高中物理:《力和運動》的常用的兩種實驗方法

2021-01-19 高考物理


一、控制變量法

當研究對象受到多個因素的共同約束時,為了分辨各個因素對研究對象的影響所使用的一種方法--只讓一個因素變化,其餘因素人為限制不變,然後逐個因素輪換。在研究滑動摩擦力跟壓力大小和接觸面的粗糙程度的關係時,應用了這種方法。

例1. 為了研究滑動摩擦力跟哪些因素有關,小明同學在老師的指導下做了一系列實驗,以下是部分實驗步驟(實驗過程中保持長木板水平且固定)。

第1次:把木塊平放在長木板上,用彈簧測力計水平拉木塊,使木塊做勻速直線運動(如圖1所示),讀出彈簧測力計的示數,並記入下表中;

第2次:把木塊側放在長木板上,用同樣的方法拉木塊(如圖2所示),記下相應示數;

第3次:把兩塊相同的木塊疊放在一起平放在長木板上,再用同樣的方法拉木塊(如圖3所示),並記下相應示數。







(1)若木塊質量為2kg,請你幫小明填全表格內的數據(g=10N/kg)

(2)比較__________兩次實驗數據,可以發現滑動摩擦力大小與接觸面積無關。

(3)比較第1、3兩次實驗數據,可以初步得出的實驗結論是:__________________。

解析:本題是一道用控制變量法的思想來探究滑動摩擦力跟哪些因素有關的試題。在探究滑動摩擦力與接觸面積的關係時,要控制壓力和接觸面的粗糙程度相同,然後讓接觸面積改變,觀察比較彈簧測力計的示數,看這一因素是否與所研究的問題有關;同樣地,在探究滑動摩擦力與壓力(接觸面的粗糙程度)的關係時,先要控制接觸面的接觸面積和粗糙程度(壓力的大小)相同,才能探究出科學的結論。

答案:(1)木塊對木板的壓力依次為20、20、40,滑動摩擦力依次是4.0、4.0、8.0;

(3)壓力越大,滑動摩擦力越大(或滑動摩擦力與壓力成正比)。

所謂假說法,是指在人類由於現有的認識水平、實驗儀器等條件的限制下無法直接去認知、實驗儀器等條件的限制下無法直接去認知、驗證某些物理特性和物理規律時,就在已有的相關的實驗事實的基礎上,進行邏輯推理和猜測,提出新的物理預見和理論,這就是假說。牛頓第一運動定律的得出就是成功運用假說法研究的結果。

例2. 使小球以相同的速度先後沿不同水平面開始滾動:

根據以上敘述,你將得出什麼樣的結論?(寫出一條即可)

解析:在以上三個實驗的基礎上,我們會發現水平面的摩擦越小,小球更不容易停下來,通過的距離就越遠。我們就可在此基礎上得出一個推論:假如水平面沒有摩擦,運動的小球將保持勻速直線運動狀態;或者說:運動的物體不受外力作用時,將保持勻速直線運動狀態。

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