人教热点02 控制变量法 -2023年高考物理【热点·重点·难点】专练（全国通用）（解析版）.docx

热点02 控制变量法
控制变量法是科学研究中的重要方法，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）进行分析，作出假设。
2．利用控制变量法控制其他因素不变，对每个因素依次进行研究，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。
比如在探究加速度与力、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。
例题1. 图为“探究加速度与物体受力、物体质量关系”的实验装置图。
（1）下面列出了一些实验器材：电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）。除以上器材外，还需要的有____________
A．秒表    B．刻度尺    C．交流电源    D．直流电源
（2）本实验采用的科学方法是____________
A．理想实验法    B．控制变量法    C．类比法
（3）实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是__________（选填选项前的字母）。
A．改变小车的质量        B．把长木板右端垫高
在不挂重物且___________（选填选项前的字母）的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。
A．计时器打点        B．计时器不打点
（4）某同学在研究“外力一定时，加速度与质量的关系”时，保持砂和砂桶的质量不变，改变小车质量，得到小车加速度与质量的7组实验数据，如下表所示。在图所示的坐标纸上已经描好了6组数据点，请将余下的一组数据描在坐标纸上，并作出图像___________。
次数
1
2
3
4
5
6
7
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
（5）在研究“加速度与力的关系”时，认为桶和砂所受的重力等于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量比小车质量小得多。请分析说明这个要求的理由___________。
【答案】     BC##CB     B     B     A          见解析
【解析】（1）[1]本实验中，除了电火花打点计时器、纸带、带滑轮的长木板、垫块、小车和砝码、砂和砂桶、天平（附砝码）以外，还需要刻度尺和交流电源。
故选BC。
（2）[2]本实验采用的科学方法是控制变量法。
故选B。
（3）[3]实验中，需要平衡摩擦力和其它阻力，正确操作方法是：小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做匀速直线运动。
故选B。
[4]由上述分析可知，在不挂重物且打点计时器打点的情况下，轻推一下小车。若小车拖着纸带做匀速运动，表明已经消除了摩擦力和其它阻力的影响。
故选A。
（4）[5]图像如图所示
（5）[6]设绳子拉力为T，小车运动的加速度为a，小车质量为M，桶和砂的总质量为m。实验中平衡了摩擦力后，小车所受的合外力为绳子拉力T，对小车应用牛顿第二定律可得
对桶和砂应用牛顿第二定律可得
联立可得
可见，当桶和砂的总质量比小车质量小得多时，绳子拉力近似等于沙和桶的总重力，即桶和砂所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的合力。
例题2. 某实验小组的同学利用如图所示的实验装置探究小车匀加速运动速度和位移的关系并测量小车（含遮光条）的质量M。
以下是该实验的主要步骤：
①实验小组的同学用刻度尺测量出遮光条的宽度d
②挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使小车（含遮光条）沿木板匀速下滑；
③取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车从起点由静止出发沿木板下滑通过光电门并通过计算机记录了挡光时间Dt；
④改变砝码质量和木板倾角，重复步骤②③，每次释放小车位置相同且光电门在木板上位置不变，用刻度尺测出小车在起点时遮光条的中点到光电门的距离L，已知重力加速度为g。
根据实验步骤回答以下问题（结果均用m、k、g、d、L表示）：
（1）根据步骤③可知，小车受到的合外力为___________。
（2）某小组成员通过实验记录的数据作出图像，若已知