控制變量法在初中物理中的應用

摘 要：所謂控制變量法，就是“在研究某個因素的影響時，只改變這個量的大小，而保持其它量不變，從而確定這個因素對物理量的影響”。控制變量法在初中物理教學中應用最廣，練習和試卷中也頻繁出現，所以對這種方法的掌握就顯得尤為重要。

關鍵詞：控制變量法；初中物理；教學應用

中圖分類號：G632 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2012）17-085-01

所謂控制變量法，就是“在研究某個因素的影響時，只改變量的大小，而保持其它量不變，從而確定該因素對物理量的影響”。控制變量法在初中物理教學中應用最廣，練習和試卷中也頻繁出現，所以對這種方法的掌握就顯得尤為重要。

一、控制變量法是探索客觀物理規律最有效的科學方法

在初中物理實驗過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規律的科學方法。在實驗中，我們可以人為去控制某個量不變，從而根據實驗現象和得出的數據去討論剩下的兩個量之間的關系。在探究滑動摩擦力影響因素的實驗時，我們把兩個木塊正放在桌面上，用彈簧測力計勻速直線拉動它，并讀出彈簧測力計的示數為F1；在木塊上放一個重物，再用彈簧測力計勻速直線拉動它，讀出彈簧測力計的示數為F2；這時可以引導學生去發現在實驗中什么因素是相同的，最后比較F1和F2得到結論：滑動摩擦力與壓力有關，壓力越大，滑動摩擦力越大。要提醒學生這個結論的前提是什么。接下來在桌面上分別鋪上毛巾，棉布與玻璃，將一個小木塊先后平放在上面，用彈簧測力計分別勻速水平拉動它前進，這時讓學生思考什么因素是相同的，在做實驗時會發現在毛巾上拉動小木塊時，彈簧測力計的示數最大，也就是說摩擦力最大，這充分說明滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度有關，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。

二、控制變量法是物理概念或規律探索和推導過程最有效的科學方法

初中物理概念、規律的建立、發展和應用過程中大多蘊含著控制變量法這一科學方法，這就要求我們的教學不能就知識講知識，也不能單純地就方法講方法，科學方法教育必須與物理知識教學相結合，方法教育要以知識傳授為載體。

首先，除了在實驗中用到以外，還有許多概念或規律的探索和推導過程中，都運用了“控制變量法”這一科學方法，如在密度概念的形成過程中，我們比較了相同體積的同種物質的質量、相同體積的不同物質的質量，得出相同物質的質量和體積的比值相同，不同物質質量和體積比值不同，引入了密度這一物理量，運用了控制變量法；在定義速度的概念時，我們通過比較相同路程下的時間大小、相同時間下的路程大小，引入速度表示運動快慢程度，用到了控制變量法；在這些過程中都用到了這一科學方法，使學生對“控制變量法”不斷加深理解，并逐步達到有意識地去應用的目的。

其次，初中教材中的控制變量法大多是隱性的，在許多概念或規律的探索和推導的過程中，都運用了控制變量法這一科學方法。例如，對“比熱容”下定義時，把“單位質量”和“溫度升高19C”這兩點作為基本條件，這樣就突出了物質吸收的熱量跟物質種類的關系，使“比熱容”這一概念能反映“物質吸熱(或放熱)的本領”這一物理意義。還有，在研究速度、密度、力的三要素、壓強、歐姆定律、電功、焦耳定律、浮力等知識的教學過程中都用到了控制變量法。所以，教師要善于挖掘教材中用控制變量法進行教學的素材，抓住知識和方法的結合點，這是通過知識教學滲透控制變量法教育的憑借點。如果教師能有效地挖掘教材，不僅能順利完成物理知識的教學任務，更有利于學生對控制變量法的掌握和創新能力的培養。在探究物理規律的過程中，應使學生認識到，具體的科學問題常常都是由多個因素共同造成的結果。幫助學生在探究中體會變量概念，建立控制變量的初步意識。

三、控制變量法是分析和解決一些實際問題最有效的科學方法

在利用物理知識去分析和解決一些實際問題時，如能靈活運用“控制變量法”進行分析，有時可起到事半功倍的效果。例如這樣一道題：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，學生常常感到無從下手。電功率與電壓U和電流I這兩個因素有關，這時可以引導學生用“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。

又如：質量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰的溫度升高較大？這道習題，初看起來似乎有一定的難度，因為這樣簡短的一句話中包含了四個相互關聯的物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時分析其它三個物理量（質量、熱量、比熱容）對它的綜合影響，如果沒有一種科學的分析方法，要解決這樣一個實際問題不僅費時費力，且準確率不高，但如能對學生加以引導，讓他們考慮是否可用物理實驗中常用的科學方法來解決這道實際問題，經過思考及同學間的相互討論，許多同學便會想到“控制變量法”結合公式Q = cm△t來解決這個問題，因此很容易得出這個問題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”。

可見，在解決物理問題時，如能恰當運用科學方法進行分析，確實能起到提高解題速度與準確率的良好效果。更為重要的是，通過這一實際問題的解決過程，使學生對如何應用“控制變量法”等科學方法去分析、解決問題作了有益的嘗試。