在物理學中,對于多變量問題,我們經常控制多個變量,每次只改變一個因素,而保持其他因素不變,從而研究改變的因素對事物的影響,分別進行研究,最后綜合解決。這種方法稱為控制變量法。它是科學探究中一種重要的思維方法,廣泛應用于各種科學探索和科學實驗研究中。初中物理中很多實驗都用到了控制變量法。下面我們就來討論一下,看看你是否已經熟練掌握了這種研究方法。
01研究蒸發速度與液體溫度、液體表面積及液體上方空氣流速的關系
在研究蒸發速度與液體溫度、液體表面積、液體上方空氣流量的關系時,我們發現,涉及的變量有溫度、表面積、空氣流量,也就是三個變量。如果要研究單一變量對蒸發速度的影響,應該控制其中兩個變量。
兩件相同的衣服用不同溫度的水清洗,然后攤開晾干,放在相同的環境中,我們發現用熱水清洗的那件衣服干得更快,由此我們得出結論,溫度越高,蒸發越快。兩件相同的衣服用相同溫度的水清洗,一件攤開晾干,一件不攤開晾干,放在相同的環境中,我們發現攤開晾干的那件衣服先干,由此我們得出結論初中物理涉及,蒸發速度與液體的表面積有關。兩件相同的衣服用相同的水清洗,以相同的方式攤開晾干,一件放在密閉環境中,另一件放在通風環境中,我們發現通風環境干得更快,由此我們得出結論,蒸發速度與空氣流速有關。綜上所述,我們得到了三個變量與蒸發速度的關系。 液體蒸發的速度與液體的溫度、表面面積、上方空氣流速呈正相關網校頭條,溫度越高,表面面積越大,上方空氣流速越快,則蒸發越快。
02研究弦樂器的音色與琴弦的松緊、長短、粗細的關系
在本次研究過程中,我們發現與音高相關的變量包括琴弦的松緊度、長度、粗細等,我們采用控制變量法對其進行分析。
對于同一根琴弦,我們調節它的松緊度,發現松的時候音調低,緊的時候音調高。當琴弦的粗細和松緊度相同時,我們發現長弦音調低初中物理涉及,短弦音調高。當琴弦的長短、松緊度相同時,我們發現粗弦音調低,細弦音調高。通過控制其中兩個變量,研究一個變量與音調的關系,我們得出琴弦越緊、越細、越短,音調越高的結論。
03研究液體壓力、液體密度與深度的關系
這項研究的變量相對較少,只有密度和深度。
控制密度(用同樣的液體),看看壓力和深度的關系。(圖A,B) 控制深度,換不同的液體,看看壓力和密度的關系。(圖B,C) 所以我們可以得出,液體的壓力和深度、密度成正比,越深,密度越大,壓力越大。
04 結論
控制變量法在物理學中的應用例子很多,這里就不一一列舉了。應用控制變量法時,必須控制其他變量,只留下一個變量進行因果研究,得出結論,再把控制變量替換掉,得到另一個結論,最好把所有的結論綜合起來。
05自我訓練與提升
有興趣的同學可以自己嘗試分析下面的控制變量法實驗,看看自己是否真正的理解和掌握它。
研究壓力的作用與壓力和受力面積的關系。變量:壓力-力-面積 研究滑動摩擦與壓力和接觸面粗糙度的關系。變量:壓力-粗糙度 研究物體的動能與其質量、速度的關系。變量:質量-速度 研究物體的勢能與其質量、高度的關系。變量:質量-高度 研究導體的電阻與導體的長度、截面積的關系。變量:長度-材料-截面積 研究導體中的電流與導體兩端的電壓、導體電阻的關系。變量:電壓-電阻 研究導體中電流產生的熱量與電流、電阻、通電時間的關系。變量:電流-電阻-通電時間 研究電磁鐵的磁性與線圈匝數、電流大小的關系。變量:匝數-電流大小