初中物理電學(xué)中控制變量法的應(yīng)用與分析

陳長勇

摘 要：電學(xué)是初中物理教學(xué)中一項重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容，初中物理中涉及的電學(xué)知識是為學(xué)生將來深入物理學(xué)習(xí)做的鋪墊。然而因為學(xué)生對于電學(xué)內(nèi)容的感知程度不夠高，加上電學(xué)內(nèi)容本身也比較復(fù)雜，相對比較抽象，所以導(dǎo)致很多初中生在學(xué)習(xí)電學(xué)知識時遇到了很多困難。控制變量法作為一種將復(fù)雜數(shù)理關(guān)系理清的分析方法被引入初中物理電學(xué)學(xué)習(xí)中后，學(xué)生能夠很清晰地從電阻、電壓、電流三者間的變化關(guān)系了解電路情況，從而幫助學(xué)生提高了初中物理電學(xué)的學(xué)習(xí)效率。

關(guān)鍵詞：初中物理電學(xué)；控制變量法；學(xué)習(xí)效率

在初中物理教學(xué)中，除去經(jīng)典力學(xué)部分，電學(xué)就是另一項重要的教學(xué)內(nèi)容，在初中物理考試中，電學(xué)試題的出現(xiàn)比例也是相當(dāng)高的，解決電學(xué)問題的過程中也會經(jīng)常涉及控制變量法的應(yīng)用，因此學(xué)生如果能熟練掌握控制變量法，便可以很快速地解決初中物理電學(xué)問題。利用控制變量法主要是幫助學(xué)生理清電阻、電流、電壓三者之間的關(guān)系，這樣能有效地提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率。

一、控制變量法的概述

在物理學(xué)中，每個物理量都存在影響該物理量的條件或者因素。這些因素和條件的變化就會引起物理量的變化。控制變量法是指變化一個物理量中需要研究的因素，保持其他因素不變，然后觀察物理量在這個過程中是如何隨著選定的因素的變化而發(fā)生相應(yīng)的改變，從而確定物理量與選定因素間的數(shù)量關(guān)系或邏輯關(guān)系。控制變量法有利于讓學(xué)生對電學(xué)產(chǎn)生一定的認(rèn)識，在此基礎(chǔ)上逐漸加深理解，通過建立對物理量影響因素的認(rèn)知，提升學(xué)生自身解決實際物理問題的能力。

控制變量法能夠?qū)?fù)雜的物理電學(xué)問題變得簡單，但是初中生由于年齡限制，還不能獨立、有效地運用控制變量法，因此在教學(xué)過程中，教師一定要充分發(fā)揮引導(dǎo)作用，幫助學(xué)生建立起在解決初中物理電學(xué)問題時正確使用控制變量法的意識。

二、控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用

1.控制變量法在探究物理規(guī)律中的運用

歐姆定律是所有電學(xué)的基礎(chǔ)與重點，歐姆定律的標(biāo)準(zhǔn)式是I=U/R（變形式是U=IR；R=U/I），它在電學(xué)學(xué)習(xí)中所占的位置是非常重要的。學(xué)生在學(xué)習(xí)電學(xué)之前必須掌握電流、電壓、電阻三個基本概念。通過控制變量法對三個要素進(jìn)行實驗，要確保其中一物理量保持不變來實現(xiàn)對歐姆定律的學(xué)習(xí)。

（1）電阻R不變，通過改變導(dǎo)體兩端電壓U，研究電流I與U之間的關(guān)系

在此探究過程中，為了保證電阻阻值不變應(yīng)該采用定值電阻。改變導(dǎo)體兩端電壓值的方法主要有兩種：首先對電源兩端的電壓進(jìn)行改變，這樣就可以實現(xiàn)對導(dǎo)體兩端電壓U的改變，由此可以讓學(xué)生輕松地使用控制變量法對電流和電壓的關(guān)系精心研究，并且非常便于學(xué)生理解和掌握；其次就是對變阻箱進(jìn)行調(diào)節(jié)，實現(xiàn)定值電阻R兩端電壓的改變（這里變阻箱的主要作用是改變定值電阻兩端分得的電壓）。

（2）保持電路總電壓U不變，改變電阻R，研究電流I與電阻R的關(guān)系

改變電阻值可以使用電阻箱，電阻箱上面有明確的數(shù)值，相比滑動變阻器更明顯地能看出電阻值；或者采用更換定值電阻，但是拆解電路較麻煩，沒有電阻箱方便。

一般電學(xué)實驗使用的電源都是干電池組裝起來的，但是由于干電池有內(nèi)阻，在調(diào)節(jié)電阻箱的電阻時，分配到的電壓也會發(fā)生變化，而且隨著實驗時間的推移，干電池電量也會損耗，這時實驗結(jié)果就不能很明確地顯示出電流I與電阻R的關(guān)系。同樣，實驗時間過長會導(dǎo)致電阻箱發(fā)熱，電阻值也會發(fā)生變化，并不會和顯示的數(shù)值保持一致。上述問題都是實驗中學(xué)生容易忽視的問題，物理教師一定要注意引導(dǎo)學(xué)生，保證實驗時間在有效期間內(nèi)，電流表一有度數(shù)就要立刻記錄并斷開電路，按照正確的操作步驟來認(rèn)識和了解電流與電阻之間的關(guān)系。

2.運用控制變量法了解物質(zhì)的電阻

學(xué)習(xí)物體電阻時，必須讓學(xué)生在電路學(xué)習(xí)中優(yōu)先掌握電流和電壓的基本知識，這樣就不會在學(xué)習(xí)電阻值的過程中有很大的學(xué)習(xí)壓力。在研究物質(zhì)電阻時，學(xué)生首先要猜想電阻的大小與什么因素有關(guān)，得出的結(jié)果一般是：電阻與制造的材質(zhì)、粗細(xì)（橫截面）、溫度、長短、形狀等等有關(guān)。相關(guān)實驗中，在研究某一因素時，要保證其他的因素都是一樣的，例如研究電阻與長度的關(guān)系時要采用同樣材質(zhì)的電阻材料，保證其粗細(xì)和形狀一樣，放在電路中通電相同時間以確保電阻的溫度保持一致，通過改變電阻的長短，觀察電流表的度數(shù)，得出電阻值與導(dǎo)體長度之間的關(guān)系。在研究其他變量時也采用相同的辦法，只保證一個變量而其他因素保持不變。控制變量法研究導(dǎo)體電阻值問題是該探究方法的一個典型特例，正確使用控制變量法能夠幫助學(xué)生更加明白地了解電學(xué)知識，明確幾個電學(xué)要素之間的關(guān)系。

控制變量法在初中物理電學(xué)教學(xué)中具有重要的地位和作用，它也是幫助學(xué)生今后研究和解決各種物理問題的重要方法。初中生在學(xué)習(xí)過程中應(yīng)熟練掌握控制變量法，以方便他們今后研究其他的科學(xué)問題。在實際的物理電學(xué)教學(xué)中，教師除了要教會學(xué)生掌握控制變量法來討論問題，還要指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會掌握物理規(guī)律和理論概念，而不是隨便地將控制變量法運用到那些不切實際、不能使用控制變量法的問題上去。

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編輯 李建軍