初中物理控制变量法与探究性实验方案试题

小华回顾两年来所学知识时，想到了如图甲、乙两个实验，他进行了如下总结：

（1）当要研究的物理量不易直接测量时，都要想办法把它们的大小间接表示出来。如：甲实验是让木块在水平面上做         运动，通过读取弹簧测力计的示数间接知道摩擦力的大小；乙实验中小球动能的大小是通过比较小球推动物块B运动　          　的大小表现出来的。
（2）一个物理量与多个因素有关，当要研究这个物理量与某个因素的关系时，要采用法。如：甲实验研究摩擦力的大小与压力大小的关系时，就要多次改变        的大小，同时保持接触面的粗糙程度不变；乙实验研究小球动能的大小与速度的关系时，就要多次改变速度的大小，同时控制小球的　  　　不变。
（3）两个实验都发生了能量的转化。甲实验中木块与水平面摩擦时，机械能转化为          能；乙实验中小球加速滚下时，          能转化为动能。

想像能力题：现给你一电池组、开关二只、电压表一只、电流表一只、滑动变阻器一只、小灯泡一只、导线若干，从上述器材中选择适当器材，你可以完成哪些初中物理学过的电学实验？请至少写出五个实验的名称。

下列是初中物理中的几个探究实例：①探究“光的反射规律”；②探究“液体内部的压强与哪些因素有关”；③探究磁场时，引入“磁感线”；④探究“电阻上的电流跟两端电压的关系”。其中，均采用了“控制变量法”的是

A．①和③

B．②和④

C．②和③

D．①和④

小明同学对电动机的问题很感兴趣，他在家自己装配了一个玩具直流小电动机，研究了直流小电动机的转向与磁场方向和电流的方向后，很想研究直流电动机的转速的影响因素，现在请你帮小明一起研究这个问题。
（1）提出问题：直流电动机的转速与哪些因素有关？
（2）猜想与假设：（简单说明猜想的理由）
影响因素一：
猜想的理由：
影响因素二：
猜想的理由：
（3）设计实验：（要求设计实验来验证你猜想的影响因素之一）

已知空气可以传播声音，请设计一个简易实验，证明固体也能传播声音，请写出实验的器材、步骤、实验分析及结论．要求设计的实验具有可行性，要符合安全原则．
（1）实验器材：      ；
（2）实验步骤：      ；
（3）实验分析及结论：      ．

我们生活在电磁波的海洋中，当需要防止电磁波干扰时，通常用金属壳将电磁波与需加以屏蔽的区域隔开，避免电磁波进入，这种做法就是电磁屏蔽。中国科技馆有一个金属小屋，侧面的大窗上镶嵌着一块电磁屏蔽玻璃，如图所示。请你自选器材设计一个实验，检验这块电磁屏蔽玻璃是否能够屏蔽电磁波。写出实验步骤和判断方法。

小明观察到当我们逆风骑自行车时，弯着身体，会省力些；雨天，撑伞逆风行走时，风速越大，行走越困难．这是因为受到空气阻力的作用．物体所受空气阻力大小与哪些因素有关呢?小明猜想可能与物体的迎风面积和风速有关．为验证以上猜想，小明选用了如下器材：可调速电风扇（高、中、低三档）、弹簧测力计、面积不同的塑料挡板三块、光滑玻璃板、小车．

（1）小明设计了如图所示实验，用电风扇向小车及挡板吹风，模拟小车运动时受到的空气阻力．根据          的知识，通过弹簧测力计即可测出小车受到的空气阻力．
（2）小明在探究风速对小车所受空气阻力的影响时，保持迎风面积一定，测得数据如下：

风速	低	中	高
小车受到的空气阻力/N	0.8	2.2	3.8

通过对表中数据分析，可得出的结论是：                                ．
（3）小明还想探究迎风面积对小车所受空气阻力的影响，请你帮他设计出主要的实验步骤：                                                                ．
（4）你认为影响物体所受空气阻力大小的因素可能还有              （写出一个）．

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：                            。

请阅读下面一段短文后，认真思考并回答有关问题．如图所示，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、材料在图中已标出（其中琴弦的的直径关系：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”。

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，可能与琴弦的横载面积有关 
猜想二：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关
猜想三：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关
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	A	B	C	D	E	F	G	H	I
材料	铜	铜	铜	铜	铜	铜	钢	尼龙	尼龙
长度（cm）	60	60	60	80	80	100	80	80	100
横截面积（mm^2）	0.76	0.89	1.02	0.76		0.76	1.02	1.02	1.02

（1）为了验证猜想一，应选用编号为______________的琴弦进行实验。
（2）表中有的材料规格还没填全，为了验证猜想二，必须知道该项内容。请在表中填上所缺数据。

控制变量法是探究物理规律的重要方法之一，在下列的探究过程中运用了这一方法的是

A．用小磁针的偏转说明磁场的存在

B．探究电流与电阻的关系时，要保持电压一定

C．根据电灯是否发光，来判断电路中是否有电流存在

D．用磁感线描述条形磁体和蹄形磁体的磁场

小强同学观察到一些电学现象：小灯泡两端的电压越大，通过灯丝的电流越大，灯泡越亮；电源电压一定时，电路中的电阻增大，电路中的电流就变小……。小强猜想：通过导体中的电流的大小与导体两端的电压和导体的电阻有关。请你帮助小强完成这个探究实验：

（1）选择的器材：电源、开关、三个阻值不同的电阻（5Ω、10Ω、20Ω），导线若干，电流表及电压表各一块，还需要______________________。
（2）请画出电路图并按电路图将图7-3中的各元件连接起来；
（3）测量的步骤及数据：①按电路图连接电路。②首先把10Ω的电阻连入电路，滑动滑动变阻器的滑片，改变R1两端的电压，测得三组数据如表一所示；③分别把三个阻值不同的电阻连入电路，调节滑动变阻器的滑片，始终保持每个电阻连端的电压为2 V，测得三组数据如表二所示。
表一：电阻R1="10" Ω                      表二：电压U="2" V

电压（V）	1	2	3
电流（A）	0.1	0.2	0.3

电阻（Ω）	5	10	20
电流（A）	0.4	0.2	0.1

 
（4）分析与结论：分析表一得出的结论是：_______________ ；
分析表二得出的结论是：___________________________。
（5）这种研究问题的方法是_________________法。  

归纳式探究 $--$探究小球沿过山车轨道的运动

小雨观察到游乐场的过山车可以底朝上在圆形轨道上运动，游客却不会掉下来。他想探索其中的奥秘，做了以下两个探究：

（1）探究一：如图甲所示，小球由 $A$点沿光滑轨道自由运动到 $B$点，小球到达 $B$点的速度 $v$与高度 $h$和小球质量 $m$的关系，数据如表一。

表一：

实验次数	$h/m$	$m/\mathit{kg}$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.2	$2.0\times {10}^{-2}$	4.0
2	0.4	$2.0\times {10}^{-2}$	8.0
3	0.4	$3.0\times {10}^{-2}$	8.0
4	0.8	$2.5\times {10}^{-2}$	16.0

则小球到达 $B$点的速度 $v$与　　有关，且 $v^2=k_1$　　。

探究二：如图乙所示，小球以一定速度从 $B$点沿光滑的竖直圆形轨道运动，恰好通过最高点 $C$．小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系，数据如表二。

实验次数	$r/m$	$v^2/(m^2·s^{-2})$
1	0.15	7.5
2	0.30	15.0
3	0.45	22.5

则小球在 $B$点的速度 $v$与轨道半径 $r$的关系式为　　。

（3）如图丙所示，将甲、乙两轨道组合后，小球从 $A$点沿光滑轨道自由运动，若 $r=0.4m$，要使小球经过 $B$点后能恰好通过 $C$点，则 $h=$　　。

某兴趣小组计划探究“铝棒的发声”。同学们使用一根表面光滑的实心铝棒，一只手捏住铝棒的中间部位，另一只手的拇指和食指粘少许松香粉，在铝棒表面由手捏部位向外端摩擦，可以听见铝棒发出声音，而且发现在不同情况下铝棒发声的频率是不同的，为了探究铝棒发声频率的影响因素，该兴趣小组找到不同规格的铝棒、虚拟示波器等器材进行探究。实验前同学们提出了以下猜想：

猜想 $A$：铝棒发声的频率可能和铝棒的横截面积有关

猜想 $B$：铝棒发声的频率可能和铝棒的长度有关

猜想 $C$：铝棒发声的频率可能和手捏铝棒的部位有关

为了验证猜想 $A$，同学们选择4根铝棒，每次均捏住铝棒的中间部位，由手捏部位向外端摩擦，实验所得的数据记录于下面的表格中，在 $2\%$的误差允许范围内（频率相差在 $70\mathit{Hz}$以内）的测量值可以认为是相等的。

实心铝棒	铝棒长度 $L/\times {10}^{-2}m$	横截面积 $S/\times {10}^{-5}{m}^2$	频率 $f/\mathit{Hz}$
1	71	2.9	3500
2	78	2.9	3146
3	71	5.2	3530
4	78	11.7	3134

（1）分析表格中数据，可知铝棒的发声频率与横截面积是　　的。（选填“有关”或“无关” $)$

（2）为了验证猜想 $B$，同学们选择横截面积均为 $2.9\times {10}^{-5}{m}^2$的铝棒，实验所得的数据记录于下面的表格中，同学们从表中前两列数据很难得出频率 $f$与长度 $L$之间的关系，他们利用图象法处理数据，画出了频率 $f$与长度的倒数 $\frac{1}{L}$的关系如图所示，分析可知发生频率 $f$与铝棒的长度 $L$的关系是　　。

实心铝棒	铝棒长度 $L/\times {10}^{-2}m$	频率 $f/\mathit{Hz}$	铝棒长度倒数 $1/L\left(m^{-1}\right)$
1	50	5000	2
2	71	3500	1.4
3	78	3146	1.28
4	91	2700	1.1
5	105	2375	0.95

（3）同学们又通过实验探究了铝棒发声的频率和手捏铝棒部位的关系，在实验过程中，有同学们将发声的铝棒一端插入水中，可以看到　　现象，有同学用手迅速握住正在发声的铝棒，可以听见声音很快衰减，原因是　　。