控制变量法在物理教学中的应用

王旭

[关键词]物理教学；控制变量法；应用

[中图分类号]G633.7

[文献标识码]C

[文章编号]1004-0463(2012)06-0081-01

物理学中对于多因素(多变量)的问题，常常采用控制因素(变量)的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题，每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，逐个加以分析，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。在人教版的物理教册中，有许多探究实验中都用到了控制变量法。例如，声音的响度和音调、理想斜面实验、力与运动的关系、影响滑动摩擦力大小的因素、影响压力的作用效果的因素、影响浮力大小的因素、影响滑轮组的机械效率的因素、影响重力势能大小的因素、影响导体电阻大小的因素、验证欧姆定律、影响电流做功多少的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素等等。

一、用控制变量法探究影响滑动摩擦力大小的因素

1控制接触面的粗糙程度不变，改变物体对长木板的压力，探究压力与滑动摩擦力之间的关系。两次采用相同的平面即可保证接触面的粗糙程度不变：改变物体列长木板的压力，可采用在物体上面加砝码的办法，当在物体上加一砝码时物体对木板的压力增大。通过实验得出：当物体接触面的粗糙程度相同时压力越大滑动摩擦力越大。

2控制压力的大小不变，改变物体接触面的粗糙程度，探究接触面的粗糙程度和滑动摩擦力的关系。两次用同一个物体即可保证物体对长木板的压力大小不会改变。改变接触面的粗糙程度可以在长木板上铺上毛巾，当在木板上铺上一条毛巾时可以增大接触面的粗糙程度。通过实验得出：当物体所受的压力相同时，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。

二、用控制变量法探究欧姆定律

欧姆定律是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。学生通过之前的学习掌握了电路的三个基本部分：电流、电压、电阻。它们之间有怎样的关系呢?根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的七个要素。其中重点是如何运用控制变量法来设计整个实验，明确用什么方法保证某一物理量不变，用什么方法改变一物理量。

1控制电阻R不变，改变导体两端的电压u，探究电流I与电压u之间的关系。采用定值电阻，即可保证定值电阻R不变。改变导体两端的电压，可用两种办法：改变电源两端的电压，即可改变导体两端的电压U。用这个电路，学生能够较为轻松地运用控制变量的方法直接研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握：通过调节滑动变阻器，改变电阻R两端的电压。要使学生明确研究对象是定值电阻这部分电路，滑动变阻器的作用是使定值电阻两端的电压发生改变。

2控制导体两端的电压U不变，改变电阻R，探究电流与电阻的关系。换用不同的定值电阻即可改变电阻R。改变电阻R的同时要保证导体两端的电压不变，可以采用以下两种方法：一是使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻。可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之有所变化，会给实验带来误差。二是换用阻值不同的电阻R时，若滑动变阻器的滑片不动，定值电阻两端的电压会发生变化。电压、电阻都改变，就不能确定究竟是什么因素影响了电流。这一点学生在实验中非常容易忽视，教师要注意引导学生观察电压表，使其示数保持不变。

经过以上两个环节的探究，学生便很容易得出导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系。

除了欧姆定律外，影响电阻大小的因素、焦耳定律、电磁铁磁性的强弱与什么因素有关等探究过程都为控制变量法的应用提供了很好的机会。教师应充分利用这些机会，使学生对控制变量法不断加深理解，并有意识地应用控制变量的研究方法去探究物理规律，以便达到触类旁通、举一反三的效果，切实提高教学质量。