Question

11．下雨天，小穎站在窗前看到對面人字形屋面上雨水在不停地流淌．
他想，雨水在屋面流淌的時間與哪些因素有關呢？他提出了三種猜想：
猜想1：雨水流淌的時間可能與雨水的質量有關；
猜想2：雨水流淌的時間可能與屋面的傾角有關．
猜想3：雨水流淌的時間可能與屋面的材料有關．
（1）為了驗證猜想是否正確，他設計了一個如圖甲所示的裝置（傾角α可調），用小球模擬雨滴進行了如下探究：

①保持斜面傾角α不變，換用不同質量的小球，讓它們分別從斜面的頂端由靜止釋放，測出每次小球通過斜面的時間．如表一．小穎經過分析得出的結論是：在保持斜面的材料與傾角α不變時，不同質量的小球下滑時間相同．（在保持斜面的材料與傾角α不變時，小球下滑時間相同與質量無關．）．
表一

質量m/g	3	6	8	12	20
時間t/s	1.7	1.7	1.7	1.7	1.7

②不改變底邊的長度，多次改變傾角α，讓同一小球從斜面的頂端由靜止釋放（如圖乙），測出每次每次小球通過斜面的時間，如表二．
表二

傾角α/°	15	30	45	60	75
時間t/s	1.9	1.6	1.2	1.6	1.9

為了便于得出規律，請在圖丙中大致作出t-α的圖象．
小穎對上述數據進行了歸納分析，得出的結論是在不改變斜面底邊長度與斜面的材料時，隨著斜面傾角的不斷增大，小球的下滑時間先減小后增大．
（2）請設計實驗來探究雨水流淌的時間與屋面的材料的關系，簡述你的實驗方案．
簡要做法：保持斜面的傾角α與斜面的長度不變，讓小球在不同材料的斜面上下滑，記錄小球在不同材料的斜面上下滑的時間；
判斷方法：如下滑的時間相同，說明與斜面的材料無關，如都不相同說明與斜面的材料有關．

Answer 1

分析 （1）對本實驗中所探究的問題，小穎做出了三個猜想，因此，我們一定要按照控制變量法的要求，來逐一進行探究．①中傾角不變，斜面的材料不變，只改變了小球的質量，根據表一中數據可得出相應的結論；②中要先根據表二中的數據做出相應的圖象，再根據圖象中圖線的變化來總結最終的結論．
（2）參照前面的實驗過程，同樣運用控制變量法，控制傾角與斜面的長度不變，小球的質量不變，只改變斜面的材料，便可探究下滑時間與材料的關系．并根據下滑時間是否相同來判斷與斜面的材料是否有關．

解答 解：（1）①分析表中的數據可以看出，斜面的傾角不變，斜面的材料相同，只改變了小球的質量，而小球下滑的時間始終為1.7s，故可得出結論：在保持斜面的材料與傾角α不變時，不同質量的小球下滑時間相同；
②先根據表中的數據，在圖象中找出對應點，再用平滑的線將各點連接起來，如圖所示：
 
觀察圖線的變化趨勢可以看出，隨著斜面傾角的不斷增大，小球的下滑時間先減小后增大；
（2）根據控制變量法的要求，要想探究下滑的時間與斜面材料的關系，應該保持斜面的傾角、長度以及小球的質量不變，讓小球多次下滑，記錄時間，最終根據時間的變化情況判斷下滑的時間與斜面的材料是否有關系．
簡要做法：保持斜面的傾角α與斜面的長度不變，讓小球在不同材料的斜面上下滑，記錄小球在不同材料的斜面上下滑的時間．
判斷方法：如下滑的時間相同，說明與斜面的材料無關，如都不相同說明與斜面的材料有關．
故答案為：
（1）①在保持斜面的材料與傾角α不變時，不同質量的小球下滑時間相同．（在保持斜面的材料與傾角α不變時，小球下滑時間相同與質量無關．）
②圖象見上圖；在不改變斜面底邊長度與斜面的材料時，隨著斜面傾角的不斷增大，小球的下滑時間先減小后增大．
（2）簡要做法：保持斜面的傾角α與斜面的長度不變，讓小球在不同材料的斜面上下滑，記錄小球在不同材料的斜面上下滑的時間．
判斷方法：如下滑的時間相同，說明與斜面的材料無關，如都不相同說明與斜面的材料有關．

點評 本題所探究的內容有一定的新穎性，所提出的三個猜想也有較強的針對性，解答時一定要把握好控制變量法的運用．難點在于描述具體的結論或實驗步驟時，一定要注意語言的嚴密性，特別要注意結論所成立的條件，即表述清楚哪些量是控制的，哪些量是變化的．