2023年中考物理复习-----从“摆的故事”看控制变量法

从“摆的故事”看控制变量法 一、摆的故事 当我们欣喜地开始科学之旅时，看到的第一个故事就是意大利科学家伽利略研究摆动的故事： 伽利略在著名的比萨斜塔旁的一个教堂内做弥撒，看到教堂顶端的吊灯有节律的摆动，且发现吊灯来回摆动一次的时间似乎相等？科学家的敏锐使他对此发生了浓厚的兴趣，于是他用脉搏（当时没有钟表）这种“随身携带”的简单仪器来证实这个猜想。 为了进一步证实他的猜想是否正确的，回到实验室，他选择了铁块、绳子、脉搏继续做实验。 首先保持摆球质量、摆动幅度不变，只改变摆线长度，发现摆线长时，摆动周期也长，摆线短时，周期也短。 通过分析，他得出第一个结论：当摆球质量、摆动幅度不变时，摆动周期和摆线长度有关，摆线长度越长、周期越长，摆线长度越短、周期越短。 接着，保持摆线长度和摆动幅度不变，只改变摆球质量。发现无论质量大小，摆球摆动的周期相同。 他得出第二个结论：当摆线长度和摆动幅度不变时，改变摆球质量，摆的摆动周期和摆球质量无关。 第三次，保持摆线长度和摆球质量不变，只改变摆动幅度，发现摆的周期和摆动幅度无关。 得出第三个结论：当摆线长度和摆球质量不变时，摆的周期和摆动幅度无关。 他通过综合分析得出：当单摆来回摆动时，摆动周期只和摆线长度有关，和摆球质量、摆动幅度无关，且摆线越长、周期越长；摆线越短、周期越短。 伽利略通过上述方法提出了摆的“等时性原理”：“不论摆动的幅度大些还是小些，摆球完成一次摆动的时间是相同的。 这种“每次只让一个因素改变，保持其他因素不变”的研究摆动的周期与哪些因素有关、且有什么关系的研究方法就是控制变量法 二、关于控制变量法： 大家知道，一个同学的学习成绩的好坏，除了跟智力因素有关，还跟学习方法、学习环境等诸多因素有关。同样，影响物理学研究对象的因素在许多情况下不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的。 为了弄清物理变化的原因和规律，必须设法把其中的一个和几个因素用人为的方法控制起来，假定这些因素不变，造成特定的、便于观察的条件，把多因素的问题转变为多个单因素的问题，分别加以研究，最后综合解决，这类方法叫控制变量法，是物理学中一种常用的、科学的研究方法，其实任何物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究。 这种方法在学校生活中时常遇见。在学校田径运动会上，我们常常为自己班的同学跑在最前面而欢呼：从运动员起跑，到我们欢呼时，运动员们跑步的时间是相同的，跑在最前面的运动员跑得路程长，我们说他跑得快，这是比较相同时间内通过的路程，即将时间控制相等，谁跑得路程长，谁就跑得快。而裁判只看记录的时间。运动员跑相同的路程，谁花的时间少，谁就跑得快。即比较通过相同路程所用时间，将路程控制相等，跑步时间短的跑得快。 三、例题选讲： 在应用控制变量法实验和解题时，关键是首先要说清楚不变的因素有哪些，然后再说清楚当研究的因素改变时，被研究的物理量在怎样发生变化。 例1. 学习吉它时，小华发现琴弦发出声音的音调高低受各种因素影响，他决定对此进行探究。经过和同学们讨论，提出了以下猜想： 　　猜想1：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关； 　　猜想2：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关； 　　猜想3：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。 　　为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列9种规格的琴弦。 　　因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是他们又借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验。 编号 材料 长度（cm） 横截面积（mm2） A 铜 60 0.76 B 铜 60 0.89 C 铜 60 1.02 D 铜 80 0.76 E 铜 F 铜 100 0.76 G 铜 80 1.02 H 尼龙 80 1.02 I 尼龙 100 1.02 （1）为了验证猜想1，应选用编号为_____、_____、_____的琴弦进行实验。 为了验证猜想2，应选用编号为____、____、_____的琴弦进行实验。 表中有的材料规格还没有填全，为了验证猜想3，必须知道该项内容。请你在表中填上所缺数据。 （2）随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能还与琴弦的松紧有关？为了验证这一猜想，必须进行的操作是：____________________________。 解析与答：影响琴弦发出声音音调的因素有很多，为了研究琴弦发出声音的音调是否与琴弦的横截面积有关系，应该将其他因素都控制起来，让琴弦的材料和长度相同，选择横截面积不同的琴弦进行研究，故选ABC；为了研究琴弦发出声音的音调是否与琴弦