初中物理控制变量法与探究性实验方案实验题

小华总结两年来所做的物理探究实验发现
（1）当要研究的物理量不易直接测量时，都要想办法把它们的大小间接表示出来。这种研究物理问题的方法叫转换法。

如：甲实验中小球动能的大小是通过观察比较木物块B     ▲    反映出来的。
乙实验中水和沙子吸收热量的多少是用           ▲               来表示
（2）当要研究的物理量与多个因素有关时，都要采用       ▲          法。
如：甲实验研究小球动能的大小与速度的关系就要多次改变     ▲    的大小，同时控制小球的    ▲     不变。
乙实验中只有物质的  ▲  不同，其他因素必须控制相同（例如烧杯的规格相同、水和沙的    ▲    相等、酒精灯加热方式相同等）。

已知空气可以传播声音，请设计一个简易实验，证明固体也能传播声音，请写出实验的器材、步骤、实验分析及结论．要求设计的实验具有可行性，要符合安全原则．
（1）实验器材：      ；
（2）实验步骤：      ；
（3）实验分析及结论：      ．

学校要开运动会，几个同学讨论怎样才能将铅球掷得更远。陈平说：“掷出点越高，掷得越远”。王力说：“掷出速度越大，掷得越远”。李明说：“我们还是通过实验来探究吧”。
大家经过讨论，提出了以下猜想。
猜想1：铅球掷得远近，可能与掷出铅球点的高度有关。
猜想2：铅球掷得远近，可能与掷出铅球时的速度有关。
猜想3：铅球掷得远近，可能与掷出铅球的角度（投掷方向与水平方向的夹角）有关。
为了检验上述猜想是否正确，他们制作了一个小球弹射器，如图所示。它能使小球以不同的速度大小和方向射出，弹射方向对水平方向的仰角，可由固定在铁架台上的量角器读出。他们通过7次实验得到下表中的实验数据（“射出距离”指水平距离）。

实验序号	射出点高度 h/m	射出速度 v/(m·s^－1)	射出仰角 ?	射出距离 l/m
1	0.5	5	30°	2.9
2	0.5	10	30°	9.6
3	0.5	10	45°	10.7
4	1.0	10	45°	11.1
5	1.5	10	45°	11.5
6	0.5	10	60°	9.1
7	0.5	15	30°	20.7

请你根据上述所收集的信息和相关证据回答下列问题。
（1）为验证猜想1，应选用序号为_______、________、_______的实验数据，因为____________________________________________________________。
（2）为验证猜想2，应选用序号为_______、________、_______的实验数据，因为____________________________________________________________。
（3）为验证猜想3，应选用序号为_______、________、_______的实验数据，因为____________________________________________________________。
（4）通过上述实验，你认为怎样才能将铅球掷得更远？

网上传说，坦桑尼亚一个名叫姆佩巴的学生急于上课，将热牛奶放进了冰箱，令他惊奇的是，这杯热牛奶比同时放入冰箱内的冷牛奶先结冰。由网友跟帖：热水比冷水结冰快。后来有人把这种现象叫做"姆佩巴效应"。你认为传说中的"姆佩巴效应"是真的吗？请你设计一个实验方案，验证这个说法是否正确。（温馨提示：注意实验方案的可操作性）

（1）实验器材： 　　

（2）实验步骤： 　　

（3）实验结论： 　　

右图是初二（2）班蔡海航同学做的四弦琴。其中每根弦的粗细都不相同，弦的松紧也可以调节。请你用它来研究琴的音调与哪些因素有关。

【提出问题】
老师的问题：琴的音调与弦的粗细有关吗？
你的问题：                                   
【猜想假设】
老师的猜想：琴弦越粗音调越低
你的猜想：                             
【设计实验】
请根据自己或者老师的猜想，设计一个实验方案来验证该猜想是否正确
（只写方法，不用写结论）。

有4支相同材料相同厚度的玻璃量筒，其中a、b等高、等截面积；b、c等高，b的截面积小于c的截面积；c与d不等高，但截面积相同．各量筒内装有如图所示的水．

某同学根据所听音调的高低猜想气柱发声的频率可能与①气柱的长短有关； ②量筒的横截面积有关； ③水柱的长短有关．
⑴若探究“气柱愈长，发声的音调愈高”，应选量筒    （填字母代号）
⑵若选择的是量筒b、c，则探究的是猜想气柱发声频率与     的关系；
⑶若选择的是量筒    （填字母代号），则他们探究的是气柱发声频率与水柱长短的关系。

聂利同学在一个养蜂场看到许多蜜蜂聚集在蜂箱上，双翅没有振动，仍嗡嗡地叫个不停，她对《十万个为什么》中“蜜蜂发声是不断振动双翅产生的”这一结论产生怀疑，蜜蜂的发声部位到底在哪里？
下面是聂利同学的主要探索过程：
①把多只蜜蜂的双翅用胶水粘在木板上，蜜蜂仍然发声．
②剪去多只蜜蜂的双翅，蜜蜂仍然发声．
③在蜜蜂的翅根旁发现两粒小“黑点”，蜜蜂发声时，黑点上下鼓动．
④用大头针刺破多只蜜蜂的小黑点，蜜蜂不发声．
请回答：
(1)聂利同学在实验时，采用多只蜜蜂的目的是   ▲   ．
(2)从实验①和②可得出的结论是   ▲   ．
(3)“用大头针刺破多只蜜蜂的小黑点”基于的假设是   ▲   ．

某兴趣小组在“自制水膜透镜”活动中，如图所示，将内径 $4\mathit{mm}$的细铁丝圆环在清水中浸一下后取出，布满圆环的水膜犹如透镜。实验过程中，小张和小华发现该透镜的观察范围太小，想制作更大的水膜透镜，但又易破裂。哪些因素有关，他们做出如下猜想：

猜想一：可能与制作圆环的材料有关。

猜想二：可能与液体的种类有关。

（1）为了验证猜想一，小华选用细铁丝、细塑料片、细铝条制成圆环，改变圆环直径后，分别浸入水中获取液膜，测量出液膜即将破裂时的最大直径。实验前，他应该控制三种材料横截面的　　和　　相同。

（2）为了验证猜想二，小张找来比水粘稠的透明的色拉油、胶水，将细铁丝圆环分别浸入两种液体中，重复上述实验，记录的数据如下表：

液体	色拉油	胶水
圆环的最大直径 $/\mathit{mm}$	9	10

于是小张就得出结论：液体越粘稠，液膜的最大直径越大。

针对小张的实验过程，请指出存在的两个主要问题：①　　；②　　。

（3）实验中，将大小相同的胶水膜和水膜，放在书本前相同距离处，发现透过胶水膜观察到的正立的“字”更大一些，原因是：　　。

在学习"流体压强与流速关系"后，同学们知道了当气流吹向机翼时，飞机会获得升力，并且在相同条件下，气体的流速越大，飞机获得的升力也越大。为了探究飞机获得的升力与其他因素的关系，研究人员利用 $3D$ 打印机制作出大小不同的纸机翼模型进行风洞模拟实验，如图甲所示。用传感器测量相关数据，进行分析研究。

（1）研究人员利用控制变量法探究飞机获得的升力与机翼投影面积的关系时，实验数据如表所示。

①分析数据，你得出的初步结论是 　　。

②此实验选用三组不同的风速分别进行是为了 　　。

机翼投影面积     $S/m^2$	风速为     $v_1$ 时飞机获得的升力     $F_1/N$	风速为     $v_2$ 时飞机获得的升力     $F_2/N$	风速为     $v_3$ 时飞机获得的升力     $F_3/N$
0.01331	0.032	0.027	0.023
0.00998	0.023	0.021	0.017
0.00665	0.015	0.013	0.011

（2）通过上述信息分析可知： $v_1$ 　　 $v_2$ （选填"大于"或"小于" $)$ 。

（3）研究人员又探究了飞机获得的升力 $F$ 与迎角 $\alpha$ 的关系，根据实验数据绘制的图像如图乙所示。分析图像，你得出的结论是 　　。

为探究光照强度对光合速率的影响，用如图装置进行实验。在适宜且恒定温度下，改变灯与烧杯间的距离，分别测得金鱼藻1分钟内放出的气泡数（如表）。

灯与烧杯的距离 $/$厘米	10	15	20	25	30	35	40	45
气泡数 $/$个	18	15	10	8	6	4	2	0

（1）实验中灯功率不变，控制光照强度的方法是　　；

（2）当灯与烧杯的距离在一定范围内时，能产生气泡且随着距离增加气泡数越来越少的原因分别是　　。

（1）生活中，我们会遇到下面的现象：

现象一：如图1所示，将两个相同的鸡蛋先后从同一高度静止释放，鸡蛋甲落到地板上，摔烂了；而鸡蛋乙落到一块海绵上，完好无损。此现象说明鸡　　蛋受到的撞击力较小（填“甲”或“乙” $)$。

现象二：如图2中 $a$所示，一根细线拴着一个重物，把重物拿到一定高度，然后释放，重物可以把细线拉断；如图2中 $b$所示，如果在细线上端拴一段橡皮筋，再从同样的高度释放该重物，细线就不会被拉断。此现象说明细线中的拉力是图　　中的较小。这就是典型的“软着陆”或“缓冲”现象，这种现象背后的物理原因是什么呢？

①现象一中，鸡蛋甲从接触地板到摔烂的时间为 $t_1$，鸡蛋乙从接触海绵到抵达最低点的时间为 $t_2$，则 $t_1$　　 $t_2$（填“ $<$”、“ $=$”或“ $>$” $)$。

②现象二：图 $a$中，细线从刚好拉直到它断开的时间为 $t_3$；图 $b$中，细线从刚好拉直到物体下落到最低点的时间为 $t_4$，则 $t_3$　　 $t_4$（填“ $<$”“ $=$”或“ $>$” $)$。

（2）综上分析，导致上述现象中两个力变小的可能原因是　　；

（3）为了进一步探究这种现象，兴趣小组的同学做了一个实验：先后三次让同一个同学骑同一辆自行车，从斜坡上的同一位置由静止开始滑下，每次到达坡底进入同一水路面时用大小不同的力捏刹车，实验数据如下表所示：

实验次数	捏刹车的用力情况	在水平面上滑行时间
1	较小的力	$40s$
2	较大的力	$17s$
3	更大的力	$4s$

由以上实验数据可以得出的结论是：在质量和速度相同的情况下，要使物体停下来作用　　越长，作用力越　　。

（4）生活中这样的例子是很多的，例如人从高处跳到地面上时，膝盖会无意识的弯一下，这是通过　　

而　　地面对人的冲击力。

（5）下列现象中没有利用缓冲知识的是　　。

$A$．自行车坐垫上装减震弹簧

$B$．跳远时跳到沙坑里

$C$．装修时用橡胶锤敲打地砖而不用铁锤

$D$．用撬棒撬石头

小柯在课外活动时，偶然将两个弹性球叠放在一起同时自由下落，发现上面小球反弹的高度大于下落的高度。于是，他想探究同一个上面小球反弹的高度与哪些因素有关，为此，他提出了三个猜想：①与两个弹性球下落的高度有关；②与下面弹性球的质量有关；③与下面弹性球的材料有关。

为了验证猜想：小柯选取了质量为 $10g$的 $A$球作为上面的反弹小球，用体积相同的 $B$、 $C$、 $D$三个球分别作为下面的弹性球，如图所示， $B$、 $C$两球质量相同但材料不同， $C$、 $D$两球材料相同但质量不同，小柯在同一水平地面上做了多次实验，实验数据如表：

实验序号	下面弹性球	质量 $/\mathit{kg}$	下落高度 $/m$	$A$球反弹高度 $/m$
1	$B$	0.5	0.9	1.6
2			1.1	1.9
3			1.3	2.1
4	$C$	0.5	0.9	1.7
5			1.1	2.0
6			1.3	2.5
7	$D$	0.8	0.9	2.2
8			1.1	2.3
9			1.3	2.8

（1）小柯实验选取的测量工具有电子秤和　　。

（2） $A$球下落过程中，将重力势能转化为它的　　能。

（3）比较三次实验序号　　，可以初步得出的结论是：在下面弹性球的质量、材料等条件一定时，下落高度越高，上面弹性球反弹的高度越高。

（4）比较实验序号4、7（或5、8或6、 $9)$，可以初步得出的结论是：在下面弹性球的材料、下落高度等条件一定时，　　，上面弹性球反弹的高度越高。

（5）为了探究猜想③，除了选取 $A$球作为上面的反弹小球外，还应在 $B$、 $C$、 $D$三个弹性球中选择　　两球进行实验。

（6）实验表明，每次所测 $A$球反弹的高度总比下落高度要高，是因为在两球碰撞时下面弹性球对上面 $A$球做功，使 $A$球机械能总量　　（选填“增大”“减小”或“不变” $)$，这一现象　　（选填“违背”或“不会违背” $)$能量守恒定律。

小红用弹簧测力计、铁圆柱体、两个相同的大烧杯做"探究影响浮力大小的因素"的实验，其实验步骤和弹簧测力计示数如图所示。

（1）由图可知：铁圆柱体浸没在水中所受浮力为 　　 $N$ 。

（2）由甲、乙、丁图可探究的问题是 　　。

（3）由甲、丁、戊图可以得出的结论是 　　。

（4）在上述实验的基础上，请你添加合适的物体设计实验，探究浮力大小与物体质量是否有关。请写出你的实验思路： 　　。

在观察物体发声时，小明感到困惑：声源发出的声音的高低与什么有关呢？他猜想：可能跟发声体的松紧、长短、粗细有关，于是她想通过实验探究猜想是否正确．她利用A、B、C、D四根橡皮筋设计并实验，得出数据如下表所示，请完成下列问题：

编号	松紧	长短	粗细	声音的高低
A	松	100cm	粗	低
B	松	100cm	细	中
C	松	50cm	细	高
D	紧	50cm	细	最高

（1）比较编号A与B可得：声音高低与声源      有关；
（2）比较编号      与      可得：声音高低与声源长短有关，声源越短，声音就越      ；
（3）比较编号C与D可得：      ；
（4）小明由此分析，弹奏吉他时，左手在同样位置按住粗弦和按住细弦相比较，右手弹奏时，按      弦发出的声音音调更高．
（5）该实验采用的实验研究方法是      法．

请阅读下面一段短文后，认真思考并回答有关问题．如图所示，小明和小刚用细棉线连接了两个可乐饮料的纸杯制成了一个“土电话”。
（1）他们用“土电话”能实现10m间的通话，这表明                           
（2）相距同样远，讲话者以相同的响度讲话，如果改用细金属丝连接“土电话”，则听到的声音就大些。这一实验表明：                                  。
（3）如果用“土电话”时，另一个同学捏住棉线的某一部分，则听的一方就听不到声音了，这是由于                                          。
（4）某研究小组利用以上两个纸杯和一些长短、粗细不同的琴弦，又进行了探究“音调和哪些因素有关”的活动。他们选用的琴弦长度、材料在图中已标出（其中琴弦的的直径关系：a＝c＝d＜b)，并且每根琴弦固定在“音箱”上的松紧程度一致。
①若他们想研究“音调的高低与琴弦长度”的关系应选择琴弦   （选填符号a、b、c 或d）。
②若选择琴弦a和b，则是为了研究                                       。
③若有同学选择c和d进行研究，并推理得出：琴弦长度越长，振动越慢，音调就越低的结论。该同学探究过程中存在什么问题？
                                                                      。
④两位同学还可以选择琴弦            （选填符号a、b、c或d），研究“琴弦音调高低与材料的关系”。