初中物理控制变量法与探究性实验方案解答题

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 　      

科学探究中能够准确表达自己的观点，表述探究的问题，过程和结果都很重要，以下是小华和小红对通电螺线管的外部磁场进行探究后的展示与汇报：

①我们想知道通电螺线管的外部是否存在磁场？

②因此设计了如图甲所示的实验；

③闭合开关，发现小磁针发生了偏转；断开开关，小磁针又回到原位；

④此现象说明通电螺线管的周围存在磁场；

⑤那么通电螺线管外部磁场的分布情况如何？

⑥我们在通电螺线管周围的有机玻璃上撒铁屑并轻敲；

⑦铁屑的分布情况如图乙所示

⑧由此可知通电螺线管的外部磁场与条形磁体的磁场相似。

根据上述提示与汇报，请你回答以下问题：（填写上面对应的序号）

（1）属于提出问题的有　　；

（2）属于进行操作的有　　；

（3）属于进行观察的有　　；

（4）属于得出结论的有　　。

冰壶比赛中，为减小冰壶与冰面间的摩擦，运动员需在冰壶运动路线上的某些区域刷冰，如图甲。

（1）为探究刷冰长度的影响因素，小明和同学用图乙装置寻找模拟刷冰区域的材料，他们将木块分别放在长木板、绸布、棉布上，用弹簧测力计水平拉木块做　　运动，发现测力计示数关系是 $F_{棉}>F_{木}>F_{绸}$．若用木板模拟未刷冰区域，则应选　　模拟刷冰区域。

（2）他们用图丙装置，将长为 $l$的所选材料 $M$平铺在木板上，让木板从斜面上滑下，经过 $M$后停在木板上的固定位置 $P$．木板运动到位置 $P$，所需 $M$的长度 $l$与哪些因素有关？大家提出以下猜想：

猜想1：与木块由静止滑下时的高度 $h$有关；

猜想2：与 $M$左端到斜面底端的距离 $x$有关。

①验证猜想1时，保持 $x$不变，将木块从高度将静止滑下，改变 $l$，使木块最终都停在位置 $P$，数据记录如下：

序号	1	2	3	4	5	6
释放的高度 $h/m$	0.10	0.14	0.18	0.20	0.22	0.26
$M$的长度 $l/m$	2.00	1.60	1.20	0.86	0.80	0.40

在图丁中描点作出 $l$与 $h$的关系图线； $l$与 $h$的定量关系是 $l=$　　。

②验证猜想2时，小明改变 $x$，将木块从不同高度由静止滑下，记录数据，得出结论。

分析实验中存在的问题是　　；

正确操作，发现每次只将 $M$前后移动时，木块都会经过 $M$停在 $P$位置。该现象可否定猜想2的依据是　　；

若在上述正确操作中同时改变 $x$和 $l$，则木块最终可能停在　　（选填“ $P$点左侧“” $P$点右侧“或” $P$点左侧或右侧“ $)$。

某兴趣小组计划探究“铝棒的发声”。同学们使用一根表面光滑的实心铝棒，一只手捏住铝棒的中间部位，另一只手的拇指和食指粘少许松香粉，在铝棒表面由手捏部位向外端摩擦，可以听见铝棒发出声音，而且发现在不同情况下铝棒发声的频率是不同的，为了探究铝棒发声频率的影响因素，该兴趣小组找到不同规格的铝棒、虚拟示波器等器材进行探究。实验前同学们提出了以下猜想：

猜想 $A$：铝棒发声的频率可能和铝棒的横截面积有关

猜想 $B$：铝棒发声的频率可能和铝棒的长度有关

猜想 $C$：铝棒发声的频率可能和手捏铝棒的部位有关

为了验证猜想 $A$，同学们选择4根铝棒，每次均捏住铝棒的中间部位，由手捏部位向外端摩擦，实验所得的数据记录于下面的表格中，在 $2\%$的误差允许范围内（频率相差在 $70\mathit{Hz}$以内）的测量值可以认为是相等的。

实心铝棒	铝棒长度 $L/\times {10}^{-2}m$	横截面积 $S/\times {10}^{-5}{m}^2$	频率 $f/\mathit{Hz}$
1	71	2.9	3500
2	78	2.9	3146
3	71	5.2	3530
4	78	11.7	3134

（1）分析表格中数据，可知铝棒的发声频率与横截面积是　　的。（选填“有关”或“无关” $)$

（2）为了验证猜想 $B$，同学们选择横截面积均为 $2.9\times {10}^{-5}{m}^2$的铝棒，实验所得的数据记录于下面的表格中，同学们从表中前两列数据很难得出频率 $f$与长度 $L$之间的关系，他们利用图象法处理数据，画出了频率 $f$与长度的倒数 $\frac{1}{L}$的关系如图所示，分析可知发生频率 $f$与铝棒的长度 $L$的关系是　　。

实心铝棒	铝棒长度 $L/\times {10}^{-2}m$	频率 $f/\mathit{Hz}$	铝棒长度倒数 $1/L\left(m^{-1}\right)$
1	50	5000	2
2	71	3500	1.4
3	78	3146	1.28
4	91	2700	1.1
5	105	2375	0.95

（3）同学们又通过实验探究了铝棒发声的频率和手捏铝棒部位的关系，在实验过程中，有同学们将发声的铝棒一端插入水中，可以看到　　现象，有同学用手迅速握住正在发声的铝棒，可以听见声音很快衰减，原因是　　。

某兴趣小组将一张硬卡片对折，在开口的一边剪两个小豁口 $A$和 $B$，然后套上橡皮筋，做成了一个会跳的卡片（如图所示）。为了探究卡片跳起的高度与哪些因素有关，该兴趣小组提出了如下猜想：

$A$、与卡片的质量有关

$B$、与橡皮筋的形成变量有关

$C$、与橡皮筋的条数有关

为了验证猜想，小组选用几根相同的橡皮筋和几张相同的卡片进行实验。

（1）小明将图中的卡片反过来，把它放在桌面上用手向下压，使橡皮筋伸长，迅速松开手，观察到的现象是　　，这个现象说明：发生弹性形变的橡皮筋能对卡片　　，因此它具有弹性势能。

（2）探究跳起高度与质量是否有关，应选择质量不同的卡片，控制其它实验条件相同。操作中将卡片反过来，每次把它在桌面上用手压平的目的是　　。

（3）探究跳起高度与橡皮筋形变量是否有关，请你为该小组提供使橡皮筋的形变量不同的两种方法：①　　②　　。

小明同学想：物体从斜面的同一高度释放后滚动的快慢一样吗？他猜想物体滚动的快慢可能与物体的质量和形状有关。小明选择下列物品进行实验：一把米尺、一块塑料板、一个小球，同样规格的一只装满水的瓶子和一只空瓶子，如图所示，不考虑水的惯性对瓶子转速的影响。实验步骤如下：

①用塑料板搭成一个倾斜角度较小的斜面。

②将米尺横放在这块塑料板上，并握往它。

③将小球、装满水的瓶子和空瓶子放在斜面上。

④移走米尺，同时释放三个物体并观察它们滚动的快慢。

请回答下列问题：

（1）选取小球时应该注意的问题是　　。

（2）下面关于移走米尺的两种方案，你认为较为合理的是　　（选填“ $A$”或“ $B$” $)$。

$A$．沿箭头 $a$方向，快速将米尺移走

$B$．沿箭头 $b$方向，快速将米尺移走

（3）在步骤④中，要判定物体滚动的快慢与物体的形状是否有关，你的观察对象和方法是：　　。

小敏、小颖和小青在玩荡秋千时，感到秋千往返摆动时间有规律。于是对“哪些因素决定秋千往返摆动的时间”提出下列猜想，小敏猜想：可能由秋千的绳长决定；小颖猜想：可能由人与秋千坐垫的总质量决定；小青猜想：可能由秋千摆动幅度（摆动中人离开中心的最大距离）决定。于是进行了如图实验，一细绳一端拴一小球，一端固定，让小球自由往返摆动，并记录数据如表。

实验 序号	小球到固定点 距离 $l$（摆长） $/$米	小球质 量 $/$克	摆动幅 度 $/$米	小球往返摆动 20次的时间 $/$秒	小球往返摆动 一次的时间 $/$秒
1	0.7	20	0.05	33.2	1.7
2	1.0	20	0.08	39.7	2.0
3	1.0	30	0.05	39.8	2.0
4	1.0	30	0.08	39.7	2.0
5	1.3	20	0.05	45.3	2.3

请回答下列问题：

（1）要完成上述实验，除如图器材外，还必需的实验器材是：天平、　　；

（2）从本次实验可以得到的结论是：小球往返摆动一次的时间由　　决定；

（3）实验发现，小球只能摆动一段时间。你认为造成小球停下来的原因可能是　　；

（4）摆钟是利用本实验的原理制成的。某一摆钟变慢了，要调准它，应将摆钟的摆长调　　（选填“长”或“短” $)$。

我们生活在电磁波的海洋中，当需要防止电磁波干扰时，通常用金属壳将电磁波与需加以屏蔽的区域隔开，避免电磁波进入，这种做法就是电磁屏蔽。中国科技馆有一个金属小屋，侧面的大窗上镶嵌着一块电磁屏蔽玻璃，如图所示。请你自选器材设计一个实验，检验这块电磁屏蔽玻璃是否能够屏蔽电磁波。写出实验步骤和判断方法。