热点02 控制变量法 -2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（全国通用）

热点02 控制变量法 控制变量法是科学研究中的重要方法，利用控制变量法探究问题的一般程序为： 1．对可能影响研究问题的因素（物理量）进行分析，作出假设。 2．利用控制变量法控制其他因素不变，对每个因素依次进行研究，找到该因素和所研究问题间的关系。 3．综合判断所有因素和所研究问题之间的关系。 比如在探究加速度与力、质量的关系时，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加速度与力的关系，再保持力不变，研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到的合外力及物体的质量之间的关系；类似的还有：探究影响力的作用效果的因素；探究滑动摩擦力与哪些因素有关；探究影响电阻大小的因素；探究通电导体在磁场中的受力方向与哪些因素有关；探究单摆的周期与哪些因素有关。 例题1. 图为“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验装置图。 （1）下面列出了一些实验器材：电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）。除以上器材外，还需要的有____________ A．秒表    B．刻度尺    C．交流电源    D．直流电源 （2）本实验采用的科学方法是____________ A．理想实验法    B．控制变量法    C．类比法 （3）实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是__________（选填选项前的字母）。 A．改变小车的质量        B．把长木板右端垫高 在不挂重物且___________（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。 A．计时器打点        B．计时器不打点 （4）某同学在研究“外力一定时，加速度与质量的关系”时，保持砂和砂桶的质量不变，改变小车质量，得到小车加速度与质量的7组实验数据，如下表所示。在图所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出图像___________。 次数 1 2 3 4 5 6 7 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 （5）在研究“加速度与力的关系”时，认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量比小车质量小得多。请分析说明这个要求的理由___________。 例题2. 某实验小组的同学利用如图所示的实验装置探究小车匀加速运动速度和位移的关系并测量小车（含遮光条）的质量M。 以下是该实验的主要步骤： ①实验小组的同学用刻度尺测量出遮光条的宽度d ②挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使小车（含遮光条）沿木板匀速下滑； ③取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车从起点由静止出发沿木板下滑通过光电门并通过计算机记录了挡光时间t； ④改变砝码质量和木板倾角，重复步骤②③，每次释放小车位置相同且光电门在木板上位置不变，用刻度尺测出小车在起点时遮光条的中点到光电门的距离L，已知重力加速度为g。 根据实验步骤回答以下问题（结果均用m、k、g、d、L表示）： （1）根据步骤③可知，小车受到的合外力为___________。 （2）某小组成员通过实验记录的数据作出图像，若已知该图像斜率为k，则小车的质量___________。 物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制其他因素（变量）不变只改变其中的一个因素，来单独研究这个因素对事物的影响，依次对每一个因素加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。 推导物理量之间的关系时一定要结合所学的规律，写出函数关系式。数据处理时，通常用图像法，经常把曲线转化为直线，再利用直线的斜率、截距求出所求的物理量。 （建议用时：30分钟） 1．某实验小组设计了如下图（a）所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。 他们在轨道水平和倾斜的两种情况下分别做了实验，得到了两条图线，如图（b）所示。 ①图线___________是在轨道左侧抬高成斜面情况下得到的（选填A或B）； ②滑块和位移传感器发射部分的总质量___________； ③滑块和轨道间的动摩擦因数_______。（取重力加速度） 2．某小组测量某金属细杆的电阻率，应用了学生电源E、定值电阻R0、电压表V1和V2、电阻箱R等器材，操作步骤如下： （1）用游标卡尺测其长度用L表示，示数如图甲所示可知其长度为___________mm；用螺旋测微器测量其横截面直径用D表示，示数如图乙所示，可知其直径为___________mm。 （2）先用多用电表粗测其电阻，选用“ × 10”倍率的电阻挡测量，发