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浙教版九年級全
第三篇 實驗方案的設計與評價
一、設計實驗方案
《義務教育科學課程標準(2022年版)》“課程目標”的“學段目標”中，針對7～9年級學生提出了明確的要求：“能基于所學知識，從真實的情境中識別可以探究的科學問題和研究變量，并提出合理的研究假設，制訂完整的探究計劃，能應用控制變量方法設計實驗方案。具有在真實情境中提出探究問題和制訂探究計劃的能力。”“具有利用所學知識和方法獲取信息、處理信息并得出結論的能力?！薄熬哂薪涣魈骄窟^程和結果，以及評價、反思、改進的能力。”
一、設計實驗方案
1. 實驗設計的基本要求
(1)科學性：實驗原理、實驗操作程序和方法必須科學合理。
(2)安全性：盡量避免使用有毒藥品和進行有一定危險性的實驗操作，保護人身安全，保護儀器。
(3)可行性：設計的實驗方案要切實可行，實驗所選用的藥品、儀器、設備和方法等在中學現有條件下能滿足。
(4)綠色化：采取一系列措施，從源頭上防止和控制污染的產生。
2. 設計實驗方案的一般步驟
(1)確定實驗目的和原理。
(2)選擇合適的儀器、藥品等。
(3)設計合理的實驗裝置和實驗操作步驟，明確注意事項。(應用控制變量法設計實驗方案時，要設置對照組)
(4)觀察并記錄實驗現象和數據。
(5)通過分析、計算、推理等得出結論。
1. [2023·溫州]有人認為：許多植物的莖和葉都能進行蒸騰作用，且葉是主要的蒸騰作用器官。為驗證這一觀點，老師提供如下器材供同學們實驗，各種器材數量充足。
(1)寫出檢查裝置甲氣密性的具體操作：__________________________________________________________________________________________________。
將導管口浸入水中，雙手捂住燒瓶，觀察導管口是否有氣泡冒出。松手后，導管內是否形成一段穩定的水柱
(2)選擇合適的器材，寫出本實驗的步驟：___________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
①檢查裝置的氣密性后，取1個裝置甲標為A組，另取2個裝置乙分別標為B組、C組，將3個裝置裝滿水；②用剪刀剪去C組綠蘿的全部葉，A組、B組不做處理；③用膠頭滴管吸取水注入導管口形成一小段水柱，并用記號筆標記位置；④將裝置放在適宜的環境中，一段時間后，用刻度尺測出水柱移動的距離，分別記為sa、sb、sc；⑤比較(sc－sa)和(sb－sa)的大小關系，重復實驗，得出結論。
【解析】(1)科學實驗中常用內外氣壓差來檢查裝置的氣密性。(2)本實驗研究葉是主要的蒸騰作用器官，故實驗變量為有無葉片；實驗的觀測量可根據有無葉片時的裝置內氣壓大小變化來進行比較。
2. [2023·臺州]某同學查閱資料得知：溶液的導電能力與溶質的種類、溶質的質量分數、電極間的距離、電極與溶液的接觸面積等因素有關。該同學用如圖裝置，利用5%和10%的氫氧化鈉溶液，
驗證溶液導電能力與溶質
質量分數大小的關系。
(1)配制5%的氫氧化鈉溶液200 g，取現有10%的氫氧化鈉溶液________g，再加一定量的水混合均勻。
(2)用筆畫線將圖中電路連接完整。
100
電路連接如圖：
(3)實驗步驟：①連接實驗電路。
請補充實驗的其他步驟：______________________________
______________________________
_______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
②將滑動變阻器的滑片移到最
左邊，把一定體積5%的氫氧
化鈉溶液倒入燒杯中，插入電極。
③閉合開關，移動滑動變阻器的滑片至合適的位置，讀出此時電流表的示數。④斷開開關，取相同體積10%的氫氧化鈉溶液倒入另一個相同的燒杯中，不改變滑動變阻器滑片的位置，插入清洗后并擦干的電極，閉合開關，讀出此時電流表的示數。⑤多次重復實驗，比較每兩次電流表的讀數大小，得出結論。
3. [2023·杭州外國語實驗學校月考]為了探究氫氧化鈉與鹽酸能否發生反應，某興趣小組設計了多個實驗方案。
(1)小金查閱資料得知：溶液中若存在自由移動的離子，通電時就會發生定向移動，從而形成電流；相同電壓下，等體積的溶液中所含離子數目越多，電流就越大。利用如圖所示的電路，在一定電壓下，在E、F處連接電極測定4種試劑(一定體積、一定溶質質量分數)的導電性，
獲得如表所示的相關數據。
實驗序號 A B C D
試劑 蒸餾水 稀鹽酸 氫氧化鈉溶液 氯化鈉溶液
電流強度/mA 約為0 0. 09 0. 09 0. 09
設計實驗方案：各取10 ml NaOH溶液于兩個小燒杯中，分別加入10 ml NaCl溶液和10 ml稀鹽酸(所得混合溶液的體積均約為20 ml)，
＞
按照如圖所示連接電路，在一定電壓下測定兩種混合溶液的導電性，讀出并記錄電流表示數依次為I1和I2。若I1_____I2(填“＞”“＜”或“＝”)，則可推斷氫氧化鈉和鹽酸發生了反應。
(2)請你運用另外一種科學原理，設計一個實驗來證明氫氧化鈉與鹽酸能發生反應。請寫出簡要的實驗方案和明確的判斷依據。有下列儀器、物品供選擇：鎂條、蒸餾水、稀鹽酸、氫氧化鈉溶液、硫酸銅溶液、燒杯、試管、滴管、玻璃棒。
實驗方案：_________________________________________________________________________________________(合理即可)；
判斷依據：____________________________________________________________________________________________________。
取少量氫氧化鈉溶液于試管中，加入足量稀鹽酸，攪拌，然后滴加硫酸銅溶液
沒有觀察到藍色沉淀產生，即可說明氫氧化鈉和鹽酸發生了反應(與上一空對應即可)
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第三篇 實驗方案的設計與評價
二、實驗改進與評價
二、實驗改進與評價
1. 實驗方案改進
(1)對實驗現象不明顯的改進：通過改變某個控制相同的變量值的大小使主要變量變化更加明顯，或通過借助其他物品或儀器使現象更加明顯。比如使用酸堿指示劑使某些酸堿反應的現象更加明顯，研究電熱時使用比熱容較小的液體使溫度變化更加明顯。
(2)對實驗結論不具普遍性的改進：換用主要變量相同但其他變量不同的對象進行重復實驗，或對測定對象進行多次測定。比如在研究杠桿平衡條件時，應改變鉤碼個數或力臂大小進行重復實驗。
2. 實驗方案評價
(1)方案的理論性是否正確。
(2)方案的現象是否明顯、準確。
(3)方案的安全、環保因素是否有保障。
(4)方案的經濟性是否符合節約的要求。
(5)方案的結論是否具有普遍性。
1. [2023·臺州]圖甲是一個“水綿傘”：透明塑料袋中裝滿水和水綿(水生藻類植物)，袋口的吸管能與外界連通，調節配重能使其直立于水底。光照一段時間后，發現“水綿傘”浮到水面。某同學自制了兩個相同的“水綿傘”，置于離光源距離不同的水底(水中各處溫度相同且不變)，如圖乙所示，以
驗證光合作用的
影響因素。
(1)本實驗驗證的是________
對光合作用的影響。
(2)實驗過程中，需要觀測的是___________________________________(合理即可)。
(3)該同學觀察了一整天，都沒發現“水綿傘”上浮。可如何改進實驗？(寫出一種)合理即可________________________________________________。
光照強度
“水綿傘”上升到水面所需的時間
減輕配重(或增加光照強度或增加水綿數量等)
【解析】 (1) “水綿傘”離光源距離不同，故本實驗驗證的是光照強度對光合作用的影響。(2)當“水綿傘”內氧氣較多時，會增大其排開液體的體積，使其所受浮力增大，故需觀測的是“水綿傘”上升到水面所需的時間，據此判斷兩個“水綿傘”光合作用的強弱。(3)“水綿傘”沒上浮，可能是浮力太小或重力太大。故可減輕配重，以減小重力，也可增加光照強度或增加水綿數量等來增加產生氧氣的量，從而增大浮力。
2. [2023·杭州學正中學月考]現有一個標有“2. 5 V”字樣的小燈泡，小正同學想知道小燈泡的額定功率，于是連接了如圖甲所示的實驗電路，電源電壓恒為6 V，小燈泡的電阻約為10 Ω。
(1)為了完成實驗，在標有“10 Ω　
1 A”“20 Ω　1 A”的兩種滑動
變阻器中，小正同學應選用
標有“________Ω　1 A”的。
20
(2)實驗時，小正同學剛閉合開關，發現小燈泡亮度很亮然后馬上熄滅了，他觀察到此時電流表無示數，電壓表示數為6 V。他操作時存在的錯誤是_________________________________________。
閉合開關前未將滑片P移至最大阻值處
(3)實驗中，當電壓表示數為2. 5 V時，電流表的示數如圖乙所示，則小燈泡的額定功率是________W。
0. 75
(4)小正同學打算增加兩只開關和一個阻值為
10 Ω的電阻R0，只用一只電壓表來測定小
燈泡的額定功率，圖丙是他設計的電路圖。
請判斷此方案是否可行，并說明理由：________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________。
不可行。R0、小燈泡、滑動變阻器三者串聯，S、S1閉合時，電壓表測定值電阻兩端的電壓；S1斷開，S、S2閉合時，電壓表測小燈泡和定值電阻兩端的總電壓。所以無法確定小燈泡是否正常發光，不能測定小燈泡的額定功率
3. [2023·金華]測量空氣中氧氣體積分數實驗的思維模型如圖1所示：
項目化學習小組按圖2所示裝置完成氧氣含量測定的實驗時，發現進入集氣瓶的水量低于“1”
刻度線。為提高氧氣含量測定的精準
度，展開了如下研究。
【誤差分析】幾位同學對測定值偏小的原因的分析如下。
甲：紅磷的量不足，未能把瓶內氧氣耗盡。
乙：將燃燒匙伸入集氣瓶瞬間，部分空氣逸出。
丙：實驗前導管中有空氣，實驗后一部分本應進入集氣瓶的水滯留在導管中。
丁：由于集氣瓶的形狀造成很難均分為
五等份，影響測定結果。
(1)以上原因分析中，其中一位同學的觀點被大家一致否定，你認為是哪位同學的觀點？________(填“甲”“乙”“丙”或“丁”)。
乙
【方案改進】根據以上討論，為減小實驗誤差，提高實驗結果的精準度，學習小組的同學設計了圖3所示改進裝置。(已知：紅磷的著火點是240 ℃，無毒；白磷的著火點是40 ℃，有劇毒)
(2)比較圖2、圖3的實驗方案，下列關于圖3的實驗方案的敘述正確的是________(填字母)。
A. 利用著火點更低的白磷并采用加熱后的玻璃棒“內引燃”，建立封閉空間使實驗結果更精準
B. 可以解決圖2的實驗方案中一部分水滯留在導管中帶來的誤差問題
C. 改用量筒內水的體積變化來確定消耗氧氣的體積，使測定結果更精準
D. 徹底地解決了實驗的安全性
問題，符合“綠色化學”理念
ABC
(3)小金同學認為，圖3的實驗裝置中還需在橡皮管處補充一個止水夾，請表達你的觀點及理由：
________________________________________________________。
不需要，因為兩邊導管均已伸入液面以下，已起到液封作用
【問題反思】小組同學多次實驗，測定值總是小于 。經過老師指導，小組同學討論后認為，可以從模型中“消耗氧氣”的方法入手對實驗做進一步改進。
【資料】暖寶寶是利用鐵粉在空氣中氧化的原理制成的。
【方案迭代】討論后，項目組設計了如圖4所示的裝置，用暖寶寶粉代替紅磷，利用鐵粉在空氣中氧化的原理進行實驗。操作步驟如下：①將濾紙用水浸潤后黏附在針筒內壁；②把暖寶寶粉倒入針筒，輕輕轉動，使其涂抹均勻；③涂上凡士林，將活塞插入針筒，蓋上橡皮帽，觀察并記錄活塞移動情況。經多次實驗后，測
得空氣中氧氣的體積分數均約占 。
(4)從消耗氧氣的方法角度分析，圖4的實驗方案比圖2的實驗方案測定結果更精準的原因是________________________________(合理即可)。
【心得交流】科學探究需要不斷根據結果反思探究過程，優化方案，實現方案的迭代更新。
暖寶寶粉消耗氧氣比紅磷更徹底
【解析】(1)將燃燒匙伸入集氣瓶的瞬間，部分空氣逸出，會導致測定值偏大，所以乙同學的觀點被大家一致否定。(2)乙裝置沒有徹底地解決實驗的安全性問題，例如仍然存在瓶塞飛出的可能性，D不正確。

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