控制變量法在初中物理電學中的應用

楊國輝

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）10-0035-02

物理學中對于多因素（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，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。它是科學探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。也是初中物理學習的重要方法，特別是在電學的學習中。

一、探究物理規律中控制變量法的應用

歐姆定律是電學的基礎和重點，處于電學的核心位置。學生們通過之前的學習掌握了電學的3個基本概念：電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關系呢？根據新課程標準的要求，教材安排了一個比較完整的探究活動，涵蓋了探究的3個要素。其中重點是如何運用控制變量法來設計整個實驗，明確用什么方法保證什么物理量不變，用什么方法改變什么物理量。

1.控制電阻R不變，改變導體兩端電壓U，探究電流I與電壓U之間的關系

（1）固定電阻值，可保證定值電阻R的阻值不變。

（2）影響導體兩端的電壓值的改變，可用兩種辦法：1.改變電源兩端的電壓，即可改變導體兩端的電壓U。用這個電路，學生能夠較為輕松地運用控制變量的方法研究電流與電壓的關系，易于學生理解和掌握。2.通過調節滑動變阻器，改變電阻R兩端的電壓。要使學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為了使定值電阻兩端的電壓發生改變。

2.保持導體兩端的電壓U不變，改變電阻R，研究電流與電阻的關系

（1）用不同的定值電阻可改變電阻R的值。

（2）變動電阻R的同時必須保證導體兩端的電壓不改變，可以采用以下兩種方法：使用同一個電源，即可保證導體兩端的電壓不變，更換不同的電阻，可直接得出電流與電阻的關系，降低了探究的難度。但如果實驗中使用的是干電池，電池有內阻，外接電阻R變化時，電阻R兩端的電壓也會隨之變化，給實驗帶來誤差。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。這一點學生在實驗中容易忽視，教師要注意引導學生觀察電壓表，使其示數保持不變。

經過以上兩個環節的探究，學生得出導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系，便水到渠成了。

二、用控制變量法來學習電阻

學生通過之前的學習掌握了電路的兩個基本部分：電流及電壓；緊接著學習電阻，學生的壓力不會很大，但這時學生對科學探究物理的方法還沒什么概念。這時教師會根據課程的要求授完這節課，然后引入“控制變量法”安排一節課，有針對性地講解一些典型例題。

例題：在探究“導體電阻大小與哪些因素有關”的實驗時，將一根粗細均勻的導體截成長度不同兩段后分別接入電路中，這是用來探究（ ）。

A.導體電阻與橫截面積的關系；

B.導體電阻與材料的關系；

C.導體電阻與長度的關系；

D.導體電阻與溫度的關系。

解析：從題中所給的條件看，兩段導體是同一段導體按不同的長度截取的，即它們的材料、橫截面積及溫度是相同的，但是長度不同。這樣學生就很容易得出答案C。

但學生要掌握的是：本題由教材上的演示實驗演化而來，這是中考試題常出現的命題來源，更重要的是，本題中涉及了對控制變量法的理解和應用。

三、在學習電學實驗中利用控制變量法

在總結“電磁鐵磁性的強弱與什么因素有關”的實驗時，我們會用到如下圖所示的例題：在研究電磁鐵的磁性強弱跟什么因素有關時，小華和小明從實驗室選取了匝數分別為50匝和100匝的外形相同的電磁鐵，并先后將這兩個電磁鐵接入電路中，如圖所示。閉合開關S后用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片P重復了多次實驗，記錄如下：

（1）分析第1、2、3次的實驗記錄，可得出結論： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的實驗記錄，可得出結論： 。

（1）題中，在控制線圈的匝數相同、都有鐵芯的情況下，隨著電流的增加，吸引鐵釘數目也在增加，說明電磁鐵的磁性在增強，那么可以得出的結論：線圈的匝數相同、都有鐵芯時，電流越大，電磁鐵的磁性越強。

（2）題中，是在控制電流和鐵芯的情況下，線圈匝數不同時，電磁鐵的磁性強弱與線圈匝數的關系，匝數越多，電磁鐵的磁性越強，可以得出的結論：電流相同，都有鐵芯的情況下，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性就越強。

這兩個題目的共同特點是：涉及多個物理量的問題，讓學生感覺比較麻煩，但是百變不離其中，因為電磁鐵的磁性強弱與三個因素有關系，那么就要控制其中的兩個物理量，來討論第三個物理量，問題就迎刃而解了。

四、電學習題中控制變量法的運用

在比較物理量的大小時用控制變量的思路

例1：已知甲導體的電阻比乙導體的電阻大，把它們并聯在電路中，比較甲的電功率和乙的電功率。

學生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者來解決問題，讓學生感覺無從下手。可引導學生用控制變量法的思路解決這類問題。關鍵在于根據題目意思找到起相同作用的因素，只讓一個因素發生變化，再分析電功率與另一個變量之間的關系。一并聯種方法是，在并聯電路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根據p=來判斷出p甲

總之，控制變量法作為一種重要的科學研究方式，不僅在物理中得到很好地運用，在生活中也能進行有效滲透，為我們解決各種生活中的難題，通過讓學生在物理電學中掌握好控制變量法，對他們以后的生活和學習也是大有裨益的。

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）10-0035-02

物理學中對于多因素（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，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。它是科學探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。也是初中物理學習的重要方法，特別是在電學的學習中。

一、探究物理規律中控制變量法的應用

歐姆定律是電學的基礎和重點，處于電學的核心位置。學生們通過之前的學習掌握了電學的3個基本概念：電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關系呢？根據新課程標準的要求，教材安排了一個比較完整的探究活動，涵蓋了探究的3個要素。其中重點是如何運用控制變量法來設計整個實驗，明確用什么方法保證什么物理量不變，用什么方法改變什么物理量。

1.控制電阻R不變，改變導體兩端電壓U，探究電流I與電壓U之間的關系

（1）固定電阻值，可保證定值電阻R的阻值不變。

（2）影響導體兩端的電壓值的改變，可用兩種辦法：1.改變電源兩端的電壓，即可改變導體兩端的電壓U。用這個電路，學生能夠較為輕松地運用控制變量的方法研究電流與電壓的關系，易于學生理解和掌握。2.通過調節滑動變阻器，改變電阻R兩端的電壓。要使學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為了使定值電阻兩端的電壓發生改變。

2.保持導體兩端的電壓U不變，改變電阻R，研究電流與電阻的關系

（1）用不同的定值電阻可改變電阻R的值。

（2）變動電阻R的同時必須保證導體兩端的電壓不改變，可以采用以下兩種方法：使用同一個電源，即可保證導體兩端的電壓不變，更換不同的電阻，可直接得出電流與電阻的關系，降低了探究的難度。但如果實驗中使用的是干電池，電池有內阻，外接電阻R變化時，電阻R兩端的電壓也會隨之變化，給實驗帶來誤差。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。這一點學生在實驗中容易忽視，教師要注意引導學生觀察電壓表，使其示數保持不變。

經過以上兩個環節的探究，學生得出導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系，便水到渠成了。

二、用控制變量法來學習電阻

學生通過之前的學習掌握了電路的兩個基本部分：電流及電壓；緊接著學習電阻，學生的壓力不會很大，但這時學生對科學探究物理的方法還沒什么概念。這時教師會根據課程的要求授完這節課，然后引入“控制變量法”安排一節課，有針對性地講解一些典型例題。

例題：在探究“導體電阻大小與哪些因素有關”的實驗時，將一根粗細均勻的導體截成長度不同兩段后分別接入電路中，這是用來探究（ ）。

A.導體電阻與橫截面積的關系；

B.導體電阻與材料的關系；

C.導體電阻與長度的關系；

D.導體電阻與溫度的關系。

解析：從題中所給的條件看，兩段導體是同一段導體按不同的長度截取的，即它們的材料、橫截面積及溫度是相同的，但是長度不同。這樣學生就很容易得出答案C。

但學生要掌握的是：本題由教材上的演示實驗演化而來，這是中考試題常出現的命題來源，更重要的是，本題中涉及了對控制變量法的理解和應用。

三、在學習電學實驗中利用控制變量法

在總結“電磁鐵磁性的強弱與什么因素有關”的實驗時，我們會用到如下圖所示的例題：在研究電磁鐵的磁性強弱跟什么因素有關時，小華和小明從實驗室選取了匝數分別為50匝和100匝的外形相同的電磁鐵，并先后將這兩個電磁鐵接入電路中，如圖所示。閉合開關S后用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片P重復了多次實驗，記錄如下：

（1）分析第1、2、3次的實驗記錄，可得出結論： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的實驗記錄，可得出結論： 。

（1）題中，在控制線圈的匝數相同、都有鐵芯的情況下，隨著電流的增加，吸引鐵釘數目也在增加，說明電磁鐵的磁性在增強，那么可以得出的結論：線圈的匝數相同、都有鐵芯時，電流越大，電磁鐵的磁性越強。

（2）題中，是在控制電流和鐵芯的情況下，線圈匝數不同時，電磁鐵的磁性強弱與線圈匝數的關系，匝數越多，電磁鐵的磁性越強，可以得出的結論：電流相同，都有鐵芯的情況下，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性就越強。

這兩個題目的共同特點是：涉及多個物理量的問題，讓學生感覺比較麻煩，但是百變不離其中，因為電磁鐵的磁性強弱與三個因素有關系，那么就要控制其中的兩個物理量，來討論第三個物理量，問題就迎刃而解了。

四、電學習題中控制變量法的運用

在比較物理量的大小時用控制變量的思路

例1：已知甲導體的電阻比乙導體的電阻大，把它們并聯在電路中，比較甲的電功率和乙的電功率。

學生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者來解決問題，讓學生感覺無從下手。可引導學生用控制變量法的思路解決這類問題。關鍵在于根據題目意思找到起相同作用的因素，只讓一個因素發生變化，再分析電功率與另一個變量之間的關系。一并聯種方法是，在并聯電路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根據p=來判斷出p甲

總之，控制變量法作為一種重要的科學研究方式，不僅在物理中得到很好地運用，在生活中也能進行有效滲透，為我們解決各種生活中的難題，通過讓學生在物理電學中掌握好控制變量法，對他們以后的生活和學習也是大有裨益的。

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1002-7661（2014）10-0035-02

物理學中對于多因素（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，分別加以研究，最后再綜合解決，這種方法叫控制變量法。它是科學探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學探索和科學實驗研究之中。也是初中物理學習的重要方法，特別是在電學的學習中。

一、探究物理規律中控制變量法的應用

歐姆定律是電學的基礎和重點，處于電學的核心位置。學生們通過之前的學習掌握了電學的3個基本概念：電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關系呢？根據新課程標準的要求，教材安排了一個比較完整的探究活動，涵蓋了探究的3個要素。其中重點是如何運用控制變量法來設計整個實驗，明確用什么方法保證什么物理量不變，用什么方法改變什么物理量。

1.控制電阻R不變，改變導體兩端電壓U，探究電流I與電壓U之間的關系

（1）固定電阻值，可保證定值電阻R的阻值不變。

（2）影響導體兩端的電壓值的改變，可用兩種辦法：1.改變電源兩端的電壓，即可改變導體兩端的電壓U。用這個電路，學生能夠較為輕松地運用控制變量的方法研究電流與電壓的關系，易于學生理解和掌握。2.通過調節滑動變阻器，改變電阻R兩端的電壓。要使學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為了使定值電阻兩端的電壓發生改變。

2.保持導體兩端的電壓U不變，改變電阻R，研究電流與電阻的關系

（1）用不同的定值電阻可改變電阻R的值。

（2）變動電阻R的同時必須保證導體兩端的電壓不改變，可以采用以下兩種方法：使用同一個電源，即可保證導體兩端的電壓不變，更換不同的電阻，可直接得出電流與電阻的關系，降低了探究的難度。但如果實驗中使用的是干電池，電池有內阻，外接電阻R變化時，電阻R兩端的電壓也會隨之變化，給實驗帶來誤差。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。這一點學生在實驗中容易忽視，教師要注意引導學生觀察電壓表，使其示數保持不變。

經過以上兩個環節的探究，學生得出導體中的電流與導體兩端的電壓和導體的電阻的關系，便水到渠成了。

二、用控制變量法來學習電阻

學生通過之前的學習掌握了電路的兩個基本部分：電流及電壓；緊接著學習電阻，學生的壓力不會很大，但這時學生對科學探究物理的方法還沒什么概念。這時教師會根據課程的要求授完這節課，然后引入“控制變量法”安排一節課，有針對性地講解一些典型例題。

例題：在探究“導體電阻大小與哪些因素有關”的實驗時，將一根粗細均勻的導體截成長度不同兩段后分別接入電路中，這是用來探究（ ）。

A.導體電阻與橫截面積的關系；

B.導體電阻與材料的關系；

C.導體電阻與長度的關系；

D.導體電阻與溫度的關系。

解析：從題中所給的條件看，兩段導體是同一段導體按不同的長度截取的，即它們的材料、橫截面積及溫度是相同的，但是長度不同。這樣學生就很容易得出答案C。

但學生要掌握的是：本題由教材上的演示實驗演化而來，這是中考試題常出現的命題來源，更重要的是，本題中涉及了對控制變量法的理解和應用。

三、在學習電學實驗中利用控制變量法

在總結“電磁鐵磁性的強弱與什么因素有關”的實驗時，我們會用到如下圖所示的例題：在研究電磁鐵的磁性強弱跟什么因素有關時，小華和小明從實驗室選取了匝數分別為50匝和100匝的外形相同的電磁鐵，并先后將這兩個電磁鐵接入電路中，如圖所示。閉合開關S后用電磁鐵吸引大頭針，并移動滑動變阻器的滑片P重復了多次實驗，記錄如下：

（1）分析第1、2、3次的實驗記錄，可得出結論： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的實驗記錄，可得出結論： 。

（1）題中，在控制線圈的匝數相同、都有鐵芯的情況下，隨著電流的增加，吸引鐵釘數目也在增加，說明電磁鐵的磁性在增強，那么可以得出的結論：線圈的匝數相同、都有鐵芯時，電流越大，電磁鐵的磁性越強。

（2）題中，是在控制電流和鐵芯的情況下，線圈匝數不同時，電磁鐵的磁性強弱與線圈匝數的關系，匝數越多，電磁鐵的磁性越強，可以得出的結論：電流相同，都有鐵芯的情況下，線圈匝數越多，電磁鐵的磁性就越強。

這兩個題目的共同特點是：涉及多個物理量的問題，讓學生感覺比較麻煩，但是百變不離其中，因為電磁鐵的磁性強弱與三個因素有關系，那么就要控制其中的兩個物理量，來討論第三個物理量，問題就迎刃而解了。

四、電學習題中控制變量法的運用

在比較物理量的大小時用控制變量的思路

例1：已知甲導體的電阻比乙導體的電阻大，把它們并聯在電路中，比較甲的電功率和乙的電功率。

學生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者來解決問題，讓學生感覺無從下手?？梢龑W生用控制變量法的思路解決這類問題。關鍵在于根據題目意思找到起相同作用的因素，只讓一個因素發生變化，再分析電功率與另一個變量之間的關系。一并聯種方法是，在并聯電路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根據p=來判斷出p甲

總之，控制變量法作為一種重要的科學研究方式，不僅在物理中得到很好地運用，在生活中也能進行有效滲透，為我們解決各種生活中的難題，通過讓學生在物理電學中掌握好控制變量法，對他們以后的生活和學習也是大有裨益的。