2022年中考物理复习之初中物理研究方法之“控制变量法”

2022物理二轮之初中物理研究方法之“控制变量法”

考点回顾

初中物理实验探究活动中，当研究某个因素与两个或两个以上的因素可能有关时，研究过程都渗透着控制变量的思想方法；中考中经常重点考查，如“影响滑动摩擦力大小因素”、“影响动能大小因素”、“影响浮力大小因素”、“影响电流大小因素”等实验探究，学生往往在控制变量的条件上出错，或把物理量之间的因果关系颠倒，导致无谓丢分。

满分攻略

例如图32-1所示为探究“物体动能的大小跟哪些因素有关”的实验。实验步骤如下：

    I．让同一钢球从斜面上不同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。

   Ⅱ．让不同质量的钢球从斜面上相同的高度由静止滚下，观察木块被撞击后移动的距离。

回答下列问题：

(1)步骤I是为了研究动能大小与____________的关系。

    (2)步骤Ⅱ是为了研究动能大小与____________的关系。

(3)该实验中斜面的作用是为了控制钢球_______的大小，木块的作用是为了比较钢球_______的大小。

【参考答案及评分标准】                               

（1）速度（2分）；（2）质量（2分）；（3）速度（2分）；动能（2分）．

【易错误点】

（1）不明确本实验是通过改变钢球在斜面上高度来改变钢球滚下来的速度这个目的，误认为钢球动能大小与高度有关。

（2）不明确本实验利用斜面和木块的作用和目的，就容易随意猜测第（3）小题答案。

【满分攻略】

控制变量法有时不易直接控制或改变需要的物理量，而采用转化的方法来控制或改变，如本题通过改变和控制钢球在斜面上高度来改变和控制钢球滚下来的速度；不易直接比较物理量大小时，也可以采用转化的方法，如本题采用木块被钢球推动的距离来反应钢球动能大小，这样给实验操作带来便捷，效果也很好。另外，采用控制变量法探究物理规律的实验时，分析归纳实验结论要注意两点：（1）要描述结论控制的前提条件；（2）描述两个物理量的定量关系结论时不能倒置。这样的结论才具有准确性和科学性。

考题变式

变式为了模拟研究汽车超载和超速带来的安全隐患，小明同学设计了如图32-2所示的探究实验：将A、B、C三个小球先后从同一装置高分别为hA、hB、hC的位置滚下（mA=mB＜mC，hA=hC＞hB），推动小木块运动一段距离后静止．请你根据生活经验和所学的物理探究方法，对以下问题进行判断：

（1）用来研究超载安全隐患时，我们应选择　  　两个图所示实验进行比较．

（2）由甲丙可以得出的结论是：                                        .

（3）用来研究超速安全隐患时，我们应选择　  　两个图所示实验进行比较．

（4）由甲乙可以得出的结论是：                                        .

【解析】

（1）动能大小的影响因素：质量和速度．质量一定时，速度越大，动能越大；速度一定时，质量越大，动能越大．

（2）改变的是质量，控制的是速度，因此，速度一定时，质量越大，动能越大；

（3）物体下落时重力势能转化为动能．重力势能跟质量和高度有关，动能跟质量和速度有关，同一个物体，下落到地面的速度取决于物体的高度．高度相同到达水平面的速度相同，越高到达水平面的速度越大．

（4）改变的是速度，控制的是速度，因此，质量一定时，速度越大，动能越大；

答案：甲丙；速度一定时，质量越大，动能越大；甲乙；质量一定时，速度越大，动能越大。

针对演练

1．为了比较水和煤油的吸热能力，江涛用两个相同的装置做了如图32-3所示的实验．

（1）在两个相同的烧杯中应加入初温相同、　   　相同的水和煤油．

（2）实验中搅拌器的作用是：使液体　      　；选用相同酒精灯加热的目的是：使水和煤油在相同时间内　             　．

（3）实验中发现水和煤油加热相同时间，煤油的温度比水的温度升高得　 　（选填“快”或“慢”），这表明　     　（选填“水”或“煤油”）吸热本领更强．

（4）在此实验中，如果要使水和煤油的最后温度相同，就要给水加热更长的时间，此时，水吸收的热　    　（选填“大于”或“小于”或“等于”）煤油吸收的热量．实验表明，　     　（选填“水”或“煤油”）比热容小．

2．小明用如图32-4所示的电路探究“电流与电阻的关系”．器材如下：电压为3V的电源，标有“20Ω  2A”字样的滑动变阻器，阻值为5Ω、10Ω、20Ω的定值电阻各一个，电流表、电压表、开关和导线．

（1）小明把5Ω的电阻接入电路，变阻器的滑片P移到阻值最大处，闭合开关S，发现电流表有示数而电压表无示数，则电路的故障可能是　        　（写出一种）．排除故障后，闭合开关，调节滑片P到适当位置，记录电流表的示数．

（2）断开开关S，小明用10Ω的电阻替换5Ω的电阻，马上闭合开关S，为了保持电压表的示数不变，应将滑片P从原位置向　 　端（选填“A”或“B”）移动．但老师指出此操作有缺漏，你认为应补充的操作是：　                                                　

                                                                      ．

（3）实验数据如表所示，可得出结论：当电压一定时，通过导体中的电流与电阻成　  　比．

3．为了研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，小明同学在老师的指导下做了一系列实验，如图32-5．以下是部分实验步骤（实验过程中保持长木板水平且固定）．

第1次：把木块平放在长木板上，用弹簧测力计水平拉木块，使木块做匀速直线运动（如图1），

第2次：把木块侧放在长木板上，用同样的方法拉木块（如图2）

第3次：把两块相同木块叠在一起平放在长木板上，再用同样的方法拉木块（如图3），

得到下列数据．

（1）根据表格中的数据，可以发现滑动摩擦力的大小与接触面积　    　（填有/无）关．

（2）比较第1、3两次实验数据，可以初步得出的结论是：　                          　．

（3）如图4所示，若将上述实验中完全相同的木块A和B叠放在水平桌面上，在12N的水平拉力F1作用下，A、B一起作匀速直线运动，此时木块B所受A的摩擦力为　   　N；

（4）若将A、B紧靠着放在水平桌面上，用水平力F2推A使它们一起匀速运动，则推力F2=　   　N．

4．小冉在探究“浮力大小与哪些因素有关”的实验中，用到如下器材：分度值为0.1N的弹簧测力计，底面积为5cm2、高度为6cm的实心圆柱体铜块，相同的大烧杯若干，水，密度未知的某种液体，细线等．

（1）小冉进行了如图32-6所示的实验：A步骤所示弹簧测力计的示数为　　N；用弹簧测力计挂着铜块缓慢地浸入液体中不同深度，步骤如图B、C、D、E、F所示（液体均未溢出），并将其示数记录在如表中：

（2）在实验步骤B中铜块所受浮力F浮=　　N．

（3）分析实验步骤A、B、C、D，可以说明浮力大小跟　            　有关；分析实验步骤A、E、F，可以说明浮力大小跟　       　有关．

（4）小冉用表格中的数据算出了某种液体的密度是　      　kg/m3（结果保留一位小数），还算出了步骤B中铜块下表面受到水的压强是　  　Pa，并发现步骤B、C、D中铜块下表面受到水的压强随着深度的增加逐渐　        　（选填“增大”或“减小”）．

（5）小冉在步骤B的基础上继续探究：保持铜块下表面所处的位置不变，把弹簧测力计的拉环固定在铁架台上，缓慢向烧杯内加水，发现弹簧测力计的示数逐渐　         　（选填“增大”或“减小”）；当所加水使铜块刚好浸没时（水未溢出），烧杯底部受到水的压强增加了　    　Pa．（已知在一定范围内，弹簧受到的拉力每减少0.1N，弹簧的长度就缩短0.1cm）