物理探究方法之控制变量法

物理探究方法之控制变量法

教学目标：1、进一步熟悉控制变量法及其应用

2、培养学生勇于探索科学的精神和严谨的态度

教学难点：实验步骤的设计和结论书写的规范

一、考点介绍

二、典例分类解析

例题1、小明同学猜想物体重力势能的大小可能与以下两个因素有关：

A 、物体的高度；

B 、物体的质量。为了证明自己的猜想，他把橡皮泥平铺 实验次数 球离橡皮泥 的高度m 球在橡皮泥中 的凹陷程度 1

1.0 较浅 2

2.0 较深 3

3.0 很深

（1）小明可以通过 判断重力势能大小（2）由记录结果可以得到的实验结论是：

（3）若想对另一个因素进行验证，你认为小明应该怎么做？ 例题2、王倩同学在做探究“电流与电阻的关系”实

验时，她设计连接了如图所示的实验连接图。

（1）实验中，王倩同学先将5Ω的电阻R 接入电

路，电路连接正确，将滑动变阻器调至最大处，

闭合开关S ，调节滑动变阻器，使电压为某一值，

读出电流表的示数，并把数据记录在表格中；再分别用10Ω和20Ω的电阻替换5Ω电阻，然后直接读出电流的值重复上述操作。

讨论：王倩在实验过程中的错误是什么？

（2）王倩同学发现错误改正后重新进行实验，得到的数据如下表所示。根据表中的实验数据得出的结论是：

（3）王倩

同学发现有一个小灯泡，于是用这个小

灯炮替换20Ω的电阻后，继续进行实验。物理量 实验次数 电阻R (Ω) 电流I （A ） 1 5

0.48 2 10

0.24 3 20

0.12

电表测得示数如右图所示，可知小灯泡的阻值是Ω。

例题3、小明同学用一个弹簧测力计、一个金属块、两个相同的烧杯（分别装有一定量的水和煤油），对浸在液体中的物体所受的浮力进行了探究，如图表示探究过程及有关数据。

（1）分析图B、C、D，说明浮力大小跟有关。

（2）物体完全浸没在煤油中所受的浮力是N。

（3）分析图C、E能否说明浮力大小跟液体密度有关？为什么？

（4）小明还想探究当物体浸没时所受的浮力大小是否与深度有关，请你简述实验方法和可能出现的结论。

四、针对性训练

在探究“滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关”的过程中，一些同学作出了以下猜想：猜想A. 滑动摩擦力的大小可能与接触面的粗糙度有关；

猜想B. 滑动摩擦力的大小可能与接触面间的压力大小有关；

猜想C. 滑动摩擦力的大小可能与产生摩擦力的两物体间接触面积的大小有关；

为了检验上述有关猜想是否正确，该同学选用了一块底面与各个侧面粗糙程度均相同的长方体木块，并设计了以下实验方案。

步骤1：把长方体木块平放在水平的长木板上，用弹簧测力计水平拉木块沿直线匀速滑动，读出这时弹簧测力计的读数（图甲）。

步骤2：在长方体木板上放上砝码（图乙）用弹簧测力计水平拉木块，使砝码与木块一起沿直线匀速运动，比较“步骤2”与“步骤1”中弹簧测力计示数的大小。

（1）“步骤2”的设计目的，是为了检验上述猜想（A.B.C）中哪一个？

(2) 为了检验“猜想C”是否正确，某同学在“步骤1”的基础上，将木块沿着竖直方向截去一半后，测得木块所受的滑动摩擦力变为原来的一半，由此得出：滑动摩擦力的大小随面积的减小而减小。

你认为他的探究过程中存在的问题是什么？如何改进？可在上述实验基础上在增加一个步骤，写出你所设计的这一实验步骤和可能出现的结果。

五、课堂达标检测

1、为了探究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关，小勤所在的实验小组进行了如下实验：他们首先找了两颗大铁钉，用漆包线在上面绕制若干圈，做成简易电磁铁，然后分别按图接入电路，探究前，小勤他们还作了以下的猜想：猜想A：电磁铁，顾名思义，通电时有磁性，断电时没有磁性；

猜想B：通过的电流越大，磁性越强；

猜想C：外形相同时，线圈的匝数越多，磁性越强。

他们通过观察简易电磁铁的情况来判断磁性的有无和强弱，探究过程如下图所示，请你仔细观察这四幅图，然后完成下列填空。

（1）比较图可以验证猜想A是正确的；

（2）比较图可以验证猜想B是正确的；

（3）比较图可以验证猜想C是正确的；

但仔细分析发现，猜想C的表述还不完整，还应补充条件。

2、小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水，进行如下图所示的实验探究，得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流

动快慢有关。

（1）通过A、B两图的对比，可以得出水

蒸发快慢与水的有关。

（2）通过两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关。（3）小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关，于是继续进行了如下探究；在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如右图），结果发现甲图中水先蒸发完，于是他得出结论：水蒸发快慢与水的质量有关，水的质量越小蒸发越快，从实验设计环节看，他没有控制水的（填“质量”或“表面积”）相同。从得出结论环节看，“根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”是否正确？（填“正确”或“不正确”），理由是

3、学校要开运动会，几个同学讨论怎样才能把铅球掷

得更远，小莉认为：铅球掷出的距离，可能与掷出铅

球时的速度大小有关；小强认为：铅球掷出的距离，

可能与掷出铅球时的射出仰角θ（投掷方向与水平方

向的夹角）有关；李红说：“我们还是通过实验来探究

吧。”于是，他们制作了一个小球弹射器（右图所示），

它能使小球以不同速度大小和方向射出，弹射方向与

水平的仰角，可由固定在铁架台上的量角器读出，他

们通过

实验序号射出速度

υ（m/s）

射出仰角

θ

射出距离

(水平距离)s/m

1 5 30o 2.9

2 10 30o9.5

3 10 45o10.8

4 10 60o9.1

5 15 30o20.7

请你根据上述所收集的信息和相关证据回答下列问题：

（1）为了验证小莉的猜想，应选用序号为、、

的实验数据，得出的结论是：在一定时，物体掷出越大，掷出的距离越远。

（2）为了验证小强的猜想，应选用序号为、、的实验数据。

（3）当射出速度相同时，射出仰角θ为时，物体掷出的距离最远。

六、小结

适用条件：在探究一个问题时，有两个或者两个以上的因素影响到我们所研究的对象时，通常要采用控制变量法。

方法：研究谁，改变谁