控制變量法在物理教學中的應用

王旭

[關鍵詞]物理教學；控制變量法；應用

[中圖分類號]G633.7

[文獻標識碼]C

[文章編號]1004-0463(2012)06-0081-01

物理學中對于多因素(多變量)的問題，常常采用控制因素(變量)的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，逐個加以分析，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。在人教版的物理教冊中，有許多探究實驗中都用到了控制變量法。例如，聲音的響度和音調、理想斜面實驗、力與運動的關系、影響滑動摩擦力大小的因素、影響壓力的作用效果的因素、影響浮力大小的因素、影響滑輪組的機械效率的因素、影響重力勢能大小的因素、影響導體電阻大小的因素、驗證歐姆定律、影響電流做功多少的因素、影響電磁鐵磁性強弱的因素等等。

一、用控制變量法探究影響滑動摩擦力大小的因素

1控制接觸面的粗糙程度不變，改變物體對長木板的壓力，探究壓力與滑動摩擦力之間的關系。兩次采用相同的平面即可保證接觸面的粗糙程度不變：改變物體列長木板的壓力，可采用在物體上面加砝碼的辦法，當在物體上加一砝碼時物體對木板的壓力增大。通過實驗得出：當物體接觸面的粗糙程度相同時壓力越大滑動摩擦力越大。

2控制壓力的大小不變，改變物體接觸面的粗糙程度，探究接觸面的粗糙程度和滑動摩擦力的關系。兩次用同一個物體即可保證物體對長木板的壓力大小不會改變。改變接觸面的粗糙程度可以在長木板上鋪上毛巾，當在木板上鋪上一條毛巾時可以增大接觸面的粗糙程度。通過實驗得出：當物體所受的壓力相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。

二、用控制變量法探究歐姆定律

歐姆定律是電學的基礎和重點，處于電學的核心位置。學生通過之前的學習掌握了電路的三個基本部分：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，涵蓋了探究的七個要素。其中重點是如何運用控制變量法來設計整個實驗，明確用什么方法保證某一物理量不變，用什么方法改變一物理量。

1控制電阻R不變，改變導體兩端的電壓u，探究電流I與電壓u之間的關系。采用定值電阻，即可保證定值電阻R不變。改變導體兩端的電壓，可用兩種辦法：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：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使定值電阻兩端的電壓發生改變。

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。換用不同的定值電阻即可改變電阻R。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：一是使用同一個電源，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，會給實驗帶來誤差。二是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，學生便很容易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。

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都為控制變量法的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，并有意識地應用控制變量的研究方法去探究物理規律，以便達到觸類旁通、舉一反三的效果，切實提高教學質量。