热点01 控制变量法解析版

-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织，共同起作用的。我们在对这些物理现象进展研究的时候，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，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展分析，作出假设。2利用控制变量法控制其他因素不变，对每个因素依次进展研究，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。比方在探究加速度与力、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，采用如下图的实验装置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】1A 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，应选A；2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。2*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“F2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选项是_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】12B 3C 【解析】(1)F为平行四边形法则作出的合力，可能存在误差，而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；应选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。应选C.3在探究“加速度与力、质量的关系的实验中：(1)*组同学用如下图装置，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。以下措施中不需要和不正确的选项是_。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 BC D(2)本实验所采用的科学方法是：_。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)*组同学实验得出数据，画出aF图象如下图，则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，如下图，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下图，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.(计算结果保存两位有效数字)(5)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*一极限值，此极限值为_ m/s2.【答案】1B 2C 3B 4 0.71 0.80 59.8 【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力,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，应选择B选项。(2) 本实验所采用的科学方法是控制变量法，探究与关系时，要保持小车的总质理一定，探究与关系时，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。(4)，(5)对小车由牛顿第二定律可得，对小桶由牛顿第二定律可得，联立可得，当m趋于无穷大时，加速度。4(一)如下图是*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是_m/s2保存两位有效数字(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。*同学认为在此过程中必须注意以下几项，其中正确的选项是_。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*次实验中，拉OC细绳的弹簧秤指针位置如下图，其读数为_N；图中的F与F两力中，方向一定沿AO方向的是_。【答案】(一)(二)(1)B (2)C (3)【解析】一根据匀变速直线运动中*段时间内，平均速度等于中间时刻速度：根据逐差法求解加速度：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一样，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。应选C。(2)弹簧测力计的分度值为，所以读数为；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存在一定的误差，所以的方向一定沿着方向。5*实验小组利用如图甲所示的装置进展“探究加速度与合外力的关系的实验，小车质量为M，重力加速度为g1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，假设想用钩码的重力作为小车所受合外力，需满足_；2*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，由该纸带可求得小车的加速度_；结果保存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，由图象直线局部OA，可得出的结论是_直线局部OA的斜率_用M表示，图像后面出现弯曲的原因是_。【答案】(1)小车质量远大于钩码质量(2)1.15 (3)小车质量不变时，加速度与合外力成正比破坏了小车质量远大于钩码质量的条件【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*=at2可知，加速度：3由图丙所示图象可知，图象OA局部是直线，由此可知：小车质量不变时，加速度与合外力成正比由牛顿第二定律得：，则a-F图象直线局部OA的斜率：；随着力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，以下说法中正确的选项是_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，要重新平衡摩擦力C实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源D在小车中增减砝码，应使小车和砝码的质量远大于砂和小桶的总质量(3)*次实验中得到一条纸带，如下图，从比拟清晰的点起，每5个计时点取一个计数点，分别标明0、1、2、3、4，量得0与1两点间距离*130mm,1与2两点间距离*236mm,2与3两点间距离*342mm,3与4两点间的距离*448mm，则小车在打计数点2时的瞬时速度为_m/s，小车的加速度为_m/s2。(4)*同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：(小车质量保持不变)根据表中数据在坐标图上作出aF图象。图线不过原点的原因可能是_。图中的力F理论上指_，而实验中却用_表示。(选填字母符号)A砂和砂桶的重力 B绳对小车的拉力另一名同学重复此实验，保持小车质量一定改变砂和砂桶质量，屡次重复测量，在*次实验中根据测得的多组数据画出aF关系图线，他发现此图线虽然经过坐标原点，但后段阶明显偏离直线向下弯曲，造成此误差的主要原因是_。【答案】1B 2D 30.39 0.6 4没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 B A 砂和砂桶的质量没有远远小于小车的质量。【解析】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，由于变量较多，因此采用了“控制变量法进展研究，分别控制一个物理量不变，看另外两个物理量之间的关系，故ACD错误，B正确.2A、平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故A错误；B、每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故B错误；C、实验时，应先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，故C错误；D、当mM时，即当砝码和小桶的总重力要远小于小车的重力，绳子的拉力近似等于砝码和小桶的总重力，故D正确应选D3小车在打计数点2时的瞬时速度，加速度。4作出aF图象如图图象未过原点可能原因是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，导致有力但没有合力，则当然没有加速度产生；本实验将F当作：B绳对小车的拉力，实际上是：A砂和砂桶的重力，所以只有当砂和砂桶的重力远小于小车的质量时，才能使砂和砂桶的重力接近绳子拉小车的力此实验可以认为小车受到的合力等于钩码的重力，如果钩码的质量太大，则小车受到的合力小于钩码的重力，实验误差较大，a-F图象偏离直线，即造成图像后段阶明显偏离直线向下弯曲的主要原因是砂和砂桶的质量没有远远小于小车的质量。. z.