控制變量法在初中物理教學中的重要性

陳軍

摘 要：物理學是一門自然學科，與其他自然學科一樣，一般以探究為主，結合一系列以理論支撐為出發點的基本概念、推導公式、實驗。物理學在自身的發展過程中對物理思維的邏輯性有嚴密要求，要符合邏輯規律。而物理思維的方法很多，根據初中生的知識結構特點，在這里我們對最常見的探究方法——控制變量法，進行分析并結合實際來討論。

關鍵詞：控制變量法；初中物理；探究方法

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2015）10-0025-3

物理學是一門以觀察和實驗為基礎的學科，大多數物理規律都是在實驗的基礎上建立起來的，要想讓學生牢固地掌握和熟練運用物理規律，就必須培養學生探究物理規律的能力。控制變量法是一種初中物理中常用的科學方法，初中學生容易理解和掌握，在初中物理教學中得到了廣泛的應用，許多物理現象、規律的探索和推導，演示實驗、學生分組實驗等都運用了“控制變量法”這一科學方法。表1列出了一些課堂教學中應用了控制變量法的物理概念或規律及其對應變量。

從表中羅列到的物理概念或規律可看到，控制變量法的應用貫穿整個初中物理教學，它是學生必須掌握和熟練應用的科學方法之一。

在學習物理課程時同一個物理量會有很多的因素對其進行干擾。例如a=bc 這個式子中，b的變化會引起a的變化，c的變化也會引起a的變化，那到底是b還是c引起了a的變化呢？所以，在物理學中對于多因素（多變量）的問題，我們常常控制一些因素（變量），把多因素對研究對象的影響變成多個單因素的影響。每一次探究只改變其中的某一個因素，控制其余幾個因素不變，從而找出被改變的這個因素對研究對象的影響，分別加以研究，最后再對各因素進行整合，這種方法我們叫做控制變量法。它是科學探究中的重要研究方法，被廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。控制變量法是初中物理中常用的探索問題和分析解決問題的科學方法之一。下面就列舉教學中遇到的一些實例，看看如何運用控制變量法探究物理規律以及理解物理概念。

例1 探究電流與電壓、電阻之間的關系。

這里有三個物理量，當我們要探究電流與電阻之間的關系時，我們就采用控制變量法。電路設計如圖1所示，利用滑動變阻器來控制電壓表示數不變，通過改變不同阻值的電阻觀察電流表的示數變化。制作表格將電流電阻記錄在表格中進行對比，并在坐標中畫出相應的圖像，我們就可以知道電流與電阻的關系。這種方法對各物理量之間的關系一目了然。

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圖1 電路設計

1.探究電流與電阻的關系：

保持接入電阻兩端的電壓u=3 V不變。

表2 R、I記錄表

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2.探究電流與電壓的關系：

保持接入電阻的阻值R=10 Ω不變。

表3 U、I記錄表

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圖2 I-R圖 圖3 I-U圖

在利用物理知識去分析一些實際問題時對控制變量法的掌握程度決定了解題的成功率。在初中階段能用控制變量法解決的問題很多，這使得控制變量法有了廣泛的應用。

例2 在探究導體電阻與哪些因素有關時，如圖4。

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圖4 探究導體電阻與哪些因素有關的實驗電路圖

表4 4組實驗材料列表

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A.對1、3兩組進行實驗，發現3組燈比1組亮。

說明：在材料和長度相同時，電阻的大小與導體的橫截面積有關，橫截面積越大電阻越小。

B.對2、4兩組進行實驗，發現2組燈比4組亮。

說明：在材料和橫截面積相同時，電阻的大小與導體長度有關，長度越大電阻越大。

C.對2、3兩組進行實驗，發現3組燈比2組亮。

說明：在長度和橫截面積相同時，電阻的大小與導體材料有關，電阻率越大電阻越大。

綜上所述，初步得出導體的電阻與材料、橫截面積、長度有關，若進一步研究可發現還與溫度等因素有關。

例3 關于公式P=F/S 理解正確的是（ ）

A.物體的壓力越大，壓強越大

B.物體的受力面積越小，壓強越大

C.物體的壓力與受力面積成正比

D.壓力與受力面積比值越大，壓強越大

分析 正確的答案是D選項。公式中有三個物理量P、F、S，要想確定其中兩個物理量的關系必須使第三個物理量保持不變。如A選項中要使物體的壓力越大，壓強也越大，必須在受力面積一定的情況下才成立，否則不成立。因為物體如果壓力大，受力面積也大，壓強有可能反而變小。同理，我們可以分析出B選項也是錯誤的，而C選項成立的條件是壓強保持不變。

當我們掌握用控制變量法解決電學計算之后，我們也可以應用其規律融會貫通解決一些相關的電學物理現象和物理問題。

例4 試用計算方法判斷將L1“220 V、40 W”和L2“220 V、10 W”的燈泡串聯接入電路中，哪一個燈泡更亮一些？并聯接入電路呢？（燈絲電阻不隨溫度改變）

分析 燈泡的亮度用電功率來反映，本題我們應該計算電功率來比較大小。在串聯電路中，各處電流相等。利用控制變量法，我們可以根據公式P=I2R，當電流I一定時，P與R成正比，而L1的電阻R1小于L2的電阻R2，所以P1小于P2，即L2更亮一些。

兩燈并聯時，它們的電壓相等，由于R1P2，即L1更亮一些。

教會學生掌握控制變量法，對于探究一般的物理規律是非常有用的。通過運用這種方法讓學生明白如何進行科學探究，怎樣分析處理實驗結果，是物理教學中的首要任務。也只有這樣，學生才會深刻理解物理這門學科的思想方法，才能真正把物理知識學到手。可以說這種科學方法是學生掌握其他方法的基礎，是萬法之源。

參考文獻：

[1]季德祥.例析物理實驗題中“控制變量法”的應用[J].初中生世界（初三物理版），2008（Z3）：31—33.

[2]教育部.全日制義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

（欄目編輯 劉 榮）