专题复习十三 控制变量法

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专题复习十三 控制变量法
一、专题概述
自然界发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影响物理学研究对象的因素在许多情况下并不单一，而是多种因素相互交错、共同起作用的。为了弄清事物变化的原因和规律，需要分别控制多个因素中的某一个因素变化，而其他因素不变，只研究某个量与多个因素中的一个因素的关系，这种研究方法是控制变量法。控制变量法在中考中考查的类型主要有两种：一是给出实验数据尝试应用控制变量法分析、归纳物理量与某一因素的关系；二是应用控制变量法去设计实验。解答运用控制变量法的题目，关键是要明确控制不变的量和要研究的需要改变的量。
二、典题剖析21世纪教育网
【例1】小兰在观察小提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜测：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关，于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确；下表是她在实验时控制的琴弦条件。
控制条件编号 琴弦的材料 琴弦的长度(cm) 琴弦的横截面积(mm2)
A 钢 20 0.3
B 钢 20 0.7
C 尼龙丝 30 0.5
D 铜 40 0.5
E 尼龙丝 40 0.5
(1)如果小兰想探究弦发声的音调与弦的粗细的关系，你认为她应该选用表中编号为 _________的琴弦（写字母代号)。
(2)探究的过程常采用下列一些步骤：①实验研究；②分析归纳；③提出问题(或猜想)；④得出结论等。你认为小兰要完成本探究的全过程，所采取的合理顺序应该是_______(只填写数字代号)。
思路点拨：(1)想要探究音调与弦的粗细的关系，就要保证除了弦的粗细之外其他的因素相同；(2)根据科学探究过程的七个基本环节确定即可。21世纪教育网
解：(1)A、B (2)③①②④21世纪教育网
规律总结：控制变量的思想在本题有突出的体现，由于数据多、次序不一致，寻找时要有耐心，将可能的因素先作好标记可以更快捷地找出答案。
【例2】在同一水平桌面上放有长方体铁块和铜块各一个，如图3—13—1所示，现想探究铁块和铜块的下表面谁更粗糙，请你只利用一个量程满足实验要求的弹簧测力计，设计一个实验 来验证你的猜想。
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(1)实验步骤：__________________________________________________；
(2)根据现象：__________________________________________________；
得到的结论：__________________________________________________；
(3)在该探究过程中，应用了什么科学方法
思路点拨：影响摩擦力大小的因素有压力和接触面的粗糙程度。本题中我们可以通过比较摩擦力的大小来判断接触面的粗糙程度，但设计实验时必须注意控制变量思想的运用，应保持压力不变。21世纪教育网
解：(1)先将铜块放在铁块上，用弹簧测力计匀速拉动铁块，测出F；再将铁块放在铜块上，用弹簧测力计匀速拉动铜块，测出F
(2)比较F与F的大小；
若F>F，说明铁块的下表面更粗糙；若F=F，说明一样粗糙；若F(3)控制变量法。
规律总结：解答本题的关键是如何控制压力大小不变，另外用弹簧测力计拉动铁块和铜块运动时必须保持匀速。这里我们对摩擦力大小的测量运用的是转换的思想。
三、专题针对训练 21世纪教育网
（一）经典题训练21世纪教育网
1．如图3—13—2所示为研究“电流跟电压、电阻的关系”的实验电路图。
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(1)为了研究“电流与电阻的关系”，实验过程中必须保持__________不变。
(2)当开关S闭合后，电压表的读数是2 V，电流表的读数是0．4 A。现在将阻值为5Ω的电阻R换成阻值为10Ω的电阻接入电路来进行研究，则下一步应进行的操作是________
__________________________________________。
2．在探究压力的作用效果与什么因素有关的实验中，小明利用小桌、砝码、泡沫塑料等器材设计了如图3—13—3所示的几个实验。
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(1)在实验中，小明同学是通过观察泡沫塑料的_______来比较压力作用效果的。
(2)如图3—13—3中，_______两个实验是用来研究压力的作用效果与受力面积是否有关的； 两个实验是用来研究压力的作用效果与压力的大小是否有关的。
(3)在物理学中，用_____________________来表示压力的作用效果。
（二）08-09年中考真题精选
3．物理学中用实验研究三个量(或三个量以上)之间的关系时，常采用控制变量法。如图3—13—4所示，下列实验设计不是利用控制变量法的是( )
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4．a、b、c是三根镍铬合金丝，已知a、b长度相同，b较粗；a、c粗细相同，c较短。要求在温度不变的条件下用实验方法研究导体的电阻跟其长度和横截面积的关系，请回答下列问题：
(1)按要求完成实验，至少还需要的器材有_______一个，电流表一个，电源一个，导线若干。
(2)选________两根合金丝，可研究导体的电阻跟长度之间的关系。21世纪教育网
(3)选_______两根合金丝，可研究导体的电阻跟横截面积之间的关系。21世纪教育网
5．在探究“滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关”的问题时，兴趣小组的同学们作了如下的猜想：
猜想A：滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙程度有关；
猜想B：滑动摩擦力的大小可能与压力大小有关。
为了验证上述猜想是否正确，同学们设计了如图3—13—5所示的实验。
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(1)步骤(a)和(b)是为了验证猜想_______(填“A”或“B”)。
(2)步骤(a)和(c)是为了验证猜想_______ (填“A”或“B”)。
(3)本实验采用的科学探究方法是____________________________。
(4)实验中应使木块做匀速直线运动，这样做的目的是：____________________________。
参考答案：
三、l．(1)电阻R两端的电压 (2)移动滑动变阻器的滑片，使电压表示数仍为2 V
2．(1)凹陷程度 (2)乙、丙；甲、乙 (3)物体单位面积上受到的压力大小
点拨：认真领会和理解控制变量法思想是分析这类探究题的关键。
3．D点拨：物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事 物影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。A、B、C均应用了控制变量法。
4．(1)开关 (2)a、c (3)a、b
点拔：导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积和温度有关，通过改变导体的长度(或横截面积)，来研究长度(或横截瓜积)对导体电阻的影响时必须控制其他影响因素不变。
5．(1)A(2)B (3)控制变量法 (4)木块做匀速直线运动时，水平方向二力平衡，则摩擦力与弹簧测力计的拉力大小相等21世纪教育网
点拨：(a)、(b)控制压力的大小不变，改变接触面的粗糙程度，研究的是摩擦力与接触面的粗糙程度的关系；(a)、(c)接触面不变，改变压力的大小，研究的是摩擦力与压力的关系。
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