例析物理实验题中“控制变量法”的应用

? ? 真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过

它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，

那上面连小草也长不出来的。

人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。 1

例析物理实验题中“控制变量法”的应用

广元民盟烛光初级中学 王小龙

新课程的实施对学生科学探究能力的培养十分重视，而“控制变量法”是常用的探索问题、分析和解决问题的最重要的方法，应用特别广泛。所谓“控制变量法”，就是当影响某一物理量变化的因素较多时，要研究某一个因素的变化对该物理量的影响，必须保持其它因素不变，否则就无法知道该物理量的变化是由哪个因素的变化引起的。例如物理量A 与B 、C 、D 等因素都有关，得出A 与B 之间具体关系的方法是：控制C 、D 不变，只改变B ，判断A 的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出A 与C 、A 与D 之间的联系。近几年各地中考试题中出现了很多需要利用这一方法解答的考题，下面举例说明控制变量法在实验题中的应用。

1、 体现在实验目的之中

例１（０７上海）在两块相同的玻璃片上，小明同学分别滴一滴质量相同的水，如图所示。观察图中情景可知，他主要研究蒸发快

慢是否与 ( )

A 水的温度有关。

B 水的表面积有关。

C 水上方空气的流速有关。

D 水的质量有关。

解析:比较题图可以看出，玻璃片、水的质量相等又在相同的环境温度下，意即这些是被控制的变量，造成蒸发有快慢的因素只能是水的表面

积，故答案应选B 。

例２（０７吉林）小明同学想要研究电功率大小与电

压、电流的关系．他选用了额定电压相同、额定功率相差

较大的两个小灯泡．他所设计的电路图中有一幅如图所

示，图中两个小灯泡的___________相等，目的是研究电功率与___________的关系．

解析:图中两个小灯泡的额定电压相等、额定功率不同，即电阻不同。并联在电路中，根据并联电路大特点，它们两端的实际电压一定相等，而通过它们的电流不等，使得两个灯泡实际功率不一样。实验的目的应是研究电功率与电流的关系。

2、体现在实验原理之中

例3（０７盐城）小明在两个易拉罐中分别装入等质量的沙子和水，用相同的酒精灯对其加热，以便探究沙子和水吸热升温快慢的程度。

（1）比较沙子和水吸热升温快慢的方法有两种：

①

②

（2）实验中小明猜想：沙子吸热升温比水快。如果他的猜想是正确的，则应该观察到的现象是

解析:（1）题目中应用的公式是Q 吸=cm △t ，沙子和水的质量m 相等，两者吸收热量的多少由酒精灯加热时间的长短来体现，此问题中出现的未被控制的变量有：升温快慢程度、物质的特征量c 和加热时间。从而的出比较沙子和水吸热升温快慢的方法有这样两种：①加热相同的时间比较温度升高的快慢；②升高相同的温度比较加热时间的长短。

（2）答案与（1

）相对应，分别是：上升的温度相同时，水的加热时间长或加热时间相

?

?

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，

那上面连小草也长不出来的。

人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

2 同，水的温度升高的慢。

例4（０７北京）实验桌上有如下器材：满足实验要求的电源一个、电压表一个、开关一个、电阻箱（电路图符号

）一个、各种阻值已知的定值电阻和导线若干。小敏想利

用实验桌上的器材，设计一个实验证明：“当通过电阻的电流保持不变时，电阻两端的电压与该电阻的阻值成正比”。请你根据上述要求帮助小敏画出实验电路图，并写出实验步骤。

（1）实验电路图： （2）实验步骤：

解析:本实验的目的是证明电阻两端的电压与该电阻阻值成正比，由U=IR 可知，必须使通过各个不同阻值电阻的电流相等，而使电流相等，将电阻串联即可。实验电路如图所示。

(2)实验步骤： ①按电路图将六个阻值不同的电阻R 1、 R 2、R 3、R 4、R 5和R 6和电压表接入电路中。 ②闭合开关s ，测量R1两端的电压，记录R 1的阻值和电压表示数。 ③断开开关s ，把电压表连接在R 2两端。闭合开关s ，测量R 2两端的电压，记录R 2的阻值和电压表示数。 ④仿照步骤③，分别测量电阻R 3、R 4、R 5和R 6两端的电压，记录R 3、R 4、R 5和R 6的阻值和相应的电压表示数。 3、体现在实验器材之中 例5（０７宜昌）为了探究重力势能与哪些因素有关，现有大小不同的实心铁球各一个、大小相同的实心铁球和实心玻璃球各一个、橡皮泥等。在探究重力势能与高度的关系时，应选用________，分别从不同的高度自由落下；在探究重力势能与质量的关系时，应选用________，分别从相同的高度自由落下。

解析:重力势能的大小跟物体的质量和被举的高度有关。在探究重力势能的大小跟高度的关系时，只能让高度不同，质量必须相等，满足此条件的器材为同一个铁球或同一个玻璃球；在探究重力势能的大小跟质量的关系时，只能是质量不同，被举的高度必须相等，满足此条件的器材为大小相同的实心铁球和实心玻璃球。

例6（０７黄石）在研究“水果电池电压与哪些因素有关”的实验中（如图所示） （1） 小星作出如下猜想：

猜想一：水果电池电压与水果种类有关 猜想二：水果电池电压与两电极间距离有关

猜想三：水果电池电压与两电极插入水果的深度有关 为了验证上述猜想是否正确，小星设计了如下准备实验和记录的表格。

①为验证猜想一，应做编号为________的实验； ②为验证猜想二，应做编号为________的实验；

?

?

真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，

那上面连小草也长不出来的。

人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

3

m

1 2 0

③为验证猜想三，应做编号为________的实验。（2）（3）略

解析:题中已知水果电池电压可能与水果种类、两电极间距离、两电极插入水果的深度有关。为了验证猜想一，必须使两电极间距离和两电极插入水果的深度相等，而水果种类不同，则应做编号为2、5的实验；为了验证猜想二，只能是两电极间距离不等， 应做编号为4、5的实验；为了验证猜想三，只能是电极插入水果的深度不等， 应做编号为1、3的实验。

4、体现在实验图像之中

例7（０7茂名）甲、乙两种物质的质量和体积关系如图所示，由图像可知

A ．乙甲ρρ>

B ．乙甲ρρ<

C ．若乙甲V V =，则乙甲m >m

D ．若乙甲m =m ，则乙甲V V <

解析:利用图像比较物理量的大小实际上也应用到控制变量法。如图所示，可使甲和乙的体积相等，显然甲的质量大于乙，由ρ=m/V 可得答案应为A 、C 、D 。

例8（０7辽宁）为了探究冰熔化时温度的变化规律，小丽设计了如图所示的实验装置，并

(1)请你根据表中数据在坐标上画出冰熔化的图象。 (2)通过对数据和图象的分析，你能获得的信息有： ①_________________________________________； ②__________________________________________。

(3)小丽与同学交流时发现，在开始2min 升温快，最后2min 升温慢，请你做出合理的解释：______________________________________。

解析:（1）如右图所示。（2）略。（3）分析开始2min 和最后2min 这两个阶段中相同的量有：质量、相等时间内吸收的热量；不同的量有：物质的种类（特征量是比热容）、上升的温度，根据物体的吸热公式可得出升温有快慢的原因是水的比热容比冰大。 5、体现在实验结论之中

例9（０７河北）小明在体育课上打排球时，发现每次排球落地的远近不同。于是，他沿水平方向击打排球，对球落地的情况做了统计，统计结果如下表：

? ? 真理惟一可靠的标准就是永远自相符合。土地是以它的肥沃和收获而被估价的；才能也是土地，不过

它生产的不是粮食，而是真理。如果只能滋生瞑想和幻想的话，即使再大的才能也只是砂地或盐池，

那上面连小草也长不出来的。

人生的磨难是很多的，所以我们不可对于每一件轻微的伤害都过于敏感。在生活磨难面前，精神上的坚强和无动于衷是我们抵抗罪恶和人生意外的最好武器。

4

分析表格可得出结论：

（1） ；

（2） 。

解析:对于利用控制变量法进行探究的实验，结论中不仅要得出物理量之间的关系，尤其重要的是必须说明关系成立的前提条件是被控制得相等的变量。本题的答案应是（1）击球点高度相等时，击球力度越重，排球落地就越远；（2）击球力度相等时，击球点高度越高，排球落地就越远。

例10（０７福州）日常生活中发生的火灾事故，大多是短路导致的。小明同学猜想：通电导体发热多少可能与电流大小有关。于是他和

同学用完全相同的器材组成两个电路进行探究。开

关同时闭合后，调节滑动变阻器使两电路中电流不

同，如图甲、乙所示，实验中观察到A 瓶中的煤油

液面升得比B 瓶高，说明了A 瓶中煤油吸收的热量

比B 瓶____________。实验表明：

________________________________。

解析:第一格答案很明确，A 瓶中煤油吸收的热量比B 瓶多。第二格又涉及利用控制变量法的实验结论，同样必须注意到前提和关系的正确描述，应答成：在电阻和通电时间相等时（即为前提），电流越大，电流产生的热量越多（即为关系）。

从以上例子可以看出，在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果。在初中物理（如在力学、电学、热学）中，一个物理量往往与多个变量有关，一般不可能同时研究多个变量对研究对象的综合影响，只能采取控制变量逐个分析的方法。这些物理量主要有弦的音调、声音的响度、固体液体气体压强、浮力、杠杆平衡条件、动能及重力势能因素、功率、机械效率、影响内能的因素、热量（热传递）、热量（燃烧燃料）、影响电阻的因素、欧姆定律、电磁铁磁性、电功、电功率……所以，“控制变量法”是研究物理问题的最重要、应用最广泛的科学方法，学生必须对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地去应用的目的。

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