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14. 尝试设计一个探究方案。
有一天，小明手中拿着一张纸条，他问同学们：“谁能将它搁在两个木块之间？”
小华过来试了一下，结果纸条弯曲后滑到下面，如图(a)所示。小明说：“看我的吧！”然后将纸条折成如图(b)所示的形状，放在两个木块之间，并且还在上面放了一个茶杯。你对这个实验感到惊奇吗？请你根据这一情景提出一个研究课题，设计探究方案，并回答有关问题。
| 研究课题： |
| :---: |
| 猜想与假设： |
| 设计并进行实验： |
| ① 器材和装置： |
| ② 步骤： |
| ③ 实验记录表： |
| 分析与论证：如果猜想正确，那么在刚才的实验中，我们会看到什么现象？ |
| 你还能提出的可研究课题： |
有一天，小明手中拿着一张纸条，他问同学们：“谁能将它搁在两个木块之间？”
小华过来试了一下，结果纸条弯曲后滑到下面，如图(a)所示。小明说：“看我的吧！”然后将纸条折成如图(b)所示的形状，放在两个木块之间，并且还在上面放了一个茶杯。你对这个实验感到惊奇吗？请你根据这一情景提出一个研究课题，设计探究方案，并回答有关问题。
| 研究课题： |
| :---: |
| 猜想与假设： |
| 设计并进行实验： |
| ① 器材和装置： |
| ② 步骤： |
| ③ 实验记录表： |
| 分析与论证：如果猜想正确，那么在刚才的实验中，我们会看到什么现象？ |
| 你还能提出的可研究课题： |
答案
纸张能承受的力与其是否被折叠有关吗?
纸张能承受的力与其是否被折叠有关
三张大小不同的同一种纸，一些砝码(或重物)，两块木块
a. 将面积较小的纸放在两个木块之间，逐渐加放砝码，直到纸下弯，记下所加砝码所受的重力$ G_{1}$，然后将小纸折叠后重做上述实验，记下所加砝码所受的重力$ G_{2}$；b. 换中等大小的纸重复步骤 a；c. 换面积较大的纸重复步骤 a
在 a、b、c 三个步骤中，均有$G_{1}\neq G_{2}$
(或在 a、b、c 三个步骤中，均有$ G_{1}=G_{2})$
例如，是否折叠的褶皱越多，纸能承受的力越大
解析
【分析】
首先观察到未折叠的纸条无法稳定承受重物，折叠后却能承载茶杯，由此提出关于纸张承受力与是否折叠关系的研究课题。接着做出合理猜想，然后利用控制变量法设计实验，控制纸张的材质、大小等变量，仅改变是否折叠的状态，通过添加砝码测试不同状态下纸张能承受的最大重力，最后根据实验现象验证猜想是否成立。
【解析】
1. 确定研究课题：纸张能承受的力与其是否被折叠有关吗?
2. 猜想与假设：纸张能承受的力与其是否被折叠有关。
3. 设计并进行实验：
① 器材和装置：三张大小不同的同一种纸，一些砝码(或重物)，两块木块。
② 步骤：
a. 将面积较小的纸放在两个木块之间，逐渐加放砝码，直到纸下弯，记下所加砝码所受的重力$G_{1}$，然后将小纸折叠后重做上述实验，记下所加砝码所受的重力$G_{2}$；
b. 换中等大小的纸重复步骤a；
c. 换面积较大的纸重复步骤a。
③ 实验记录表：
|纸张大小|未折叠时承受的最大重力$G$|折叠后承受的最大重力$G'$|
| ---- | ---- | ---- |
|小|$G_{1}$|$G_{2}$|
|中|$G_{3}$|$G_{4}$|
|大|$G_{5}$|$G_{6}$|
4. 分析与论证：如果猜想正确，那么在a、b、c三个步骤中，均有$G_{1}≠ G_{2}$、$G_{3}≠ G_{4}$、$G_{5}≠ G_{6}$（即同一大小的纸，折叠后和未折叠时能承受的最大重力不同）。
5. 可提出的其他研究课题：例如，是否折叠的褶皱越多，纸能承受的力越大。
【答案】
研究课题：纸张能承受的力与其是否被折叠有关吗?
猜想与假设：纸张能承受的力与其是否被折叠有关
设计并进行实验：
① 器材和装置：三张大小不同的同一种纸，一些砝码(或重物)，两块木块
② 步骤：a. 将面积较小的纸放在两个木块之间，逐渐加放砝码，直到纸下弯，记下所加砝码所受的重力$G_{1}$，然后将小纸折叠后重做上述实验，记下所加砝码所受的重力$G_{2}$；b. 换中等大小的纸重复步骤a；c. 换面积较大的纸重复步骤a
③ 实验记录表：
|纸张大小|未折叠时承受的最大重力$G$|折叠后承受的最大重力$G'$|
| ---- | ---- | ---- |
|小|$G_{1}$|$G_{2}$|
|中|$G_{3}$|$G_{4}$|
|大|$G_{5}$|$G_{6}$|
分析与论证：在a、b、c三个步骤中，同一大小的纸，折叠后与未折叠时能承受的最大重力均不相等（如$G_{1}≠ G_{2}$等）
可提出的其他研究课题：是否折叠的褶皱越多，纸能承受的力越大（合理即可）
【知识点】
控制变量法，结构与承重的关系
【点评】
本题以生活中的小现象为切入点，考查科学探究实验的设计能力，重点体现了控制变量法的应用，有助于培养学生观察生活、发现问题并通过实验探究解决问题的科学素养。
【难度系数】
0.6
首先观察到未折叠的纸条无法稳定承受重物，折叠后却能承载茶杯，由此提出关于纸张承受力与是否折叠关系的研究课题。接着做出合理猜想，然后利用控制变量法设计实验，控制纸张的材质、大小等变量，仅改变是否折叠的状态，通过添加砝码测试不同状态下纸张能承受的最大重力，最后根据实验现象验证猜想是否成立。
【解析】
1. 确定研究课题：纸张能承受的力与其是否被折叠有关吗?
2. 猜想与假设：纸张能承受的力与其是否被折叠有关。
3. 设计并进行实验：
① 器材和装置：三张大小不同的同一种纸，一些砝码(或重物)，两块木块。
② 步骤：
a. 将面积较小的纸放在两个木块之间，逐渐加放砝码，直到纸下弯，记下所加砝码所受的重力$G_{1}$，然后将小纸折叠后重做上述实验，记下所加砝码所受的重力$G_{2}$；
b. 换中等大小的纸重复步骤a；
c. 换面积较大的纸重复步骤a。
③ 实验记录表：
|纸张大小|未折叠时承受的最大重力$G$|折叠后承受的最大重力$G'$|
| ---- | ---- | ---- |
|小|$G_{1}$|$G_{2}$|
|中|$G_{3}$|$G_{4}$|
|大|$G_{5}$|$G_{6}$|
4. 分析与论证：如果猜想正确，那么在a、b、c三个步骤中，均有$G_{1}≠ G_{2}$、$G_{3}≠ G_{4}$、$G_{5}≠ G_{6}$（即同一大小的纸，折叠后和未折叠时能承受的最大重力不同）。
5. 可提出的其他研究课题：例如，是否折叠的褶皱越多，纸能承受的力越大。
【答案】
研究课题：纸张能承受的力与其是否被折叠有关吗?
猜想与假设：纸张能承受的力与其是否被折叠有关
设计并进行实验：
① 器材和装置：三张大小不同的同一种纸，一些砝码(或重物)，两块木块
② 步骤：a. 将面积较小的纸放在两个木块之间，逐渐加放砝码，直到纸下弯，记下所加砝码所受的重力$G_{1}$，然后将小纸折叠后重做上述实验，记下所加砝码所受的重力$G_{2}$；b. 换中等大小的纸重复步骤a；c. 换面积较大的纸重复步骤a
③ 实验记录表：
|纸张大小|未折叠时承受的最大重力$G$|折叠后承受的最大重力$G'$|
| ---- | ---- | ---- |
|小|$G_{1}$|$G_{2}$|
|中|$G_{3}$|$G_{4}$|
|大|$G_{5}$|$G_{6}$|
分析与论证：在a、b、c三个步骤中，同一大小的纸，折叠后与未折叠时能承受的最大重力均不相等（如$G_{1}≠ G_{2}$等）
可提出的其他研究课题：是否折叠的褶皱越多，纸能承受的力越大（合理即可）
【知识点】
控制变量法，结构与承重的关系
【点评】
本题以生活中的小现象为切入点，考查科学探究实验的设计能力，重点体现了控制变量法的应用，有助于培养学生观察生活、发现问题并通过实验探究解决问题的科学素养。
【难度系数】
0.6
