解題-控制變量法

解題-控制變量法為了證明蜘蛛的聽覺在腳上，專家做了一個(gè)實(shí)驗(yàn)，先是把一只蜘蛛放在實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，然后沖蜘蛛大吼了一聲，蜘蛛嚇跑了?。。≈蟀堰@只蜘蛛又抓了回來，然后把蜘蛛的腳全部割掉，再?zèng)_蜘蛛大吼了一聲，蜘蛛果然不動(dòng)了！于是專家發(fā)表論文，事實(shí)證明了蜘蛛的聽覺在腳上。這個(gè)笑話是犯了什么邏輯錯(cuò)誤？蜘蛛的聽覺在哪里？龜兔賽跑，誰跑的快？控制變量法什么是控制變量法？控制變量法就是在研究或解決問題時(shí)，對(duì)影響事物變化規(guī)律的因素加以人為控制，只改變某個(gè)變量的大小，而保證其他的變量不變，最終解決所研究問題的解決方法。這種方法可以說是初中物理學(xué)習(xí)中最常用的研究方法。適用范圍初中物理實(shí)驗(yàn)探究中，當(dāng)遇到多個(gè)因素影響所要研究的物理問題時(shí)，若要研究某一因素對(duì)所研究問題的影響，就要采用這種研究方法。例如：研究聲音的音調(diào)與哪些因素有關(guān)；研究力的作用效果與哪些因素有關(guān)；研究浮力的大小與哪些因素有關(guān)等。掌握要求1.要求能夠理解控制變量法的思想；2.能夠根據(jù)題目給定的條件，分析出研究對(duì)象和影響因素，能夠運(yùn)用控制變量法解決相關(guān)物理問題；3.能應(yīng)用控制變量法來設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單的探究實(shí)驗(yàn)。應(yīng)用實(shí)例探究?jī)?nèi)容：探究浮力大小與哪些因素有關(guān)探究步驟：1.猜想：影響浮力大小的因素可能有哪些？物體形狀、物體體積、物體材質(zhì)（密度）、液體密度、液體體積、物體進(jìn)入液體中的深度等。2.直接排除：對(duì)于一些明顯無關(guān)因素，進(jìn)行排除。例如：物體的顏色、液體體積等。3.通過實(shí)驗(yàn)排除：對(duì)于余下的因素，就要通過實(shí)驗(yàn)來逐一進(jìn)行排除。例如：某同學(xué)通過排除后，猜想浮力大小可能與物體排開液體的體積、物體浸沒在液體中的深度、液體密度有關(guān)。探究浮力大小與物體排開液體的體積是否有關(guān)；研究對(duì)象：

。影響因素：

。需控制變量：

。實(shí)驗(yàn)過程：見視頻。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：通過上述實(shí)驗(yàn)可以得出，同一物體浸入同種液體中，排開液體的體積越大，物體所受的浮力越大。探究浮力大小與物體浸沒在液體中的深度是否有關(guān)；探究浮力大小與液體密度是否有關(guān)。浮力大小物體排開液體的體積液體密度題型分類題型一：對(duì)控制變量思想的理解例1.物理學(xué)研究中常常用到“控制變量法”、“等效法”、“類比法”等科學(xué)方法。在下列研究實(shí)例中，運(yùn)用了控制變量法的是（）A.研究電流的形成原因時(shí)，將電流與水流相比較，從分析水流的形成入手來分析電流的形成B.研究電流的大小時(shí)，根據(jù)電流產(chǎn)生的效應(yīng)大小來判斷電流的大小C.研究多個(gè)電阻形成的電路時(shí)，求出電路的總電阻，用總電阻產(chǎn)生的效果來代替所有電阻產(chǎn)生的總效果

D.研究電流與電壓的大小關(guān)系時(shí)，保持電阻大小不變，改變電阻兩端的電壓值，觀察電流如何隨電壓變化而變化題型二：控制變量法在情景題、實(shí)驗(yàn)表格題中的應(yīng)用例2.為了比較做功的快慢，甲、乙兩位同學(xué)比賽搬磚，具體實(shí)驗(yàn)過程如下圖：

（1）比較圖7（a）和（b）兩圖可得：

。（2）比較圖7（a）和（c）、（d）兩圖可得：

。研究對(duì)象影響因素做功多少所用時(shí)間相同時(shí)間內(nèi)，做功多的做功快做相同的功，所用時(shí)間少的做功快例3.某同學(xué)通過實(shí)驗(yàn)來研究影響浮力大小的因素，做了如圖所示的一系列實(shí)驗(yàn)。（1）對(duì)比分析甲、乙、丙三次實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是：

；（2）對(duì)比分析甲、丙、丁三次實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是：

；（3）對(duì)比分析甲、丁、戊三次實(shí)驗(yàn)，得出的結(jié)論是：

。研究對(duì)象影響因素同一物體浸入同種液體中的體積越大，物體受到的浮力越大。同一物體，浸沒在同種液體中時(shí)，受到的浮力與浸沒后的深度無關(guān)同一物體，浸沒在不同液體中時(shí)，液體密度越大，物體所受到的浮力越大例4.逆風(fēng)騎自行車時(shí)，彎著身體，會(huì)省力些；雨天，撐傘逆風(fēng)行走時(shí)，風(fēng)速越大，行走越困難，這是因?yàn)槭艿娇諝庾枇Φ淖饔?，物體所受空氣阻力大小與哪些因素有關(guān)呢？小李猜想可能與物體的迎風(fēng)面積和風(fēng)速有關(guān)。為驗(yàn)證以上猜想，小李選用了如下器材：可調(diào)速電風(fēng)扇（高、中、低三檔）、彈簧測(cè)力計(jì)、面積不同的塑料擋板三塊、光滑玻璃板、小車。（1）小李設(shè)計(jì)了如圖15所示實(shí)驗(yàn)，用電風(fēng)扇向小車及擋板吹風(fēng)，模擬小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的空氣阻力。根據(jù)

的知識(shí)，通過彈簧測(cè)力計(jì)即可測(cè)出小車靜止時(shí)受到的空氣阻力。圖15可調(diào)速電風(fēng)扇彈簧測(cè)力計(jì)塑料擋板光滑玻璃板二力平衡（2）小李在探究風(fēng)速對(duì)小車所受空氣阻力的影響時(shí)，保持迎風(fēng)面積一定，測(cè)得數(shù)據(jù)如下：通過對(duì)表中數(shù)據(jù)分析，可得出的結(jié)論是：

。（3）小李還想探究迎風(fēng)面積對(duì)小車所受空氣阻力的影響，請(qǐng)你幫他設(shè)計(jì)出主要的實(shí)驗(yàn)步驟：

。（4）小李在此研究過程中所采用的科學(xué)方法是

。迎風(fēng)面積相同時(shí)，風(fēng)速越大，小車所受到的空氣阻力越大使風(fēng)速保持不變，改變迎風(fēng)面積的大小控制變量法例5.在研究電阻的大小與哪些因素有關(guān)時(shí)，小明猜想電阻與電壓、電流有關(guān)，小李猜想電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)。他們?cè)O(shè)計(jì)了如圖18所示的電路，選用同種材料制成的不同導(dǎo)體、若干節(jié)干電池及其他必要器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。(1)在設(shè)計(jì)電路時(shí)，小明認(rèn)為還需在M、N兩端并聯(lián)一個(gè)電壓表才能正確測(cè)出導(dǎo)體兩端的電壓；小李認(rèn)為干電池的電壓是已知的，所以實(shí)驗(yàn)中不需要電壓表；經(jīng)討論后他們達(dá)成了共識(shí)并完成了實(shí)驗(yàn)。你認(rèn)為

(選填“小明”或“小李”)的觀點(diǎn)是正確的。圖18ASMN接導(dǎo)體(2)兩位同學(xué)正確連接電路，并將實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)記錄在表一、表二和表三中。分析比較表一、表二、表三中的數(shù)據(jù)，可判斷

(選填“小明”或“小李”)的猜想是錯(cuò)誤的。分析比較表一和表二和表三中的數(shù)據(jù)，可初步得出：

________________________________________________。(3)為了在表三的基礎(chǔ)上繼續(xù)研究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系，請(qǐng)你在表四中填寫需選用這種材料制成的導(dǎo)體還需滿足的條件。小明認(rèn)為在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，D、E兩端的電壓必須與表三中的電壓值相同；小李認(rèn)為在后續(xù)實(shí)驗(yàn)中，通過D、E的電流必須與表三中的電流值相同。請(qǐng)你判斷：小明的觀點(diǎn)是

的，小李的觀點(diǎn)是

的。(均選填“正確”或“錯(cuò)誤”)材料和橫截面積相同的導(dǎo)體，長(zhǎng)度越長(zhǎng)，電阻越大小明錯(cuò)誤錯(cuò)誤題型三：控制變量法在圖像題中的應(yīng)用例6.如圖是甲、乙兩種物質(zhì)的質(zhì)量m與體積V的關(guān)系圖像。由圖像可知，甲、乙兩種物質(zhì)的密度ρ甲、ρ乙之間的關(guān)系是（）A.ρ甲>ρ乙B.ρ乙>ρ甲C.ρ甲=ρ乙D.無法判定m(kg)V(m3)甲乙例7.如圖是阻值不同的兩個(gè)電阻的電流隨電壓變化的圖線（I—U圖線）。從圖中得到的下列結(jié)論中正確的是：A.R1>R2B.R1、R2串聯(lián)后的總電阻的I－U圖線在區(qū)域IIC.R1、R2并聯(lián)后的總電阻的I－U圖線在區(qū)域IIID.R1、R2并聯(lián)后的總電阻的I－U圖線在區(qū)域I題型四：通過控制變量來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)例8.某同學(xué)利用圖中的裝置探究“水的內(nèi)部壓強(qiáng)的大小”的特點(diǎn)，得出的結(jié)論是：“影響水內(nèi)部壓強(qiáng)大小的因素有兩個(gè)，一個(gè)是水深度（即圖中h值），另一個(gè)是離水底的距離（即圖中d值），h越大壓強(qiáng)越大，d越大則壓強(qiáng)越小”。（1）本探究活動(dòng)是通過觀察

的變化而知道壓強(qiáng)大小變化的。（2）根據(jù)已有的壓強(qiáng)知識(shí)，你認(rèn)為水內(nèi)部壓強(qiáng)的大小與到水底的距離d之間

（填“無關(guān)系”或“有關(guān)系”）。若相要通過實(shí)驗(yàn)來證明這個(gè)結(jié)論，則應(yīng)控制

不變，而不斷改變

。例9.請(qǐng)你設(shè)計(jì)一個(gè)探究“滑動(dòng)摩擦力與物體運(yùn)動(dòng)的速度是否有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)。要求寫出實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)步驟。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)依據(jù)的方法：控制變量法研究對(duì)象：滑動(dòng)摩擦力已知影響因素：壓力、接觸面粗糙程度可能影響因素：速度總結(jié)控制變量是初中物理常用的解題思想之一。通過以上的講解和訓(xùn)練，我們可以總結(jié)出運(yùn)用控制變量方法的步驟：1.明確研究對(duì)象；2.找出影響因素有哪些；3.探究某一影響因素與研究對(duì)象的關(guān)系時(shí)，控制其他所有因素不變。掌握這個(gè)方法，相應(yīng)的物理問題也就迎刃而解了。