初中物理电学中控制变量法的实际应用探究

胡胜男

摘 要：初中物理电学知识是整个初中物理的一个重难点，也是中考考查的重点内容。学生拿到这类题目后往往觉得无从下手，其实学生只要具备相关知识，做好足够的准备工作，而后理清思路，则可解决该题。那么如何才能顺理成章的确解决问题和攻破这个重难点呢，下面就初中物理电学中控制变量法的实际应用谈一点我不成熟的教学思路，和大家一起讨论。

关键词：初中物理；电学；控制变量法；探究

一、探究物理规律中控制变量法的应用

欧姆定律是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。学生们通过之前的学习掌握了电学的3个基本概念：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3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什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量。1.控制电阻R不变，改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系。（1）固定电阻值，可保证定值电阻R的阻值不变。（2）影响导体两端的电压值的改变，可用两种办法：1.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研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。2.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为了使定值电阻两端的电压发生改变。2.保持导体两端的电压U不变，改变电阻R，研究电流与电阻的关系。（1）用不同的定值电阻可改变电阻R的值。（2）变动电阻R的同时必须保证导体两端的电压不改变，可以采用以下两种方法：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变化，给实验带来误差。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，便水到渠成了。

二、电学习题中控制变量法的运用

1.在比较物理量的大小时用控制变量的思路

例1：已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大，把它们并联在电路中，比较甲的电功率和乙的电功率。简析：求解电功率的公式比较多：P=UI，P=U2/R，P=I2R，学生分析起来常常感到无从下手。电功率与两个因素有关。可引导学生用控制变量法的思路解决这类问题。关键在于根据题目意思找到起相同作用的因素，只让一个因素发生变化，再分析电功率与另一个变量之间的关系。具体分析如下：并联时，各支路两端电压相等，所以我们可以选择P=U2/R或P=UI。已知R甲>R乙，可根据P=U2R直接得出P甲

也可用另一方法：已知R甲>R乙，由并联电路可知I甲

。

2.在突破动态电路的难点中运用控制变量的思路

例2：如图3所示电路，试分析当滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表和电压表的示数如何变化？

简析：引导学生从U=IR入手，电压与电流和电阻两个因素有关，当I、R都发生变化时（R变小，I变大），很难判定U如何变化。此时最好运用控制变量的思路，保证I、R其中一个因素不变，只改变另一个因素。电路中的电流I肯定要发生改变，所以从定值电阻R入手。电路中的电流I变大，R不变，根据欧姆定律可知，R两端的电压UR变大。电源电压不变，UR变大，则UC变小。此电路是电学中的一个典型的电路，很多中考题都是由此题衍生出来的。在分析过程中，学生普遍感到困难，准确率低。学生对滑片向左移动时，滑动变阻器的电阻Rc的变化和电路中电流I的变化比较容易判断。但对于UR、UC的变化就感到无从下手。学生明白了这样分析的原因，就会正确地运用控制变量法来突破难点了。

三、用控制变量法来学习电阻

学生通过之前的学习掌握了电路的两个基本部分：电流及电压；紧接着学习电阻，学生的压力不会很大，但这时学生对科学探究物理的方法还没什么概念。这时教师会根据课程的要求授完这节课，然后引入“控制变量法”安排一节课，有针对性地讲解一些典型例题。

例3：在探究“导体电阻大小与哪些因素有关”的实验时，将一根粗细均匀的导体截成两段后分别接入如图1所示的电路中，这是用来探究（ ）。

A、导体电阻与横截面积的关系；

B、导体电阻与材料的关系；

C、导体电阻与长度的关系；

D、导体电阻与温度的关系。

解析：从题中所给的条件看，两段导体是同一段导体按不同的长度截取的，即它们的材料、横截面积及温度是相同的，但是长度不同。这样学生就很容易得出答案C。

但学生要掌握的是：本题由教材上的演示实验演化而来，这是中考试题常出现的命题来源，更重要的是，本题中涉及了对控制变量法的理解和应用。

四、在学习电学实验中利用控制变量法

在总结“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”的实验时，我们会用到如下图所示的例题：

例4，如图所示，这是小明研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图。它由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管和自制的针式刻度板组成。小明在探究过程中发现：

一是当滑动变阻器的滑片P向____滑动时（填“左”或“右”），指针B偏转的角度将会_____（填“变大”或“变小”）；二是保持滑片P位置不变，当导线a由接线柱2改为与接线柱1相连，闭合开关后，可发现指针B偏转的角度将会_____（填“变大”或“变小”）。经过对电磁铁的研究，可得出以下结论：当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性______；当通过电磁铁的电流一定时______，电磁铁线圈的匝数越_____，磁性越_____。本题节选自《经典学法频道》中习题频道的一道题。整个实验过程应采用控制变量法进行研究，但在实验的第二步中改变了线圈的匝数，同时也改变了螺线管电阻的大小，改变了电路中的电流。所以，在讲解这个实验的第二步时，对学生强调：若线圈的长度不长，电阻忽略不计，当导线a由接线柱2改为与接线1相连，可认为电流不改变，可得到当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强；若线圈的电阻不可忽略，就应该在电路中串联一个电流表，当导线a由接线柱2改为与接线1相连，通过调节滑片P，使两次的电流相同，才能得出结论。总之，控制变量法作为一种重要的科学研究方式，不仅在物理中得到很好地运用，在生活中也能进行有效渗透，为我们解决各种生活中的难题，通过让学生在物理电学中掌握好控制变量法，对他们以后的生活和学习也是大有裨益的。