初中物理電學(xué)中控制變量法的實際應(yīng)用探究

胡勝男

摘 要：初中物理電學(xué)知識是整個初中物理的一個重難點，也是中考考查的重點內(nèi)容。學(xué)生拿到這類題目后往往覺得無從下手，其實學(xué)生只要具備相關(guān)知識，做好足夠的準(zhǔn)備工作，而后理清思路，則可解決該題。那么如何才能順理成章的確解決問題和攻破這個重難點呢，下面就初中物理電學(xué)中控制變量法的實際應(yīng)用談一點我不成熟的教學(xué)思路，和大家一起討論。

關(guān)鍵詞：初中物理；電學(xué)；控制變量法；探究

一、探究物理規(guī)律中控制變量法的應(yīng)用

歐姆定律是電學(xué)的基礎(chǔ)和重點，處于電學(xué)的核心位置。學(xué)生們通過之前的學(xué)習(xí)掌握了電學(xué)的3個基本概念：電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關(guān)系呢？根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)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3個要素。其中重點是如何運用控制變量法來設(shè)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.控制電阻R不變，改變導(dǎo)體兩端電壓U，探究電流I與電壓U之間的關(guān)系。（1）固定電阻值，可保證定值電阻R的阻值不變。（2）影響導(dǎo)體兩端的電壓值的改變，可用兩種辦法：1.改變電源兩端的電壓，即可改變導(dǎo)體兩端的電壓U。用這個電路，學(xué)生能夠較為輕松地運用控制變量的方法研究電流與電壓的關(guān)系，易于學(xué)生理解和掌握。2.通過調(diào)節(jié)滑動變阻器，改變電阻R兩端的電壓。要使學(xué)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(fā)生改變。2.保持導(dǎo)體兩端的電壓U不變，改變電阻R，研究電流與電阻的關(guān)系。（1）用不同的定值電阻可改變電阻R的值。（2）變動電阻R的同時必須保證導(dǎo)體兩端的電壓不改變，可以采用以下兩種方法：使用同一個電源，即可保證導(dǎo)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(guān)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(nèi)阻，外接電阻R變化時，電阻R兩端的電壓也會隨之變化，給實驗帶來誤差。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(fā)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(xué)生在實驗中容易忽視，教師要注意引導(dǎo)學(xué)生觀察電壓表，使其示數(shù)保持不變。經(jīng)過以上兩個環(huán)節(jié)的探究，學(xué)生得出導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系，便水到渠成了。

二、電學(xué)習(xí)題中控制變量法的運用

1.在比較物理量的大小時用控制變量的思路

例1：已知甲導(dǎo)體的電阻比乙導(dǎo)體的電阻大，把它們并聯(lián)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(xué)生分析起來常常感到無從下手。電功率與兩個因素有關(guān)。可引導(dǎo)學(xué)生用控制變量法的思路解決這類問題。關(guān)鍵在于根據(jù)題目意思找到起相同作用的因素，只讓一個因素發(fā)生變化，再分析電功率與另一個變量之間的關(guān)系。具體分析如下：并聯(lián)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(jù)P=U2R直接得出P甲

也可用另一方法：已知R甲>R乙，由并聯(lián)電路可知I甲

。

2.在突破動態(tài)電路的難點中運用控制變量的思路

例2：如圖3所示電路，試分析當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，電流表和電壓表的示數(shù)如何變化？

簡析：引導(dǎo)學(xué)生從U=IR入手，電壓與電流和電阻兩個因素有關(guān)，當(dāng)I、R都發(fā)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(fā)生改變，所以從定值電阻R入手。電路中的電流I變大，R不變，根據(jù)歐姆定律可知，R兩端的電壓UR變大。電源電壓不變，UR變大，則UC變小。此電路是電學(xué)中的一個典型的電路，很多中考題都是由此題衍生出來的。在分析過程中，學(xué)生普遍感到困難，準(zhǔn)確率低。學(xué)生對滑片向左移動時，滑動變阻器的電阻Rc的變化和電路中電流I的變化比較容易判斷。但對于UR、UC的變化就感到無從下手。學(xué)生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。

三、用控制變量法來學(xué)習(xí)電阻

學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)掌握了電路的兩個基本部分：電流及電壓；緊接著學(xué)習(xí)電阻，學(xué)生的壓力不會很大，但這時學(xué)生對科學(xué)探究物理的方法還沒什么概念。這時教師會根據(jù)課程的要求授完這節(jié)課，然后引入“控制變量法”安排一節(jié)課，有針對性地講解一些典型例題。

例3：在探究“導(dǎo)體電阻大小與哪些因素有關(guān)”的實驗時，將一根粗細(xì)均勻的導(dǎo)體截成兩段后分別接入如圖1所示的電路中，這是用來探究（ ）。

A、導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系；

B、導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系；

C、導(dǎo)體電阻與長度的關(guān)系；

D、導(dǎo)體電阻與溫度的關(guān)系。

解析：從題中所給的條件看，兩段導(dǎo)體是同一段導(dǎo)體按不同的長度截取的，即它們的材料、橫截面積及溫度是相同的，但是長度不同。這樣學(xué)生就很容易得出答案C。

但學(xué)生要掌握的是：本題由教材上的演示實驗演化而來，這是中考試題常出現(xiàn)的命題來源，更重要的是，本題中涉及了對控制變量法的理解和應(yīng)用。

四、在學(xué)習(xí)電學(xué)實驗中利用控制變量法

在總結(jié)“電磁鐵磁性的強弱與什么因素有關(guān)”的實驗時，我們會用到如下圖所示的例題：

例4，如圖所示，這是小明研究“影響電磁鐵磁性強弱因素”的裝置圖。它由電源、滑動變阻器、開關(guān)、帶鐵芯的螺線管和自制的針式刻度板組成。小明在探究過程中發(fā)現(xiàn)：

一是當(dāng)滑動變阻器的滑片P向____滑動時（填“左”或“右”），指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會_____（填“變大”或“變小”）；二是保持滑片P位置不變，當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線柱1相連，閉合開關(guān)后，可發(fā)現(xiàn)指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會_____（填“變大”或“變小”）。經(jīng)過對電磁鐵的研究，可得出以下結(jié)論：當(dāng)線圈匝數(shù)一定時，通過電磁鐵的電流越大，電磁鐵磁性______；當(dāng)通過電磁鐵的電流一定時______，電磁鐵線圈的匝數(shù)越_____，磁性越_____。本題節(jié)選自《經(jīng)典學(xué)法頻道》中習(xí)題頻道的一道題。整個實驗過程應(yīng)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(shù)，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，在講解這個實驗的第二步時，對學(xué)生強調(diào)：若線圈的長度不長，電阻忽略不計，當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線1相連，可認(rèn)為電流不改變，可得到當(dāng)通過電磁鐵的電流一定時，電磁鐵線圈的匝數(shù)越多，磁性越強；若線圈的電阻不可忽略，就應(yīng)該在電路中串聯(lián)一個電流表，當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線1相連，通過調(diào)節(jié)滑片P，使兩次的電流相同，才能得出結(jié)論。總之，控制變量法作為一種重要的科學(xué)研究方式，不僅在物理中得到很好地運用，在生活中也能進行有效滲透，為我們解決各種生活中的難題，通過讓學(xué)生在物理電學(xué)中掌握好控制變量法，對他們以后的生活和學(xué)習(xí)也是大有裨益的。