最初のは、対照実験にするためです。
条件を一つだけ変え、それ以外の条件を同じにして、実験を行い、変化が現れたらそれは変えた条件によるものだといえますね。
a+b+c+d=1という式があり、bをe、b=eにして、それ以外の文字(a、c、d)は値を変化させず計算したら、a+e+c+d=2になりました。この時、結果は変化させたeによって変化したと考えられます。これと同じです。
真ん中の疑問は、空気中の水蒸気ということです。空気中にも水蒸気は含まれていますよね。その水蒸気がどこで水蒸気になったのかを説明することは、様々な要素を含むため難しいですが、たとえば、海の水が蒸発した際に、空気中に溶け込んだりします。それと同じです。
空気が膨張すると、気温は下がります。
この理由は、熱にあります(当たり前)
熱というのは、粒子の振動なんです。(厳密には原子。)
空気中には、酸素や窒素、アルゴンや二酸化炭素などの様々な気体があります。それらも、すべて原子(気体は分子)でできています。その原子が私たちや物体に衝突し、熱が生じます。
しかしながら、空気が膨張したら、どうなるでしょう。
例えば、1気圧の気体を集めました。その中に、原子(分子)が1立方センチメートルあたりnこ入っていたとします。すると、私たちの体や物体には、nこの原子(分子)が衝突します。
しかしながら、0.25気圧の空気だとどうでしょう。空気が膨張するということは、一立方センチメートル当たりの原子(分子)の量が減るということです。そうなると、必然的に、体や物体に当たる原子(分子)の量は減るので、熱が下がります。
補足
わからないことがありましたらご一報を。
テスト頑張ってください!