探究初中物理電學(xué)中控制變量法的實(shí)際應(yīng)用

摘 要：控制變量法作為一種物理研究時(shí)應(yīng)用的方法在初中物理學(xué)習(xí)的過(guò)程中經(jīng)常可以涉及。掌握控制變量法對(duì)于學(xué)生提升物理素養(yǎng)，了解物理規(guī)律，探究物理奧秘都有很大的幫助，同時(shí)在我們的實(shí)際操作與練習(xí)中我們同樣經(jīng)常需要運(yùn)用到控制變量法。本文就將以初中物理電學(xué)內(nèi)容為主要方向研究一下控制變量法的實(shí)際應(yīng)用問(wèn)題。

關(guān)鍵詞：初中；物理；電學(xué)；控制變量法

控制變量法指的是在研究某個(gè)物理問(wèn)題或者物理量與多種因素的關(guān)系時(shí)，每次只改變一個(gè)因素，控制保持其他因素不變，分析所研究的物理問(wèn)題與該因素的關(guān)系。在這個(gè)研究過(guò)程中我們不僅需要就問(wèn)題條件的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行分析梳理，同時(shí)也需要就所控制的變量給予一定的猜想，可以說(shuō)控制變量法是物理學(xué)習(xí)過(guò)程中學(xué)生最能從中學(xué)習(xí)到物理精神、提升物理素養(yǎng)的研究方法之一，并且由于其應(yīng)用范圍十分廣泛，也是我們?cè)诔踔袑W(xué)習(xí)過(guò)程中最常接觸的物理研究方法之一。而初中物理電學(xué)知識(shí)由于其所涉及的量十分有限，因此在進(jìn)行探究的過(guò)程中，控制變量法的使用便更加廣泛了。

一、 控制變量法在知識(shí)學(xué)習(xí)時(shí)的應(yīng)用

初中電學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)便是“歐姆定律”，在初中物理電學(xué)問(wèn)題中一多半的問(wèn)題均與歐姆定律的運(yùn)用有關(guān)，歐姆定律闡述了電壓、電流、電阻三者之間的關(guān)系，在探究其意義的同時(shí)我們便廣泛運(yùn)用到了控制變量法。如圖1所示電路中我們可以從兩個(gè)方面入手進(jìn)行探究分析

圖1

圖2

（一） 電阻不變，改變電壓，探究電壓與電流之間的關(guān)系

在實(shí)際操作中我們可以通過(guò)增減電池的方式來(lái)改變導(dǎo)體兩端的電壓，通過(guò)這個(gè)方式學(xué)生可以測(cè)量收集數(shù)據(jù)，并且根據(jù)數(shù)據(jù)分析電壓與電流的關(guān)系。這個(gè)過(guò)程對(duì)于學(xué)生操作而言是十分簡(jiǎn)便的，但是由于控制的變量無(wú)法平滑改變，我們便可以引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)如圖2所示電路，通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，造成電阻R兩端電壓的改變。

（二） 電壓不變，改變電阻，探究電阻與電流之間的關(guān)系

如圖1所示，將電阻R轉(zhuǎn)變?yōu)榭勺冸娮瑁ＷC電壓不變，通過(guò)改變可變電阻的阻值觀察電流表變化從而發(fā)掘電流與電阻之間的關(guān)系。在這個(gè)過(guò)程中，學(xué)生也許會(huì)遇到一些阻礙，例如，電池內(nèi)阻、電路老化等因素造成一些非人為性的電壓變化，因此老師應(yīng)當(dāng)提醒學(xué)生不要過(guò)分相信電池的標(biāo)準(zhǔn)電壓，而應(yīng)當(dāng)時(shí)刻觀察電壓表的讀數(shù)。

二、 控制變量法在電學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用

電學(xué)實(shí)驗(yàn)類的習(xí)題中，控制變量法的出現(xiàn)頻率十分高，這種簡(jiǎn)便易操作的試驗(yàn)方法可以靈活地應(yīng)用到各類問(wèn)題中。如下題所示：

在研究“電磁鐵的磁性大小與電路中各參數(shù)之間的關(guān)系”問(wèn)題時(shí)我們?cè)O(shè)置了如下問(wèn)題：

如圖所示：?jiǎn)栴}1：當(dāng)滑動(dòng)變阻器向 側(cè)滑動(dòng)時(shí)（填寫“左”或者“右”），指針B的偏轉(zhuǎn)角度會(huì) （填寫“變大”或者“變小”）問(wèn)題。

問(wèn)題2：依舊如上圖所示，若滑片位置保持不變，導(dǎo)線a由接線柱2換為接線柱1，連通電路后，發(fā)現(xiàn)指針B偏轉(zhuǎn)角度 （填寫“變大”或者“變小”）。

這道題是一道十分典型的控制變量法研究實(shí)際問(wèn)題的實(shí)驗(yàn)習(xí)題。在題目中，第二個(gè)步驟改變了電路中的電阻大小，進(jìn)而造成了電流的改變，同時(shí)也改變了線圈匝數(shù)，而這些因素都會(huì)對(duì)電磁鐵的磁性大小產(chǎn)生影響，但是在初中所能夠接觸的物理環(huán)境中，我們通常把銅線圈的電阻忽略不計(jì)，因此在這道題所提出的環(huán)境中我們可以近似看作電流不發(fā)生改變，或者說(shuō)發(fā)生很小的改變，而發(fā)生改變的只有線圈的匝數(shù)。

在這道題中我們可以看到控制變量法的普遍應(yīng)用，不僅僅局限于電學(xué)，同時(shí)向電磁學(xué)進(jìn)行了延伸，而學(xué)生在掌握控制變量法的基本實(shí)質(zhì)時(shí)同樣也可以在運(yùn)用方向上予以適當(dāng)?shù)难由欤粦?yīng)將目光停留在單一的問(wèn)題上，而應(yīng)靈活掌握其精髓，巧妙運(yùn)用方法解決問(wèn)題。

三、 運(yùn)用控制變量法了解未知物質(zhì)的電阻

在進(jìn)行測(cè)定未知物質(zhì)電阻的實(shí)驗(yàn)前，學(xué)生首先需要充分了解電阻相關(guān)知識(shí)，全面掌握電路、電壓、電流知識(shí)，以及一些實(shí)驗(yàn)基本要求。在測(cè)定過(guò)程中，控制變量法的使用是實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵，由于相同物質(zhì)電阻的阻值與長(zhǎng)短、粗細(xì)、溫度均有很強(qiáng)的關(guān)系，因此在實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中需要學(xué)生主動(dòng)把握實(shí)驗(yàn)的變量控制，保證實(shí)驗(yàn)原理的正確性。對(duì)于目前水平的初中生而言，實(shí)驗(yàn)過(guò)程應(yīng)盡量保證只有一個(gè)變量發(fā)生改變從而進(jìn)行實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的探究。通過(guò)讓學(xué)生自主探究，自由發(fā)揮的方式提升學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，加強(qiáng)學(xué)生綜合素質(zhì)的培養(yǎng)，讓學(xué)生能夠?qū)W以致用、活學(xué)活用，最大限度地激發(fā)學(xué)生們的思維活躍度，提升學(xué)生的創(chuàng)新能力。

總而言之，在初中物理電學(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程中，控制變量法的運(yùn)用空間是十分廣泛的，而這種方法在今后的物理學(xué)習(xí)中也同樣重要，因此老師一定要耐心指導(dǎo)、細(xì)心教學(xué)，不僅要注重學(xué)生對(duì)于知識(shí)的學(xué)習(xí)，同時(shí)也要加強(qiáng)學(xué)生對(duì)于方法的掌握，讓學(xué)生掌握正確的探究方法及技巧，提升學(xué)生的綜合能力，保證學(xué)生在今后的學(xué)習(xí)中能夠靈活運(yùn)用控制變量法探究各類問(wèn)題，將所學(xué)的技能廣泛地應(yīng)用于學(xué)習(xí)、生活實(shí)踐中，讓知識(shí)不再單純地停留在課本上而是形成一種能力，成為學(xué)生今后不斷前進(jìn)的工具。

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作者簡(jiǎn)介：

張秀芳，福建省龍巖市，福建省龍巖市永定區(qū)撫市中學(xué)。