淺析高中物理實驗中的控制變量思想

溫澤

摘要：實驗是物理學習的重要手段，物理是自然學科的一種，在高中物理學習過程中，實驗對檢驗物理定律和概念是至關重要的。物理實驗方法多種多樣，而以控制變量思想為基礎的實驗方法是最有效的方法之一，是非常值得學習和推廣的。本文敘述了控制變量法的概念，并結合實例對控制變量法的應用做出了初步的研究，以及對物理學習起到一定的參照作用。

關鍵詞：高中物理實驗 控制變量法 內涵 應用

在進行高中物理學習時，死記硬背根本無法解決問題。物理學習具有很強的抽象性，物理實驗是探究物理規律的重要手段，高中生在進行物理實驗時，如果能使用正確的研究方法，往往能起到良好的教學效果。而在物理實驗方法中，控制變量法貫穿物理學習的始終，所以能正確掌握和使用控制變量法，對物理學習的意義是非常重大的。

一、控制變量法的概念

（一）控制變量法的定義

自然界萬物之間充滿了聯系，任何事物都不能擺脫其他事物而單獨存在。同樣，物理學研究也是一個多種因素相互交叉影響的學科。為了準確得出一個物理量同與它相關的一個因素之間的關系，我們就要人為地排除其他因素的影響，進行沒有干擾的探究，這樣才能保證物理實驗的科學性和嚴謹性，這種在物理教學中排除干擾因素進行精準探究的方法，我們通常稱之為控制變量法。

在高中物理學習中，滑動摩擦力的大小的相關因素，電功率的大小的相關因素，液體蒸發的相關因素，液體壓強的相關因素，在通過實驗研究這些因素的時候，控制變量法是最好的選擇，這可以顯著提升高中生動手能力和抽象理解能力。

（二）控制變量法的關鍵

在物理學習過程中，某個物理量與多個因素有關的現象非常普遍。充分了解其中的關系，采用的步驟一般是：問題提出→思考猜想→實驗檢驗 →論證分析→形成結論。其中在思考猜想階段，控制變量法經常被使用。控制變量的關鍵是要人為地控制單個和多個因素保持恒定，只研究我們所關心的因素變化，通過實驗驗證該因素與物理量之間的關系。

（三）控制變量法的作用

控制變量法最大的作用就減少其他因素所帶來的干擾，通過在物理實驗中對不需要研究因素的剔除，專門研究自己所探究因素對研究對象變化的影響，可以幫助對研究對象進行分析時排除不必要的影響，直接得出單一因素影響的結論，進而保證實驗結果的精確性。例如對電流導熱進行研究時，可先分別控制電流、通電時間和電阻三項因素中的任意兩項，分別研究電熱與其余一項因素的關系，最后驗證焦耳定律。

二、控制變量法的應用

（一）確定實驗研究對象

對實驗研究對象的界定，是應用控制變量法的前提。高中生應熟練的掌握物理的研究方法，在此基礎上，對自己所研究的物理量做出準確的甄別，在確定自己已經掌握研究對象之后，通過對控制變量法的作用和形式的深入了解，讓學生確定研究某個物理問題時是否能夠運用控制變量法進行實驗。

（二）確定與實驗相關因素

在確定實驗對象可以用應用控制變量解決問題后，下一步就是找到實驗對象有影響的因素，并且在書面上把它們進行歸納到一起。這是物理實驗的關鍵環節之一，即假想與猜測階段。實驗的后續步驟都是對這一階段的檢驗和證明，如果反映在實驗記錄上，如果兩次實驗只有一個物理量變化，而且實驗得出了不同的結果，該物理量即為一個研究因素。

（三）確定變化與不變的因素

采用控制變量法解決問題，研究的對象可能遇到多個相關因素，在物理實驗操作過程中，首先要把固定因素和控制變化因素確定清楚，然后采用控制變量法在實踐中加以操作，在實驗過程中，還應明確控制相關因素的先后次序問題。需要特別指出的是，雖然能對物理實驗造成影響的因素不止一個，但在控制變量時候只允許有一個變量因素。如物理習題：某同學體育課投擲標槍時用力足夠大，標槍投擲高度也不低，但投擲距離卻不理想，請問為什么會出現這種情況？標槍投擲距離與那些物理量有關？我們可以通過簡單的玩具水槍來進行原因的探究。首先保證水槍出水口的角度固定，通過壓力的變化改變水噴出的速度（圖1）。然后使用固定壓力保證噴水速度固定，通過調整改變噴水角度（圖2），我們可以看到噴水的距離隨著這兩個物理量的變化同時發生了改變。通過在這個簡單的實驗中控制變量，直觀簡捷的得出了實驗結論，證明了斜拋的物體運動的距離與拋射速度和拋射角度有關。該同學隨后通過計算調整了投擲角度，他在標槍項目中就取得了良好的成績。這是一次控制變量法成功地運用。

（四）確定控制變量的方法

這是控制變量法在實踐中應用的關鍵。在應用“控制變量法”進行實驗時，具體的實驗操作是非常重要的，關系到實驗結果的成敗。例如：在研究導體電阻與材料關系的實驗中，我們可以通過控制導體長度、橫截面積、溫度不變的條件下，選用不同材料的導體進行實驗。實驗時，首先保證其他因素固定不變，然后分別把鋁線和銅線接入電路中，把電流表串聯入電路，通過觀察電流表的讀數，就可以得出電阻的數據了，最后通過分析記錄的實驗數據，便可以推算出導體材料對電阻影響變化的規律了。以此類推，我們在逐一固定其他因素，每次只研究一種因素的影響，通過實驗，導體長度和橫截面積的對電阻影響的變化規律就可以得出來了。最后逐一分析材料、橫截面、長度和溫度等不同因素對電阻的影響，得出實驗結果，這就是一次典型的運用控制變量進行的物理實驗。

三、結語

控制變量法應用物理實驗中，可以將抽象的物理規律和概念直觀明了的表現出來。物理知識的更新是非常快的，所以學生不僅要掌握控制變量法，更要注重自己通過控制變量進行相關實驗，達到觸類旁通、舉一反三的學習境界，從而主動地學習物理學。只有如此，才能使自己的物理素養得到全面的提升。

參考文獻：

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