专题突破（4）——控制变量法（Word）-【全效作业本】2022-2023学年高中必修第一册物理（人教版2019）

专题突破(四)——控制变量法 人类在探索自然规律的过程中，总结了许多科学的研究方法：等效替代法、控制变量法、实验推理法和理想模型法等。而“控制变量法”在中学物理教学中有着广泛的应用，是物理中常用的探索、分析和解决问题的科学方法之一。 控制变量法：当研究多个因素之间的关系时，往往先控制住其他几个因素不变，集中研究其中一个因素(变量)的变化对另一个因素(变量)所产生的影响，然后找出它们之间的关系，得出结论。 控制变量法进行科学探究时需考虑以下几点： 1．确定研究对象(P)、实验变量和控制变量； 2．如何保持控制变量不变； 3．如何改变实验变量； 4．如何观察或测量研究对象。 初中时，我们学习了影响电磁铁的磁性强弱的因素(实验1)和影响动能大小的因素(实验2)。 实验目的 研究对象(P) 实验变量(改变的量) 控制变量(控制不变的量) 实验1 电磁铁的磁性强弱 线圈匝数 电流 实验2 动能 质量 速度 　　应用 【例1】　请设计一个探究“滑动摩擦力与物体运动的速度是否有关”的实验。要求写出实验器材和实验步骤。 【答案】 当探究的问题为“一个因素与几个因素的关系”时，同时研究是非常复杂的，必须利用“控制变量法”。这种方法在实验设计题中经常用到。 滑动摩擦力与压力和接触面的粗糙程度有关。要探究是否与速度有关，需要控制压力和接触面的粗糙程度不变，改变物体运动的速度，观察滑动摩擦力变化的情况，从而探究出滑动摩擦力与物体运动的速度是否有关。物体运动速度的变化可以通过拉物体的快慢来实现，物体选用木块，滑动摩擦力可以用弹簧测力计测得。 设计方案： 实验器材：弹簧测力计、细线、木块、木板。 实验步骤：(1)将木板水平放置，木块置于其上，通过细线用弹簧测力计水平拉木块以某一速度做匀速直线运动，读出弹簧测力计的示数F1；(2)以不同的速度重复上述实验过程，读出弹簧测力计的示数F2、F3；(3)分析实验数据F1、F2、F3，得出结论。　 【例2】　请设计一个“探究加速度与力、质量的关系”的实验，写出实验装置、过程、结论及注意事项。 【答案】 1.实验装置 图1为俯视图，图2为侧视图。 2．实验过程 (1)加速度与力的关系(控制变量质量不变)； (2)加速度与质量的关系(控制变量力不变)。 3．实验结论 物体的加速度与作用力成正比，与物体的质量成反比。 4．注意事项 需要平衡小车的摩擦力，同时释放小车，同时停止。 1．为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，A、B两同学设计了如图甲所示的实验装置。其中小车的质量为M，沙和沙桶的质量为m，与小车相连的滑轮的质量为m0。力传感器可测出轻绳中的拉力大小，重力加速度为g。实验时先平衡摩擦力。 (1)A同学以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的F－a图像如图乙所示，求得图像的斜率为k，则小车的质量M＝__2K－m0__(用所给物理量的符号表示)。 (2)B同学也以力传感器的示数F为纵坐标，加速度a为横坐标，画出的F－a图像如图丙所示，图像不过原点的原因可能是__平衡摩擦力过度__ (答一条即可)。 2．在“探究求合力的方法”的实验中，小龚同学用了两个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧秤来测量拉力。实验之前他先检查校对了弹簧秤，然后进行实验： (1)实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮筋的图钉所在点，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。图乙是在白纸上根据实验结果画出的图。图乙中的F与F′两力中，方向一定沿AO方向的是__F′__；本实验采用的科学方法是__等效替代法__(填“理想实验法”“等效替代法”或“控制变量法”)。 (2)学生实验时，是用两只弹簧秤在水平桌面上完成这个实验的，如图丙所示。某次测量时，左、右两只弹簧秤的读数如图丁所示，则该弹簧秤的读数是__3.00(2.99～3.02都可以)__N。 (3)(多选)在做实验时，下列说法正确的是(　AD　) A．同一次实验过程，结点的位置必须都拉到同一位置O点，不能随意变动 B．用两只弹簧秤拉橡皮条时，应使两细绳之间的夹角总为90°，以便于算出合力的大小 C．力的夹角越大越好 D．必须使分力与合力在同一平面内 3．为了“探究安培力与电流大小、导线长度的关系”，某小组同学利用了如图a所示的装置，将磁铁组置于电子秤上，通电导线静置于磁场中，电流方向与匀强磁场方向垂直，则通电导线受到向上(或向下)安培力作用。根据牛顿第三定律，磁铁会受到等大反向的反作用力，电子秤的示数会发生变化，利用Excel来处理实验数据和绘制F－I、F－L的图像，其绘制的图像如图b所示。 实验表明：导线长度一定时，安培力与电流大小成__正比__关系；导线中电流大小一定时，安培力与导线长度成__正比__关系。(填“正比”或“反比”)。 学科网（北京）股