控制變量法在物理教學(xué)中的應(yīng)用

王旭

[關(guān)鍵詞]物理教學(xué)；控制變量法；應(yīng)用

[中圖分類號]G633.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]C

[文章編號]1004-0463(2012)06-0081-01

物理學(xué)中對于多因素(多變量)的問題，常常采用控制因素(變量)的方法，把多因素的問題變成多個單因素的問題，每一次只改變其中的某一個因素，而控制其余幾個因素不變，從而研究被改變的這個因素對事物的影響，逐個加以分析，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。在人教版的物理教冊中，有許多探究實(shí)驗(yàn)中都用到了控制變量法。例如，聲音的響度和音調(diào)、理想斜面實(shí)驗(yàn)、力與運(yùn)動的關(guān)系、影響滑動摩擦力大小的因素、影響壓力的作用效果的因素、影響浮力大小的因素、影響滑輪組的機(jī)械效率的因素、影響重力勢能大小的因素、影響導(dǎo)體電阻大小的因素、驗(yàn)證歐姆定律、影響電流做功多少的因素、影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱的因素等等。

一、用控制變量法探究影響滑動摩擦力大小的因素

1控制接觸面的粗糙程度不變，改變物體對長木板的壓力，探究壓力與滑動摩擦力之間的關(guān)系。兩次采用相同的平面即可保證接觸面的粗糙程度不變：改變物體列長木板的壓力，可采用在物體上面加砝碼的辦法，當(dāng)在物體上加一砝碼時物體對木板的壓力增大。通過實(shí)驗(yàn)得出：當(dāng)物體接觸面的粗糙程度相同時壓力越大滑動摩擦力越大。

2控制壓力的大小不變，改變物體接觸面的粗糙程度，探究接觸面的粗糙程度和滑動摩擦力的關(guān)系。兩次用同一個物體即可保證物體對長木板的壓力大小不會改變。改變接觸面的粗糙程度可以在長木板上鋪上毛巾，當(dāng)在木板上鋪上一條毛巾時可以增大接觸面的粗糙程度。通過實(shí)驗(yàn)得出：當(dāng)物體所受的壓力相同時，接觸面越粗糙，滑動摩擦力越大。

二、用控制變量法探究歐姆定律

歐姆定律是電學(xué)的基礎(chǔ)和重點(diǎn)，處于電學(xué)的核心位置。學(xué)生通過之前的學(xué)習(xí)掌握了電路的三個基本部分：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，涵蓋了探究的七個要素。其中重點(diǎn)是如何運(yùn)用控制變量法來設(shè)計整個實(shí)驗(yàn)，明確用什么方法保證某一物理量不變，用什么方法改變一物理量。

1控制電阻R不變，改變導(dǎo)體兩端的電壓u，探究電流I與電壓u之間的關(guān)系。采用定值電阻，即可保證定值電阻R不變。改變導(dǎo)體兩端的電壓，可用兩種辦法：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(yùn)用控制變量的方法直接研究電流與電壓的關(guān)系，易于學(xué)生理解和掌握：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使定值電阻兩端的電壓發(fā)生改變。

2控制導(dǎo)體兩端的電壓U不變，改變電阻R，探究電流與電阻的關(guān)系。換用不同的定值電阻即可改變電阻R。改變電阻R的同時要保證導(dǎo)體兩端的電壓不變，可以采用以下兩種方法：一是使用同一個電源，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(shí)驗(yàn)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有所變化，會給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。二是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(diǎn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中非常容易忽視，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)生便很容易得出導(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。

除了歐姆定律外，影響電阻大小的因素、焦耳定律、電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與什么因素有關(guān)等探究過程都為控制變量法的應(yīng)用提供了很好的機(jī)會。教師應(yīng)充分利用這些機(jī)會，使學(xué)生對控制變量法不斷加深理解，并有意識地應(yīng)用控制變量的研究方法去探究物理規(guī)律，以便達(dá)到觸類旁通、舉一反三的效果，切實(shí)提高教學(xué)質(zhì)量。