初中物理電學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

李志遠(yuǎn)+張永禮

控制變量法在物理教育中具有重要作用.比如，研究物理密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系；研究勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間、位移、速度之間的關(guān)系；研究液體的壓強(qiáng)與液體種類、深度等因素的關(guān)系；研究歐姆定律；研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)、電流大小之間的關(guān)系；研究液體蒸發(fā)快慢與液體種類、液體表面空氣流速之間的聯(lián)系；等等.這種物理學(xué)方法，可以使一些較為復(fù)雜的物理學(xué)變量影響因素得到簡(jiǎn)化，得出主要因素與次要因素之間的聯(lián)系，進(jìn)而簡(jiǎn)化了物理學(xué)的理論難度.控制變量法在初中物理電學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用.

一、控制變量法在研究歐姆定律過(guò)程中的應(yīng)用

例1 在研究“電流跟電壓、電阻的關(guān)系”時(shí)，學(xué)生設(shè)計(jì)如圖1電路圖，其中R為定值電阻，R′為滑動(dòng)變阻器，實(shí)驗(yàn)后，數(shù)據(jù)記錄在表1和表2中.（1）根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，可得出如下結(jié)論：由表1可得：.由表2可得：.（2）在研究“電流與電阻關(guān)系”時(shí)，先用5Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，使電壓表的示數(shù)為3V，再換用10Ω的定值電阻時(shí)，某同學(xué)沒(méi)有改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置，合上開(kāi)關(guān)后，電壓表的示數(shù)將3V（選填“大于”、“小于”或“等于”）.此時(shí)應(yīng)向（選填“右”或“左”）調(diào)節(jié)滑片，使電壓表的示數(shù)仍為3V.

解析：在研究歐姆定律之前， 學(xué)生已經(jīng)了解了電流、電壓、電阻這些基本概念，根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖，表1中的電阻是定值，通過(guò)改變電壓值，可以得出電流隨著電壓的增大而增大，而且滿足一定的正比例關(guān)系；表2中的電壓是個(gè)定值，通過(guò)改變電阻器電阻，可以看出通過(guò)導(dǎo)體的電流隨著電阻值的增大而減小，且滿足一定的反比例關(guān)系.因此，可以得出歐姆定律：U=IR.當(dāng)電流值不變，電阻變大時(shí)，電壓值也會(huì)變大，電壓表示數(shù)將大于3V.為了減小電壓值，不許降低電阻，所以向右側(cè)移動(dòng)滑片.

二、控制變量法在研究電功過(guò)程中的應(yīng)用

例2 在研究“電流做功快慢與哪些因素有關(guān)”時(shí)，電流做功的過(guò)程就是將電能轉(zhuǎn)化成其他形式能量的過(guò)程.研究電功時(shí)，可以將電功轉(zhuǎn)化成的熱能進(jìn)行分析，通過(guò)溫度計(jì)測(cè)量溫度的變化情況得出做功大小，進(jìn)而分析出電功與電流、電壓之間的聯(lián)系.通常情況下，采用以下實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過(guò)程.

實(shí)驗(yàn)：按照如圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.

通過(guò)探究，我們不難發(fā)現(xiàn)，兩電阻絲之間是串聯(lián)關(guān)系，因此兩者之間的電流是相等的，當(dāng)R1>R2時(shí)，通過(guò)電壓表示數(shù)，我們發(fā)現(xiàn)R1兩端的電壓高；通過(guò)溫度計(jì)，我們看到R1的煤油溫度升高較快，即相同時(shí)間內(nèi)R1消耗的電能更多.可以得出：通過(guò)用電器的電流和通電時(shí)間相同時(shí)，用電器上的電壓越高，電流做功就越多.

總之，通過(guò)分析控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用，可以看出這種方法的靈活性和優(yōu)越性，特別是針對(duì)一些相關(guān)因素比較復(fù)雜的問(wèn)題，運(yùn)用控制變量法可以巧妙地實(shí)現(xiàn)問(wèn)題的簡(jiǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)生的思維能力.