运用控制变量法处理涉及新知识的实验题

来源 :数理化学习·初中版 | 被引量 : 0次 | 上传用户:shiguanghuai
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  学习物理,不仅要知道结果、结论,更要注重研究问题的方法,从某种意义上说,掌握方法比掌握结论更重要,因为方法是解决问题的有力武器.近年来物理中考特别突出了对科学研究方法的考查力度,频频出现涉及到一些新的知识、方法、情境的题目,有些是高中物理的知识,对初中学生来说有一定难度,这些新知识尽管学生未曾谋过面,但解答问题所需的方法已具备,控制变量法就是其中之一,中考中也出现了涉及这一物理思想方法的考题.在涉及控制变量法的实验题中,学生要注意善于运用控制变量的方法对实验数据进行分析,在结论中也要体现控制变量思想,这样才能完整、准确地得出结论,探索出规律.下面列举两例中考题并作以解答,以期对学生能有所启迪.
  例1
  小明在探究通电直导线周围的磁场方向与电流方向的关系后,想进一步探究影响通电直导线周围磁场强弱的因素.经老师指导及查阅资料知,磁场的强弱可用物理量“B”来表示(单位为“T”),其大小与直导线中的电流I、测试点到直导线的距离r有关.小明通过实验所测得的两组实验数据见表1.
  表1(当测试点到直导线的距离r=0.02 m时,
  磁场的强弱B与电流I的实验数据)
  I/A2.551020
  B/T2.5×10-55×10-510×10-520×10-5
  (1)分析表1中的实验数据,你能得到什么结论?
  答:.
  表2当直导线中的电流I=5 A时,
  磁场的强弱B与距离r的实验数据
  r/m0.020.040.060.08
  B/T5×10-52.5×10-51.67×10-51.25×10-5
  (2)分析表2中的实验数据,你能得到什么结论?
  答:.
  解析:磁场的强弱B和单位T,及大小与哪些因素有关,这是一个高中物理知识,对初中学生来说是一个新知识点,表面看起来挺深奥,要善于运用控制变量法对实验数据进行分析,在结论中也应体现控制变量的方法.有些学生仅答出磁场的强弱B与电流I有关,或电流I增大(减小)磁场的强弱B也增大(减小)是不完整的.
  分析数据间的代数关系时,一般用“比值法”处理数据,在表一中,是在测试点到直导线的距离r不变的情况下做的,横向比较,第2次与第1次实验相比,电流I由2.5 A变为5 A,是原来的2倍,而磁场的强弱B也是原来的2倍,第3次与第1次实验相比,电流I是原来的4倍,而磁场的强弱B也是原来的4倍,比较其它各栏也由类似情况.由此可看出,在r一定时,B与I成正比.
  在表2中,是在直导线中的电流I不变的情况下做的,横向比较,第2次与第1次实验相比,距离r是原来的2倍,而磁场的强弱B是原来的1/2倍,第3次与第1次实验相比,距离r是原来的3倍,而磁场的强弱B是原来的1/3倍,比较其它各栏也由类似情况,.由此可看出,在I一定时,B与r成反比.
  据以上分析可得出结论:
  表1中:当距离r一定时,磁场的强弱B与电流I成正比.
  表2中:当电流I一定时,磁场的强弱B与距离r成反比.
  例2
  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.为了探究自由落体动快慢与哪些因素有关,小明有如下猜想:
  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,实验数据记录如表3.
  表3
  实验序号材料下落高度/m下落时间/s
  1铁球201.96
  2铁球302.47
  3铅球201.96
  (1)为验证猜想一,应比较实验序号 和 ,结论是: .
  (2)请你帮助小明验证猜想三:
  ①器材:0.5 kg的铁球A、1 kg的铁球B和皮尺,还需要的器材是
  .
  ②实验步骤:
  ③结论:
  (3)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.
  解析:本题中的自由落体运动是高中物理内容,让学生验证猜想,设计实验,总结结论,重在考查学生运用控制变量法分析问题的能力.猜想一中,物体下落的快慢与物体的材料有关,为验证它,观察分析实验数据记录,应当保持下落高度和下落时间相同,比较材料的不同,因此应比较实验序号1和3;在序号1和3中,它们下落的时间相同,而材料不同,所以可得结论物体下落的快慢与材料无关.
  为验证猜想三,应保持材料和下落高度相同,铁球和皮尺已经确定,需用计时器记录出时间,以便比较;实验时,要保持高度相同,用秒表测出两铁球下落的时间,即可比较出这一猜想的正确性.
  对于小敏同学的实验,纸下落时纸受空气的阻力太大,相对于纸的重力不能忽略,因此能确定两片纸不同时着地,下落过程中两片纸作的不是自由落体运动.用控制变量法作以上分析后,便能确定答案如下:
  答案:(1)1、3;在下落高度相同时,物体下落的快慢与材料无关.
  (2)①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.
  (说明:若写出tA >tB,或tA   (3)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.
  (说明:如答出阻力太大,或阻力不能忽略不计,可视为正确答案)
  点评:以上示范介绍了运用控制变量法处理涉及新知识的实验题的过程与方法,对于这类题,虽然难度较大,只要认真审读题文,不要惧怕出新知识,善于运用用控制变量法处理,分清表格内各项数据所表示的含义,分析表格内的数据,重点分析哪些条件相同,哪些条件不同,哪些物理量发生了变化,纵横比较,找出各数据间的相同点或不同之处,挖掘出反映其本质的东西,设计实验方案时也按照此法处理,这样更便于分析对比,便于确定设计思路,也就更容易探寻到结论,发现出规律,获得正确结果.
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