1、专训专训2 2：控制变量法与：控制变量法与 转换法的应用转换法的应用第十六章第十六章 电压电压 电阻电阻 对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量对于一些看不见、摸不着的现象或不易直接测量的物理量，物理学中常用一些非常直观的现象去认识的物理量，物理学中常用一些非常直观的现象去认识或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法或用易测量的物理量间接测量，这种研究问题的方法叫叫转换法转换法。在探究。在探究“导体的导电性能、电阻的影响因导体的导电性能、电阻的影响因素素”的实验中，通过观察灯泡的亮度变化，或电流表的实验中，通过观察灯泡的亮度变化，或电流表示数的变化，来推断导体的导电性能和电路中电阻的
2、示数的变化，来推断导体的导电性能和电路中电阻的变化，利用了转换法。其中，根据电流表的示数作出变化，利用了转换法。其中，根据电流表的示数作出判断更准确，而根据灯泡的亮度作出判断更直观。判断更准确，而根据灯泡的亮度作出判断更直观。物理学中对于多因素物理学中对于多因素(多变量多变量)的问题，常常采用的问题，常常采用控制因素控制因素(变量变量)的方法，把多因素的问题变成多个单的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究因素的问题，而只改变其中的某一个因素，从而研究这个因素对事物的影响，然后分别加以研究，最后再这个因素对事物的影响，然后分别加以研究，最后再综合解决，这种
3、方法叫综合解决，这种方法叫控制变量法控制变量法。探究电阻影响因。探究电阻影响因素的实验运用了控制变量法。素的实验运用了控制变量法。1训练角度训练角度探究导体的导电性能探究导体的导电性能【陕西陕西】雨天乘车时，小华发现汽车前挡风玻璃上雨天乘车时，小华发现汽车前挡风玻璃上的刮水器随着雨的大小，刮动的速度相应地发生的刮水器随着雨的大小，刮动的速度相应地发生变化。雨停后，刮水器自动停止工作。小华查阅变化。雨停后，刮水器自动停止工作。小华查阅相关资料后，发现它的工作电路中安装有相关资料后，发现它的工作电路中安装有“雨水雨水检测金属网检测金属网”装置。小华想，该装置究竟在刮水装置。小华想，该装置究竟在刮水
4、器工作中起到了什么作用，于是她自制了如图甲器工作中起到了什么作用，于是她自制了如图甲所示的雨水检测金属网所示的雨水检测金属网(以下简称检测网以下简称检测网)，并设计，并设计了如图乙所示模拟电路进行探究。了如图乙所示模拟电路进行探究。例例1(1)小华按照所设计的电小华按照所设计的电路图连接电路，实验路图连接电路，实验时，检测网未放入雨时，检测网未放入雨水中，电路处于断开状态，再将检测网放入雨水中，水中，电路处于断开状态，再将检测网放入雨水中，电路接通，表明雨水是电路接通，表明雨水是_(填填“导体导体”或或“绝绝缘体缘体”)。小华通过观察电路中。小华通过观察电路中_的变化，的变化，来判断电动机转速
5、的变化，从而反映刮水器刮水速来判断电动机转速的变化，从而反映刮水器刮水速度的变化。度的变化。导体导体电流表示数电流表示数(2)将检测网竖立并浸入雨水中不同深度处进行实验，将检测网竖立并浸入雨水中不同深度处进行实验，记录如下数据：记录如下数据：结合上述实验将表格中的数据补充完整。结合上述实验将表格中的数据补充完整。分析数据可知，检测网浸入雨水中深度越深，电流分析数据可知，检测网浸入雨水中深度越深，电流表示数越大。这说明表示数越大。这说明a、b间接入电路的电阻在间接入电路的电阻在_(填填“变大变大”或或“变小变小”)。根据影响导体电阻。根据影响导体电阻大小的因素可知：大小的因素可知：a、b间接入电
6、路的电阻变化是由间接入电路的电阻变化是由导体的导体的_变化引起的。变化引起的。0变小变小横截面积横截面积(3)小华设计的电路在无雨水时，电动机不能转动，无小华设计的电路在无雨水时，电动机不能转动，无法实现车窗的清洗。请你在不拆卸原电路的基础上，法实现车窗的清洗。请你在不拆卸原电路的基础上，在该电路中加装一个电路元件，以解决此问题。在该电路中加装一个电路元件，以解决此问题。加装的元件是：加装的元件是：_。简述你的做法：简述你的做法：_。开关开关将开关与检测网并联将开关与检测网并联【点拨点拨】(1)放入雨水中，电路能接通，说明雨水是导体；可以通过观放入雨水中，电路能接通，说明雨水是导体；可以通过观
7、 察电路中电流表示数的变化，来判断电动机转速的变化；察电路中电流表示数的变化，来判断电动机转速的变化；(2)在检测网没有浸入雨水中时，电路是断开的，故电流表在检测网没有浸入雨水中时，电路是断开的，故电流表 的示数应为的示数应为0；检测网浸入雨水中部分越多，电流表的示数越大，说明电检测网浸入雨水中部分越多，电流表的示数越大，说明电 路中的电阻越小，这也说明路中的电阻越小，这也说明a、b间接入的电阻越小，这是间接入的电阻越小，这是 由于由于a、b间接入的电阻横截面积变化引起的。间接入的电阻横截面积变化引起的。(3)要想在无雨水时电动机能够转动，可在电路中加装一个开要想在无雨水时电动机能够转动，可在
8、电路中加装一个开 关，让开关与检测网并联即可。关，让开关与检测网并联即可。【汕尾汕尾】某物理兴趣小组学习了导体电阻的知识后，某物理兴趣小组学习了导体电阻的知识后，对食盐水溶液的导电性能与什么因素有关提出了对食盐水溶液的导电性能与什么因素有关提出了以下猜想：以下猜想：食盐水溶液的导电性能与溶液的浓度有关；食盐水溶液的导电性能与溶液的浓度有关；食盐水溶液的导电性能与溶液的质量有关；食盐水溶液的导电性能与溶液的质量有关；食盐水溶液的导电性能与溶液中两点间的距离食盐水溶液的导电性能与溶液中两点间的距离有关。有关。【同类变式同类变式】1.为了验证猜想，他们设计了如图为了验证猜想，他们设计了如图A所示的装
9、置，将电路所示的装置，将电路中的中的a、b两金属片分别插入如图两金属片分别插入如图B甲、乙、丙、丁溶液甲、乙、丙、丁溶液中所示的位置中所示的位置(金属片金属片a、b每次插入溶液中的深度都相每次插入溶液中的深度都相同同)进行探究：进行探究：(1)在连接电路时，开关必须在连接电路时，开关必须_，本实验电路中，本实验电路中接入电阻接入电阻R0的目的是的目的是_；(2)食盐水溶液的导电性能可以由食盐水溶液的导电性能可以由_来判断；来判断；(3)将金属片将金属片a、b分别插入如图分别插入如图B甲、乙所示位置可探甲、乙所示位置可探究猜想究猜想_(填序号填序号)；为了探究猜想；为了探究猜想，应将，应将金属片
10、金属片a、b分别插入分别插入_两图所示位置；两图所示位置；(4)将金属片将金属片a、b分别插入如图分别插入如图B乙、丁所示位置，若乙、丁所示位置，若I乙乙I丁丁，由此可得到的结论是：，由此可得到的结论是：_。2训练角度训练角度探究电阻的影响因素探究电阻的影响因素【哈尔滨哈尔滨】小明、小红和小亮在做小明、小红和小亮在做“探究影响导体的探究影响导体的电阻大小因素电阻大小因素”实验时，作出了如下猜想。实验时，作出了如下猜想。猜想一：导体的电阻可能与导体的长度有关。猜想一：导体的电阻可能与导体的长度有关。猜想二：导体的电阻可能与导体的横截面积有关。猜想二：导体的电阻可能与导体的横截面积有关。猜想三：导
11、体的电阻可能与导体的材料有关。猜想三：导体的电阻可能与导体的材料有关。实验室提供了实验室提供了4根电阻丝，其规格、材料如下表所示。根电阻丝，其规格、材料如下表所示。例例2(1)如图所示电路，闭合开关后，在如图所示电路，闭合开关后，在M、N之间分别接上之间分别接上不同导体，通过观察相关现象来比较导体电阻大小，不同导体，通过观察相关现象来比较导体电阻大小，小明、小红和小亮对图中的电路设计提出了自己的小明、小红和小亮对图中的电路设计提出了自己的观点：观点：小明认为：电流表是多余的，观察灯泡的亮度就可小明认为：电流表是多余的，观察灯泡的亮度就可以判断导体电阻的大小。以判断导体电阻的大小。小红认为：灯泡
12、是多余的，根据电流表示数的变化小红认为：灯泡是多余的，根据电流表示数的变化就可以判断导体电阻的大小。就可以判断导体电阻的大小。小亮认为：灯泡和电流表同时使用更好，因为灯泡小亮认为：灯泡和电流表同时使用更好，因为灯泡可以保护电路，从而防止烧坏电流表。可以保护电路，从而防止烧坏电流表。你赞同你赞同_(填填“小明小明”“小红小红”或或“小亮小亮”)的观点。的观点。小亮小亮(2)为了验证猜想二，可依次把为了验证猜想二，可依次把M、N跟跟_(填填“A”“B”“C”或或“D”)的两端相连，闭合开关，记下电的两端相连，闭合开关，记下电流表的示数，分析比较这两根电阻丝电阻的大小。流表的示数，分析比较这两根电阻
13、丝电阻的大小。(3)依次把依次把M、N跟电阻丝跟电阻丝A、B的两端连接，闭合开关，的两端连接，闭合开关，电流表的示数不同，分析比较电流表的示数不同，分析比较A、B两根电阻丝电阻两根电阻丝电阻的大小，可探究电阻跟的大小，可探究电阻跟_的关系，其结的关系，其结论是论是_ _。A、C导体的长度导体的长度在导体的材料、横截面积相同时，导体的在导体的材料、横截面积相同时，导体的长度越长，电阻越大长度越长，电阻越大(4)小丽在探究同样的课题时，手边只有一根电阻丝，小丽在探究同样的课题时，手边只有一根电阻丝，那么，她利用这根电阻丝和上述电路，不能够完成那么，她利用这根电阻丝和上述电路，不能够完成猜想猜想_(
14、填填“一一”“二二”或或“三三”)的实验验证。的实验验证。(5)以上方法在研究物理问题时经常用到，被称为控制以上方法在研究物理问题时经常用到，被称为控制变量法。下列变量法。下列4个实验中没有用到此方法的是个实验中没有用到此方法的是()A探究电流与电压、电阻的关系实验探究电流与电压、电阻的关系实验B探究影响压力作用效果的因素实验探究影响压力作用效果的因素实验C探究平面镜成像的特点实验探究平面镜成像的特点实验D探究影响摩擦力大小的因素实验探究影响摩擦力大小的因素实验C三三【点拨点拨】(1)灯泡的亮度可以明显地显示电阻的大小，而电流表可以精确地反灯泡的亮度可以明显地显示电阻的大小，而电流表可以精确地
15、反 映电阻的大小，两者串联接入电路中，在兼顾上述优点的同时，映电阻的大小，两者串联接入电路中，在兼顾上述优点的同时，灯泡还可以起到保护电路的作用。灯泡还可以起到保护电路的作用。(2)研究导体的电阻可能与导体的横截面积的关系，应选择仅横截面研究导体的电阻可能与导体的横截面积的关系，应选择仅横截面 积不同的电阻线积不同的电阻线A、C进行实验。进行实验。(3)利用仅长度不同的电阻丝利用仅长度不同的电阻丝A、B进行实验，可研究电阻与导体的进行实验，可研究电阻与导体的 长度的关系。长度的关系。(4)将一根电阻丝接入不同的长度在电路中，可研究电阻与导体的长将一根电阻丝接入不同的长度在电路中，可研究电阻与导
16、体的长 度的关系；将一根电阻丝一半接入电路，或对折后并联接入电路，度的关系；将一根电阻丝一半接入电路，或对折后并联接入电路，可研究电阻与导体的横截面积的关系。一根电阻丝的材料无法改可研究电阻与导体的横截面积的关系。一根电阻丝的材料无法改 变，不能用来研究电阻与导体的材料的关系。变，不能用来研究电阻与导体的材料的关系。(5)探究平面镜成像特点的实验利用的是等效替代法。探究平面镜成像特点的实验利用的是等效替代法。【白银白银】学习了电流、电压和电阻知识后，同学们学习了电流、电压和电阻知识后，同学们发现电流与水管中的水流相似、电压与水压差相似。发现电流与水管中的水流相似、电压与水压差相似。李明和同学们
17、提出：导体对电流的阻碍作用可能与李明和同学们提出：导体对电流的阻碍作用可能与水管对水流的阻碍作用相似，所以针对影响导体电水管对水流的阻碍作用相似，所以针对影响导体电阻大小的因素，他们提出了以下猜想：阻大小的因素，他们提出了以下猜想：猜想一：导体电阻的大小可能与导体的长度有关猜想一：导体电阻的大小可能与导体的长度有关(类类比管道长短比管道长短)；猜想二：导体电阻的大小可能与导体的横截面积有猜想二：导体电阻的大小可能与导体的横截面积有关关(类比管道粗细类比管道粗细)。4.【同类变式同类变式】于是他们从实验室借来了某合金材料制成的各种长度于是他们从实验室借来了某合金材料制成的各种长度和横截面积的电阻
18、丝，并设计了如图所示的电路。和横截面积的电阻丝，并设计了如图所示的电路。(1)连接电路时，开关连接电路时，开关S应处于应处于_(填填“断开断开”或或“闭合闭合”)状态，闭合开状态，闭合开关前滑动变阻器的滑片关前滑动变阻器的滑片P应置于应置于_(填填“a”或或“b”)位置；位置；(2)闭合开关后，他们发现电流表无示数，但电压表示闭合开关后，他们发现电流表无示数，但电压表示数接近电源电压，你判断他们的电路出现的故障可数接近电源电压，你判断他们的电路出现的故障可能是能是_。(3)电路连接正确后，他们经过认真测量，得到了下表电路连接正确后，他们经过认真测量，得到了下表所示的数据：所示的数据：比较表中数据，要验证他们的猜想一，可选哪三组数比较表中数据，要验证他们的猜想一，可选哪三组数据作比较：据作比较：_；比较表中数据，要验证他们的猜想二，可选哪三组数比较表中数据，要验证他们的猜想二，可选哪三组数据作比较：据作比较：_；(4)本实验采用的研究方法是本实验采用的研究方法是_；(5)实验结束后，细心的同学发现还有一个影响电阻大实验结束后，细心的同学发现还有一个影响电阻大小的因素没有研究，这个因素是小的因素没有研究，这个因素是_ _。
