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1、用控制变量法探究问题洪湖市黄家口镇中心学校 刘小鹏控制变量法是科学探究中常用的一种方法。当一个物理量与几个因素都有关系时，我们要控制其它因素不变，只改变其中一个因素，研究物理量和它的关系，再控制别的因素不变，改变其中一个因素，研究物理量和它的关系这种分别控制逐一研究的方法称之为控制变量法。在我们现行的教材中，比较典型的应用控制变量法进行探究的实验有探究导体的电阻与长度材料、横截面积等因素的关系；探究导体中的电流与电压、电阻的关系；探究滑动摩擦力的大小与什么因素有关；探究压力的作用效果与压力、受力面积的关系、探究物质的吸热能力与什么因素有关等实验。在解决这类探究问题时，运用控制变量法把多变量问题
2、转化成单变量问题分别加以研究，最后综合，准确地把握物理量之间的关系。近年来，各地中考题在考查科学探究活动时，加强了对控制变量法的考查，考查侧重于两方面：一是在设计探究方案环节应用控制变量法，二是在分析数据概括结论中应用控制变量法。这类考题中变量法其信息多，在解答时，不少同学容易遗漏变量，特别是课本以外探究习题，面对众多的变量数据信息，很多同学无从下手，找不准数据间的内在联系，难以归纳出结论。如何解答这类习题呢？找准题目中要探究的物理量和列出的变量是关键。下面以三个中考题为例进行分析解答，以期对同学们有所帮助。例1（2011，湖北仙桃）晶体在熔化过程中要不断地吸收热量，小明由此提出问题：晶体熔化
3、过程中吸收热量的多少与哪些因素有关？他的猜想是：猜想一：晶体熔化过程中吸收热量的多少可能与晶体的种类有关。猜想二：晶体熔化过程中吸收热量的多少可能与晶体的质量有关。为了验证猜想一，他选择了甲、乙两种晶体进行实验，其探究过程如下：（1）取一定质量的晶体甲，用如图1所示的装置加热，得到了熔化时温度随时间变化的图象如图2所示，则晶体甲熔化过程大约持续的时间t1= min。图1O温度/51015205060708090100时间/min图2（2）取 ，用同样的实验装置加热，记下熔化过程所用的时间t2。（3）比较t1和t2，若t1和t2不相等，则说明猜想一是 （选填“正确”或“错误”）的。分析：本题难点
4、是第（2）小题，考查学生是否会应用控制变量的思想补充实验步骤。从题中的猜想来看，探究的物理量是晶体熔化过程吸收的热量，涉及的变量有二个。根据控制变量法的要求，探究吸热多少与晶体种类的关系时，要保持晶体的质量不变，只改变晶体的种类，比较吸热的多少。因此，第二小题应取等质量的晶体乙，用同样的装置加热。解答：（1）7.5；（2）质量相等的晶体乙；（3）正确例2（2011，广东湛江）图15是“探究导体在磁场中运动时产生感应电流的条件”的实验装置，闭合开关后，铜棒ab、电流表、开关组成闭合电路小明将实验中观察到的现象记录在下表中次数开关磁场方向导体ab的运动方向电流表指针的偏转方向1断开上N下S向右运动
5、不偏转2闭合上N下S向右运动向左偏转3闭合上N下S向左运动向右偏转4闭合上N下S向上运动不偏转5闭合上S下N向下运动不偏转6闭合上S下N向右运动向右偏转7闭合上S下N向左运动向左偏转（1）小明分析得出：闭合电路中的部分导体在磁场里做 时，导体中就会产生感应电流（2）比较实验2和3（或6和7）可知：在磁场方向一定时，感应电流的方向与 有关（3）比较实验2和6（或3和7）可知： （4）此实验的研究方法有控制变量法和 法在此实验的过程中是 能转化为 能，重要的应用是 （5）针对这个实验小明进行了进一步的探究，他提出了“感应电流的大小可能与磁场的强弱有关”的猜想，除此以外你的猜想是： 写出验证你的猜想
6、的主要步骤你怎样对实验结果进行分析判断？分析：本题主要考查学生是否会用控制变量法来分析和研究问题。题中要探究的问题是感应电流的产生条件，表格中列举的变量有开关的断开与闭合（电路的通断）、磁场方向、导体运动方向等三个变量因素。比较实验2和3（或6和7）可以看出，保持了开关都闭合与磁场方向这两个因素不变，改变了导体运动方向，可见这是研究感应电流的产生与导体运动方向的关系。因此第（2）小题的结论：在磁场方向一定时，感应电流的方向与切割磁感线运动（或与磁场方向垂直的运动有关比较实验2和6（或3和7）可以看出，保持了开关都闭合与导体运动方向这两个因素不变，改变了磁场方向，可见这是研究感应电流的产生与磁场
7、方向的关系。因此第（3）小题的结论：在导体切割磁感线运动方向一定时，感应电流的方向与磁场方向有关第（5）小题猜想出相关的因素（如导体的运动速度等）后，根据控制变量法的要求，要保持开关闭合、磁场方向、导体运动方向等因素不变，只改变猜想的因素（如导体的运动速度等），通过电流表观察感应电流的变化情况。解答：（1）切割磁感线运动（或与磁场方向垂直的运动）（2）导体切割磁感线运动方向（或导体运动方向）（3）在导体切割磁感线运动方向（或导体运动方向）不变时，感应电流的方向与磁场方向有关（4）转换 、 机械 、 电 、 发电机（或动圈话筒）（5）感应电流的大小可能与导体切割磁感线运动速度有关主要步骤：保持磁场强弱不变，让导体ab以不同的速度做切割磁感线运动，观察电流表指针偏转幅度大小如果电流表指针偏转幅度相同，说明感应电流的大小与导体切割磁感线运动速度无关；如果电流表指针偏转幅度不相同，说明感应电流的大小与导体切割磁感线运动速度有关
