1.5 | 2.0 | 2.5 | 3.0 |
电流I/A | 0.10 | 0.16 | 0.23 | 0.25 | 0.26 |
日常生活、自然现象中有许多现象会让我们产生疑问,把疑问陈述出来,就形成了问题,但不一定是科学问题。像个人爱好、道德判断、价值选择方面的问题都不属于科学问题。比如,“哪种品牌的运动鞋更好?”“为减少污染和交通拥堵,应该限制小汽车的使用吗?”等都不属于科学问题。
科学问题是指能够通过收集数据而回答的问题。例如,“纯水和盐水哪一个结冰更快?”就是一个科学问题,因为你可以通过实验收集信息并予以解答。
并不是每一个科学问题都可以进行探究,当问题太泛化或太模糊,就难以进行科学探究,比如“是什么影响气球贴到墙上?”。一般而言,可以探究的科学问题描述的是两个或多个变量之间的关系,其中的变量必须是可检验的。也就是说,可以探究的科学问题中的因变量和自变量都是可以观察或测量的。例如,“增加气球与头发的摩擦次数会改变气球贴在墙上的效果吗?”,在这个问题中,气球与头发的摩擦次数是自变量,气球贴在墙上的效果是因变量,我们通过改变自变量就可以检验因变量怎样变化。
一个可探究的科学问题可以有不同的陈述方式,常见的陈述方式有下列三种。方式一:某个变量影响另一个变量吗?例如,导体的长度影响导体的电阻大小吗?方式二:如果改变某个变量,另一个变量会怎样变化?例如,如果增大导体两端的电压,导体中的电流就增大吗?方式三:一个变量跟另一个变量有关吗?例如,电流跟电压有关吗?
科学探究的过程是围绕可探究的问题展开的,正是由于有了可探究的科学问题,才能使探究过程具有明确的方向。
表一:
序号 | 枪管与水平方向的夹角θ | 水流落地点与枪口的水平距离s/m |
1 | 20° | 5.3 |
2 | 30° | 5.8 |
3 | 40° | 6.0 |
4 | 50° | 5.6 |
5 | 60° | 4.7 |
表二
序号 | 枪管与水平方向的夹角θ | 水流落地点与枪口的水平距离s/m |
6 | 20° | 7.7 |
7 | 30° | 8.8 |
8 | 40° | 9.3 |
9 | 50° | 8.9 |
10 | 60° | 7.6 |
问:
②分析实验序号为1、6 (2、7或3、8)的数据,可初步得出:;
卡门涡街现象
2020年5月5日,虎门大桥的桥体异常振动引发了大家的关注,专家认为这是由卡门涡街现象引起的。
如图甲所示,在一定条件下,流体流过阻碍物时,会在阻碍物上下两侧先后交替产生有规则的反向旋涡①、②、③、④……,这一现象叫卡门涡街现象。产生旋涡的一侧流速快,另一侧流速慢,交替形成大小不同的压力,使阻碍物产生有规律的振动,即涡振。涡振频率f与阻碍物的特征宽度d和流体流速v有关,其关系 (k为常数)据分折,桥体异常振动是由于桥面上安装了1.4m高的防撞板后,在特定风环境条件下产生了振幅较大的涡振现象。
工业上常同的流量计也是利用卡门涡街现象制成的。在管道中放入装有电子设备的阻碍物,当流体同过时,装有电子设备的阻碍物发生涡振,输出与涡振频率相同的电压信号,通过频率公式得到流速大小,最终输出流体的流量,流量为单位时间内流体通过管道横截面的体积。
康达效应(Coanda Effect)亦称附壁作用。流体(水流或气流)有离开本来的流动方向,改为随着凸出的物体表面流动的倾向。当流体与它流过的物体表面之间存在表面摩擦时(也可以说是流体粘性),只要曲率不大,流体会顺着物体表面流动。如开自来水的时候,如果手指碰到水柱,水会沿着手指的弯曲表面流动到手指下部,而不是按重力方向从龙头直线往下流。根据牛顿第三定律,物体施与流体一个偏转的力,则流体也必定要施与物体一个反向偏转的力。利用小汤匙演示如图,打开水龙头,放出小小的水流。把小汤匙的背部放在水流旁边,水流会被吸引,流到汤匙的背上,使水流一直在汤匙上的凸出表面流动。
①将单层玻璃板固定在有一定倾角的斜面上,把玻璃球靠在玻璃板的右侧,把橡胶球悬挂在支架上靠在玻璃板的左侧(如图)。
②随意拉开橡胶球,放手后让其敲击玻璃板,玻璃球被弹开,记下玻璃球被弹出的距离。共做10次。
③换成双层玻璃板重复上述实验。
实验次数 |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
平均值 |
|
玻璃球被弹开的距离/cm |
单层 |
79 |
78 |
82 |
80 |
73 |
84 |
84 |
82 |
81 |
80 |
80 |
双层 |
20 |
23 |
24 |
24 |
24 |
25 |
22 |
22 |
21 |
25 |
23 |
接点A、B的温度差T/℃ |
50 |
100 |
150 |
200 |
240 |
280 |
300 |
400 |
500 |
600 |
接点A、B间的电压U/V |
2.5 |
5.0 |
7.5 |
10.0 |
12.0 |
14.0 |
15.0 |
20.0 |
25.0 |
30.0 |
①根据上表的数据可以发现,装置提供的电压与两接点间的温度差有关,且两接点的温度差越,电压越大;
②当其他条件不变,若只将A处杯中的冰水混合物换为室温下的水,电压表示数将变;
③知道了电压与温度的对应关系,就可通过电压表示数得知B点的,实际生产中利用这一原理可以制成热电偶温度计。
某研究小组对“塞贝克效应”进行了初步的学习研究,塞贝克效应是指由于两种不同导体或丰导体的温度差异而引起两种物质间产生电压差的热电现象,例如将两种不同金属两端连接组成回路,如果使两个接触点的温度不同,则在回路中将出现电流,金属的塞贝克效应在一定条件下是可观的。
研究小组依据上述理论,制作了一个“蜡烛电厂”。如图甲,蜡烛电厂分为蜡烛、装置和用电器三个部分,其中装置部分有铁丝A(中间接入了灯泡和电流表)、铜丝B、水冷装置C,铁丝、钢丝的两端紧密相连,点燃蜡烛,小量程电流表指针偏转。
他们对蜡烛电厂的发电效率进行了研究,蜡烛、装置、用电器三部分的效率分别为 、 、 ,并且重点研究了输出功率与两端的温度差、接入电路的用电器的电阻这两个因素的关系,根据实验数据绘制出如图乙所示图象。
问题:
空气阻力
日常生活中存在这样的现象:飞机、轮船、汽车等交通工具运行时,受到空气阻力;人在水中游泳、船在水中行驶时,受到水的阻力;百米赛跑时,奔跑得越快,我们感到风的阻力越大,这是什么原因呢?
查阅相关资料得知:物体在流体中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫做流体阻力。流体阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫做流线型)的物体受到的阻力较小。物体从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,当阻大到与重力相等时,将以某一速度作匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。 某研究小组做了“空气对球形物体阻力大小与球的半径和速度的关系”的实验,测量数据见下表。(g取10N/kg)
小球编号 |
1 |
2 |
3 |
小球质量/g |
2 |
5 |
45 |
小球半径/10-3m |
5 |
5 |
15 |
小球的收尾速度/ (m·s-1) |
16 |
40 |
40 |
⑴发声体的振动频率越高,音调越高;
⑵人在山谷中大喊,能够听到回声;
⑶一切发声的物体都在振动;
⑷玻璃板后的蜡烛与玻璃板前蜡烛的像完全重合。
其中,为物理现象,为物理规律。(选填序号)