当某个物理量由几个因素共同决定时,为了分别得出它与各个因素的关系,我们采用控制几个因素不变,只改变其中一个因素的实验探究方法叫控制变量法。通过这种方法得出的实验结论,一般表述为:当××一定时,××与××成××关系。这类题目的关键词是:“相同”“一定”“不同”。控制变量法在整个初中探究性实验中应用非常广泛,它是我们进行实验设计、科学探究和得出可靠结论的主要方法,同时也是历年中考物理实验题常考的重点方法。下面以历年中考实验真题进行分析说明:
例1、(2017昆明卷)在探究滑动摩擦力与哪些因素有关的实验中:
先后用相同的力将手按在不同的接触面上滑动时,感觉受到的阻碍是不同的,由此猜想滑动摩擦力大小可能与有关;先后用大小不同的力将手按在同一接触面上滑动时,感觉受到的阻碍也是不同的,猜想滑动摩擦力大小还可能与有关。
一个同学在用弹簧测力计测量滑动摩擦力时,采用了如图所示的方式,这种操作是的。
根据,实验中应该、地拉滑块,滑动摩擦力的大小才拉力的大小。一个同学认为滑动摩擦力大小还与接触面积的大小有关,于是他设计了一个实验方案,下面是该方案中的一个环节:“将两个材质和光滑程度均相同、体积不同的木块放在同一水平桌面上,让两个木块与桌面的接触面积不同”。他对这个环节的设计是的,原因是。
解析:先后用相同的力将手按在不同的接触面上滑动时,感觉受到的阻碍是不同的,说明摩擦力不同,由此猜想滑动摩擦力大小可能与接触面的粗糙程度有关;先后用不同的力在同一接触面上滑动时,感觉受到的阻碍不同,说明摩擦力的大小还可能与压力有关。实验中为了测量滑动摩擦力的大小,应用弹簧测力计沿水平方向匀速拉动木块,使它沿水平长木板做匀速直线运动,目的是利用二力平衡条件,使弹簧测力计对木块的拉力等于木块受到的摩擦力。故图中所示的方式错误。要探究滑动摩擦力大小与接触面积的大小关系,需要控制压力和接触面的粗糙程度相同,接触面的大小不同,而“将两个材质和平滑程度均相同、体积不同的木块放在同一水平桌面上,让两个木块与桌面的接触面积不同”,就会导致木块对地面的压力不相等,故他对这个环节的设计是错误的。
点拨:滑动摩擦力的大小与压力和接触面的粗糙程度有关;在探究滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度的关系时,应控制压力不变,只改变接触面的粗糙程度。同理,要探究滑动摩擦力大小与压力的关系时,又要控制接触面的粗糙程度相同,也就是题干中的同一接触面上滑动,只改变压力的大小。探究滑动摩擦力大小与接触面积的大小关系,需要控制压力和接触面的粗糙程度相同,只改变接触面的面积大小。通过本题可以看出,利用控制变量法,就能轻松地得出可靠的实验结论。
例2、(2018昆明卷第20题7分)在探究“物质吸热规律”的实验中:
(1)取质量的水和煤油放入两个相同的容器里,用同样的两个酒精灯对它们加热(如图所示)。加热时,上下缓慢地提拉搅拌器,这是为了使水和煤油受热。
(2)实验中加热时间相同,水和煤油吸收的热量可以认为是相同的,假设加热时间1min,吸收的热量为Q,经过实验得到了以下两组数据: