控制變量法在初中物理教學(xué)中的重要性

陳軍

摘 要：物理學(xué)是一門自然學(xué)科，與其他自然學(xué)科一樣，一般以探究為主，結(jié)合一系列以理論支撐為出發(fā)點(diǎn)的基本概念、推導(dǎo)公式、實(shí)驗(yàn)。物理學(xué)在自身的發(fā)展過程中對(duì)物理思維的邏輯性有嚴(yán)密要求，要符合邏輯規(guī)律。而物理思維的方法很多，根據(jù)初中生的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在這里我們對(duì)最常見的探究方法——控制變量法，進(jìn)行分析并結(jié)合實(shí)際來討論。

關(guān)鍵詞：控制變量法；初中物理；探究方法

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-6148（2015）10-0025-3

物理學(xué)是一門以觀察和實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，大多數(shù)物理規(guī)律都是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上建立起來的，要想讓學(xué)生牢固地掌握和熟練運(yùn)用物理規(guī)律，就必須培養(yǎng)學(xué)生探究物理規(guī)律的能力。控制變量法是一種初中物理中常用的科學(xué)方法，初中學(xué)生容易理解和掌握，在初中物理教學(xué)中得到了廣泛的應(yīng)用，許多物理現(xiàn)象、規(guī)律的探索和推導(dǎo)，演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)等都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法。表1列出了一些課堂教學(xué)中應(yīng)用了控制變量法的物理概念或規(guī)律及其對(duì)應(yīng)變量。

從表中羅列到的物理概念或規(guī)律可看到，控制變量法的應(yīng)用貫穿整個(gè)初中物理教學(xué)，它是學(xué)生必須掌握和熟練應(yīng)用的科學(xué)方法之一。

在學(xué)習(xí)物理課程時(shí)同一個(gè)物理量會(huì)有很多的因素對(duì)其進(jìn)行干擾。例如a=bc 這個(gè)式子中，b的變化會(huì)引起a的變化，c的變化也會(huì)引起a的變化，那到底是b還是c引起了a的變化呢？所以，在物理學(xué)中對(duì)于多因素（多變量）的問題，我們常?？刂埔恍┮蛩兀ㄗ兞浚讯嘁蛩貙?duì)研究對(duì)象的影響變成多個(gè)單因素的影響。每一次探究只改變其中的某一個(gè)因素，控制其余幾個(gè)因素不變，從而找出被改變的這個(gè)因素對(duì)研究對(duì)象的影響，分別加以研究，最后再對(duì)各因素進(jìn)行整合，這種方法我們叫做控制變量法。它是科學(xué)探究中的重要研究方法，被廣泛地運(yùn)用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究之中?？刂谱兞糠ㄊ浅踔形锢碇谐Ｓ玫奶剿鲉栴}和分析解決問題的科學(xué)方法之一。下面就列舉教學(xué)中遇到的一些實(shí)例，看看如何運(yùn)用控制變量法探究物理規(guī)律以及理解物理概念。

例1 探究電流與電壓、電阻之間的關(guān)系。

這里有三個(gè)物理量，當(dāng)我們要探究電流與電阻之間的關(guān)系時(shí)，我們就采用控制變量法。電路設(shè)計(jì)如圖1所示，利用滑動(dòng)變阻器來控制電壓表示數(shù)不變，通過改變不同阻值的電阻觀察電流表的示數(shù)變化。制作表格將電流電阻記錄在表格中進(jìn)行對(duì)比，并在坐標(biāo)中畫出相應(yīng)的圖像，我們就可以知道電流與電阻的關(guān)系。這種方法對(duì)各物理量之間的關(guān)系一目了然。

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圖1 電路設(shè)計(jì)

1.探究電流與電阻的關(guān)系：

保持接入電阻兩端的電壓u=3 V不變。

表2 R、I記錄表

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2.探究電流與電壓的關(guān)系：

保持接入電阻的阻值R=10 Ω不變。

表3 U、I記錄表

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圖2 I-R圖 圖3 I-U圖

在利用物理知識(shí)去分析一些實(shí)際問題時(shí)對(duì)控制變量法的掌握程度決定了解題的成功率。在初中階段能用控制變量法解決的問題很多，這使得控制變量法有了廣泛的應(yīng)用。

例2 在探究導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)時(shí)，如圖4。

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圖4 探究導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)的實(shí)驗(yàn)電路圖

表4 4組實(shí)驗(yàn)材料列表

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A.對(duì)1、3兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3組燈比1組亮。

說明：在材料和長(zhǎng)度相同時(shí)，電阻的大小與導(dǎo)體的橫截面積有關(guān)，橫截面積越大電阻越小。

B.對(duì)2、4兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)2組燈比4組亮。

說明：在材料和橫截面積相同時(shí)，電阻的大小與導(dǎo)體長(zhǎng)度有關(guān)，長(zhǎng)度越大電阻越大。

C.對(duì)2、3兩組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)3組燈比2組亮。

說明：在長(zhǎng)度和橫截面積相同時(shí)，電阻的大小與導(dǎo)體材料有關(guān)，電阻率越大電阻越大。

綜上所述，初步得出導(dǎo)體的電阻與材料、橫截面積、長(zhǎng)度有關(guān)，若進(jìn)一步研究可發(fā)現(xiàn)還與溫度等因素有關(guān)。

例3 關(guān)于公式P=F/S 理解正確的是（ ）

A.物體的壓力越大，壓強(qiáng)越大

B.物體的受力面積越小，壓強(qiáng)越大

C.物體的壓力與受力面積成正比

D.壓力與受力面積比值越大，壓強(qiáng)越大

分析 正確的答案是D選項(xiàng)。公式中有三個(gè)物理量P、F、S，要想確定其中兩個(gè)物理量的關(guān)系必須使第三個(gè)物理量保持不變。如A選項(xiàng)中要使物體的壓力越大，壓強(qiáng)也越大，必須在受力面積一定的情況下才成立，否則不成立。因?yàn)槲矬w如果壓力大，受力面積也大，壓強(qiáng)有可能反而變小。同理，我們可以分析出B選項(xiàng)也是錯(cuò)誤的，而C選項(xiàng)成立的條件是壓強(qiáng)保持不變。

當(dāng)我們掌握用控制變量法解決電學(xué)計(jì)算之后，我們也可以應(yīng)用其規(guī)律融會(huì)貫通解決一些相關(guān)的電學(xué)物理現(xiàn)象和物理問題。

例4 試用計(jì)算方法判斷將L1“220 V、40 W”和L2“220 V、10 W”的燈泡串聯(lián)接入電路中，哪一個(gè)燈泡更亮一些？并聯(lián)接入電路呢？（燈絲電阻不隨溫度改變）

分析 燈泡的亮度用電功率來反映，本題我們應(yīng)該計(jì)算電功率來比較大小。在串聯(lián)電路中，各處電流相等。利用控制變量法，我們可以根據(jù)公式P=I2R，當(dāng)電流I一定時(shí)，P與R成正比，而L1的電阻R1小于L2的電阻R2，所以P1小于P2，即L2更亮一些。

兩燈并聯(lián)時(shí)，它們的電壓相等，由于R1P2，即L1更亮一些。

教會(huì)學(xué)生掌握控制變量法，對(duì)于探究一般的物理規(guī)律是非常有用的。通過運(yùn)用這種方法讓學(xué)生明白如何進(jìn)行科學(xué)探究，怎樣分析處理實(shí)驗(yàn)結(jié)果，是物理教學(xué)中的首要任務(wù)。也只有這樣，學(xué)生才會(huì)深刻理解物理這門學(xué)科的思想方法，才能真正把物理知識(shí)學(xué)到手?？梢哉f這種科學(xué)方法是學(xué)生掌握其他方法的基礎(chǔ)，是萬法之源。

參考文獻(xiàn)：

[1]季德祥.例析物理實(shí)驗(yàn)題中“控制變量法”的應(yīng)用[J].初中生世界（初三物理版），2008（Z3）：31—33.

[2]教育部.全日制義務(wù)教育物理課程標(biāo)準(zhǔn)[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

（欄目編輯 劉 榮）