控制變量法在物理電學(xué)中的應(yīng)用探究

馬婷婷

【內(nèi)容摘要】控制變量法是初中物理教學(xué)中比較常見的一種科學(xué)研究方法，掌握并熟練應(yīng)用該方法，對于物理課堂中抽象的規(guī)律、概念、實(shí)驗(yàn)的理解起到事半功倍的作用。但是讓學(xué)生深刻理解并會運(yùn)用該方法，仍需做出不少努力。筆者作為資深物理教師，舉例探究控制變量法在電學(xué)中的應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】初中物理 控制變量法 應(yīng)用探究

初中教育是學(xué)生時(shí)代的基礎(chǔ)教育，而物理這門學(xué)科是以自然界的各種現(xiàn)象為基礎(chǔ)，是基礎(chǔ)中的基礎(chǔ)，且這些物理現(xiàn)象一般是復(fù)雜多變的，因此各種影響因素互相制約、交錯(cuò)。因而想要準(zhǔn)確無誤的得知研究對象的屬性，清楚明了其變化的原因，不可僅僅依靠整體觀察，而應(yīng)該施以人為作用，達(dá)到特殊的研究條件，即采用控制變量法。控制變量法，顧名思義，即在多重變量的對象研究中，每次只改變一個(gè)變量而將其余變量當(dāng)作定值，以此得到各變量對于研究對象的影響規(guī)律。

一、于歐姆定律中，探究規(guī)律

初中物理電學(xué)中的一個(gè)重點(diǎn)也是難點(diǎn)的莫過于歐姆定律，在電學(xué)中處于核心地位。在之前的教學(xué)中，學(xué)生已經(jīng)掌握電流I、電阻R、及電壓U的基本概念，但是這三個(gè)量之間是如何進(jìn)行制約影響的呢？蘇教版物理教材中通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，運(yùn)用控制變量法得到了這三者的相互關(guān)系。

1.電阻固定不變，通過改變導(dǎo)體兩邊的電壓，從而得到電流與電壓的關(guān)系。固定電阻不改變的途徑是采用定值電阻R，這樣就可以保持電阻不改變。而改變電壓一般有兩種途徑：一種是通過改變電源的電壓，另一種即通過滑動變阻器來調(diào)節(jié)，從而改變導(dǎo)體兩端電壓。

2.導(dǎo)體兩端電壓不變，通過改變電阻的大小，從而得到電阻與電流的變化關(guān)系。固定電壓的途徑是采用同一個(gè)電源，這樣就可以保持導(dǎo)體兩邊電壓不改變，而更換不同的測試電阻即可得到電阻與電流的關(guān)系。

通過這樣的控制變量探究，學(xué)生即可輕易的得到電流與電壓、電流與電阻之間的變化規(guī)律。所以，教師在教學(xué)過程中要充分利用知識之間的關(guān)系，多加應(yīng)用控制變量法，以達(dá)到物理規(guī)律的研究通透。

二、于動態(tài)電路中，突破難點(diǎn)

電學(xué)中的難點(diǎn)莫過于動態(tài)電路的分析及計(jì)算，考試中的失分點(diǎn)也一般在有關(guān)動態(tài)電路的題目中，如何高效并且準(zhǔn)確率高的解該類題目，用到的方法一般也是控制變量法，如下例：

如圖所示，當(dāng)向左滑動變阻器的劃片時(shí)，電流表與電壓表分別怎樣變化？

圖1 電路示意圖

解答：該電路是電學(xué)試題中經(jīng)典題型，好多常考題都是從該電路演化出來。但是這種題型在分析中學(xué)生普遍反映困難，且正確率比較低。學(xué)生對于向左滑動劃片時(shí)，電阻R2的大小變化及支路中電流I的大小變化可以簡單判斷出，但是電阻R1、R2兩端的電壓就力不從心，無法準(zhǔn)確判斷。這時(shí)我即啟發(fā)學(xué)生從電壓基本公式U=IR入手，電壓的大小與電流、電阻相關(guān)，當(dāng)這兩者都變化時(shí)將很難判斷電壓的變化。這時(shí)候最好的辦法就是控制變量法，保證兩個(gè)變量中其中一個(gè)固定不變，那么將焦點(diǎn)定在定值電阻R1上。所以劃片向左滑動時(shí)，電路中總電阻變小，總電壓不變，那么總電流變大，依據(jù)歐姆定律，所以定值電阻R1兩邊的電壓增大，又U= U1+U2，U不變，U1變大，所以U2減小。

通過以上的分析，讓學(xué)生通過解題明白了為什么這樣分析以及該如何分析，在以后類似這樣的題型中就會舉一反三，靈活的運(yùn)用控制變量法去解題，從而突破題目難點(diǎn)。

三、于功率計(jì)算中，比較大小

物理中的經(jīng)典題型即為兩個(gè)變量的大小的比較，但是往往各變量之間相互制約，無法輕易衡量出到底哪個(gè)變量更大，這時(shí)候，最優(yōu)的研究方法即為選用控制變量法，以下以一個(gè)簡單實(shí)例詳細(xì)說明。

例：并聯(lián)在電路中的兩個(gè)電阻，甲電阻R值大于乙電阻的R值，那么電阻甲與電阻乙的電功率是怎樣的關(guān)系？

解答：電學(xué)中，計(jì)算電功率的公式主要有：P=UI，P=I2R，P=U2/R，由于公式繁多，所以初學(xué)的學(xué)生就會感到迷茫，無處下手。但是當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生采用控制變量法研究時(shí)，題目將會迎刃而解。首先分析得知電功率與兩個(gè)變量相關(guān)，然后分析題目得到相同變量，而只讓另一個(gè)變量處于變化狀態(tài)。由題目得知電阻并聯(lián)于電路中，那么這兩個(gè)電阻兩端的電壓就相等，所以可以選擇的公式就排除掉P=I2R，又題目已知甲電阻值大于乙電阻值，則選擇公式P=U2/R，就可以得到甲電阻兩端的功率小于乙電阻兩端的功率。

由上分析，控制變量法對于解決該類題型達(dá)到事半功倍的效果，教師在講解時(shí)要多加引導(dǎo)學(xué)生分析題目，然后達(dá)到學(xué)生熟練應(yīng)用該方法。

物理知識是屬于實(shí)踐性的，一個(gè)問題常常受制于多個(gè)變量的影響，所以控制變量法在解決該類題目中占據(jù)著重要的地位。對于如何掌握控制變量法，單純記住概念或者是只有幾個(gè)實(shí)例是微不足道遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，教師在物理教學(xué)課堂上需注意引導(dǎo)，讓學(xué)生在實(shí)際解題中可以靈活應(yīng)用。總之，就本人所總結(jié)的幾點(diǎn)控制變量法在電學(xué)中的應(yīng)用而言，是否能夠真正讓學(xué)生明白該科學(xué)方法的內(nèi)涵仍需要在實(shí)踐中檢驗(yàn)，只要我們依據(jù)新課改的要求積極改進(jìn)，不斷嘗試、創(chuàng)新，讓學(xué)生對如何利用控制變量法進(jìn)行有效嘗試，一定會達(dá)到高效解題及高準(zhǔn)確率的效果，從而達(dá)到使學(xué)生的興趣提升、思維、能力全面發(fā)展，并且有效提升教學(xué)課堂效率。

（作者單位：江蘇省溧陽市后六中學(xué)）