初中物理控制变量法与探究性实验方案实验题

在探究阻力对物体运动的影响时：

（1）如图甲所示让小车从同一个斜面的同一高度静止释放，目的是 　　。由图可知，小车受到的阻力越小，小车运动的路程 　　。如果小车在绝对光滑的水平面上运动，小车将 　　。

（2）在辨析图乙小明、小华的观点，研究力与运动的关系时，为什么设计探究阻力对物体运动的影响，而不设计探究推力对物体运动的影响，理由是 　　。

降落伞是让人或物体从空中安全降落到地面的一种工具，广泛用于应急救生、空投物资等。某 $\mathit{STEM}$项目学习小组同学对降落伞下降的速度与哪些因素有关产生了兴趣，并开展了以下实验。

$[$实验器材 $]$①纱布、棉布、防水布；②小沙包若干；③剪刀、刻度尺、透明胶带、绳子、天平。

$[$提出问题 $]$降落伞下降的速度与哪些因素有关？

$[$建立假设 $]$

假设一：降落伞下降的速度与伞面材料有关；

假设二：降落伞下降的速度与伞面面积有关；

假设三：降落伞下降的速度与伞和重物的总质量有关。

$[$收集证据 $]$如图，将沙包挂在降落伞上，并使它从同一高度自由下落。实验时，同学们发现实验器材中缺少一种测量工具　　，完善实验器材后继续实验，获得以下数据。

组别	伞面材料	伞面面积 $\left(c{m}^2\right)$	伞和重物的总质量 $\left(g\right)$	降落时间 $\left(s\right)$
				第1次	第2次	第3次	平均
1	纱布	1200	100	8.6	8.5	8.7	8.6
2	棉布	1200	100	9.3	9.5	9.4	9.4
3	防水布	1200	130	10.7	10.8	10.9	10.8
4	防水布	1500	130	13.1	13.4	13.4	13.3

$[$得出结论 $]$分析上述数据，发现降落伞下降的速度与　　有关。

$[$思考讨论 $]$进一步分析发现，针对建立的假设，所收集的证据并不完整，请你在答题卷的表格中将实验方案补充完整。

在探究"浮力的大小跟液体的密度是否有关"的实验中，小明找来烧杯，清水、盐水细线、弹簧测力计和小石块。实验步骤如下；

（1）用弹簧测力计测出小石块在空气中重为 $G$ ；

（2）把小石块浸没在清水中，读出弹簧测力计的示数为 $F_1$ ，则小石块受到的浮力 $F_{浮}=$　　；

（3）把小石块浸没在 　　中，读出弹簧测力计的示数 $F_2$ ，求出小石块此时受到的浮力 $F{\text{'}}_{浮}$ ；

（4）若 $F_{浮}$　　 $F{\text{'}}_{浮}$ （选填"等于"或"不等于" $)$ ，说明浮力的大小跟液体的密度有关。

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　　。

某科学兴趣小组在探究“压力和物体重力之间大小关系”时，小科同学提出的猜想是：“压力的大小等于重力。”科学兴趣小组做了相关的实验。

步骤1：选用材料相同、表面粗糙程度相同、重力不同的3个物体，用弹簧测力计测出三个物体的重力；

步骤2：把3个物体依次放在水平受力面上，用专用的仪器测出3次压力大小，实验数据见表1。

步骤3：改变受力面与水平面的倾角，用步骤2的方法，依次测出与水平面成 $18°$角和 $25°$角的压力大小，实验数据见表2和表3。

表1在水平面上所测数据
序号	重力 $/N$	压力 $/N$
1	5	5
2	10	10
3	15	15

表2在 $18°$角斜面上所测数据
序号	重力 $/N$	压力 $/N$
4	5	4.75
5	10	9.5
6	15	14.25

表3在 $25°$角斜面上所测数据
序号	重力 $/N$	压力 $/N$
7	5	4.5
8	10	9.0
9	15	13.5

请回答：

（1）比较序号　　的数据可得：当同一物体静止在同一受力面上时，受力面与水平方向夹角越大，物体产生的压力越小；小科同学的猜想是　　的。（选填“合理”或“不合理” $)$

（2）进一步分析压力和物体重力之间的大小关系：先分析同表中的关系，再比较不同表之间的关系，综合可得出结论：　　。

【资料】1583年，伽利略经测量发现悬挂的油灯摆动时具有等时性。如图所示，将密度较大的小球作为摆球，用质量不计、不可伸缩的细线悬挂于 $O$点，组装成一个摆，在 $\theta <5°$时，让摆球从 $A$点静止释放后摆动，摆的周期（摆球往返一次的时间）只与摆长（摆球重心到悬挂点 $O$的距离）有关。

【质疑1】小科认为：摆球质量越大，惯性也越大，所以相同条件下摆动会越慢，周期会越长。

【探究1】选择不同的小球作为摆球进行实验：①测摆球的直径 $D$和质量 $m$，计算出摆球的密度 $\rho$；②组装摆；③调节摆长 $l$，使摆长为 $800.0\mathit{mm}$；④在 $0<5°$时，让摆球从 $A$点静止释放后摆动，测出摆动30次的时间 $T_{30}$；⑤计算周期 $T$；⑥用不同的摆球重复上述实验。

【数据】摆长 $l=800.0\mathit{mm}$

次数 摆球 物理量	1	2	3	4
	铅球	铁球 $A$	铁球 $B$	铜球
$D/\mathit{mm}$	22.22	22.24	22.20	22.20
$m/g$	15.5	25.3	44.7	51.0
$\rho /g·c{m}^{-3}$	2.7	4.4	7.8	8.9
$T_{30}/s$	53.88	53.94	53.85	53.87
$T/s$	1.796	1.798	1.795	1.796

【思考1】（1）测摆周期是通过测 $T_{30}$后求出 $T$，而不是直接测 $T$，这是为了　。

（2）实验数据说明，摆长一定时，摆的周期与物体的质量　　（填“有关”或“无关” $)$。这一结论，得到了老师的肯定。

【质疑2】为什么资料中要求用密度较大的小球做摆球呢？

【探究2】小科用 $D=39.86\mathit{mm}$、 $\rho =0.08g/c{m}^3$的乒乓球按上述实验方法测出 $T=2.023s$。

【思考2】摆长一定时，用乒乓球做实验测得的 $T$明显变大。其实，当摆球密度很小时，空气对摆周期的影响不可以忽略，因为摆球受到的外力 $--$　　不可忽略了。

中国80后小伙杨光硕利用电商平台，把家乡的土鸡蛋推向全国市场。土鸡蛋比普通鸡蛋营养价值高，那土鸡蛋的密度是不是也比普通鸡蛋大呢？小梦从网上购买了家乡的土鸡蛋，与学习小组的同学们一起测量土鸡蛋的密度。他们找来一架天平和一盒砝码，但缺少量筒，于是又找来一个烧杯、胶头滴管和一些水。他们利用这些仪器测量土鸡蛋的密度，请你和他们一起完成实验。

（1）把天平放在 　　台上，把游码放到标尺左端的 　　处，调节天平的 　　，观察到指针指在 　　，表示横梁平衡。用调节好的天平测出一颗土鸡蛋的质量 $m_0$ 。

（2）如图所示，设计测土鸡蛋体积的步骤如下：

①在烧杯中装入适量的水，并在水面的位置做好标记，用天平测出烧杯和水的总质量 $m_1$ ；

②把土鸡蛋轻轻放在装有水的烧杯中，倒出超过标记处的水，并用胶头滴管使烧杯中的水面恰好到标记处，再用天平测量此时烧杯、水和土鸡蛋的总质量 $m_2$ ；

（3）土鸡蛋的密度表达式是 $\rho =$　　（用所测量的物理量符号表示，水的密度 ${\rho }_{水})$ 。实验结束后，有同学发现土鸡蛋有一定吸水性，则所测量的密度值将 　　（选填"偏大"或"偏小" $)$ 。

夏天我们经常使用电风扇，电风扇吹出风的强度与什么因素有关？对此小明提了两个猜想，并利用玩具电风扇来进行探究。

猜想一：电风扇吹出风的强度与距离电风扇的远近有关；

猜想二：电风扇吹出风的强度与扇叶的转速有关；

为证实上述猜思小明同学设计了如图甲所示装置：将纸板 $B$固定在支架上，纸板 $A$与轻杆固定后悬挂在纸板 $B$上的转轴 $O$处，纸板 $A$和轻杆可绕转轴 $O$自由摆动，将电风扇放在左侧正对纸板 $A$．图中 $s$是纸板 $A$自然下垂时（虚线）到电风扇的水平距离， $\theta$是纸板 $A$问右摆动稳定后轻杆与竖直方向的夹角， $\theta$越大，说用电风扇吹出风的强度越强。

（1）探究猜想一：保持电风扇的转速不变，移动电风扇，使 $s$分别等于 $0.3\mathit{cm}$、 $0.5\mathit{cm}$、 $0.7\mathit{cm}$、 $0.9\mathit{cm}$，在纸板 $B$上分别标下纸板 $A$稳定时轻轩的位置 $a$、 $b$、 $c$、 $d$，如图乙所示，可知猜想一是　　（选“正确”或“错误” $)$的。

（2）探究猜想二：小明同学将一个滑动变阻器与电风扇的电动机　　（选填“串联”或“并联” $)$，在探究过程中，还要保持　　不变。

（3）你认为电风扇吹出风的强度还可能与　　有关。（写出一个合理的答案）

小明所在的实验小组用自制的土吉他研究音调和哪些因素有关。他们选用琴弦的长度、粗细、材料在图中已标出，并且每根琴弦固定在“音箱”上，松紧程度一致。则：

（1）若他们想研究音调的高低与琴弦长度的关系应选择 ；
（2）若他们选择a和b是为了研究 ；
（3）他们能否选择c和d进行研究，答 ；理由是 ;
（4）他们还可以选择 进行 的研究。

学校将要进行掷铅球比赛，同学们就如何才能把铅球掷得更远，做出了如下猜想。

猜想一：铅球掷出的距离，可能与掷出铅球时的速度大小有关；

猜想二：铅球掷出的距离，可能与掷出铅球时的射出仰角 $\theta$（投掷方向与水平方向的夹角）有关。

根据猜想，他们制作了一个小球弹射器（如图所示），它能使小球以不同速度大小和方向射出，弹射方向与水平的角度，可由固定在铁架台上的量角器读出，他们通过5次实验得到表中的数据：

实验 次数	射出速度 $v/(m/s)$	射出仰角 $\theta$	射出距离（水平 距离） $s/m$
1	5	$30°$	2.9
2	10	$30°$	9.5
3	10	$45°$	10.8
4	10	$60°$	9.1
5	15	$30°$	10.7

请你根据上述所收集的信息和相关证据回答下列问题：

（1）为了验证猜想一，应选用序号为　　三次的实验数据，得出的结论是：在　　一定时，物体抛出的　　越大，抛出的距离越远；

（2）为了验证猜想二，应选用序号为　　三次的实验数据，得出的结论是：铅球掷出的距离还与铅球掷出时的仰角 $\theta$为有关。

小华在建筑工地上看到，工程车的车斗慢慢倾斜到一定程度时，车斗中的石料就沿车斗斜面滑落下来（如图所示）。小华想，车斗中的石料如果减少些，要滑落下来，车斗的倾斜程度是否可以减小些？

于是小华到实验室进行探究，先把长木板放在水平桌面上，将质量为100克带有钩码槽的木块放在长木板的 $A$ 处，如图所示，然后进行如下操作：

①在木块的钩码槽中放入三个50克的钩码，将木板的右端慢慢抬高到一定高度时，木块开始下滑，记录右端被抬升的高度 $h=20$ 厘米。

②第二次在木块的钩码槽中放入两个50克的钩码，第三次在木块的钩码槽中放入一个50克的钩码，分别重复上述实验。

（1）请你帮小华同学设计记录数据的表格。 　　

小华发现三次实验中，木块开始下滑时木板的倾斜程度是一样的。那么车斗中的石料能刚好滑落下来，车斗的倾斜程度与什么因素有关呢？小明认为可能与石料和车斗间接触面的粗糙程度有关，于是他进行如下探究：

将一块棉布、一块毛巾分别铺在长木板上，把放有一个50克钩码的木块放在长木板的 $A$ 处，慢慢抬高木板的右端直到木块开始下滑；测量并记录右端被抬升的高度分别为24厘米和30厘米。

（2）根据小华和小明的实验，可以得出的结论是 　　。

（3）根据以上探究，可以帮助我们解答其他类似的疑惑，比如"为什么道路桥梁的引桥要做到一定长度？""为什么 　　？"等。

科学兴趣小组做了一个有趣的纸盒实验：在水平桌面的右端放有一个封闭纸盒，一辆绑有磁铁的小车从斜面上静止下滑后在水平桌面上向右运动。在靠近纸盒的过程中小车的速度越来越小，最后停在了 $A$位置。如图所示。

小组同学对这一现象展开了讨论：

（1）小明认为小车速度减小除了受到了摩擦力的作用外，可能还受到纸盒的影响。为了证实他的猜想，小明应该如何设置实验？　　

（2）小明通过实验发现，纸盒能使小车运动速度减小得更快。那纸盒里有什么呢？小芳提出了以下假设：

假设1：纸盒中有铁块。

假设2：纸盒中有磁体。

假设3：纸盒中有闭合的线圈。

小强根据已学的知识否认了　　。

（3）小强打开纸盒，发现里面是一个闭合的线圈。为什么闭合的线圈会使小车的速度减小得更快？请对这一现象作出合理的解释。　　。

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” $)$。

如图所示，在探究影响导体电阻大小因素的实验中，导线a、b、c粗细相同，b、d粗细不同；a、b、d长度相同

（1）该实验是通过观察　　的示数间接比较导线电阻的大小。

（2）选用导线a、b分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的　　有关。

（3）选用导线b、c分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的　　有关。

（4）选用导线 分别接入电路中，是为了探究电阻大小跟导体的横截面积有关。

（5）影响导体电阻大小因素除了上述因素外，还可能跟　　有关。

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“＝”）。