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第1节 控制变量法
例1（2010 湛江）小明通过学习得知：一般情况下，水的质量一定时，加入食盐的质量越多，溶液的浓度就越高．他想探究食盐水溶液的导电性能与什么因素有关。小明的猜想是：
a．食盐水溶液的导电性能与溶液的浓度有关。
b．食盐水溶液的导电性能与金属片之间的距离有关。
c．食盐水溶液的导电性能与溶液的温度有关。
小明利用水、食盐、烧杯、小勺子、电源、刻度尺、小灯泡、金属片、酒精灯等器材，设计了如图13的装置，进行了探究实验。他记录的实验表格如下：
(1)比较实验次数1和2可验证猜想___________(选填“a”、 “b”或“c”) 。
(2)这个实验用到了控制变量法，我们所学的实验中，很多也用到了控制变量法，请举一例：______________________________;
(3)在实验过程中，小明认为用电流表代替小灯泡也能进行实验，你认为___________(选填“可行”或“不可行”)，理由是_____________________________。
(4)利用现有的装置和器材，请你对猜想c进行探究验证。
①实验步骤：用酒精灯加热食盐水溶液，观察小灯泡的亮度变化。
②你怎样对该实验结果进行分析判断
(5)请你提出一个新的猜想：溶液的导电性能可能还与__________有关。
思路分析：(1)比较试验1和2中的数据可以看出，两次实验中金属片之间的距离相同，而加入食盐量不同，即溶液的浓度不同，所以实验1和2 可验证猜想a.（2）控制变量法在初中物理实验中是应用比较多的一种实验方法，例如探究电流与电压、电阻的关系，研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小的关系等。（3）在实验过程中，用电流表代替小灯泡进行实验是可行的，因为根据电流表的读数可以更为准确地判断出电路中电流的大小，进而反映出食盐水溶液的导电性能。（4）如果小灯泡亮度发生变化，说明溶液的导电性与溶液的温度有关，否则无关。（5）溶液的导电性能可能还与金属片插入溶液中的深度（或金属片与溶液的接触面积等）有关。
答案：(1)a (2)例如探究电流与电压、电阻的关系，研究压力的作用效果与压力的大小和受力面积大小的关系等。(3)可行 因为根据电流表的读数可以更为准确地判断出电路中电流的大小，进而反映出食盐水溶液的导电性能。(4)如果小灯泡亮度发生变化，说明溶液的导电性与溶液的温度有关，否则无关。(5)金属片插入溶液中的深度（或金属片与溶液的接触面积等）
例2（2010 兰州）某同学在“探究浮力大小跟什么因素有关系”时，做了如图所示的实验。
（1）请将表格内容填写完整。
（2）由实验数据可以得出：浸在液体中的物体所受的浮力与 有关系。
（3）实验中他采用了 的研究方法。
思路分析：（1）表格中第一行中的数据是弹簧测力计的示数，题中已给出，直接填写即可；第二行要求填写的是浮力的大小，等于物体在空气中的重力与物体在液体中的弹簧测力计的示数之差即F浮=G-G/。
（2）对比②③④，相同的量是物体排开液体的体积，不同量是液体的密度，采用了控制变量法的思想，研究的是浮力与液体密度的关系。物体排开液体的体积不变，液体的密度变大，物体受到的浮力逐渐变大，说明浮力大小与液体密度有关。
（3）实验中控制的变量是物体排开液体的体积，改变的变量是液体密度，是典型的控制变量法实验的思路。
答案：（1）
（2）液体的密度；（3）控制变量。
小结：在初中物理课本中，用到控制变量法的实验有很多，例如：
研究音调与频率的关系、响度与振幅的关系。
研究滑动摩擦力的大小与压力的大小、接触面的粗糙程度的关系。
研究压力的作用效果与压力的大小、受力面积大小的关系。
4.研究电磁铁的磁性与线圈的匝数、电流大小的关系。
5.研究道题电阻的大小与道题的材料、长度及横截面积的关系。
6.研究电流与电压、电阻的关系（即欧姆定律）。
7.研究电流产生的热量与电流、电阻的关系（即焦耳定律）。
8.研究物体的动能大小与质量、速度的关系。
9.研究五体的重力势能的大小与质量、高度的关系。
转换法
例3（2011连云港市）“帕斯卡裂桶实验”的演示，激发了学生“探究影响液体压强大小因素”的兴趣。他们设计了如下图所示的实验探究方案，图(a)、(b)、(d)中金属盒在液体中的深度相同。实验测得几种情况下压强计的U形管两侧液面高度差的大小关系是h4＞h1＝h2＞h3。
（1）实验中液体压强的大小变化是通过比较_______来判断的，这种方法通常称为转换法。
（2）由图（a）和图____两次实验数据比较可以得出：液体的压强岁深度的增加而增大。
（3）由图（a）和图（d）两次实验数据比较可以得出：_________________________。
【思路分析】实验中液体压强的大小变化不容易观看，我们可以通过压强计U形管两侧液面的高度差来判断，高度差越大，液体的压强越大。在探究液体压强和液体深度和密度时要采用控制变量法，通过控制同种液体来研究液体压强和液体深度的关系，控制深度探究液体压强和液体密度的关系。
【答案】（1）压强计U形管两侧液面的高度差
（2）c
（3）液体的压强与液体的密度（或种类）有关（或在不同液体的同一深度处，液体的密度越大，压强越大）
【点评】本题考查的知识点有：液体内部的压强的特点，在物理上有很多物理量不方便测量，我们可以用容易测量的物理量来表示，例如：电路中的电流和电压用电流表和电压表测量，这种方法叫做转化法，在物理上经常用的，难度中等。
例3（2010 济宁）铅笔芯是石墨和黏土混合制成的。不同类型的铅笔的笔芯软硬程不同，其中6H的铅笔芯最硬，6B的铅笔芯最软，HB的铅笔芯软硬居中。铅笔芯是导体，那么铅笔芯的电阻大小与其软硬度是否有关呢？小明用如图所示的装置探究这个问题。他先后将6B、HB和6H的铅笔芯分别接入电路A、B两点间，通过观察 ，比较出三者电阻的大小。用此方法比较电阻大小的依据：
。他选取的这三支铅笔芯应满足的条件是： 。
思路分析：因为电流表与铅笔芯串联，而电阻是阻碍电流大小的物理量，因此通过观察电流表示数的大小可以比较出铅笔芯电阻的大小；
比较电阻大小的原理是：电压一定，电流越大，电阻越小（或欧姆定律）；
为了探究电阻大小与材料的关系，因此要控制铅笔芯粗细相同、长度相同。
答案：电流表示数的大小 电压一定，电流越大，电阻越小（或欧姆定律） 粗细相同、长度相同。
例4 （2010 德州）通过物理知识的学习，同学们不难发现：
（1）当要研究的物理量不易直接测量时，都要想办法把它们的大小间接表示出来。例如：在探究摩擦力与什么因素有关的实验中（如图左所示），用弹簧测力计拉动木块时，必须让木块在水平面上做 运动，通过读取弹簧测力计上的示数可间接知道摩擦力的大小；又如，在研究“牛顿第一定律”的实验中（如图右所示），让同一小车从斜面上相同的高度由静止滚下，在粗糙程度不同的平面上运动，小车在水平方向上受力的大小可通过小车 表现出来。
（2）当要研究某个物理量与多个因素的关系时，一般要采用 法。例如：在探究摩擦力与什么因素有关的实验中，要研究摩擦力的大小与压力大小关系，就要多次改变
，同时保持接触面的粗糙程度不变。
（1）只有做匀速运动时拉力才和摩擦力相等，摩擦力才能通过测力计直接读出来，小车在水平面上所受阻力越大，小车运动的距离越近。
（2）要研究某个物理量与多个因素的关系时，一般保持一个量不变，再研究其余量的关系，影响摩擦力的因素是压力的大小和接触面的粗糙程度。
解：（1）只有做匀速运动时拉力才和摩擦力相等，摩擦力才能通过测力计直接读出来。实验中，必须让木块在水平面上做匀速直线运动运动。根据二力平衡时，拉力等于摩擦力，测力计的读数就是摩擦力的大小。小车在水平面上所受阻力越大，小车运动的距离越近。
小车从同一高度滚下来，具有相同的速度，在水平面上运动的距离越远，说明受到的阻力越小，这里运用了转换法。
（2）要研究某个物理量与多个因素的关系时，一般要采用控制变量法，要研究摩擦力的大小与压力大小关系时，就要先保持接触面的粗糙程度不变，多次改变压力的大小。
答案：（1）匀速直线运动；在水平面上移动的距离的大小。
（2）控制变量法；压力大小。
点评：本题考查二力平衡条件的应用以及影响摩擦力的因素，关键知道物体只有静止或做匀速直线运动时才受平衡力，二力大小相同，方向相反，在同一直线上，作用在同一物体上，还要学会运用控制变量法解决问题。
小结:在初中物理课本中，用到转换法的实验有很多，例如：
利用小球的振动来判断发声的物体在振动。
判断电路中是否有电流时，可通过电路中的灯泡是否发光去确定。
通过扩散现象研究分子的热运动。
电磁铁的磁性强弱可通过吸引大头钉的多少来体现。
判断磁场是否存在时，可用小磁针放在其中看是否转动。
利用小桌陷入海绵的深度判断压力作用的效果。
判断小球将木块推动得远近来判断小球动能的大小。
第3节 等效替代法
例3（2010 广安）石林中学的张江同学自备器材，主动探究“平面镜成像的规律”，其情形如图所示，他先把一块平板玻璃垂直立在水平桌面上，再准备A、B两支大小、外形完全一样的蜡烛，然后把点燃的蜡烛A立在玻璃板前，又把蜡烛B放在玻璃板后面，并移动蜡烛B的位置，使它与蜡烛A的像完全重合。
（1）张江同学在做探究实验时用透明玻璃板代替平面镜是为了 。
（2）他选择的蜡烛B与蜡烛A的大小、外形完全一样是为了 。
（3）如果把蜡烛A向镜面移动一段距离，又移动蜡烛B去与蜡烛A的像比较，会发现蜡烛A像的大小 （选项“变大”、“变小”或“不变”）。
（4）如果在蜡烛A像的位置放一个光屏，光屏上 承接到像（选项“会”或“不会”），这说明平面镜所成的像是 像（选填“虚”或“实”）。
思路分析：（1）在平面镜成像特点实验中采用玻璃板代替平面镜，其目的是为了确认物像的位置及大小。因为玻璃板是透明的，能在观察到A蜡烛像的同时。还可以透过玻璃清楚的看到放在后面B蜡烛，便于确定像的位置和大小。
（2）两只蜡烛大小相同，后面的蜡烛又和前面蜡烛的像完全重合，这样就证明了像与物大小相同，所以他选择的蜡烛B与蜡烛A的大小、外形完全一样是为了比较像与物的大小。
（3）因为平面镜成像的特点之一是像与物体等大，与物距大小无关，所以如果把蜡烛A向镜面移动一段距离，又移动蜡烛B去与蜡烛A的像比较，会发现蜡烛A像的大小不变。
（4）因为光屏只能接收实像，不能接收虚像，而平面镜成的是虚像，所以如果在蜡烛A像的位置放一个光屏，光屏上不会承接到像，从而验证了平面镜所成的像是虚像。
答案：（1）确定像的位置和大小 （2）比较像与物的大小
（3）不变 （4）不会 虚
点评：本题主要考查了平面镜成像特点的实验及其应用。这是光学中的一个重点，也是近几年来中考经常出现的题型，要求学生熟练掌握，并学会灵活运用。
例6 小明设计了一种测量未知电阻Rx的实验方案，并选择了合适的器材，测量电路如图所示，电源电压恒定，滑动变阻器最大阻值未知，在A、B两点间接入的元件每次只能是电阻箱或未知电阻Rx。
（1）请你帮他完成相关实验内容：
①将 接入A、B两点间；
②闭合开关，移动滑动变阻器滑片到某一合适位置时，记下 ；
③断开开关，取下A、B间的元件，将 接在A、B两点间；
④闭合开关，调节 ，使 ；
⑤读出 ，即可知道Rx的阻值。
（2）小明测量电阻Rx的方法，在科学研究中经常用到，下面四个研究实例中，采用这种研究方法的是( )
A．力是看不见的，可以通过力的作用效果认识它
B．根据磁铁吸引大头针多少判定磁铁磁性的强弱
C．用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
D．用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱。
思路分析：根据题目中所给原件，应考虑采用等效替代法。让未知电阻Rx与电阻箱的阻值相同，即可知道未知电阻的阻值。将未知电阻Rx与电阻箱分别接入A、B两点间，若电压表示数相同，则两者电阻相同。ABCD四个研究实例中，ABD均运用了转换法，只有C是运用了等效替代法。
答案：（1）①未知电阻Rx ②电压表示数U ③ 电阻箱
④电阻箱 电压表示数仍为U
⑤电阻箱示数 （2） C
小结：在初中物理课本中，用到等效替代法的实验有：
求多个电阻组成的串、并联电路的总电阻；
测量不规则小物块固体的体积时，用它排开水的体积代替固体的体积。
托里拆利实验中，利用水银柱产生的压强与大气压强相等来测定大气压的数值。
第4节 理想模型法
例7 见原26版 例7
小结：在初中物理课本中，用到理想模型法的实验有：
在研究磁场的分布时，引入磁感线。
在研究光的传播路径和方向时，引入光线。
将光滑表面看做是没有摩擦的理想表面。
电流表、电压表也是一种理想模型：在实际应用中，不考虑电流表本身的电阻对电路的影响；而电压表在接入电路时，则认为其“断路”。
电源内部也有电阻，在实际应用时不考虑电源本身电阻对电路的影响。
在研究分子运动时，将分子看作是小球，而不再考虑分子内部的实际结构。
第5节 类比法
例8见原26版 例8
小结：
3.在研究分子的作用力时，用弹簧的作用力进行类比。
推理法
例9 （2010 镇江）如图是探究“阻力对物体运动的影响”的过程。
（1）根据图中情景可以判断以下说法正确的是（D）
A．①是假设，②③是实验事实，④是实验推论
B．①②③④都是实验事实
C．①②是实验事实，③④是实验推论
D．①②③是实验事实，④是实验推论
（2）每次让小车从斜面同一高度由静止滑下，记下小车最终停在水平面上的位置。可知小车受到的阻力越小，小车运动的路程越 。其中运动的小车在木板上最终停下来，是因为小车在水平方向上受 （选填“平衡力”、“非平衡力”或“不受力”）。
（3）若用木块代替小车再探究“摩擦力的大小与什么因素有关”，还需要添加的器材是长方体木块、钩码和 。
思路分析：（1）①②③项是我们都可以观察到实际的现象，故它们都是事实。而第④项无法通过观察得出，但是我们可以根据实验现象由合理的推理得出，故是一种推论。
（2）通过分析我们知道小车在受阻力最小的木板上滑的最远，所以说阻力越小，物体运动得越远。而小车能停下来是因为受到了非平衡力作用，只受到阻力作用。
（3）如果要探究摩擦力的大小与什么因素有关，还需要弹簧测力计。
答案：（1）D （2）远 非平衡力 （3）弹簧测力计
小结：在初中物理课本中，用到推理法的实验不多，如：
研究真空中不能传声；
研究牛顿第一定律。
图象法
例10 （2010 南京）小明用图甲所示的装置做“观察水的沸腾”实验。
（1）为了完成实验，还需要的测量器材是 ；
（2）已知水的质量为100g，则水从80℃升高到90℃吸收的热量是 J，此过程水的内能 （选填“增大”、“不变”或“减小”）[水的比热容为4.2×103J/（kg ℃）]
（3）下表是实验中他记录的一组数据，由数据可知，水的沸点是 ℃，根据记录的数据，在图乙中画出水沸腾前后温度随时间变化的图象；
（4）沸腾时，杯口附近出现大量“白气”，“白气”是 遇冷 （填物态变化名称）形成的。
思路分析：（1）在此实验中需要探究水的温度随时间的变化情况，所以需要秒表控制时间，用温度计测量水的温度。
（2）根据热量的计算公式：Q=cm△t，水吸收的热量为：Q=cm△t=4.2×103J/（kg ℃）×100×10-3kg×（90℃-80℃）=4.2×103J
在水的沸腾过程中虽然温度不变，但不断吸热，所以内能增大。
（3）从表格中数据可以看出，水在沸腾过程中温度保持98℃不变，所以水的沸点为98℃。
根据表格中数据描点，并用平滑的曲线连接起来。
（4）沸腾时，杯口附近出现大量“白气”是由水蒸气液化形成的小水珠。
答案：（1）秒表 （2）4.2×103J 增大 （3）98 图象如图
（4）水蒸气 液化
例11.（2011·海南）小明探究“浮力大小与深度的关系”，探究过程及有关数据如图所示。
（1）物体（圆柱体）所受的重力是_____ N。
（2) 物体受到的最大浮力是_____ N。
（3）图乙中正确反映弹簧测力计示数F和物体下表面在水中的深度h关系的图象是_____。（物体未接触容器底）
（4）图甲的弹簧测力计_____（选填“能”或“不能”）用来测量一个大西瓜的重力。
解析：（1）根据测力计读数可知，物体（圆柱体）所受的重力是4N。
（2）物体受到的浮力等于物体的重力减去测力计上的读数，物体重力不变，当弹簧测力计的读数最小时，浮力最大，即最大浮力为4N-3.2N=0.8N。
（3）根据图甲可知，当深度从0逐渐增大的过程中，弹簧测力计的示数先减小，当物体全部浸入水中后保持不变，故本题答案为D。
（4）图甲测力计的最大测量值是5N，相当于0.5kg物体的重力，远远小于一个大西瓜的重力，故不能用该弹簧测力计测量大西瓜的重力。
答案：6.（1）4 （2）0.8 （3）D （4）不能
归纳分析法
例12 （ 2010烟台）在以“力”为主题的辩论赛中，正方和反方提出了许多观点，小明把他们的观点归纳整理如下表。你认为正确的观点有 。(只填序号)
正 方 反 方
观点 1．两个物体相接触，就一定有力的作用 2．两个物体接触，但不一定有力的作用
3．两个物体不接触，一定没有力的作用 4．两个物体不接触，也可能有力的作用
5．力不能脱离物体而单独存在 6．力可以脱离物体而单独存在
7．力的产生总涉及两个物体 8．一个物体也可以产生力的作用
9．力是维持物体运动状态的原因 10．力是改变物体运动状态的原因
思路分析：（1）自然现象中的物体间推、拉、提、压、排斥、吸引等作用发生时与物体间的是否接触无关，由此判断：两个物体接触与不接触都不能是判断是否发生力的作用的标准，故两个物体接触，不一定有力的作用，两个物体不接触，也可能有力的作用。
（2）力是物体对物体的作用，必须发生在物体之间，它不能离开物体而存在，故力不能脱离物体而单独存在，观点正确。
（3）力是物体对物体的作用，必须发生在物体之间，这要求力的发生至少有两个物体，所以力的产生并不是总涉及两个物体，经常是在两个以上的物体间产生，一个物体是绝不能产生力的作用。故力的产生总涉及两个物体和一个物体也可以产生力的作用，这两种观点错误。
（4）力的作用效果：改变物体的形状和改变物体的运动状态。物体的运动状态的变化是力作用的结果，物体运动状态的维持不是靠力，而是由于物体的惯性。所以力是改变物体运动状态的原因，观点正确。
答案：2、4、5、10。
点评：本题要求学生对力概念做到正确的理解力的概念特点，力的作用效果（改变物体的形状和改变物体的运动状态），物体的运动状态的改变和物体的运动是两种不同的物理意义，物体的运动状态的改变指运动快慢或运动方向的改变，物体运动是指物体位置的改变，维持物体的运动状态不变是指物体的运动快慢和运动方向都不改变。
总结：上面八种方法是初中物理常用到的研究方法。值得一提的是，很多物理规律的形成、实验过程的设计同时用到了多种研究方法。例如在研究物体动能的大小与质量和速度的关系实验中，根据小球将物块推动的远近来判断小球动能的大小，这是转换法；在研究动能的大小与质量的关系时，要控制小球的速度不变，用到了控制变量法。同学们在平时的学习中应重视这些方法的使用过程，逐步提高对它们的应用能力。

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