初中物理控制变量法在探究性实验中应用

初中物理控制变量法：

1.某同学受奥斯特实验的启发，产生了探究通电长直导线周围磁场的兴趣。探究过程如下：

A.让竖直的通电长直导线垂直穿过一张硬纸板，以导线为中心在纸板上任意做直线。在直线上不同位置放上能够自由转动的小磁针，发现小磁针静止时N极指向都与直线垂直；

B.直线上任意关于导线对称两点处的小磁针N极指向相反；

C.改变电流大小时，小磁针指向不变；

D.通过查阅资料得知，通电长直导线外某点的磁场强弱与电流大小成正比，与这一点到直导线的距离成反比。

·”表示电流方向垂直纸面向外，小磁针涂黑部分为N极。

⑴做实验时，纸板的俯视图如下，其中“〇

请在右边探究过程纸板的俯视图上作出通电长直导线周围的磁感线分布图。(分布图要能够反映不同位置处磁场的强弱和方向)。

⑵若要验证某点磁场强弱与其到通电长直导线距离成反比的结论，应控制不变。

⑶同一通电长直导线周围，离通电导线距离为r和2r的两点。磁场强弱的比值为。

⑴如下图( 2分) ⑵电流大小（1分）⑶2∶1（1分）

2、小华和小海同学为了探究导体中电流与电压的关系，他们用A、B两个导体进行实验，试验中多次改变导体两端的电压的大小，并将测量的数据记录在表一、表二中。

○1分析比较实验序号1、2、3或4、5、6中的电流与电压变化的倍数关系，可得出的初步结论是：对同一导体，。

○2分析比较实验序号3、5的数据，他们提出了猜想：在电压相同的情况下，通过不同导体的电流不相同。

Ⅰ为验证上述猜想，在已有表一、表二实验数据的基础上，小华重新预设了B导体两端的电压，并测出相应的电流值。小海分析了小华的测量数据后，认为小华的测量数据有问题，他为测量便修改了数据，如表三所示，你认为小海的修改数据的做法，理由是。

Ⅱ为了达到验证上述猜想的目的，请结合表一、表二的实验数据，分析表三设计的不足之

处：。

（1）通过导体两端的电流与导体两端的电压成正比

（2）不正确；数据应以实验测量为准，实验的误差不可避免；

在选用导体B的情况下，与表一中不同导体对比，电压需要相同，应设1.2伏、2.4伏、3.6伏。表三没有相同电压。

3．如图所示，下面是某同学做探究“斜面的机械效率与斜

面的粗糙程度、斜面的倾斜程度的关系”实验时，得到如下实

验数据．

(1)此探究实验是采用了_____________的物理研究方法。

(2)请将上表中空格补充完整．

(3)请你根据表中的实验数据，得出要探究的实验结论：

结论一：___________________________________________________________。

结论二：____________________________________________________________。

（1）控制变量法（2）0.756 0.9 84

结论一：斜面的光滑程度相同时，斜面的倾斜角度越大（小），机械效率越高（低）

结论二：斜面的倾斜高度相同时，斜面的表面越粗糙（光滑），机械效率越低（高）

4．通过物理知识的学习，同学们不难发现：

（1）当要研究的物理量不易直接测量时，都要想办法把它们的大小间接表示出来。例如：在探究摩擦力与什么因素有关的实验中（如图17所示），用弹簧测力计拉动木块时，必须让木块在水平面上做

运动，通过读取弹簧测力计上的示数可间接知道摩擦力的大小；又如，在研究“牛顿第一定律”的实验中（如图18所示），让同一小车从斜面上相同的高度由静止滚下，在粗糙程度不同的平面上运动，小车在水平方向上受力的大小可通过小车表现出来。

（2）当要研究某个物理量与多个因素的关系时，一般要采用 法。例如：在探究摩擦力与什么因素有关的实验中，要研究摩擦力的大小与压力大小关系，就要多次改变 ，同时保持接触面的粗糙程度不变。

（1）匀速直线运动；在水平面上移动的距离的大小（或S 的大小）

（2）控制变量法 ；压力大小（或砝码的个数）。

5.在探究斜面机械效率的试验中，小明提出了“斜面的机械效率与斜面的倾斜程度有关”的猜想。

（1）要测量斜面的机械效率，除了长木板和木块（如图所示）外，还需要的主要测量工具是刻度尺和 。

（2）在试验过程中，应沿斜面向上拉动木块，使其做 运动。 （3）要验证以上猜想，需要控制不变的因素有：

。

（4）斜面在我们生活中的应用有 （只写出一条即可）。 5（1）弹簧测力计 （2）匀速直线 （3）同一木块 （4）盘山公路

6．小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水，进行如下图所示的实验探究，得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流动快慢有关．

Ａ Ｂ Ｃ Ｄ

（1）通过Ａ、Ｂ两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的 有关． （2）通过 两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关．

（3）小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关，于是继续进行了如下探究：在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如右图）．结果发现甲图中水先蒸发完，于是他得出结论：水蒸发快慢与水的质量有关，水的质量越小蒸发越快．从实验设计环节．．．．．．看，他没有控制水的 （选填“质量”或“表面积”）相同；从得出结论环节．．．．．．看， “根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”是否正确？ （选填“正确”或“不正确”），理由是 ． （1）表面积大小 （2）A 、 C

图18

图17

（3）表面积 不正确 只有在水的质量相同时，先蒸发完的蒸发的才快 ． 7．某物理兴趣小组的同学为探究导体电阻与导体长度和横截面积之间的定量关系，设计了如图甲所示的电路．实验时他们将所选的两种金属丝接入电路１和２的位置，通过比较电压表的示数来比较电阻丝的大小．现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝，其规格如下表所示：

（１）在探究导体电阻与导体长度之间的定量关系时，他们将编号为

两根金属丝对应接入电路１和２的位置，当发现电压表示数U 1:U 2接近 时，可以初步判定：在导体的材料和横截面积相同的条件下，导体的电阻与其长度成正比．

（２）在探究过程中，如果将编号为A 和C 两根金属丝接入电路１和２的位置，则他们想探究的是导体电阻与 之间的定量关系．

（3）在“交流与合作”时，有位同学提出：用如图乙所示的电路，将所选的金属丝分别接入电路M 、N 之间，读出电流，然后利用电流跟电阻之间的反比关系，也能探究导体电阻与导体长度和横截面积之间的定量关系．你认为他的实验方法合理吗？请说明理由．

（1）A 、B(B 、A) 1：2(2：10 （2）A 、C （D 、E ）

（3）不合理 要使通过导体的电流跟电阻成反比，则要使导体两端电压保持不变，将不同金属丝接入电路M 、N 之间，M 、N 两端的电压不能保持不变。

8．(9分)控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法，在我们的生活、学习和工作中有广泛的应用．

(1)下面四个研究实例中，采取控制变量法的是 (填写选项前的字母)． A ．用水流的形成类比电流的形成

B ．研究磁场时，用磁感线描述空间磁场的分布情况

C ．研究滑动摩擦力与压力大小关系时，保持接触面的粗糙程度不变

编号

材料 长度(m) 横截面积（mm 2）

A 镍铬合金 0.3 0.5

B 镍铬合金 0.6

0.5 C 镍铬合金

0.3 1.0 D 康铜丝 0.3 0.5 E 康铜丝 0.3 1.0 F 康铜丝

0.8

0.8

S R

A M

N

乙 1

2 V 1

S

R

V 2

甲

第30题图

D．利用光线来研究光的直线传播现象

(2)在探究影响浮力大小因素的活动中，同学们提出了下列三种猜想：

猜想1：浮力的大小与物体浸入液体中的体积有关．

猜想2：浮力的大小与液体的密度有关．

猜想3：浮力的大小与物体的重力大小有关．

同学们通过实验探究，验证了猜想1和猜想2是正确的．

对于猜想3，甲乙两同学分别进行了如下的实验探究．

①甲同学的实验探究如下：

实验：利用弹簧测力计、水和盐水，测算出同一铁块浸没在盐水中受到的浮力大小和浸没在水中受到的浮力大小不相等．

分析：由于铁块的重力大小不变，而铁块所受的浮力大小不等，所以铁块受到的浮力大小与铁块的重力大小无关．

结论：猜想3是错误的．

②乙同学的实验探究如下：

实验：利用弹簧测力计和水，测算出体积相同的铁块和铝块浸没在水中受到的浮力大小相等．

分析：由于铁块、铝块的重力大小不等，而它们受到的浮力大小相等，所以浮力大小与重力大小无关．

结论：猜想3是错误的．

对甲乙两同学的实验，你认为(甲同学／乙同学)的实验方法是不正确的，请具体

．．指出他的错误是：，根据他的实验和他的分析思路还可得出；的结论，这个结论是(正确／错误)的．

(1)C (2)甲同学研究与重力的关系却控制了重力不变浮力大小与浸入液体的体积大小

无关错误

9．为了探究斜面的机械效率与斜面的倾斜程度及物重的关系，小华在斜面上每次都匀速拉动物块(如图)‘实验数据记录如下：

实验次数

斜面倾

角θ

物重

G/N

物块上升

高度h/m

拉力F/N 移动

距离S/m

机械

效率η

1 300 5.0 0.25 3.4 0.50 73.5

％

2 400 5.0 0.35 4.2 0.50 83.8

％

3 50010.0 0.35 8.

4 0.50

(1)根据表中数据可求出第3次实验的有用功是______J，总功是

______J，机械效率为_____。

(2)分析表中数据，可以得出的初步结论是：在其他条件不变的情

况下，斜面倾角越大，所需的拉力越______，斜面的机械效率越

______，斜面的机械效率与物重_______ (填“有关”或“无关”)。

9．(7分)(1)3 .5(1分) 4.2(1分) 83. 3％(2分) (2)大(1分)

高(或大)(1分) 无关(1分)

10．（7分）在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”的实验中。

（1）小明的三次实验情况分别如图19中的甲、乙、丙所示。实验时，用弹簧测力计拉木块在水平木板（或毛巾）上做匀速直线运动，根据＿＿＿＿＿＿知识可知，这时滑动摩擦力的大小等于弹簧测力计的示数。

（2）小明在探究“滑动摩擦力的大小与压力的关系”时，利用图19中甲、乙两组数据比较得出：“压力越大，滑动摩擦力就越大”的结论。你认为他这样对比这两组数据就得出这样的结论对吗？＿＿＿＿＿＿。你的理由是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（3）请你根据小明这三次实验情况设计一个实验数据记录表格。

（4）从图中甲、丙两组数据比较，你能得出的结论是：＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿＿。

（1）二力平衡

（2）不对没有控制接触面

的粗糙程度相同

（3）如表格

（4）当压力大小一定时，接触面越

粗糙，摩擦力就越大

11．小文在探究“电阻的大小与什么因素有关”的活动中，发现实验器材中电阻丝只有一根，其它器材足够，如果要他完成下面的实验探究活动，其中不可能完成的是（）21世纪教育网A．探究导体电阻与长度的关系B．探究导体电阻与横截面积的关系

C．探究导体电阻与材料的关系D．探究导体电阻与温度的关系

分析：要研究与材料的关系，就要把材料当作变量，保持其它因素不变。

12、在初中物理学习中，当要研究三个量之间的关系时，常采用控制变量法。则下列哪个实验研究不是应用控制变量法? D

13.为了探究压力的作用效果与哪些因素有关，小勇同学在同一块海绵上做了如下图所示的实验来进行研究。(所用每块砖重力和型号大小都相同)

A.一块砖平放在海绵上

B.两块砖叠放在海绵上

C．一块砖竖放在海绵上

(1)小勇是通过观察①来比较压力作用效果的。

(2)观察比较图A、B的情况可知，压力的作用效果与①有关；比较图A、C的情况可知，压力的作用效果与②有关。

(3)以上这种研究方法在科学探究中属于①法。

34.（1）①海绵的形变(1分)

（2）①压力大小(或压力) (2分)

②受力面积(2分)

(3 )①控制变量(2分)

14．下列实验中，运用了控制变量法的是

A．研究杠杆平衡条件时，反复做实验，通过分析得出结论

B．电解水实验中，通过检验两极产物研究水的组成

C．通过改变溶剂、温度测定物质溶解的多少，研究影响物质溶解性的因素

D．测量滑动摩擦力大小时，通过弹簧测力计的示数得知摩擦力的大小

15..对于“探究电流跟电阻的关系”和“伏安法测量电阻”的这两个实验，下列说法不正确

．．．的是

A.它们都是采用控制变量的研究方法

B.它们的实验电路在教科书中是相同的

C.前者多次测量的目的是分析多组数据，得出电流跟电阻的关系

D.后者多次测量的目的是取电阻的平均值，减小误差

16.请利用下列器材，用笔画线连接“伏安法测量电阻”的实验电路。

17同学们在做“比较水和沙子的吸热能力”实验的场景如图所示，他们说该实验有两种探究方法。

(1)实验方法一的设计如图中所示：

①在实验中，加热相同的时间目的是＿＿＿＿；

②请你指出该同学的设计思路和实验装置中的错误和不足。

(2)请你设计出第二种实验方法：

①写出该实验方法所需要的测量仪器＿＿＿＿；

②请写出设计思路。

18．小明同学利用A、B两物体、砝码、泡沫等器材探究“压力的作用效果与什么因素有关”的实验。如图10所示。

(1)实验中小明是通过观察来比较压力作用效果的。

(2)比较甲、乙两图所示实验，能够得到的结论是。

(3)若要探究“压力的作用效果与受力面积大小的关系”，应通过比较图所示实验。

(4)小华同学实验时将物体B沿竖直方向切成大小不同的两块，如图ll所示。他发现

它们对泡沫的压力作用效果相同，由此他得出的结论是：压力作用效果与受力面积无关。你认为他在探究过程中存在的问题是。

[来源:https://www.wendangku.net/doc/0a335448.html,]

19．(10分)小明用如图甲、乙、丙的步骤探究摩擦力的大小与哪些因素有关．

(1)(2分)实验中，他应将弹簧测力计沿_________方向拉动木块，使木块在水平面上做__________运动，

N

S A

图25

并记下弹簧测力计的示数．

(2)(4分)比较步骤__________与_________可得：摩擦力的大小跟作用在物体表面上的压力有关，并且压力越大，摩擦力越大；

比较步骤甲与丙可得：摩擦力的大小跟接触面的________有关，且接触面越_________，摩擦力越大．

(3)(2分)小明在实验中还发现；在木块还没有被拉动的情况下，弹簧测力计仍然有示数，且示数逐渐增大，直到拉动木块为止．该现象表明：物体在静止时也可能受到__________力的作用，且该力的大小与___________力的大小有关．

(4)(2分)上学路上，小明看见一辆汽车陷进丁泥坑里，司机将一些稻草塞进后轮底下，汽车很快就爬上来了．这是利用增大_________的方法增大摩擦力．

19．(共10分)

(1)(2分，每空1分)水平 匀速直线 (2)(4分，每空1分)甲 乙(同时回答甲 乙或乙 甲得2分，答其它的得零分) 粗糙程度 粗糙

(3)(2分，每空1分)摩擦 拉(外) (4)(2分)接触面的粗糙程度

20．【探究名称】探究水对磁的影响

【提出问题】声波可以穿过空气，也可以穿过水，并且声波在水中要比在空气中传播得快.那么磁呢？水对磁有影响吗？

【进行猜想】宪宪认为水对磁没有影响.

【设计并进行实验】宪宪设计了如图25所示的实验：

(1)在烧杯底放一枚小铁钉，放松绳子把绑着的磁铁缓慢下放，让磁铁逐渐靠近小铁钉，在小铁钉刚能被吸起的瞬间停止下放，且在绳子末端所对应的支架处用小胶带做好标记（图中A 点）.

(2)拉动绳子提起磁铁，把小铁钉从磁铁上取下，准确地放回杯底原位置. (3)往杯内倒入适量水后，缓慢下放磁铁浸入水中，当 时停止下放. (4)如果这两次绳子末端所到达的位置不变，则说明 . 【交流与评估】本次探究活动中应用了控制变量法，其中控制不变的因素主要有：

① ； ②_____________________________________________________； ③_____________________________________________________. 【设计并进行实验】 小铁钉刚能被吸起 水对磁的强弱没有影响 【交流与评估】 ①小铁钉的位置 ②同一磁铁 ③同一小铁钉等 评分意见：每空1分，共5分.有其它合理答案均参照给分.

21、(10年滨州)在探究斜面机械效率的试验中，小明提出了“斜面的机械效率与斜面的倾

斜程度有关”的猜想。

（1）要测量斜面的机械效率，除了长木板和木块（如图所示）外，还需要的主要测量工具是刻度尺和。

（2）在试验过程中，应沿斜面向上拉动木块，使其做运动。

（3）要验证以上猜想，需要控制不变的因素有：

。

（4）斜面在我们生活中的应用有（只写出一条即可）。

21、（1）弹簧测力计（2）匀速直线（3）同一木块（4）盘山公路

22.在“探究电流与电阻的关系”的实验中，某组同学连接了如图15所示的电路：

（1）在连接电路时，开关S应处于状态，滑动变阻器的滑片P应位

于最端（选填“左”或“右”）。

（2）电压表的连接不完整，电压表的负接线柱应与点相连（选填“E”或“F”）。

（3）电路连接无误后，闭合开关，移动滑片P进行了三次实验，实验数据如下表所示，其中第二次实验时电流表的示数如图16所示，请将表格补充完整。

物理量

数据

次数

U（V）R（Ω）I（A）

1

3 5 0.6

221世纪教育网

3 15 0.2

（4）本实验探究采用了法，其结论为。

（1）断开右（2分）

（2）F（1分）

（3）10 0.3（2分）

（4）控制变量在电阻一定时，导体中的电流与电阻成反比（2分）

23．（4分）我们在探究问题时，经常用到“控制变量法”、“转换变量法”、“等效替代法”、“理想模型法”等重要实验方法。

例1：探究“压力作用效果与哪些因素有关”的操作过程如图12所示。

比较图甲和图乙，可以得出______________________________________________；

比较图乙和图丙，可以得出_______________________________________________；

这里所用的实验方法是__________________________________。

24．在研究“决定电阻大小的因素”的演示实验中，我们使用了控制变量法。除此之外，初中还在研究哪些问题时用到了这种方法(至少举出2例)。

例1：_____________________________

例2：______________________________

24．(4分)研究影响斜面机械效率大小的因素，电流通过导体时产生热的多少跟什么因素有关。(每空2分，共4分)

25.在学习牛顿第一定律时，为了探究阻力对物体运动的

影响，我们做了如图6所示的实验。

(1)为了探究不同阻力对小车的运动速度的改变的影响情

况，应做到小车开始受到不同的阻力作用时的速度相同，在实

验中用什么方法使小车在进入平面时速度相同?

______________

_________________________________________。

(2)实验表明：表面越光滑，小车运动的距离越

______________，这说明小车受到的阻力越小，速度减小得

越________________。

(3)进而推理得出：假如小车受到的阻力为零，小车将

____________________________。

25．(4分)(1)让小车从同一斜面、同一高度由静止开始滑

下

(2)长慢

(3)以恒定不变的速度永远运动下去(每空1分，共4分)