初中物理控制变量法与探究性实验方案实验题

一天饭后，孙青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．他不禁想到了一个问题并进行了如下的探究．
（1）提出的问题： ．
（2）猜想与假设：抹布的吸水能力可能跟布料的种类有关．
（3）所需的器材：三个形状和大小相同的烧杯，轻重相同的棉布、麻布和涤纶布各一块，足够的水．
（4）主要步骤：将三个烧杯中倒入 （选填“相等”、“不等”）质量的水，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 ，将现象记入下表．

（5）结论： ．
（6）炎热的夏天，如果人体皮肤被汗浸，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。

请阅读下面一段短文后，认真思考并回答有关问题．如图1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2中已标出（其中琴弦的直径关系：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”．

小兰在观察提琴、吉他、二胡等乐器的弦震动时，猜想：即使在弦张紧程度相同的条件下，发声的音调高低还可能与弦的粗细、长短及弦的材料有关，于是她想通过实验来探究一下自己的猜想是否正确，下表是她在实验室控制的琴弦条件。

编号	琴弦材料	琴弦的长度L/m	琴弦的横截面面积S/mm^2
A	钢	20	0.3
B	钢	20	0.7
C	尼龙丝	30	0.5
D	铜	40	0.5
E	尼龙丝	40	0.5

（1)如果小兰想探究弦发声的音调与材料的关系，你认为她应该选用表中编号为 的琴弦（填字母代号）。这里用到了______________的方法研究的。
（2)探究过程通常采用下列步骤：①实验研究 ②分析归纳 ③提出问题 ④得出结论
你认为小兰要完成本探究的全过程，所采用步骤的合理顺序是 。

盐水是导电的，小明想进一步探究盐水导电性的强弱是否与浓度有关，设计了如图所示电路，A、B为两块相同的金属板，R为定值电阻．

(1)定值电阻R的作用是 ；
(2)盐水导电性的强弱根据图中 来判断；
(3)简述小明的实验方案： 。

在学习小提琴的过程中，小明和同学们发现弦乐器的琴弦发出声音的音调受很多因素的影响．他们决定对这种现象进行探究，经讨论后提出以下猜想：
猜想一：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的材料有关；
猜想二：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的长短有关；
猜想三：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的横截面积有关．
为了验证以上猜想是否正确，他们找到了一些不同规格的琴弦，如下表：

编号	琴弦的材料	琴弦的长度/cm	琴弦的横截面积/mm2
①	钢	20	0．3
②	钢		0．7
③	钢	40	0．5
④	尼龙丝	30	0．5
⑤	尼龙丝	40	0．5

（1）为了验证猜想一，应选用编号为____________的两根琴弦进行实验。
（2）为了验证猜想二，应选用编号为____________的两根琴弦进行实验。
（3）为了验证猜想三，小明选用编号为①、②的琴弦进行实验，则表中缺少的数据应为_______．
（4）小明的这种探究的方法叫做____________；
（5）探究过程通常采用下列一些步骤：
A.实验研究 B.分析归纳 C.提出问题（或猜想） D.得出结论等。
你认为小明要完成本探究的过程，所采用的合理顺序应该是 (只填代号) ____________

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。

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 。

在学习演奏小提琴的过程中，小明和同学们发现弦乐器的琴弦发出声音的音调受很多因素的影响，他们决定对这种现象进行探究，经讨论后提出以下猜想：
猜想一：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的材料有关；
猜想二：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的长短有关；
猜想三：琴弦发出声音的音调可能与琴弦的横截面积有关。
为了验证以上猜想是否正确，他们找到了一些不同规格的琴弦，如下表：

（1）为了验证猜想一，应选用编号为 的琴弦进行实验。
（2）为了验证猜想二，应选用编号为 的琴弦进行实验。
（3）为了验证猜想三，选用编号为①、②的琴弦进行实验，则缺少的数据为 。

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 。

噪声是一种严重的环境污染．李明想制作一个防噪声的耳罩，他通过比较几种材料（衣服、锡箔纸、泡沫塑料）的隔音性能来选择一种隔音性能好的材料作耳罩的填充物．实验材料除了待检测的材料外，还有：音叉、机械闹钟、鞋盒．在本实验中适合作声源的是 ，李明将声源放入鞋盒内，在四周塞满待测材料．他设想了以下A、B两种实验方案，你认为最佳的是
A.让人站在距鞋盒一定的距离处，比较所听到的声音的响度．
B.让人一边听声音，一边向后退，直到听不见声音为止，比较此处距鞋盒的距离．
实验得到的结果如下表所示，则待测材料中隔音性能最好的是

材料	衣服	锡箔纸	泡沫塑料
距离	较长	长	短
响度	较响	较响	弱

“扔纸飞机”是民间传统游戏，某兴趣小组同学认为：纸飞机的飞行距离除了与发射速度的大小有关外，还可能与纸飞机大小、材料和发射角度等因素有关。

为了验证猜想，小组成员将打印纸和旧报纸裁成不同面积的纸张，制作了相同形状的纸飞机若干个，利用固定在室内某一位置的简易发射器，以相同大小的发射速度和不同发射角度（发射方向与水平面的夹角）进行多次实验，整理相关数据如表一。

表一：纸飞机飞行距离与发射角度关系记录表

编号	纸张大小	纸张材质	不同发射角度飞行的平均距离（米 $)$
			$0°$	$15°$	$30°$	$45°$
①	18厘米 $\times 26$厘米	打印纸	6.5	15.8	15.0	8.9
②	18厘米 $\times 13$厘米	打印纸	6.4	15.8	15.1	8.8
③	18厘米 $\times 26$厘米	旧报纸	5.6	14.2	13.2	7.6

（1）结合表一信息，分析该实验中纸飞机飞行距离与发射角度之间的关系：　　。

（2）若要寻找纸飞机最大飞行距离的发射角度，在上述研究结果的基础上，应如何设置发射角度进行进一步实验？　　。

（3）小组成员又制作了三架形状相同的纸飞机，用该发射器以相同大小的发射速度进行实验，实验要求如表二。若甲、乙、丙这三架纸飞机飞行距离分别为 $s_{甲}$、 $s_{乙}$、 $s_{丙}$，请预测它们的大小关系：　　。

纸飞机	纸张大小	纸张材质	发射角度
甲	18厘米 $\times 13$厘米	打印纸	$15°$
乙	18厘米 $\times 13$厘米	旧报纸	$30°$
丙	18厘米 $\times 13$厘米	旧报纸	$15°$