熱點01 控制變量法解析版

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1、- 熱點01控制變量法 【熱點解讀】 物理學中對于多因素〔多變量〕的問題，常常采用控制其他因素〔變量〕不變只改變其中的一個因素，來單獨研究這個因素對事物的影響，依次對每一個因素加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。 一般來說，自然界發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯綜復雜的，我們所研究的物體對象往往也不是孤立存在的，總是處于與其他事物和現(xiàn)象的相互聯(lián)系之中，這就決定了影響對象的因素不可能是單一的，而是多種因素相互交織，共同起作用的。我們在對這些物理現(xiàn)象進展研究的時候，應該考慮到影響物理現(xiàn)象的各種因素。采用控制變量法其實就是把多因素的問題變成多個單因素的問題是分析的問題簡化明了，最后再綜

2、合解決，找到多個因素和所研究現(xiàn)象的關(guān)系。利用控制變量法探究問題的一般程序為： 1．對可能影響研究問題的因素〔物理量〕進展分析，作出假設。 2．利用控制變量法控制其他因素不變，對每個因素依次進展研究，找到該因素和所研究問題間的關(guān)系。 3．綜合判斷所有因素和所研究問題之間的關(guān)系。 比方在探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，我們研究的方法是：先保持物體的質(zhì)量一定，研究加速度與力的關(guān)系，再保持力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后綜合得出物體的加速度與它受到的合外力及物體的質(zhì)量之間的關(guān)系；類似的還有：探究影響力的作用效果的因素；探究滑動摩擦力與哪些因素有關(guān)；探究影響電阻大小的因素；探究通電導體在磁場中

3、的受力方向與哪些因素有關(guān)；探究單擺的周期與哪些因素有關(guān)。 【限時檢測】〔建議用時：30分鐘〕 1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞實驗中，采用如下圖的實驗裝置． 〔1〕本實驗采用的實驗方法是________。 A．控制變量法 B．理想實驗法 C．等效替代法 D．實驗推理法 〔2〕把長木板的一端墊高的目的是_____________________ 〔3〕電磁打點計時器是一種使用低壓______〔填“交〞或“直〞〕流電源的計時儀器，其打點頻率為_________Hz。周期________秒 【答案】〔1〕A 〔2〕平衡摩擦力〔3〕交流電 50Hz 0

4、.02秒 【解析】〔1〕探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞實驗中要保持其中一個量不變，探究加速度與另外一個量的關(guān)系，故用到了控制變量法，應選A； 〔2〕把長木板的一端墊高的目的是為了平衡摩擦力，使小車受到的合力為繩的拉力； 〔3〕電磁打點計時器使用低壓交流電源，交流電的頻率為50Hz，故其打點頻率也為50Hz，周期為。 2．*同學“探究求合力的方法〞的實驗情況如圖甲所示，其中A為固定橡皮條的圖釘，O為橡皮條與細繩的結(jié)點，OB和OC為細繩．圖乙是在白紙上根據(jù)實驗結(jié)果畫出的圖． 〔1〕如果沒有操作失誤，圖乙中的F與F′兩力中，方向一定沿AO方向的是________〔填“F〞或“F′〞〕． 〔

5、2〕本實驗采用的科學方法是________． A．理想實驗法?B．等效替代法?C．控制變量法?D．建立物理模型法 〔3〕本實驗中以下說法正確的選項是________． A．兩根細繩必須等長 B．橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上 C．在使用彈簧測力計時要注意使彈簧測力計與木板平面平行 D．實驗中，把橡皮條的另一端拉到O點時，兩個彈簧測力計之間夾角必須取90° 【答案】〔1〕〔2〕B 〔3〕C 【解析】(1)F為平行四邊形法則作出的合力，可能存在誤差，而為實驗時將橡皮條拉到AO時所用的力，其方向必和AO一致； (2)本實驗中用一個力的效果代替兩個力的效果，其思

6、路為等效替代法；應選B. (3)A．細線僅起傳遞力的作用，其長度與實驗無關(guān)，故A項錯誤。B．橡皮條所在直線應為平行四邊形法則中的對角線，不一定是角平分線，故B項錯誤。C．實驗時務必使細線、橡皮條、彈簧秤等都與木板平面平行，使幾個力都在同一平面內(nèi)，故C項正確。D．實驗對力的方向沒有要求，故D項錯誤。應選C. 3．在探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗中： (1)*組同學用如下圖裝置，來研究小車質(zhì)量不變的情況下，小車的加速度與小車受到的力的關(guān)系。以下措施中不需要和不正確的選項是________。 ①首先要平衡摩擦力，使小車受到的合力就是細繩對小車的拉力 ②平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶

7、中添加砝碼，使小車能勻速滑動 ③每次改變拉小車的拉力后都需要重新平衡摩擦力 ④實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力 ⑤實驗中應先放小車，然后再開打點計時器的電源 A．①③⑤ B．②③⑤ C．③④⑤ D．②④⑤ (2)本實驗所采用的科學方法是：__________________。 A．理想實驗法 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法 (3)*組同學實驗得出數(shù)據(jù)，畫出a－F圖象如下圖，則該組同學實驗中出現(xiàn)的問題可能是________。 A．實驗中摩擦力沒

8、有平衡 B．實驗中摩擦力平衡過度 C．實驗中繩子拉力方向沒有跟平板平行 D．實驗中小車質(zhì)量發(fā)生變化 (4)實驗中，得到一條打點的紙帶，如下圖，在紙帶上確定出A、B、C、D、E、F、G共7個計數(shù)點，其相鄰點間的距離如下圖，每兩個相鄰的計數(shù)點之間的時間間隔為0.10 s。則打點計時器打下F點時小車的瞬時速度vF＝________m/s，小車加速度a＝________m/s2.(計算結(jié)果保存兩位有效數(shù)字) (5)實際上，在砝碼的重力越來越大時，小車的加速度不能無限制地增大，將趨近于*一極限值，此極限值為________ m/s2. 【答案】〔1〕B 〔2〕C 〔3〕B 〔

9、4〕 0.71 0.80 〔5〕9.8 【解析】(1)①只有平衡摩擦力后小車受到的合力才是細繩對小車的拉力,故①不符合題意； ②平衡摩擦力時不應掛塑料小桶，使小車拖動紙帶勻速滑動即可，故②符合題意； ③改變拉小車的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故③符合題意； ④實驗中通過在塑料桶中增加砝碼來改變小車受到的拉力，故④不符合題意； ⑤實驗中應接通電源，打點穩(wěn)定后再釋放小車，故⑤符合題意。 ②③⑤符合題意，應選擇B選項。 (2) 本實驗所采用的科學方法是控制變量法，探究與關(guān)系時，要保持小車的總質(zhì)理一定，探究與關(guān)系時，要保持小車受到的合力一定。 (3)當小車受到的拉力

10、為零時，加速度不為零，說明實驗中摩擦力平衡過度。 (4)， (5)對小車由牛頓第二定律可得，對小桶由牛頓第二定律可得，聯(lián)立可得，當m趨于無窮大時，加速度。 4．(一)如下圖是*同學用打點計時器研究小車做勻變速直線運動時得到的一條紙帶。圖中A、B、C、D、E是按打點先后順序依次選取的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間間隔T=0.1s。由圖中的數(shù)據(jù)可計算得出，打C點時小車的速度大小是_____m/s，小車運動的加速度大小是_______m/s2．〔保存兩位有效數(shù)字〕 (二)在驗證“互成角度的兩個力的合成〞的實驗中，先將橡皮條的一端固定在水平木板上，另一端系上帶有繩套的兩根細繩。實驗時，需要兩次拉伸

11、橡皮條，一次是通過兩細繩用兩個彈簧秤互成角度地拉橡皮條，另一次是通過細繩用一個彈簧秤拉橡皮條。 〔1〕本實驗采用的科學方法是____ A．理想實驗法 B．等效替代 C．控制變量法 D．建立物理模型法 〔2〕如圖，實驗中需用兩個彈簧秤分別勾住繩套，并互成角度地拉橡皮條。*同學認為在此過程中必須注意以下幾項，其中正確的選項是_____?！蔡钊胂鄳淖帜浮? A．兩根細繩必須等長 B．橡皮條應與兩繩夾角的平分線在同一直線上 C．在使用彈簧秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行。 〔3〕*次實驗中，拉OC細繩的彈簧秤指針位置如下圖，其讀數(shù)為_____N；圖中的F與F′兩力中，方向一

12、定沿AO方向的是______。 【答案】(一)(二)(1)B (2)C (3) 【解析】〔一〕根據(jù)勻變速直線運動中*段時間內(nèi)，平均速度等于中間時刻速度： 根據(jù)逐差法求解加速度： 〔二〕(1)實驗中兩次拉動橡皮筋時，要求橡皮筋的形變大小和位置一樣，以保證合力是不變的，采用了等效替代法，B正確； (2)A．為了減小實驗誤差，兩根細繩可適當長一些，不一定等長，A錯誤；B．為了減小實驗誤差，兩根細繩的夾角適當大些，橡皮條不一定與兩繩夾角的角平分線在同一直線上，B錯誤；C．為了減小實驗誤差，在使用彈簧秤時要注意使彈簧秤與木板平面平行，盡量使力在同一平面內(nèi)，C正確。應選C。 (2)

13、彈簧測力計的分度值為，所以讀數(shù)為；是通過平行四邊形法則合成的理論值，與實驗通過等效替代法得到的存在一定的誤差，所以的方向一定沿著方向。 5．*實驗小組利用如圖甲所示的裝置進展“探究加速度與合外力的關(guān)系〞的實驗，小車質(zhì)量為M，重力加速度為g． 〔1〕實驗中平衡摩擦力后，必須采用控制變量法，保持小車質(zhì)量不變，假設想用鉤碼的重力作為小車所受合外力，需滿足______； 〔2〕*次實驗中打出的一條紙帶如圖乙所示，圖中1、2、3、4、5為相鄰計數(shù)點，且相鄰計數(shù)點間的時間間隔為，由該紙帶可求得小車的加速度______；結(jié)果保存3位有效數(shù)字 〔3〕改變鉤碼的個數(shù)重復實驗，得到加速度a與合外力F的關(guān)系

14、如圖丙所示，由圖象直線局部OA，可得出的結(jié)論是______直線局部OA的斜率______用M表示，圖像后面出現(xiàn)彎曲的原因是________。 【答案】(1)小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量(2)1.15 (3)小車質(zhì)量不變時，加速度與合外力成正比破壞了小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的條件 【解析】〔1〕當小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量時可以近似認為小車受到的拉力等于鉤碼的重力．〔2〕由勻變速直線運動的推論△*=at2可知，加速度： 〔3〕由圖丙所示圖象可知，圖象OA局部是直線，由此可知：小車質(zhì)量不變時，加速度與合外力成正比．．由牛頓第二定律得：，則a-F圖象直線局部OA的斜率：；．隨著力F的增大，即隨所掛鉤

15、碼質(zhì)量m的增大，不能滿足M＞＞m，因此破壞了小車質(zhì)量遠大于鉤碼質(zhì)量的條件,從而曲線上部出現(xiàn)彎曲現(xiàn)象。 6．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系〞的實驗中。 〔1〕在研究物體的“加速度、作用力和質(zhì)量〞三個物理量的關(guān)系時，我們用實驗研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下，加速度和作用力的關(guān)系〞；又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系〞。這種研究物理問題的科學方法是____________ A．建立理想模型的方法 B．控制變量法 C．等效替代法 D．類比法 (2)研究作用力一定時加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時，以下說法中正確的選項是_________ A．平衡摩

16、擦力時，應將裝砂的小桶用細繩通過定滑輪系在小車上 B．每次改變小車質(zhì)量時，要重新平衡摩擦力 C．實驗時，先放開小車，再接通打點計時器的電源 D．在小車中增減砝碼，應使小車和砝碼的質(zhì)量遠大于砂和小桶的總質(zhì)量 (3)*次實驗中得到一條紙帶，如下圖，從比擬清晰的點起，每5個計時點取一個計數(shù)點，分別標明0、1、2、3、4……，量得0與1兩點間距離*1＝30mm,1與2兩點間距離*2＝36mm,2與3兩點間距離*3＝42mm,3與4兩點間的距離*4＝48mm，則小車在打計數(shù)點2時的瞬時速度為_________m/s，小車的加速度為_________m/s2。 (4)*同學測得小車的加速度a和拉

17、力F的數(shù)據(jù)如下表所示：(小車質(zhì)量保持不變) ①根據(jù)表中數(shù)據(jù)在坐標圖上作出a－F圖象。 ②圖線不過原點的原因可能是_______。 ③圖中的力F理論上指__________，而實驗中卻用______表示。(選填字母符號) A．砂和砂桶的重力 B．繩對小車的拉力 ④另一名同學重復此實驗，保持小車質(zhì)量一定改變砂和砂桶質(zhì)量，屢次重復測量，在*次實驗中根據(jù)測得的多組數(shù)據(jù)畫出a－F關(guān)系圖線，他發(fā)現(xiàn)此圖線雖然經(jīng)過坐標原點，但后段階明顯偏離直線向下彎曲，造成此誤差的主要原因是_____。 【答案】〔1〕B 〔2〕D 〔3〕0.39 0.6 〔4〕沒有平衡摩擦力或平衡摩

18、擦力不夠 B A 砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠遠小于小車的質(zhì)量。 【解析】〔1〕在研究物體的“加速度、作用力和質(zhì)量〞三個物理量的關(guān)系時，由于變量較多，因此采用了“控制變量法〞進展研究，分別控制一個物理量不變，看另外兩個物理量之間的關(guān)系，故ACD錯誤，B正確. 〔2〕A、平衡摩擦力時，應將繩從小車上拿去，輕輕推動小車，使小車沿木板運動，通過打點計時器打出來的紙帶判斷小車是否勻速運動，故A錯誤；B、每次改變小車的質(zhì)量時，小車的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B錯誤；C、實驗時，應先放開小車，再接通打點計時器電源，由于小車運動較快，可能會使打出來的點很少，不利于

19、數(shù)據(jù)的采集和處理，故C錯誤；D、當m＜＜M時，即當砝碼和小桶的總重力要遠小于小車的重力，繩子的拉力近似等于砝碼和小桶的總重力，故D正確．應選D． 〔3〕小車在打計數(shù)點2時的瞬時速度，加速度。 〔4〕①作出a－F圖象如圖 ②圖象未過原點可能原因是沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠，導致有力但沒有合力，則當然沒有加速度產(chǎn)生； ③本實驗將F當作：B繩對小車的拉力，實際上是：A砂和砂桶的重力，所以只有當砂和砂桶的重力遠小于小車的質(zhì)量時，才能使砂和砂桶的重力接近繩子拉小車的力．④此實驗可以認為小車受到的合力等于鉤碼的重力，如果鉤碼的質(zhì)量太大，則小車受到的合力小于鉤碼的重力，實驗誤差較大，a-F圖象偏離直線，即造成圖像后段階明顯偏離直線向下彎曲的主要原因是砂和砂桶的質(zhì)量沒有遠遠小于小車的質(zhì)量。 . z.