初中物理控制变量法与探究性实验方案实验题

观察、实验、推理是物理研究的重要手段，物理学家伽利略因观察到比萨大教堂穹顶上吊灯因风不停摆动，发现了摆的重要特性。某兴趣小根据当时情况，准备了小钢球（大小可忽略不计）。弹性很小的结实轻细绳等器材组成了图甲装置。在无风的情况下，把小钢球拉离到最低位置（A） $x$处释放。如图乙所示，小钢球将来回摆动。兴趣小组猜想影响小钢球往返一次的时间因素有：摆绳长 $l$，小钢球质量 $m$，起始小钢球拉离到最低位置（A）的距离 $x$。由此进行实验，用秒表记下小钢球往返的时间。实验数据记录如下：

实验 次第	摆绳 长 $/\left(m\right)$	小钢球 质量 $\left(m\right)$	最初将小钢球拉至最低 位置的距离 $x\left(\mathit{cm}\right)$	小钢球往返动 一次 的平均时间 $\left(s\right)$
1	1	50	5.0	1.99
2	1	50	7.0	2.00
3	1	50	9.0	2.00
4	1	100	9.0	2.00
5	1	150	9.0	2.00
6	2	50	9.0	2.83
7	4	50	9.0	3.99

（1）由表中　　（填表中实验次第序号）三组数据可知：小钢球往返一次的时间与小钢球拉离最低位置的距离 $x$无关；

（2）由表中第3、4、5次实验数据分析可知：小钢球往返一次的时间与　　无关：

（3）由表中第3、6、7次实验数据分析可知：摆绳越长，小钢球往返一次的时间越　　；

（4）我们生活用的摆钟（如图丙），就是利用这一原理工作的，有人发现正在工作的摆钟往返一次的时间变长了（即钟的走时比准确时慢），则需将摆锤往　　调（填“上“或“下” $)$。

在学习吉他演奏的过程中，小华发现琴弦发出声音的音调高低是受各种因素影响的，他决定对此进行研究．经过和同学们讨论，提出了以下猜想：
猜想一：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关；
猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关；
猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。
为了验证上述猜想是否正确，他们找到了如表所列9种规格的琴弦，因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是他们借来一个能够测量振动频率的仪器进行实验。

编号	材料	长度（cm）	横截面积（mm^2）
A	铜	60	0.76
B	铜	60	0.89
C	铜	60	1.02
D	铜	80	0.76
E	铜
F	铜	100	0.76
G	铜	80	1.02
H	尼龙	80	1.02
I	尼龙	100	1.02

（1）为了验证猜想二，应选用编号为 _________ 、_________ 、_________ 的琴弦进行实验。表中的材料规格还没填全，为了验证猜想三，必须知道该项内容，请在表中填上所缺数据。
（2）随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能与琴弦的松紧程度有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是                                             。

小明在玩“水枪”玩具时，发现“水枪”水平放置，如果推动活塞的速度越快，水枪离地面的高度越高，水就会射得越远，据此，他提出了如下猜想：在空中水平抛出的物体，落地的水平距离与抛出的初速度及抛出点离地面的高度有关，为验证猜想，小明找来了如图所示装置进行实验。

（1）让小球从斜槽上自由滚下，是为了使小球到达水平槽时具有一定的　　；小球从斜槽滚下，重力势能　　（选填“增大”、“减小”或“不变”）

（2）保持　 　不变，分别让同一小球从斜槽上A、B、C位置由静止自由滚下，分别测出小球落地的水平距离S_A、S_B、S_C，发现S_A＞S_B＞S_C．这表明：空中水平抛出的物体，落地的水平距离与　 　有关。

（3）逐步降低抛出点离地面的高度，分别为h₁、h₂、h₃，每次都让同一小球从斜槽上A处由静止自由滚下，分别测出小球落地的水平距离s₁、s₂、s₃，发现s₁＞s₂＞s₃．这表明：空中水平抛出的物体，落地的水平距离与　 　有关。

（4）若在水平槽铺上毛巾，使抛出点离地面的高度为h₃，让同一小球从斜槽上A处由静止自由滚下，测出小球落地的水平距离为s₄，根据上述实验的结果，应该有s₄　 　s₃（选填“＞”、“＜”或“＝”）。

小明想比较几种材料（衣服、锡箔纸、泡沫塑料）的隔音性能，除了待检测的材料外，可利用的器材还有：音叉、机械闹钟、鞋盒。
（1）在本实验中适合作声源的是                      ；
（2）小明将声源放入鞋盒内，在其四周塞满待测材料。他设想了A、B两种实验方案，你认为最佳的是方案_______
A．让人站在距鞋盒一定距离处，比较所听见声音的响度。
B．让人一边听声音，一边向后退，直至听不见声音为止，比较此处距鞋盒的距离。

（3）通过实验得到的现象如上表所示：则待测材料隔声性能由好到差的顺序为                      。

今年5月，昆明市气温连续10天达到 ${30}^{°}\text{C}$左右，让“冬无严寒，夏无酷暑”的昆明人着实体验了一下什么叫“酷暑难耐”。往室内地面上洒水、打开窗户通风、尽量穿短衣短裤等避暑手段纷纷登场。这些措施为什么可以使人感觉到凉爽？小林同学准备了滴管、水、两块玻璃片、吹风机（有加热和不加热两档），请你加入进来一起探究蒸发快慢与哪些因素有关。

（1）小林用滴管把两滴水分别滴在两块玻璃片上，并将其中一滴水摊开，把它们放在室内，观察蒸发情况，这是探究蒸发快慢与　　的关系；

（2）如果要探究蒸发快慢与液体表面空气流动快慢的关系，应该　　然后用吹风机（不加热档）　　，观察蒸发情况；

（3）为了探究蒸发快慢与温度的关系，小林用滴管把两滴水分别滴在两块玻璃片上，然后用吹风机（加热档）去吹其中一滴水，观察蒸发情况，这样做是　　的，原因是　　；

（4）该实验将水滴在玻璃片上而不滴在木板上，这是为了　　；

（5）发烧病人使用酒精擦拭身体降温比用水擦拭的效果更好；一滴油和一滴水掉在玻璃桌面上，水很快就不见了，而油还在，由此，你的猜想是　　；

（6）小林同学上公共厕所洗完手后，用如图所示的烘干机（手一放进去就自动吹暖风的机器）使手上的水快速蒸发。当他把干燥的左手和沾水的右手，同时放进烘干机内，左手感觉吹的是暖风，而右手感觉吹的却是凉风，这是因为　　。

【内蒙古包头市2015年中考物理试题】某同学要探究单摆来回摆动一次的时间与什么因素有关，于是他准备了不同质量的小铁球（质量已知）、细绳、刻度尺、铁架台等器材，实验装置如图6所示。⑴ 实验器材中还应该有             。⑵ 他将实验过程中测量的数据记录在下表中，分析数据可知，单摆来回摆动一次的时间只与        有关，该实验所用的科学探究方法是                。⑶ 实验完成后，该同学用质量为20g和50g两个小铁球，分别制做成摆成为80cm和100cm的两个单摆，根据上面实验结论可推测，这两个单摆来回摆动一次的时间应分别是         s和        s。

实验次数	摆幅（cm）	小球质量（g）	摆长（cm）	时间（s）
1	10	30	80	1.8
2	10	40	80	1.8
3	15	40	80	1.8
4	15	40	100	2.0

如图1所示，小水塘平静的水面上漂浮着一个乒乓球，小帆试图用扔石子激起水波的方法将乒乓球推向水塘边。她发现小石子扔进水中，激起了一圈圈水波向外扩展，而球几乎只在原处“蹦蹦跳跳”，并未随水波向外水平移动。

小帆猜想其中原因可能是：

A．小石子使水产生的振动不够强，水波太小，水对乒乓球的水平推力太小

B．乒乓球浸入水中深度过浅，水对它的水平推力太小

C．向外逐渐扩展的水波，是被石子击中的那部分水，将竖直方向的振动向外依次传播而形成，而水并未水平移动，故对乒乓球没有产生水平推力

为了验证猜想，她设计了如下的实验方案：

①安全起见，选择一个水深较浅（膝盖以下）的水池，将质量不同的小木块、小纸船、乒乓球置于平静水面以O为圆心的同一圆上（它们浸入水的深度不同），如图2所示；

②用手替代石子，以一定的频率沿竖直方向拍打水面O点处；

③拿走纸船和木块，改变拍打水面的方向，观察乒乓球的运动情况。

请回答以下问题：

（1）在验证猜想A时，她用不同的力度沿竖直方向拍打水面，若发现乒乓球没有水平移动，则说明：球是否能水平移动与水波大小　　（选填“有关”或“无关”）。

（2）实验方案①②是为了验证猜想　　（选填序号字母），实验时，若观察到三个物体都只在原位置上下振动，小帆由此得到：“乒乓球是否水平移动与浸入深度无关。”你认为这一结论是否可靠？　　，原因是：　　。

（3）实施方案③时，若发现除了竖直拍打外，其他拍打方向均能使乒乓球在水平方向上移动，说明当时小帆所扔的石子几乎是以　　方向入水，要验证猜想C，再提供几个相同的乒乓球，请你设计一个实验方案：　　。

【北京市2015年中考物理物理试题】有甲、乙两种不同品牌的保温杯，为了比较这两种品牌的保温杯盛水时的保温效果，小明按照科学探究的程序，明确了具体的探究问题，选择了适当的器材，在控制变量的前提下，在室内进行了实验，得到了一段时间内，甲、乙两种保温杯内水的温度的实验数据，根据数据绘制的图像如图所示。请你根据图像所提供的信息回答以下问题：

⑴小明探究的问题的自变量是            。（选填选项前的字母）
A．保温杯的品牌               B．水冷却的时间               C．水的温度
⑵请比较甲、乙两种保温杯的保温效果：             。（选填选项前的字母）
A．甲保温杯的保温效果好
B．乙保温杯的保温效果好
C．甲、乙两种保温杯的保温效果一样好
⑶请估计实验过程中第5小时的室温：              ℃。

物理小组想探究导电液体的导电性与接入电路中液体横截面积大小的关系．他们用长方体水槽、浓度一定的食盐水、电源、滑动变阻器、电压表及电流表等器材进行了探究。实验电路连接如图所示，将电极、分别固定在水槽左右两侧底部的中央。

（1）闭合开关前，为保护电路，应将滑动变阻器的滑片移到最　　（选填“左”或“右” 端。

（2）实验中，通过调节　　来保持电极、间的电压恒为．控制其他条件不变通过向水槽中添加食盐水，从而达到改变食盐水的　　的目的，用电流表测出相应的电流值。食盐水导电性的强弱可以由　　来判断。实验数据如下表：

实验序号	横截面积	电流
1	50	0.02
2	100	0.04
3	150	0.07
4	200	0.08
5	250	0.11
6	300	0.13
7	350	0.14
8	400	0.14
9	450	0.14

（3）依据表格中的数据在图中描点，做出电流随横截面积变化的图象。

（4）分析表格中的数据或图象，可得到初步结论：其他条件不变，横截面积增大时，食盐水的导电性　　。

（5）为验证实验结论是否具有普遍性，应采取的做法是：　　。

小李同学想要利用如图13所示的装置来探究"物体动能大小与什么因素有关"。

（1）在探究"动能的大小与速度的关系"时，应保持小车的 　　相同，让小车从斜面上 　　（选填"相同"或"不同" $)$ 的高度滑下，以不同的速度推动木块移动。

（2）本实验运用了两种研究方法：一是 　　，二是转换法。就本题来说用木块 　　来反映小车动能大小的方法就是转换法。

他在实验的过程中又发现只要去掉木块，就可以探究"阻力对物体运动的影响"。如图2所示，他将毛巾、棉布和玻璃分别铺在水平面上，让小车分别从斜面上由静止滑下，观察小车在水平面上运动的距离。

（3）每次均让同一小车从斜面同一高度由静止滑下的目的是：使小车到达水平面时具有相同的 　　。

（4）实验发现，小车在玻璃面上运动的距离最远，说明小车受到的阻力最 　　，进一步推理得出：如果小车运动时不受阻力，小车将做 　　运动。

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： 　　。