學科教育論文-淺談控制變量法在初中物理電學中的應用摘要:控制變量法是科學探究的一種重要方法,在物理學中有廣泛的應用。掌握控制變量法對探究物理規律、理解物理概念、設計物理實驗、解決物理問題等都有重要的作用。本文就控制變量法在初中物理電學中的應用及注意事項做一探討。關鍵詞:科學探究；控制變量法；應用Abstract:Thecontrollingofvariableisanimportantscientificinquirymethodinphysics.Thereisawiderangeofapplications.Itishelpfulinexploringthephysicallawsofphysicstounderstandtheconcept,designphysicsexperimenttoresolvethephysicalproblems.Inthispaper,thecontrolvariablesinthejuniorhighschoolphysicsandelectricalapplicationsandsomenotesarediscussed.Keywords:scientificinquiry；controlvariablemethod；application控制變量法是指在研究某個物理問題或物理量與多種因素的關系時,每次只改變一個因素,控制保持其他因素不變,分析所研究的物理問題與該因素的關系。它把多因素的問題轉變為多個單因素的問題,分別加以研究,最后再綜合解決。控制變量法是科學探究的一種重要方法,掌握控制變量法對探究物理規律、理解物理概念、設計物理實驗、解決物理問題等都有重要的作用。1控制變量法在探究物理規律時的應用“歐姆定律”是電學的基礎和重點,處于電學的核心位置。學生們通過之前的學習掌握了電路的3個基本部分:電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關系呢?根據新課程標準的要求,教材安排了一個比較完整的探究活動,涵蓋了探究的7個要素。其中重點是如何運用“控制變量法”的方法來設計整個實驗,明確用什么方法保證什么物理量不變,用什么方法改變什么物理量。1.1控制電阻R不變,改變導體兩端電壓U,探究電流I與電壓U之間的關系(1)采用定值電阻,即可保證定值電阻R不變。(2)改變導體兩端的電壓,可用兩種辦法:如圖1,改變電源兩端的電壓,即可改變導體兩端的電壓U。用這個電路,學生能夠較為輕松地運用控制變量的方法直接研究電流與電壓的關系,易于學生理解和掌握。如圖2,通過調節滑動變阻器,改變電阻R兩端的電壓。要使學生明確研究對象是定值電阻這部分電路,滑動變阻器的作用是為了使定值電阻兩端的電壓發生改變。1.2控制導體兩端的電壓U不變,改變電阻R,探究電流與電阻的關系(1)換用不同的定值電阻即可改變電阻R。(2)改變電阻R的同時要保證導體兩端的電壓不變,可以采用以下兩種方法:如圖1,使用同一個電源,即可保證導體兩端的電壓不變,更換不同的電阻,可直接得出電流與電阻的關系,降低了探究的難度。但如果實驗中使用的是干電池,電池有內阻,外接電阻R變化時,電阻R兩端的電壓也會隨之有所變化,給實驗帶來誤差。如圖2,換用阻值不同的電阻R時,若滑動變阻器的滑片不動,定值電阻兩端的電壓會發生變化。電壓、電阻都改變,就不能確定究竟是什么因素影響了電流。這一點學生在實驗中非常容易忽視,教師要注意引導學生觀察電壓表,使其示數保持不變。經過以上兩個環節的探究,學生得出“導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系”便水到渠成了。除了“歐姆定律”外,“影響電阻大小的因素”、“焦耳定律”、“電磁鐵磁性的強弱與什么因素有關”等探究過程也為“控制變量法”的教學和應用提供了很好的機會。教師應充分利用這些機會,使學生對“控制變量法”不斷加深理解,并逐步達到有意識地應用“控制變量”的研究方法去探究物理規律。2控制變量法在電學實驗設計中的應用例1,如圖3是小明研究“影響電磁鐵磁性強弱因素”的裝置圖,他在探究過程中發現:當滑動變阻器的滑片P向_滑動時(填“左”或“右”),指針B偏轉的角度將會_(填“變大”或“變小”)；保持滑片P位置不變,當導線a由接線柱2改為與接線柱1相連,閉合開關后,可發現指針B偏轉的角度將會_(填“變大”或“變小”)。經過對電磁鐵的研究,可得出以下結論:當線圈匝數一定時,通過電磁鐵的電流越大,電磁鐵磁性_；當通過電磁鐵的電流一定時_,電磁鐵線圈的匝數越_,磁性越_。本題節選自江蘇省宿遷市2006年初中畢業暨升學考試試題。整個實驗過程應采用控制變量法進行研究,但在實驗的第二步中改變了線圈的匝數,同時也改變了螺線管電阻的大小,改變了電路中的電流。所以實驗的第二步值得商榷。若線圈的長度不長,電阻忽略不計,當導線a由接線柱2改為與接線1相連,可認為電流不改變,可得到當通過電磁鐵的電流一定時,電磁鐵線圈的匝數越多,磁性越強。若線圈的電阻不可忽略,那就應該在電路中串聯一個電流表,當導線a由接線柱2改為與接線1相連,通過調節滑片P,使兩次的電流相同,才能得出結論。3用控制變量的思路比較物理量的大小例2,已知甲導體的電阻比乙導體的電阻大,把它們并聯在電路中,比較甲的電功率和乙的電功率。簡析:求解電功率的公式比較多:P=UI,P=U2/R,P=I2R,學生分析起來常常感到無從下手。電功率與兩個因素有關,我引導學生用“控制變量法”的思路解決這類問題。關鍵在于首先根據題目已知找到相同的因素,只讓一個因素發生變化,再分析電功率與另一個變量之間的關系。具體分析如下:并聯時,各支路兩端電壓相等,所以我們可以選擇P=U2/R或P=UI。已知R甲R乙,可根據P=U2/R直接得出P甲P乙。也可用另一方法:已知R甲R乙,并聯電路可知I甲I乙,可根據P=UI直接得出P甲P乙。4用控制變量的思路突破動態電路的難點分析例3,如圖4所示電路,試分析當滑動變阻器的滑片向左移動時,電流表和兩電壓表的示數如何變化?簡析:此電路是電學中的一個典型的電路,中考的很多題都是由此題衍生出來的。它基礎重要,出現頻率高,但在分析過程中學生們普遍感到困難,準確率低。學生們對滑片向左移動時,滑動變阻器的電阻R2的變化和電路中電流I的變化比較容易判斷。但對于U1、U2的變化就感到無從下手。我引導學生從U=IR入手,電壓與電流和電阻兩個因素有關,當I、R都發生變化時(R變小,I變大),很難判定U如何變化。此時最好運用控制變量法的思路,保證I、R其中一個因素不變,只改變另一個因素。電路中的電流I肯定要發生改變,所以從定值電阻R1入手。電路中的電流I變大,R1不變,根據歐姆定律可知,R1兩端的電壓U1變大。電源電壓不變,U1變大,則U2變小。學生們明白了這樣分析的原因,就會正確地運用控制變量法來突破難點了。我們周圍的世界處在不停的變化之中,一個問題往往受到多個因素的影響,控制變量法的思路在我們解決多變量問題中起著重要的作用。對于控制變量法的學習,僅僅記住它的