控制变量法在初中物理电学中的应用

杨国辉

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）10-0035-02

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，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。也是初中物理学习的重要方法，特别是在电学的学习中。

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、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。

例题：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长度不同两段后分别接入电路中，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。

三、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：在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下：

（1）分析第1、2、3次的实验记录，可得出结论： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的实验记录，可得出结论： 。

（1）题中，在控制线圈的匝数相同、都有铁芯的情况下，随着电流的增加，吸引铁钉数目也在增加，说明电磁铁的磁性在增强，那么可以得出的结论：线圈的匝数相同、都有铁芯时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

（2）题中，是在控制电流和铁芯的情况下，线圈匝数不同时，电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，匝数越多，电磁铁的磁性越强，可以得出的结论：电流相同，都有铁芯的情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。

这两个题目的共同特点是：涉及多个物理量的问题，让学生感觉比较麻烦，但是百变不离其中，因为电磁铁的磁性强弱与三个因素有关系，那么就要控制其中的两个物理量，来讨论第三个物理量，问题就迎刃而解了。

四、电学习题中控制变量法的运用

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。

学生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者来解决问题，让学生感觉无从下手。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。一并联种方法是，在并联电路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根据p=来判断出p甲

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。

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）10-0035-02

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，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。也是初中物理学习的重要方法，特别是在电学的学习中。

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、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。

例题：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长度不同两段后分别接入电路中，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。

三、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：在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下：

（1）分析第1、2、3次的实验记录，可得出结论： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的实验记录，可得出结论： 。

（1）题中，在控制线圈的匝数相同、都有铁芯的情况下，随着电流的增加，吸引铁钉数目也在增加，说明电磁铁的磁性在增强，那么可以得出的结论：线圈的匝数相同、都有铁芯时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

（2）题中，是在控制电流和铁芯的情况下，线圈匝数不同时，电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，匝数越多，电磁铁的磁性越强，可以得出的结论：电流相同，都有铁芯的情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。

这两个题目的共同特点是：涉及多个物理量的问题，让学生感觉比较麻烦，但是百变不离其中，因为电磁铁的磁性强弱与三个因素有关系，那么就要控制其中的两个物理量，来讨论第三个物理量，问题就迎刃而解了。

四、电学习题中控制变量法的运用

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。

学生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者来解决问题，让学生感觉无从下手。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。一并联种方法是，在并联电路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根据p=来判断出p甲

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。

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1002-7661（2014）10-0035-02

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，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。也是初中物理学习的重要方法，特别是在电学的学习中。

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、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。

例题：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长度不同两段后分别接入电路中，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。

三、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：在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下：

（1）分析第1、2、3次的实验记录，可得出结论： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的实验记录，可得出结论： 。

（1）题中，在控制线圈的匝数相同、都有铁芯的情况下，随着电流的增加，吸引铁钉数目也在增加，说明电磁铁的磁性在增强，那么可以得出的结论：线圈的匝数相同、都有铁芯时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

（2）题中，是在控制电流和铁芯的情况下，线圈匝数不同时，电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，匝数越多，电磁铁的磁性越强，可以得出的结论：电流相同，都有铁芯的情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。

这两个题目的共同特点是：涉及多个物理量的问题，让学生感觉比较麻烦，但是百变不离其中，因为电磁铁的磁性强弱与三个因素有关系，那么就要控制其中的两个物理量，来讨论第三个物理量，问题就迎刃而解了。

四、电学习题中控制变量法的运用

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。

学生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者来解决问题，让学生感觉无从下手。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。一并联种方法是，在并联电路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根据p=来判断出p甲

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。