新教材高中物理人教版學(xué)案學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)微課堂思想方法十四

eq\o(\s\up7(),\s\do5(學(xué)科素養(yǎng)培優(yōu)精品微課堂,——思想方法系列十四))控制變量法開(kāi)講啦控制變量法是根據(jù)研究目的，運(yùn)用一定手段(實(shí)驗(yàn)儀器、設(shè)備等)主動(dòng)干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)展的過(guò)程，在特定的條件下探索客觀規(guī)律的一種研究方法．在本節(jié)的實(shí)驗(yàn)探究中，由于要研究一個(gè)物理量(a)跟兩個(gè)物理量(F和m)之間的關(guān)系，為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，實(shí)驗(yàn)中先保持m一定，研究a與F的關(guān)系；再保持F一定，研究a與m的關(guān)系；最后用數(shù)學(xué)的方法，把實(shí)驗(yàn)得出的a與F的關(guān)系及a與m的關(guān)系綜合起來(lái)，找出a與F和m的關(guān)系．物理學(xué)是一門富含科學(xué)方法的自然科學(xué)，控制變量法是其中最重要的思想方法之一，因此也是高考中經(jīng)?？疾榈囊环N方法，其常見(jiàn)的考查方式有以下幾種．(1)給出運(yùn)用控制變量法的探究實(shí)例，要求辨別或說(shuō)出所用的科學(xué)方法．(2)給出運(yùn)用控制變量法的探究實(shí)例，要求辨別或說(shuō)出研究的是什么問(wèn)題．(3)給出運(yùn)用控制變量法所要探究的課題，要求選出探究時(shí)需要的器材或?qū)嶒?yàn)過(guò)程．(4)給出需要運(yùn)用控制變量法探究的課題，要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)．(5)給出需要運(yùn)用控制變量法的探究實(shí)例，要求對(duì)實(shí)驗(yàn)方案或結(jié)論進(jìn)行評(píng)價(jià)．(6)給出運(yùn)用控制變量法進(jìn)行探究而得到的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，要求分析歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論．[例]從高空下落的物體，速度越來(lái)越大，所受空氣阻力也會(huì)隨速度的增大而增大，因此物體下落一段距離后將以某一速度做勻速運(yùn)動(dòng)，通常把這個(gè)速度稱為收尾速度．研究發(fā)現(xiàn)，相同條件下，空氣對(duì)不同材質(zhì)的球形物體的阻力大小與球的半徑和速度都有關(guān)系．下表為某次研究的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).小球編號(hào)1234小球質(zhì)量(×10－2kg254540小球半徑(×10－3m0.50.51.52小球的收尾速度(m/s)16404020(1)由表格中的數(shù)據(jù)，分析球形物體所受的空氣阻力f與球的收尾速度v的關(guān)系．(2)由表格中的數(shù)據(jù)，分析球形物體所受的空氣阻力f與球的半徑r的關(guān)系．[解析]由題意可知，當(dāng)物體下落達(dá)到收尾速度時(shí)，空氣阻力與物體的重力相等．既然相同條件下，空氣對(duì)不同材質(zhì)的球形物體的阻力大小與球的半徑和速度都有關(guān)系，那么研究球形物體所受的空氣阻力f與球的收尾速度v的關(guān)系時(shí)，就要取半徑相同、編號(hào)為1、2的兩個(gè)小球的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析；類似地，研究球形物體所受的空氣阻力f與球的半徑r的關(guān)系時(shí)，要取收尾速度相同、編號(hào)為2、3的兩個(gè)小球的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析．在半徑相同的情況下，收尾速度之比eq\f(v1,v2)＝eq\f(2,5)，空氣阻力之比eq\f(f1,f2)＝eq\f(m1,m2)＝eq\f(2,5)，因此得出結(jié)論：球的半徑一定時(shí)，f與v成正比．在收尾速度相同的情況下，半徑之比eq\f(r2,r3)＝eq\f(1,3)，空氣阻力之比eq\f(f2,f3)＝eq\f(m2,m3)＝eq\f(1,9)，因此得出結(jié)論：球的收尾速度一定時(shí)，f與r2成正比．[答案](1)球的半徑一定時(shí)，f與v成正比．(2)球的收尾速度一定時(shí)，f與r2成正比．總結(jié)提能由該典例也可以看出，對(duì)于控制變量法的學(xué)習(xí)，僅僅記住它的名稱或者僅僅記住它的幾個(gè)實(shí)例運(yùn)用是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，重要的是領(lǐng)悟它的思想內(nèi)涵，這樣在分析處理具體問(wèn)題時(shí)才能加以靈活運(yùn)用．[變式訓(xùn)練]英國(guó)物理學(xué)家胡克發(fā)現(xiàn)：金屬絲或金屬桿在彈性限度內(nèi)它的伸長(zhǎng)量與拉力成正比，這就是著名的胡克定律．這一發(fā)現(xiàn)為后人對(duì)材料的研究奠定了基礎(chǔ)．現(xiàn)有一根用新材料制成的金屬桿，長(zhǎng)為4m，橫截面積為0.8cm2，設(shè)計(jì)要求它受到拉力后伸長(zhǎng)不超過(guò)原長(zhǎng)的1/1000，問(wèn)它能承受的最大拉力為多大？由于這一拉力很大，桿又較長(zhǎng)，直接測(cè)試有困難，因此，選用同種材料制成樣品進(jìn)行測(cè)試，通過(guò)測(cè)試取得數(shù)據(jù)如下：(1)測(cè)試結(jié)果表明金屬絲或金屬桿受拉力作用后其伸長(zhǎng)量與材料的長(zhǎng)度成正比，與材料的橫截面積成反比．(2)上述金屬桿所能承受的最大拉力為104N.解析：(1)取橫截面積相同、長(zhǎng)度不同的兩組數(shù)據(jù)來(lái)研究受拉力后伸長(zhǎng)量與長(zhǎng)度的關(guān)系，由兩組數(shù)據(jù)可得出它們成正比的關(guān)系；取長(zhǎng)度相同、橫截面積不同的兩組數(shù)據(jù)來(lái)研究受拉力后其伸長(zhǎng)量與橫截面積的關(guān)系，由數(shù)據(jù)分析不難得出它們成反比．(2)由以上分析可總結(jié)出伸長(zhǎng)量Δl與長(zhǎng)度l、橫截面積S以及拉力F的關(guān)系：Δl∝eq\f(Fl,S)，變成等式有：Δl＝keq\f(Fl,S)，其中k為常數(shù)，