物理中的控制变量法

控制变量法是科学探究的一种方法，它在物理学中应用特别广泛。控制变量法是指：在研究某个问题(如物理量等)与多种因素的关系时，每次只改变一个因素，保持其他因素不变，通过分析这个改变的因素与所研究问题之间的关系，再分析综合得出结论(或规律)。

例如：研究电流跟电阻和电压的关系：首先保持电阻不变，只探究电流和电压的关系。具体的做法如下：

连接电路，其中定值电阻，滑动变阻器，闭合开关S后，调节滑动变阻器的滑片，使尺两端电压成整数倍的变化(如2V、4V、6V等)，根据电压表和电流表的示数即可测出每次加在尺上的电压值和电流值。分析比较这些数值，就可得出结论：在电阻一定的情况下，导体中的电流跟导体两端的电压成正比。

其次保持电压不变，只探究电流跟电阻的关系，具体做法如下：

仍利用电路，换用不同的定值电阻，使电阻成整数倍变化，调整变阻器的滑片，保持定值电阻的两端的电压不变，这样就可测出对应于不同阻值的电流值。分析比较这些数值，就可得出结论：在电压不变的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。

综合上述就得下面的结论：

导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比(I＝U/R)。

这个结论是德国物理学家欧姆(G.S.Ohm，1787-1854)，在19世纪初期，经过大量实验得出的，叫做欧姆定律。

在学习物理课中，有很多应用控制变量法的实验，除上述“研究电流跟电压和电阻的关系的实验”外，还有：“研究液体压强的实验”、“研究影响蒸发快慢的因素的实验”、“研究压力的作用效果的实验”、“研究影响动能(势能)大小的因素的实验”、“研究影响电阻大小的因素的实验”、“研究焦耳定律的实验”、“研究电磁铁的实验”等等。

在中考试题中也有涉及用“控制变量法”思想的题目，解这类问题的一般方法如下：

1，认真审题，明确题目中所研究的“问题”指的是什么，找出与该问题相关的“因素”。

2，如果所研究的问题仅与两个因素有关，则控制其中某个因素不变(即数值相等)，分析另一个变化的因素对所提出问题的影响，从而得出结论。

3，如果所研究的问题与三个因素有关，则控制其中的两个因素不变，分析另一个因素的变化对所研究的问题的影响，从而得出结论。

4，如果所研究的问题与三个以上的因素有关，依次类推。即只改变其中的某一个因素(不包括所研究的问题)，其他因素均不变。分析变化的这一个因素与所研究问题的关系，从而得出结论。

例：(2004年山东济南)在学习吉他演奏的过程中，小华发现琴弦发出声音的音调高低是受多种因素影响的，他决定对此进行研究。经过和同学们讨论，提出了以下猜想：

猜想1：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的横截面积有关：

猜想2：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的长短有关：

猜想3：琴弦发出声音的音调高低，可能与琴弦的材料有关。

为了验证上述猜想是否正确，他们找到了下表所列9种规格的琴弦。因为音调的高低取决于声源振动的频率，于是他们借来了一个能够测量振动频率的仪器进行实验。

(2)随着实验的进行，小华又觉得琴弦音调高低，可能还与琴弦的松紧程度有关，为了验证这一猜想，必须进行的操作是：______________________________

(3)课本中所涉及的探究实验中，有些实验的研究方法与上述方法类似，例如：______________________________

[分析]本题所研究的“问题”是“音调高低”，所涉及的因素有材料、长度、横截面积。所研究的问题与三个因素有关，所以应控制其中两个因素不变。

(1)猜想1是研究音调高低(即“问题”)与横截面积的关系，所以横截面积这个因素要改变(即数值不同)，而另外两个因素――长度和材料均不变，即材料一样，长度数值相等。兼顾这i个要求，只能选用编号A 、 B 、 C。

猜想2是研究音调高低与长度的关系，所以长度要改变，而材料和横截面积必须保持不变，只能选编号A 、 D 、 F。

猜想3是研究音调高低与材料的关系，所以应控制长度与横截面积不变，而改变材料，观察表l可知：不同的材料分别是铜、钢、尼龙。值得注意的是：表中的“钢”只给了一组数值(80，1.02)。我们要控制长度和横截面积不变，就是指保持铜、钢、尼龙三者的长度相同，横截面积相等，即铜和尼龙的长度和横截面积应该与钢的长度和横截面积等，即(80，1.02)。所以表中所缺的数据为：______________________________ 。

(2)要注意体现控制变量的思想。参考答案如下：选取一根琴弦，用一定大小的力拉紧琴弦，拨动琴弦，测出此时振动的频率；改用不同的力拉紧琴弦，分别测出相应的振动频率，进行分析比较。

(3)……