初中物理控制变量法与探究性实验方案试题

“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	$15°$

(6分)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                 。

为了研究小球在对接斜面上运动时所能到达的最大高度与斜面倾角、小球的材料小球质量的关系，小明做了下列两步实验：
（1）使小球从AB斜面上高位h处由静止滚下，小球滚上BC斜面后，能到达的最大高度为h₁，如图（a）所示；逐步减小BC斜面的倾角（），小球能到达的最大高度分别为h₂、h₃，如图（b）、（c）所示。
（2）换用材料相同、质量不同的小球再次实验，如图（d）所示。请仔细观察实验现象，归纳得出初步结论。

请仔细观察实验现象，归纳得出初步结论：
（1）分析比较图（a）和（b）和（c）中小球在BC斜面上能到达的最大高度及相关条件可得：小球从同一高度由静止滚下时，BC斜面的倾角越小，同一小球能到达的最大高度             。
（2）分析比较图（c）和（d）中小球在BC斜面上能到达的最大高度及相关条件可得：小球从同一高度由静止滚下时， BC斜面的倾角相同，材料相同、质量不同的小球能到达的最大高度             .

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．

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，实验装置如图所示。

（1）实验器材中还应该有            。
（2）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               。

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

 
（3）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。

物理兴趣小组的同学利用图示装置，探究反射声音的强弱与充当反射面的材料是否有关．他们将发声的闹铃置于纸筒A内，将充当反射面的材料置于O处，通过纸筒B倾听反射的铃声强弱．

（1）保持纸筒A和纸筒B的位置         ，只改变充当反射面的材料，让同一为同学倾听反射声音的强弱，实验结果如下表．

反射面材料	大理石	玻璃板	木板	棉布	毛巾	海绵
反射声音的强弱	最强	强	强	较强	弱	几乎听不到

（2）分析实验结果可以得出：在其他条件相同时，反射声音的强弱与充当反射面的材料    （选填“有关”或“无关”）．你还可以得出的结论是                                              （写出一条即可）．
（3）如果利用声音的反射现象，测量声音在空气中的传播速度，应选择表中的     作为反射面效果最好．

冰壶比赛中，为减小冰壶与冰面间的摩擦，运动员需在冰壶运动路线上的某些区域刷冰，如图甲。

（1）为探究刷冰长度的影响因素，小明和同学用图乙装置寻找模拟刷冰区域的材料，他们将木块分别放在长木板、绸布、棉布上，用弹簧测力计水平拉木块做　　运动，发现测力计示数关系是 $F_{棉}>F_{木}>F_{绸}$．若用木板模拟未刷冰区域，则应选　　模拟刷冰区域。

（2）他们用图丙装置，将长为 $l$的所选材料 $M$平铺在木板上，让木板从斜面上滑下，经过 $M$后停在木板上的固定位置 $P$．木板运动到位置 $P$，所需 $M$的长度 $l$与哪些因素有关？大家提出以下猜想：

猜想1：与木块由静止滑下时的高度 $h$有关；

猜想2：与 $M$左端到斜面底端的距离 $x$有关。

①验证猜想1时，保持 $x$不变，将木块从高度将静止滑下，改变 $l$，使木块最终都停在位置 $P$，数据记录如下：

序号	1	2	3	4	5	6
释放的高度 $h/m$	0.10	0.14	0.18	0.20	0.22	0.26
$M$的长度 $l/m$	2.00	1.60	1.20	0.86	0.80	0.40

在图丁中描点作出 $l$与 $h$的关系图线； $l$与 $h$的定量关系是 $l=$　　。

②验证猜想2时，小明改变 $x$，将木块从不同高度由静止滑下，记录数据，得出结论。

分析实验中存在的问题是　　；

正确操作，发现每次只将 $M$前后移动时，木块都会经过 $M$停在 $P$位置。该现象可否定猜想2的依据是　　；

若在上述正确操作中同时改变 $x$和 $l$，则木块最终可能停在　　（选填“ $P$点左侧“” $P$点右侧“或” $P$点左侧或右侧“ $)$。

为了比较铜和铝的导热性能，小军选取了粗细均匀、横截面积、长度均相同的 $U$ 形铜棒和铝棒进行实验。小军认为导热性能无法直接测量，他首先将问题转化为研究可直接测量量之间的关系，并类比所学知识定义了一个物理量 $k$ ，来衡量物质的导热性能。在此基础上，进行实验并成功比较出哪种材料导热性能更好。小军的实验装置示意图如图甲所示。他将铜棒的一端放入烧杯内持续沸腾的水中，铜棒的另一端放入试管内 ${25}^{°}\text{C}$ 的冷水中，每隔 $50s$ 测量一次试管内水的温度并记录，依据实验数据绘制了图乙中的图象①．换成 $U$ 形铝棒后，小军按照同样的实验方法，在相同的实验条件下，每隔 $50s$ 测量一次试管内水的温度并记录，依据实验数据绘制了图乙中的图象②。

根据以上信息，回答下列问题：

（1）在这个实验中，用来衡量导热性能的物理量 $k$ 是用 　 $D$ 　表示的。（选填选项前的字母，只有一个选项正确）

$A$ ．时间       $B$ ．温度      $C$ ．温度的变化量     $D$ ．单位时间内温度的变化量

（2）可推断出此实验中 　 　的导热性能更好。（选填"铜棒"或"铝棒" $)$

小刚骑车时发现，不踩踏脚板，自行车也能滑行一段距离，他在不同的路面上多次尝试后猜想：自行车滑行的距离可能与道路表面的粗糙程度和自行车的初速度有关．为检验自己的猜想，他在水平木板桌面上搭成一斜面，用小球做实验，并用毛巾、棉布改变接触面的粗糙程度．
（1）为了探究小球在水平表面滑行距离与小球初速度的关系，小刚先后将小球从斜面     （选填“相同”或“不同”）高度处释放，记录小球在         （选填“相同”或“不同”）表面上滑行到静止的距离，三次实验现象如图所示：

（2）为了探究小球在水平表面滑行距离与接触面粗糙程度的关系，小刚将先后将小球从斜面上的         （选填“相同”或“不同”）高度处释放，三次实验中小球最后静止时如图所示：

（3）综合以上（1）（2）两次实验，可以得出结论：自行车的初速度越大，道路表面越光滑，自行车滑行的距离越          。
（4）小刚发现，本实验的装置、做法与探究影响动能大小因素实验的装置、做法有相似之处，结论可能也有相通之处．你认为实验（1）能否用于探究动能大小与速度的关系？         。实验（2）能否用于探究动能大小与质量的关系？         。

李东和王芳在海边沙滩上游玩时发现，游客们走路时在沙地上留下的脚印有深有浅。(1)王芳发现，女孩子穿高跟鞋站立时留下的脚印比赤脚站立时的脚印深得多，这一事实表明，脚印印痕的深浅与__________有关。
李东观察发现小孩的脚印一般较浅，成人的脚印一般较深。他猜想脚印的深浅可能与人的重力有关，重力越大，脚印越深。那么，印痕的深浅是否与施压物体的重力直接相关呢?他们想通过实验来研究这个问题。于是两人就地取材，按以下步骤进行操作：
①在地面铺上一层足够厚的松软细沙，把一长方体砖块轻轻放置在沙面上，稳定后，移开砖块；
②用沙子堆成一个倾角较小的斜坡，将砖块轻轻放置在沙子上，稳定后，移开砖块；
③用沙子堆成一个倾角较大的斜坡，将砖块轻轻放置在沙子上，稳定后，移开砖块。
上述实验过程中，下列哪种测量工具是必不可少的?(   )

A．天平

B．弹簧测力计

C．刻度尺

D．量角器

三次实验的现象分别如图甲所示：

从实验结果可知，李东的猜想是不科学的，影响印痕深浅的另一个物理量不是施压物体的重力而是_________。
(2)李东和王芳通过对实验现象的进一步分析，发现重力一定的物体，放在倾角不同的     斜面上，斜面越陡，斜面受到的________越小。
若用弹簧测力计如图乙所示将一重物沿斜面向上匀速拉动，设此时测力计读数为F₁，小车受到的摩擦力为f₁；增大倾角后，仍然沿斜面向上匀速拉动该重物，拉力为F₂，摩擦力为f₂．那么F₁           f₁ (大于／等于／小于)；f₁         f₂(大于／等于／小于)。

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。

小宇骑车时发现，不踩踏脚板，车也能滑行一段距离，他在不同的路面上多次尝试后猜想：车滑行的距离可能与路面的粗糙程度和速度有关。为探究其中的奥秘，他在水平桌面上搭成一斜面，用小球做实验，并用毛巾、棉布、木板等改变水平桌面的粗糙程度。

（1）为了探究小球在水平面上的滑行距离与速度的关系：小宇应先后三次将小球从斜面的          （选填：“同一”或“不同”）高度处释放，比较小球在        （选填：“同一”或“不同”）粗糙面上滑行的路程。
（2）为探究小球滑行距离与水平面粗糙程度的关系：小宇应先后三次将小球从斜面上的          （选填：“同一”或“不同”）高度处释放；小宇认为，通过进一步推理可以得出结论：运动的物体如果不受阻力作用，物体将                      。
（3）在上述（2）的三次实验中，若小球克服毛巾的摩擦力做的功为W₁，小球克服木板的摩擦力做的功为W₂，则W₁         （选填：“大于”、“ 等于”或“ 小于”）W₂。
（4）为了模拟研究汽车超速带来的安全隐患，李斌同学设计了如图乙所示的探究实验：将A、B两个小球先后从同一装置，高分别为h_A、h_B的位置滚下（m_A＜m_B，h_A＞h_B），推动小木块运动一段距离后静止。同组的小红认为他这样设计实验得出的结论有问题，理由是：                            。

固体在液体中所受的浮力大小跟什么因素有关？在进行该问题的实验探究时，小李根据自己的经验感受，提出：“在同种液体中，固体所受的浮力大小跟排开液体的体积成正比。” 现有实验器材：测力计、多个相同的钩码、高度足够的烧杯、水。请你根据提供的器材设计一个实验验证小李的猜想。简明陈述实验步骤并写出实验记录表。

在学习吉他的演奏过程中，小明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，提出以下猜想：
　　猜想1：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2：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关
　　猜想3：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，他们找到了下表所列的4种规格的琴弦，因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是借来了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	1.02
C	铜	100	0.76
D	尼龙	100

（1）为了验证猜想1，应选用编号为_____________________的琴弦进行实验；
（2）为了验证猜想2，应选用编号为______________________的琴弦进行实验。
（3）表中有的材料的规格还没有填全，为了验证猜想3，必须知道该项内容：请在表中填上所缺数据。

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                  。