初中物理电学中控制变量法的实际应用探讨

姜烨

【摘 要】控制变量法在物理教学中起着重要作用。初中物理难度较大，采用传统的教学方法很难让学生理解，因此笔者基于多年的教学经验，阐述了控制变量法在初中物理电学研究中的应用。

【关键词】初中物理；电学；控制变量法

【中图分类号】G633.7  【文献标识码】A  【文章编号】1671-8437（2020）34-0055-02

物理学的研究是基于各种自然现象的，自然现象是基础的基础，并且这些物理现象是复杂且易变的，各种因素都会对其有一定的影响。为了准确地理解研究主题的性质并清楚地了解其变化的原因，不应该仅依靠整体观察，更应该使用人工效应来达到特殊的研究条件[1]。控制变量法，即变量控制方法，就是寻找这些规律的方法。运用控制变量法研究多变量对象时，一次只能更改一个变量，其余变量将被视为固定值[2]。

控制变量法是学习物理的好方法，是研究特定的物理问题和因素时，一次只更改一个因素，确保其他因素保持不变，探索正在研究的内容和该因素存在的一些关系的方法。通过控制变量法，可逐步解决复杂的物理问题，帮助学生减小学习物理的难度。

1   控制变量法概述

控制变量是指控制影响实验结果的所有变量，除实验因素（独立变量）外，它们不是本实验中要研究的变量，被称为无关变量、无关因素或非经验因素。只有控制除可以更改因变量的自变量以外的所有变量，才能在实验中阐明因果关系，控制变量的目的是控制某些影响因素以获得实际结果[3]。

自变量是操纵变量，因变量是测量或记录的变量。这两个术语之间的差异似乎会使许多人困惑，因为很多人认为“每个变量都是因变量”。但是，认识到这种区别后会发现这种区别是必不可少的。术语“独立变量”和“因变量”主要在操纵变量的实验研究中使用[4]。从这个意义上说，自变量在受试者的反应形式、性质和目的方面是独立的，而其他变量则“依赖”于操纵变量或实验条件的变化。

实验中有三个主要变量：自变量、因变量和控制变量，前两个变量统称为实验变量。自变量就是本身发生变化的物理量,因变量就是由于自变量发生变化而引起的变化，即受试者在其中观察并记录响应自变量变化的行为。控制变量（也称其他相关变量）表示除了实验变量之外还影响实验变化和结果的潜在因素或条件[5]。

在教授物理电学知识时，为了帮助学生更好地理解电阻、电流和电压之间的关系，可更改一个和两个不变量来研究变量对另一个的影响。通过控制变量法，中学生可以更多地了解自身对物理电学知识的掌握情况，逐渐了解各种物理量之间的关系。对于更复杂的物理问题，控制变量法也是一种更有效的方法。关于控制变量法，重要的是控制一定变量，然后将复杂的物理问题转换为简单的问题进行研究。由于对知觉的认知程度不高，在没有教师指导的情况下，中学生难以有效运用变量控制法。

2   应用研究

2.1  探究欧姆定律

欧姆定律是学习电学知识的基础和重点，也是电学的核心。通过先前的教学，学生已经掌握了三个基本概念：电流、电压和电阻。它们之间是什么关系？根据新课程标准的要求，教科书安排了一个相对完整的探究活动，涵盖了探究的三个要素[6]。在此，重点探究如何使用变量控制法设计整个实验，如何使用它来确保物理量不变以及如何使用它来更改物理量。

（1）在不改变电阻的情况下对其进行控制，改变导体的电压，并探索电流与电压之间的关系。

a.电阻值是固定的，因此固定值电阻器的电阻值不变。

b.有两种方法可以影响导体的电压值变化。①如果更改电源电压，则导体的电压可能会变化。通过该电路，学生可以通过简单的变量控制法学习电流和电压之间的关系，易于理解和学习。②调节滑动变电阻器会改变固定电阻器两端的电压。因为固定值电阻和滑动变阻器是串联的，且电路总电压恒定不变，所以调节滑动变阻器阻值时，滑动变阻器两端分得的电压会变化，从而影响固定值电阻两端的电压。

（2）在不改变导体两端电压的情况下改变固定值电阻，研究电流与电阻之间的关系。

a.可将固定值电阻器替换为另一个固定值电阻器。

b.改变电阻时，需要确保导体两端的电压不变。可以使用两种方法。一是使用相同的电源，确保导体上的电压保持不变，并更换其他电阻器以直接带来电流和电阻的变化，从而降低理解难度。然而，当用电池实验时，由于电池具有内部电阻，且当外部电阻变化时，电阻兩端的电压也会变化，所以会有实验误差。二是将电阻器更改为另一个电阻器，如果滑动电位器的滑动部分不移动，则固定值电阻器的电压会发生变化。电压和电阻改变时，则无法确定影响电流的因素。这很容易被学生在实验中忽略。所以教师应注意引导学生观察电压表，保持读数完整。通过研究以上两个环节，学生可以了解到导体中的电流、导体中的电压和导体的电阻之间的关系。

2.2  了解未知物质的电阻

在进行实验以确定未知物质的电阻之前，学生应该先对电阻有透彻的了解，并对电路、电压、电流和一些基本的实验要求有全面的了解。在测量过程中使用控制变量方法是实验的关键。相同材料的电阻与长度、厚度和温度密切相关[7]。因此，在实验过程中，学生应积极掌握实验的变量控制，以确保实验原理的准确性。对于当前水平的初中生，实验过程中应确保仅更改一个变量以探索实验目标。

2.3  探究功率之间的关系

物理学中的经典问题类型是比较两个变量的大小，但是变量经常相互约束，因此很难测量哪个变量更大。此时，最优的研究方法是选择控制变量法。这是带有一个简单示例的详细说明。例题：电路中有两个并联的电阻，如果电阻的电阻值大于电阻的电阻值，电阻和电阻的功率之间是什么关系？

答：计算电功率的主要公式如下：，，。由于公式众多，初学者会感到困惑，难以理清头绪。但是，指导学生采用控制变量方法进行研究，则可以轻松解决该问题。先分析功效是否与两个变量有关，然后分析问题以得到相同的变量，要确保只有另一个变量处于变化状态。当电阻器并联连接在电路中时，两个电阻器上的电压相同，因此可选择的公式中可排除，由题目已知的电阻值大于的电阻值，所以通过公式，可以得到电阻两端的功率小于电阻两端的功率。

2.4  动态电路分析

电学中的难点是动态电路的分析和计算。考试中通常还缺少有关动态电路的问题，解决这类问题的有效而准确的方法通常是控制变量方法。如下例所示：如图1所示，将可变电阻的滑片向左推时，电流表和电压表如何变化？

答：该电路是电气测试问题中的经典问题类型，并且该电路中发展了许多常见的测试问题。但是，这类问题通常对于学生来说很难分析，并且准确性相对较低。当向左滑动滑片时，学生可以容易地判断电阻器的变化和支路电流?I?的变化，但是电阻器和两端的电压太弱，无法准确判断。这时，可启发学生从基本电压公式开始。电压的大小与电流和电阻有关。当这两种情况都改变时，很难判断电压的变化。最好的方法是控制变量方法，先查看两个变量之一是否固定，然后关注恒定值电阻器。因此，当滑片向左滑动时，电路中的总电阻变小，总电压保持不变，从而导致更大的总电流。根据欧姆定律，固定电阻器两侧的电压都会增加，，

不变，变大，所以减少。通过以上分析，学生能理解这种分析的原因以及如何通过解决问题进行分析。将来，他们能从类似的问题中得出推论，并使用控制变量方法灵活地解决问题。

3   结论

综合上述分析可以得到，控制变量法的应用在物理学习中非常广泛，并且在未来的物理学习中也很重要。因此，教师需要耐心且专心地进行指导，为了使学生更好地学习知识，必须加强他们对方法的掌握，以便他们获得正确的探究方法和技巧并提高能力，可以灵活地使用控制变量法探索未来研究中的各种问题，将所学的技能广泛用于学习和生活实践中。此时，知识不再停留在教科书中，而是成为一种能力，成为学生将来继续发展的工具。

【参考文献】

[1]袁玉湖.初中物理电学中控制变量法的应用分析[J].俪人:教师,2015(5).

[2]盧东文.初中物理电学中控制变量法的应用分析[J].神州,2013(19).

[3]薛燕.浅谈控制变量法在初中物理电学中的应用[J].新课程改革与实践,2010(13).

[4]肖石长.物理电学实验控制变量法的探究[J].理科爱好者:教育教学版,2013(5).

[5]涂和平.初中科学电学知识控制变量法的应用[J].中小企业管理与科技(中旬刊),2016(2).

[6]李喜平.让学生在物理实验中培养能力——初中物理电学实验刍议[J].读写算:教育导刊,2012(22).

[7]路纪元.物理电学中控制变量法运用分析[J].赢未来,2017(12).