热点01 控制变量法(解析版)

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1、热点01控制变量法【热点解读】物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制其他因素（变量）不变只改变其中的 一个因素，来单独研究这个因素对事物的影响，依次对每一个因素加以研究，最后再综合解决，这 种方法叫控制变量法。一般来说，自然界发生的各种物理现象往往是错综复杂的，我们所研究的物体对象往往也不 是孤立存在的，总是处于与其他事物和现象的相互联系之中，这就决定了影响对象的因素不可能是 单一的，而是多种因素相互交错，共同起作用的。我们在对这些物理现象进行研究的时候，应该考 虑到影响物理现象的各种因素。采用控制变量法其实就是把多因素的问题变成多个单因素的问题是 分析的问题简化明了，最后再综合解决

2、，找到多个因素和所研究现象的关系。利用控制变量法探究 问题的一般程序为：1. 对可能影响研究问题的因素（物理量）进行分析，作出假设。2. 利用控制变量法控制其他因素不变，对每个因素依次进行研究，找到该因素和所研究问题间 的关系。3. 综合判断所有因素和所研究问题之间的关系。比如在探究加速度与力、质量的关系时，我们研究的方法是：先保持物体的质量一定，研究加 速度与力的关系，再保持力不变，研究加速度与质量的关系，最后综合得出物体的加速度与它受到 的合外力及物体的质量之间的关系；类似的还有：探究影响力的作用效果的因素；探究滑动摩擦力 与哪些因素有关；探究影响电阻大小的因素；探究通电导体在磁场中的受力

3、方向与哪些因素有关； 探究单摆的周期与哪些因素有关。【限时检测】（建议用时：30分钟）1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，采用如图所示的实验装置.小车打点I州側祉鉛盘（1）本实验采用的实验方法是A. 控制变量法B.理想实验法C等效替代法 D.实验推理法（2）把长木板的一端垫高的目的是（3） 电磁打点计时器是一种使用低压 （填“交”或“直”）流电源的计时仪器，其打点频率为Hz。周期秒【答案】(1) A(2)平衡摩擦力 (3)交流电 50Hz 0.02秒【解析】(1)探究加速度与力、质量的关系”实验中要保持其中一个量不变，探究加速度与另外 一个量的关系，故用到了控制变量法，故选A；(2)

4、把长木板的一端垫高的目的是为了平衡摩擦力，使小车受到的合力为绳的拉力；(3) 电磁打点计时器使用低压交流电源，交流电的频率为50Hz，故其打点频率也为50Hz，周期为T = f=0.02s2某同学探究求合力的方法”的实验情况如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与 细绳的结点，OB和OC为细绳.图乙是在白纸上根据实验结果画出的图.乙(1) 如果没有操作失误，图乙中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是 (填“F” 或 “F”).(2) 本实验采用的科学方法是.A. 理想实验法B.等效替代法C.控制变量法D.建立物理模型法(3) 本实验中以下说法正确的是.A. 两根细绳必须等长B. 橡

5、皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C. 在使用弹簧测力计时要注意使弹簧测力计与木板平面平行D. 实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间夹角必须取90【答案】(1) F (2) B(3) C【解析】(1)F为平行四边形法则作出的合力，可能存在误差，而F 为实验时将橡皮条拉到AO 时所用的力，其方向必和AO 一致；(2) 本实验中用一个力的效果代替两个力的效果，其思路为等效替代法；故选B.(3) A.细线仅起传递力的作用，其长度与实验无关，故A项错误。B.橡皮条所在直线应为平行 四边形法则中的对角线，不一定是角平分线，故B项错误。C.实验时务必使细线、橡皮条、弹 簧秤等都与木板平

6、面平行，使几个力都在同一平面内，故C项正确。D.实验对力的方向没有要 求，故D项错误。故选C.3.在探究“加速度与力、质量的关系”的实验中：(1) 某组同学用如图所示装置，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关 系。下列措施中不需要和不正确的是。 首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 平衡摩擦力的方法就是，在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动 每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力 实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力 实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源A. B.C.D.(2) 本实验所采用的科学方法是：。A.理想实验法B.等效替

7、代法C.控制变量法D.建立物理模型法(3) 某组同学实验得出数据，画出a-F图象如图所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是A. 实验中摩擦力没有平衡B. 实验中摩擦力平衡过度C. 实验中绳子拉力方向没有跟平板平行D. 实验中小车质量发生变化(4) 实验中，得到一条打点的纸带，如图所示，在纸带上确定出A、B、C、D、E、F、G共7个计数点，其相邻点间的距离如图所示，每两个相邻的计数点之间的时间间隔为0.10 s。则打点计时器打下F点时小车的瞬时速度vF=m/s,小车加速度a=m/s2.(计算结果保留两位有效数字）:? i） I. j辅.J,駅匸专丁久為k耳手出廉师.、直规听了.压戈佰Fi）（5

8、）实际上，在砝码的重力越来越大时，小车的加速度不能无限制地增大，将趋近于某一极限值, 此极限值为m/s2.【答案】（1） B （2）C（3）B （4） 0.710.80（5）9.8【解析】（1）只有平衡摩擦力后小车受到的合力才是细绳对小车的拉九故不符合题意； 平衡摩擦力时不应挂塑料小桶，使小车拖动纸带匀速滑动即可，故符合题意； 改变拉小车的拉力后不需要重新平衡摩擦力，故符合题意； 实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力，故不符合题意； 实验中应接通电源，打点稳定后再释放小车，故符合题意。符合题意，故选择B选项。（2）本实验所采用的科学方法是控制变量法，探究F与a关系时，要保持小车的总

9、质理一定， 探究F与m关系时，要保持小车受到的合力一定。（3）当小车受到的拉力为零时，加速度不为零，说明实验中摩擦力平衡过度。EG （6.80 + 7.62）x 10-2（4）v =m/s=7.21m/sf2T0.2a 二 DgAD 二伽 + 68 + 72（5）对小车由牛顿第二定律可得F二Ma，对小桶由牛顿第二定律可得mg - F = ma，联立可得mg = gm + M 1 + M，当m趋于无穷大时，加速度a = g = 9-8m/s2m4. （一）如图所示是某同学用打点计时器研究小车做匀变速直线运动时得到的一条纸带。图中A、B、C、D、E是按打点先后顺序依次选取的计数点，相邻计数点间的时

10、间间隔T=0.1s。由图中的数据可计算得出，打C点时小车的速度大小是m/s，小车运动的加速度大小 m/s2.（保留两位有效数字）/ ABCDV ；：甲怦：訂片* 2.00 s2.80*3.60（二）在验证“互成角度的两个力的合成”的实验中，先将橡皮条的一端固定在水平木板上，另一端系上带有绳套的两根细绳。实验时，需要两次拉伸橡皮条，一次是通过两细绳用两个弹簧秤互成 角度地拉橡皮条，另一次是通过细绳用一个弹簧秤拉橡皮条。(1) 本实验采用的科学方法是A.理想实验法 B.等效替代 C.控制变量法 D.建立物理模型法(2) 如图，实验中需用两个弹簧秤分别勾住绳套，并互成角度地拉橡皮条。某同学认为在此过

11、程中必须注意以下几项，其中正确的 。(填入相应的字母)A. 两根细绳必须等长B. 橡皮条应与两绳夹角的平分线在同一直线上C. 在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行。(3)某次实验中，拉0C细绳的弹簧秤指针位置如图所示，其读数为N；图中的F与F两 2.60 F力中，方向一定沿AO方向的是.【答案】(一)0.240.80(二)(1)B(2)C【解析】(一)根据匀变速直线运动中某段时间内，平均速度等于中间时刻速度:x 0.028 + 0.02,v =m/s = 0.24m/sc 2T 2 x 0.1根据逐差法求解加速度:x - x0.028 + 0.036 - 0.02 - 0.012 ,4

12、x 0.12a = ceac =m/s2 = 0.80m/s24T 2(二) (1)实验中两次拉动橡皮筋时，要求橡皮筋的形变大小和位置相同，以保证合力是不变的, 采用了等效替代法，B正确；(2)A.为了减小实验误差，两根细绳可适当长一些，不一定等长，A错误；B.为了减小实验误 差，两根细绳的夹角适当大些，橡皮条不一定与两绳夹角的角平分线在同一直线上,B错误；C.为 了减小实验误差，在使用弹簧秤时要注意使弹簧秤与木板平面平行，尽量使力在同一平面内，C 正确。故选Co(2)弹簧测力计的分度值为0.1N，所以读数为2.60N ； F是通过平行四边形法则合成的理论值， 与实验通过等效替代法得到的F存在

13、一定的误差，所以F的方向一定沿着AO方向。5. 某实验小组利用如图甲所示的装置进行“探究加速度与合外力的关系”的实验，已知小车质量为M, 重力加速度为g.国乙(1) 实验中平衡摩擦力后，必须采用控制变量法，保持小车质量不变，若想用钩码的重力作为小车所受合外力，需满；(2) 某次实验中打出的一条纸带如图乙所示，图中1、2、3、4、5为相邻计数点，且相邻计数点间的时间间隔为0.1s，由该纸带可求得小车的加速度a =m/s2；(结果保留3位有效数字)(3) 改变钩码的个数重复实验，得到加速度a与合外力F的关系如图丙所示，由图象直线部分OA,可得出的结论 直线部分OA的斜率k二(用M表示)，图像后面出

14、现弯曲的原因是o【答案】(1)小车质量远大于钩码质量1.15(3)小车质量不变时，加速度与合外力成正1比破坏了小车质量远大于钩码质量的条件M【解析】(1)当小车质量远大于钩码质量时可以近似认为小车受到的拉力等于钩码的重力.(2)由匀变速直线运动的推论x=at2可知，加速度:x - x(4.87 + 3.71 - 2.56 -1.44) x10-2 /4 za = t 13 =m/s2 u 1.15m/s24t24x0.12(3)由图丙所示图象可知，图象OA部分是直线，由此可知：小车质量不变时，加速度与合外11力成正比.由牛顿第一定律得：a = TVF，则a-F图象直线部分OA的斜率：k =随着

15、MM力F的增大，即随所挂钩码质量m的增大，不能满足Mm，因此破坏了小车质量远大于钩码 质量的条件,从而曲线上部出现弯曲现象。6在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中。 (1)在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质 量一定的情况下，加速度和作用力的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和 质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是A.建立理想模型的方法B.控制变量法C 等效替代法D 类比法(2) 研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中正确的是A. 平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B. 每次改变小车质量时，要重新平衡