原创资源|“控制变量法”在初中物理实验中的应用1(力、热、声部分)

什么是“控制变量法”?

当某个量与多个因素有关时,我们要研究这个量与某一个因素的关系时,需要控制其他因素不变(或相同),这种研究方法叫做“控制变量法”(也叫“单一变量法”)。比如某个量A与B、C两个因素有关,当我们研究A与B的关系时,需要控制C不变(或相同)。“控制变量法”作为一种非常重要的研究方法,广泛应用在各个领域(不限于物理),已经成为人们认识事物规律不可或缺的思维方式。接下来,我们就来梳理一下“控制变量法”在初中物理实验(力、热、声部分)中的应用。

应用1:比较物体运动的快慢

要比较两个物体运动的快慢,可以控制时间相同来比较运动的路程,也可以控制路程相同来比较运动时间(体育中跑步竞赛就用到这个方法)。

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应用2:研究声音三要素的影响因素

在研究声音的三要素(音调、响度和音色)各自的影响因素时,应尽量使发声物体的其他两个影响因素相同。比如在研究音调与频率关系时,应该选择同一种发声物体在相同的振幅下振动,进而才能找到音调的高低与发声物体的振动快慢(即频率)的关系。(该实验是一个较为“粗糙”的定性实验,了解即可)

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应用3:研究影响滑动摩擦力大小的因素*

我们猜想影响滑动摩擦力的因素可能有压力、接触面粗糙程度和速度等等,那到底有没有关系,有什么样的关系,就需要用到控制变量法进行研究。比如控制压力和粗糙程度相同时,我们发现不同速度时所受的滑动摩擦力是一样大的,因此可以说滑动摩擦力与速度无关。类似的,也可以探究出滑动摩擦力与压力、接触面粗糙程度的关系。

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应用4:研究影响压力作用效果(压强)的影响因素*

因为压力作用效果与压力大小和受力面积都有关,在研究时,我们可以控制受力面积相同来比较不同压力时的作用效果,进而找到压强与压力的关系;也可以控制压力相同来比较不同受力面积时的作用效果,进而找到压强与受力面积的关系。

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应用5:研究液体内部压强的影响因素*

因为液体内部压强与深度和液体密度等因素有关,在研究时,我们可以在同一种液体中的不同深度比较压强的大小,进而找到压强大小与深度的关系;也可以在不同液体中的同一深度比较压强的大小,进而找到压强大小与液体密度的关系。

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应用6:研究浮力大小的影响因素

因为浮力大小与浸水体积和液体密度等因素有关,在研究时,我们可以比较在同种液体中浸入不同体积时的浮力大小,进而找到浮力与浸水体积的关系;也可以比较在不同液体中浸入相同体积时的浮力大小,进而找到浮力与液体密度的关系。

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应用7:研究物质的吸热能力*

因为物体的吸热多少与物质种类、质量和温度变化量等有关,因此要比较物质的吸热能力,需要控制在相同质量的不同物质发生相同的温度变化,来比较吸热的多少,吸热越多的物质吸热能力越大(比热容越大)。还可以控制相同质量的不同物质吸收相同的热量,来比较温度的变化量,温度变化越小的物质,吸热能力越强(比热容越大)。

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应用8:比较不同燃料的热值*

在研究热值时,我们控制燃烧相同质量的燃料加热质量相同的被加热物体,比较被加热物体的温度变化,即可比较出燃料的热值大小(温度升高较多的,加热所用的燃料热值越大);也可以控制质量相同的被加热物体升高相同的温度,比较消耗的燃料多少(消耗较少的燃料热值较大)。

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应用9:研究物体动能大小的影响因素*

在研究动能大小的影响因素时,我们控制小球质量相同,来比较不同速度时的动能大小,进而找到动能大小与速度的关系;也可以控制速度相同,来比较不同质量的小球的动能大小,进而找到动能大小与质量的关系。

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应用10:研究滑轮组机械效率的影响因素

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注意:本实验结论只针对于不计绳重和摩擦的竖直方向的同一滑轮组成立.

重要提醒

1、本文只是针对常见的典型实验进行的梳理,不包含在内的实验也有可能采用了“控制变量法”。因此我们不应该是去简单化的机械记忆,而是通过以上例子深刻理解控制变量法的本质和原理,以达到可以分析其他实验的目的。

2、“控制变量法”和“转换法”在一个实验中可以同时采用,但它们的意义是不同,要注意对此区分。以上实验名称后标有“  * 号”表示该实验也采用了“转换法”。(关于“转换法”,可以点击下方链接原创资源|“转换法”在初中物理实验中的应用(建议中考生收藏)查看

[本文源自:微信公众号:牛顿的梨一样伟大   作者:Physics Mr.Zhang]

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