初中物理控制变量法与探究性实验方案试题

学校组织学生参观中国科技馆，同学们在“探索与发现A厅”里面看到一个十分有趣的“物体上滚？”的实验。实验时，将双圆锥体轻轻放在倾斜轨道的最低端，看到双圆锥体从静止向轨道高处滚去。实验引起了同学们的讨论，小军认为“双圆锥体上滚”是真的，眼见为实；小乐认为“双圆锥体上滚”是错觉，双圆锥体不可能自动由低处向高处滚动。小乐和小军为证明各自的观点，取了两根木条放在水平桌面上，将木条左端垫高，做成一个倾斜轨道，将双圆锥体放在轨道右端，如图甲所示，由静止释放后双圆锥体向轨道高处滚去，双圆锥体最终停在轨道左端，如图乙所示。这个实验成功再现了在科技馆看到的现象。
请你根据图甲、乙所示的实验，选择适当的器材，通过测量判断小军和小乐谁的观点正确，写出你的测量方法并简要说明。

物理兴趣小组的同学利用图示装置，探究反射声音的强弱与充当反射面的材料是否有关．他们将发声的闹铃置于纸筒A内，将充当反射面的材料置于O处，通过纸筒B倾听反射的铃声强弱．

（1）保持纸筒A和纸筒B的位置不变，只改变        ，让同一为同学倾听反射声音的强弱，实验结果如下表．

反射面材料	大理石	玻璃板	木板	棉布	毛巾	海绵
反射声音的强弱	最强	强	强	较强	弱	几乎听不到

（2）分析实验结果可以得出：在其他条件相同时，反射声音的强弱与充当反射面的材料     （有关/无关），你还可以进一步分析得出的结论是     （写出一条即可）．
（3）实验结果表明，玻璃板和木板反射声音的强弱无法分辨，有同学认为可能是人耳对声音强弱的分辨能力不够造成的．对此，请你提出一个改进的措施或方法    ．
（4）如果利用声音的反射现象，测量声音在空气中的传播速度，应选择表中的    作为反射面效果最好．

小明把两端开口的细玻璃管插入水中，发现管内的液面上升（如图）。他查资料得知：管内外液面高度差与水温、管的内径有关，小明想利用这支细玻璃管探究管内外液面高度差与水温的定量关系，请你帮他设计实验方案。

（1）实验器材：细玻璃管、 　 　。

（2）实验步骤（可画图或文字表述）；

（3）设计记录数据的表格。

我们知道，滑动变阻器连入电路中的 电阻线越长，电阻越大。小亮想设计一个实验，探究通过滑动变阻器的电流 $I$ 与连入电路中的线圈长度 $L$ 是否成反比例的关系。

可选择的器材：研究对象滑动变阻器 $R_1$ 、学生电源、定值电阻 $R_0$ 、滑动变阻器 $R_2$ 、电阻箱 $R_3$ （符号 $)$ 、两个电流表、开关、若干导线及刻度尺。

（1）请选择适当器材，在虚线框内画出合理的电路图，并标出选择的电阻。

（2）针对你设计的电路，你认为闭合开关后，操作中应注意的问题是 　      

物理课上，同学们观察了下图所示的实验：用细线将一金属小球悬挂起来，把小球拉到一定的高度（此时细线偏离竖直方向的角度为α，小球离开最低位置的距离为S），然后释放，小球将左右摆动。

（1）此实验说明：                             
（2）课后小宁同学提出这样的问题：小球来回摆动一次的时间（或摆动的快慢）跟哪些因素有关呢？对此，同学们进行了探究。小宁提出猜想：小球摆动的快慢可能跟细线的长度（L）有关。于是小宁和小军来到实验室，找来了以下器材：
A.秒表    B.长为0.8m的细线   C.长为1.0m的细线    D.铜球  E.铝球（D、E两球体积相等，都有相同的小孔，便于系线）
为了验证小宁的猜想，请你帮他们设计出简要的实验步骤。
选用的器材是（选填上列器材前的字母）：                               
具体操作：                              
（3）对小宁提出的问题，除了他的猜想外，请你再提出两个猜想：
①                            
②                            

质量可忽略的细绳上端固定，下端系一质量为m的金属螺母，做成摆长为l的摆（如图所示），让螺母在竖直面内小幅度往返摆动，每完成一次往返摆动的时间均为 $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}(g=9.8\text{Nkg})$

请你根据 $T=2\pi \sqrt{\frac{l}{g}}$ ，推测，螺母往返摆动一次的时间T与螺母的质量m是否有关 　  　（选填"有关"、"无关"）。现有足量的细绳、大小相同的金属螺母，这些螺母有的质量相等，有的质量不等，写出验证你的推测的实验步骤（若有需要，可补充器材）。

电现象中有四个同学们非常熟悉的实验：a、探究电流与电压的关系；b、探究电流与电阻的关系；c、伏安法测小灯泡的电阻；d、探究影响电阻大小的因素。下列说法不正确的是（    ）

A．a实验可用小灯泡替代定值电阻

B．b实验滑动变阻器的作用要控制定值电阻两端电压不变

C．c实验滑动变阻器的作用是方便多次测量求平均值来减小误差

D．d实验需要采用控制变量法

端午假日，小华随父母体验了一次快乐的乡村游。见到如图1所示的一个老式风扇车，颇感兴趣，摇手摇杆产生的风，为什么能将从漏斗中漏下的谷粒与空壳分开呢？小华到家便进行了以下探究

【自制器材】

（1）利用废旧塑料板制成条形漏斗，废旧塑料杯切去杯底并在杯壁裁出缺口；仿照老式风扇车，组装成如图2甲所示的装置；

（2）选用质量　　的砂砾模拟谷粒和空壳；

（3）裁剪快餐盒盖用于收集砂砾。

【进行实验】

（1）把快餐盒盖放在水平桌面上，将上述装置侧壁缺口朝下放在盒盖上方；

（2）取一小风扇正对进风口，再开启风扇并将砂砾倒入漏斗；

（3）待砂砾漏完，关闭风扇；

（4）观察盒盖上的砂砾，比较　　。

【收集证据】实验结果如图2乙所示，并记录在表中

砂砾质量	大	较大	小
砂砾水平运动的距离	近	较近	远

【分析论证】

（1）由实验结果可知，在相同风速的作用下，质量较大的砂砾不容易被风吹远，其运动状态　　发生改变（选填“容易”或“不容易” $)$，即惯性较　　（选填“大”或“小” $)$；

（2）由此也可以说明惯性的大小与物体的　　有关。

【交流评估】

为了使实验结论更科学，可以更换不同的物体或改变风速大小重复上述实验。

【拓展应用】

（1）如果使用风扇车来分离谷粒和空壳，则在图1中　　口可收集到饱满的谷粒（选填“ $A$”或“ $B$ “ $)$；

（2）如图2丙所示，在无风的情况下，农场工人用铁锹将混合谷物斜向上抛洒出去，饱满的谷粒将落在离工人更　　处（选填“近”或“远” $)$，从而将谷粒与空壳分离。

(6分)阅读短文，回答问题
热电偶
把两种不同材料的导线(如铁线和铜线)组成如图所示的闭合回路，当AB 两端存在温度差时，回路中就会有电流通过，这就是塞贝克效应，这种电路叫热电偶电路，实验表明：热电偶电路中电流的大小跟相互连接的两种金属丝的材料有关；跟接点A和B 间的温度差有关，温度差越大，回路电流越大.

（1）其它条件不变，只将铁丝换成铜丝，电路电流     (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”).
（2）其它条件不变，只将A 处杯中的冰水混合物换为沸水，电路电流     (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”).
（3）其它条件不变，移去酒精灯，将B 放人另一杯冰水混合物中，稳定后，电路电流      (选填“变大”、“变小”、“不变”或“变为零”）.
（4）这样的热电偶实际上是一个电源，它的电能是由      能转化而来.
（5）热电偶电路可以把温度信号换成       信号，利用这种性质可以把热电偶做成        (写出一种应用).

一天饭后，小明同学帮妈妈收拾桌上的碗筷时不小心将一杯水碰倒，他忙拿干抹布去擦，却很难将水擦干，妈妈见状拿了另一块干抹布擦，很快就将桌上的水擦干了，他感到有些奇怪。忙问妈妈是怎么回事？妈妈只是告诉他：“我拿的抹布是棉布做的，你手里的抹布是涤纶的”。他很想知道抹布的吸水能力与布料种类的关系，于是他进行了如下的实验探究。

（1）实验目的：　　。

（2）所需的器材：三个形状和大小相同的烧杯、质量相同的　　各一块，足够的水。

（3）主要步骤：将三个烧杯中倒入质量相同的水，分别将三块布放入各个烧杯中让水浸透，然后将三块布分别取出。从方便和准确的角度看，应观察和比较　　，将现象记入表中。

布料种类	涤纶	麻	棉
杯中所剩水量	最多	较少	最少
布块所含水量	最少	较多	最多

（4）结论：　　。

（5）应用：炎热的夏天，如果人体皮肤被汗浸透，会让人觉得很不舒服，因此，从吸水多少这个角度说，应尽量采用　　类的布料来制作夏装。

小丽在中国科技馆“会发电的衣服”的展台区，进行了如下探究实验：用脚踩动踏步机踏板，带动发电纤维抖动，LED灯被点亮；增大踩动踏板的速度，发现被点亮的LED灯的数目增多。请你根据小丽的实验步骤及现象。写出她所探究的问题：　                　。

物理课后，小南和小雄将一块铜片和一块锌片插入西红柿，做成了一个“西红柿电池”. 小南和小雄想探究“西红柿电池的电压大小与哪些因素有关”。
猜想一：小雄说：“可能与两金属片之间的距离有关”，
猜想二：小南想了想说：“也可能与两金属片插入西红柿的深度有关”. 为了验证猜想是否正确，他们找来了电压表，连成了如图所示的电路.

（1）请你选择其中一个猜想，并提出验证的方法：
（2）目前人们乱扔废旧电池的现象非常普遍，请你针对这种现象，给有关部门提出一条合理建议

小明在探究“物距和物高一定时，物体经小孔所成的像的高度和像距的关系”时，所用的实验器材有：用发光二极管做成的物体、有小孔的方纸板、用半透明塑料膜做成的屏、量程为0～30cm的直尺，实验装置的示意图如图所示。

（1）该实验应该在较　     　的环境下进行。（选填“亮”或“暗”）

（2）记录的实验数据如表，请在方格纸上画出像高与像距的关系图象。

实验次数	1	2	3	4	5	6
物距u/cm	相同
物高h1/cm	相同
像距v/cm	4.0	8.0	12.0	16.0	20.0	24.0
像高h2/cm	2.0	4.1	6.0	8.0	9.9	12.0

（3）根据图象，得出的探究结论是：　                                         　。

（4）另一名同学在做该实验时，更换了部分实验器材，其实验装置的示意图如图所示。外筒（足够长）用不透明的材料制成，左端开有小孔；内筒（内径约14cm）的筒壁用不透明的材料制成，左端用半透明塑料膜做屏，并可以在外筒中自由地拉出或推入。其他器材不变。和小明所用的装置相比较，请说出该同学用这样的装置做实验的好处和不足。（各写一条即可）

好处：　                               　；

不足：　                               　。

在"探究电流与电阻的关系"实验中，现有器材如下：电源（电压恒定但未知），四个定值电阻 $R_1\left(5\Omega \right)$ 、 $R_2\left(10\Omega \right)$ 、 $R_3\left(15\Omega \right)$ 、 $R_4\left(20\Omega \right)$ ，标有" $\times \Omega 1A$ "的滑动变阻器（阻值模糊不清），电压表（可用量程： $0~3V$ 、 $0~15V)$ ，电流表（可用量程： $0~0.6A)$ ，导线，开关。

（1）设计并正确连接如图甲所示的电路，把定值电阻 $R_1$ 接入图甲中的 $A$ 、 $B$ 两点之间，将滑动变阻器的滑片移到最 　　端，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，使电压表的示数为 $2V$ 时，电流表的示数应为 　　 $A$ 。

（2）分别用定值电阻 $R_2$ 、 $R_3$ 、 $R_4$ 依次替换 $R_1$ ，重复（1）的实验步骤。根据所得的四次试验数据绘制出 $I-R$ 图象，如图乙所示。由图象可得出的结论是：在导体两端电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成 　　。

（3）当使用定值电阻 $R_4$ 进行实验时，刚一闭合开关，就发现电压表示数恰好为 $2V$ ，为了用以上四个定值电阻完成实验且确保电路安全，应控制 $A$ 、 $B$ 两点之间的电压在 　　范围内。

（4）在使用定值电阻 $R_1$ 和 $R_4$ 进行实验过程中，读取数据时，滑动变阻器消耗的电功率之比为 　　。

一位同学猜想：绿色植物需要沙子才能更健康地生长。为了探究她的猜想，她准备了两盆植物，其中一盆所处的环境和条件如甲图所示，则另一盆所处环境和条件应该是图乙中的（　　）