正确运用控制变量法进行探究

新疆哈密市第五中学 张志敏

义务教育阶段的物理课程旨在提高学生的科学素养，让学生学习终身发展必需的基础知识和方法，养成良好的思维习惯，在分析问题和解决问题时尝试运用科学知识和方法。控制变量法就是研究物理问题的一种重要的基本方法。所谓控制变量法就是把多因素问题变成多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决。对于多因素问题，我们一般都可以运用控制变量法加以研究。当我们要检验某个因素对问题的影响时，就要控制好其余因素保持不变，单独看这个因素对问题的影响，依此类推，逐个因素的进行检验，最后综合分析，得出结论。正确使用控制变量法的关键是“变量”只能有一个，同时要控制其余量保持不变，这就是控制变量法的基本思想。

初中物理中的许多问题都是运用控制变量法进行研究的，但也存在一些不能正确运用该方法含糊不清的现象，现在提出来供同行参考。

例1：在探究二力平衡的条件这个实验中，影响因素共有四个：二力是否作用在同一个物体上、二力的大小、二力的方向、二力的作用线。要研究其中某个因素对问题的影响时，应控制其余因素保持不变。但在探究“二力的作用线”对问题的影响时，我看到大多数老师的做法是：把小车（或硬纸片）扭转一个角度后释放，观察小车的运动状态是否改变，得出二力的作用线在一条直线上二力才能平衡的结论。“将小车扭转一个角度”小车受到的二力的作用线的确不在同一条直线上，但这时二力的方向往往也并非“正相反”（平行且相反），这时的变量就有两个了：二力的方向和二力的作用线，小车在松手后发生转动，不能确定是由哪个“变量”导致的。这时，有的老师就会说：此时，这两个力的方向大致相反。而有的老师根本不解释，就认为二力的方向相反，学生多数情况也是默认了事的。

我认为这样做这个实验是不容易控制“变量”只有一个，这“随便的一扭”没有真正的理解如何使用控制变量法来探究问题，是值得商榷的实验方案。依据控制变量法的基本思想，可对此实验做如下修改：只要在小车的两端靠边不对称的位置各增加一个挂钩，把定滑轮的位置适当移动一下（如图一）：就可以控制二力的方向平行且相反，二力的大小相等，都作用在同一物体上，但二力的作用线不在同一条直线上。这时松手后，小车发生转动，说明只有二力作用线在同一条直线上二力才可能平衡。这个实验才真正体现了控制变量法的基本思想。

例2：在探究浮力的大小和哪些因素有关这个实验中，影响因素也是四个：固体密度、液体密度、固体浸入液体深度、固体浸入液体的体积。这个实验的探究，肯定要用控制变量法，但在探究浮力的大小和浸入液体体积的关系时，多数老师是这样做的：把一个柱状圆柱体挂在弹簧测力计下，把圆柱体慢慢浸入液体中，观察到浸入液体中的体积越大，弹簧测力计的示数减小的越多，从而得出浮力的大小与浸入液体的体积有关的结论。仔细分析不难发现，将圆柱体慢慢浸入液体中时不但物体浸入液体的体积发生变化，而且物体浸入液体的深度也发生了变化。如果没有排除掉深度对浮力大小的影响，就不能确定究竟是浸入的体积还是浸入的深度导致物体所受的浮力发生变化的，当然也就不可能得出正确的结论了。针对这个问题，可将实验修改如下（如图二）：将两个同种材料制成的、高度相同、粗细不同的圆柱体，分别挂在弹簧测力计下，将它们同时慢慢浸入到同种液体中的同样深度，对比两个弹簧测力计示数减小的多少，发现粗圆柱体受到的浮力大。由此得出结论：当物体密度、液体密度、浸入深度都相同时，浸入液体的体积越大，物体受到的浮力越大。

（图二）

同样的问题也出现在一些习题当中，这里就不在累述了。这两个例子告诉我们，使用控制变量法研究问题时，要严格遵守控制变量法的基本思想来设计实验方案，不能模棱两可，似是而非。