初中物理控制变量法与探究性实验方案实验题

为了研究圆柱体浸入水的过程中水对容器底部的压强情况，某小组同学选用高度H、底面积S均不同的圆柱体A和B进行实验。如图所示，他们设法使圆柱体A逐步浸入水中，测量并记录其下表面到水面的距离h及水对容器底部的压强p，接着仅换用圆柱体B重新实验，并将全部实验数据记录在表一中（实验中容器内水均未溢出）。

表一：

圆柱体	实验序号	h（米）	p（帕）	圆柱体	实验序号	h（米）	p（帕）
A H为0.4米 S为0.03米 ^2	1	0	7000	B H为0.3米 S为0.05米 ^2	7	0	7000
	2	0.10	7200		8	0.12	7400
	3	0.20	7400		9	0.18	7600
	4	0.40	7800		10	0.24	7800
	5	0.50	7800		11	0.30	8000
	6	0.60	7800		12	0.40	8000

①分析比较实验序号 　　数据中p和h的关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一圆柱体浸入水的过程中，当h＜H时，p随h的增大而增大。

②分析比较实验序号4、5与6或11与12数据中p和h的关系及相关条件，可得出的初步结论是：同一圆柱体浸入水的过程中， 　　。

③由实验序号3与8或4与10的数据及相关条件，发现两圆柱体浸入水的过程中，存在h不同而p相同的现象。若用圆柱体A、B进一步实验，请在表二中填入拟进行实验的数据，使每一组实验中水对容器底部的压强p相同。

表二

实验组号	h A（米）	h B（米）
第Ⅰ组	0.10
第Ⅱ组		0.18

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：　　。

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：琴弦发现声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关
为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列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	钢	80	1.02
H	尼龙	80	1.02
I	尼龙	100	1.02

（1）为了验证猜想一，应选用编号为___ __的三种琴弦进行实验。
为了验证猜想二，应选用编号为__ ___的三种琴弦进行实验。
（2）表中有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。
（3）随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调的高低，可能还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：_________________________________________。

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）

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

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。

“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	$15°$

在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，同学们提出了以下几种猜想：

A．与物体间压力的大小有关 B．与物体运动速度的大小有关

C．与物体间接触面积的大小有关 D．与物体间接触面积的粗糙程度有关

为了探究各种猜想是否正确，他们找来了量程合适的弹簧测力计一个、长木板两块（一块光滑，另一块粗糙）、长方体木块一块（带有挂钩）、砝码一盒。

（1）要探究他们的猜想，首先要解决的是如何测量滑动摩擦力。经过讨论，大家认为：要测出木块与长木板之间滑动摩擦力的大小，可用弹簧测力计拉着木块沿水平长木板作　　滑动。

（2）上图是同学们做实验时的情景，通过图甲、乙所示的实验，可以探究猜想　　是否正确。通过实验结果得出结论：在保持　　一定时，　　越大，滑动摩擦力越大。

（3）要探究猜想A是否正确，他们应该比较　　图所示的实验。

（4）上述探究物理问题的方法叫　。

（5）利用以上器材还可以探究其他猜想，请说出你的一个方案　 　。

【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

小兰在观察小提琴、吉他、二胡等弦乐器的弦振动时，猜想：在琴弦张紧程度相同的条件下，发声的高低可能与其粗细、长短以及材料有关．于是她想通过实验来验证一下自己的猜想是否正确．下表是她在实验时所用琴弦的数据．

编号	琴弦的材料	长度/cm	横截面积/mm^2
A	钢丝	20	0.3
B	钢丝	20	0.7
C	尼龙丝	30	0.5
D	铜丝	40	0.5
E	尼龙丝	40	0.5

（1）如果小兰想探究琴弦发声的音调与弦的材料的关系你认为她应该选用表中编号为 的琴弦呢进行研究．
（2）探究过程中通常采用下列一些步骤：
①实验研究；②归纳分析；③提出问题（或猜想）；④得出结论，等你认为，小兰要完成本探究的全过程，所采取步骤的合理顺序应该是 （只填数字代号）
在上述探究过程中，总要控制某些因素使它们保持不变，进而寻找出另外一些因素的关系，这种研究问题的方法就叫 ．

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： ℃。

实验桌上有如下实验器材：满足实验要求的电源、阻值已知的定值电阻和电阻箱（电路图符号 ）各一个、一块已调零的电流表、两个开关、导线若干。请选用上述实验器材，设计一个实验证明：两个电阻R₁与R₂并联时，如果流过定值电阻R₁的电流保持不变，则电阻R₁与电阻箱接入电路中的电阻R₂的总功率P与电阻R₂的关系式为：（k和b为常量）。请画出实验电路图，写出实验步骤，画出实验数据记录表。

【浙江省衢州市2015年中考科学物理试题】《乌鸦喝水》故事里的乌鸦真的都能喝到水吗（假设水要满到瓶口）？影响乌鸦能否喝到水的因素有哪些呢

小柯找来三个容积不同的圆柱体塑料杯（220ml、300ml、350ml）、同规格小钢珠、大小相近的鹅卵石（比小钢珠大）、沙子、量筒（500ml）、烧杯、水槽等器材进行探究。
（1）小柯找来三个塑料杯，目的是研究乌鸦能否喝到水是否与容器 有关。
（2）小柯往一个空杯里加入一些水，再往里投钢珠，发现无论投入多少，水都不能满到杯口。是不是原先杯里的水太少？杯里至少要有多少水才行？请你设计方案，测出往该塑料杯里投钢珠使水满到杯口需要的最少水量： 。
（3）已知往300ml的杯子里投钢珠测出使水满到杯口需要的最少水量为145ml。现在往空杯里加145ml水后，投入鹅卵石。多次实验发现无论投入多少鹅卵石，杯内水位虽有差异，但都不能满到杯口，接着往其中投入沙子，水面上升并溢出杯口。说明乌鸦能否喝到水，还跟 有关。