例谈“控制变量法”的应用

在物理学习中，我们应用到多种研究问题的方法如：建模法、类比法、等效替代法等。其中有一种应用最为广泛的方法：如在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中，影响因素（称为变量）可能有许多。怎样才能确定哪些因素没有影响，那些因素有影响以及影响的程度如何？在实验中，我们采取这样的方法：在研究某个因素的影响时，只改变这个量的大小，而保持其他量不变，从而确定这个因素是否影响导体的电阻，以此类推，对有关变量逐个地加以判断，就能找出影响电阻大小的所有因素，这种方法称为控制变量法。控制变量法是解决复杂问题的一种有效方法，在我们的物理学习中有广泛的应用。例如：研究影响液体内部压强大小的因素、研究影响物体动能大小的因素、研究影响物体重力势能大小的因素、研究影响物体滑动摩擦力大小的因素、研究弦乐器音调高低的因素、研究影响电磁铁磁性强弱的因素等等。不仅如此，在中考题的设计求解过程中亦有很多应用，现举几例，共同探讨。

1、实验问题中控制变量法的应用

1.1、（海淀区2006）物体只在重力作用下由静止开始下落的运动，叫做自由落体运动。这种运动只在没有空气的空间才能发生，在有空气的空间，如果空气阻力的作用比较小，可以忽略，物体的下落也可以近似地看作自由落体运动。为了探究自由落体运动快慢与哪些因素有关，小明作如下猜想：

猜想一：物体下落的快慢与物体的材料有关；

猜想二：物体下落的快慢与物体下落的高度有关；

猜想三：物体下落的快慢与物体的质量有关。

为验证猜想的正确性，几位同学用三个金属球做了一系列的实验，实验数据记录如下：

⑴为验证猜想一，应比较实验序号     和     ，

结论是：                                  ；

⑵请你帮助小明验证猜想三：

①器材：0.5kg的铁球A、1kg的铁球B和皮尺，还

需要的器材是                ；

②实验步骤：                                                                

③结论：                                                                    

⑶小敏同学也对这个问题进行了研究，她让两片完全相同的纸（一张平展，另一张对折）同时从三楼由静止开始下落，她发现两片纸          （填“同时”或“不同时”）着地，此下落过程中两片纸作的           （填“是”或“不是”）自由落体运动，因为     。

分析：此题考查学生控制变量法的应用能力、分析问题、设计实验解决问题的能力。要完成是否与物体材料的探究应当选择不同材料的小球，但是要控制下落的高度相同，从而选择1、3；而要想完成猜想3的探究，势必要控制小球的材料、落地的高度，通过比较落地的时间是否相同进而得出结论。

附参考答案：⑴1  3  在下落高度相同时，物体下落的快慢与材料无关 ⑵①秒表（计时器）

②Ⅰ、让A球从某一高度由静止下落，用秒表测出A球下落的时间为tA

Ⅱ、让B球从同一高度由静止下落，用秒表测出B球下落的时间为tB

③若tA = tB，则物体下落快慢与物体质量无关

若tA ≠ tB，则物体下落快慢与物体质量有关

⑶不同时  不是  纸所受的阻力太大，相对于纸的重力不能忽略不计

1.2、 (2006河北)小明做“研究液体的压强”实验时得到的几组数据如下表：

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