控制变量法在初中物理教学中的重要性

陈军

摘 要：物理学是一门自然学科，与其他自然学科一样，一般以探究为主，结合一系列以理论支撑为出发点的基本概念、推导公式、实验。物理学在自身的发展过程中对物理思维的逻辑性有严密要求，要符合逻辑规律。而物理思维的方法很多，根据初中生的知识结构特点，在这里我们对最常见的探究方法——控制变量法，进行分析并结合实际来讨论。

关键词：控制变量法；初中物理；探究方法

中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2015）10-0025-3

物理学是一门以观察和实验为基础的学科，大多数物理规律都是在实验的基础上建立起来的，要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律，就必须培养学生探究物理规律的能力。控制变量法是一种初中物理中常用的科学方法，初中学生容易理解和掌握，在初中物理教学中得到了广泛的应用，许多物理现象、规律的探索和推导，演示实验、学生分组实验等都运用了“控制变量法”这一科学方法。表1列出了一些课堂教学中应用了控制变量法的物理概念或规律及其对应变量。

从表中罗列到的物理概念或规律可看到，控制变量法的应用贯穿整个初中物理教学，它是学生必须掌握和熟练应用的科学方法之一。

在学习物理课程时同一个物理量会有很多的因素对其进行干扰。例如a=bc 这个式子中，b的变化会引起a的变化，c的变化也会引起a的变化，那到底是b还是c引起了a的变化呢？所以，在物理学中对于多因素（多变量）的问题，我们常常控制一些因素（变量），把多因素对研究对象的影响变成多个单因素的影响。每一次探究只改变其中的某一个因素，控制其余几个因素不变，从而找出被改变的这个因素对研究对象的影响，分别加以研究，最后再对各因素进行整合，这种方法我们叫做控制变量法。它是科学探究中的重要研究方法，被广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。控制变量法是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。下面就列举教学中遇到的一些实例，看看如何运用控制变量法探究物理规律以及理解物理概念。

例1 探究电流与电压、电阻之间的关系。

这里有三个物理量，当我们要探究电流与电阻之间的关系时，我们就采用控制变量法。电路设计如图1所示，利用滑动变阻器来控制电压表示数不变，通过改变不同阻值的电阻观察电流表的示数变化。制作表格将电流电阻记录在表格中进行对比，并在坐标中画出相应的图像，我们就可以知道电流与电阻的关系。这种方法对各物理量之间的关系一目了然。

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图1 电路设计

1.探究电流与电阻的关系：

保持接入电阻两端的电压u=3 V不变。

表2 R、I记录表

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2.探究电流与电压的关系：

保持接入电阻的阻值R=10 Ω不变。

表3 U、I记录表

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图2 I-R图 图3 I-U图

在利用物理知识去分析一些实际问题时对控制变量法的掌握程度决定了解题的成功率。在初中阶段能用控制变量法解决的问题很多，这使得控制变量法有了广泛的应用。

例2 在探究导体电阻与哪些因素有关时，如图4。

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图4 探究导体电阻与哪些因素有关的实验电路图

表4 4组实验材料列表

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A.对1、3两组进行实验，发现3组灯比1组亮。

说明：在材料和长度相同时，电阻的大小与导体的横截面积有关，横截面积越大电阻越小。

B.对2、4两组进行实验，发现2组灯比4组亮。

说明：在材料和横截面积相同时，电阻的大小与导体长度有关，长度越大电阻越大。

C.对2、3两组进行实验，发现3组灯比2组亮。

说明：在长度和横截面积相同时，电阻的大小与导体材料有关，电阻率越大电阻越大。

综上所述，初步得出导体的电阻与材料、横截面积、长度有关，若进一步研究可发现还与温度等因素有关。

例3 关于公式P=F/S 理解正确的是（ ）

A.物体的压力越大，压强越大

B.物体的受力面积越小，压强越大

C.物体的压力与受力面积成正比

D.压力与受力面积比值越大，压强越大

分析 正确的答案是D选项。公式中有三个物理量P、F、S，要想确定其中两个物理量的关系必须使第三个物理量保持不变。如A选项中要使物体的压力越大，压强也越大，必须在受力面积一定的情况下才成立，否则不成立。因为物体如果压力大，受力面积也大，压强有可能反而变小。同理，我们可以分析出B选项也是错误的，而C选项成立的条件是压强保持不变。

当我们掌握用控制变量法解决电学计算之后，我们也可以应用其规律融会贯通解决一些相关的电学物理现象和物理问题。

例4 试用计算方法判断将L1“220 V、40 W”和L2“220 V、10 W”的灯泡串联接入电路中，哪一个灯泡更亮一些？并联接入电路呢？（灯丝电阻不随温度改变）

分析 灯泡的亮度用电功率来反映，本题我们应该计算电功率来比较大小。在串联电路中，各处电流相等。利用控制变量法，我们可以根据公式P=I2R，当电流I一定时，P与R成正比，而L1的电阻R1小于L2的电阻R2，所以P1小于P2，即L2更亮一些。

两灯并联时，它们的电压相等，由于R1P2，即L1更亮一些。

教会学生掌握控制变量法，对于探究一般的物理规律是非常有用的。通过运用这种方法让学生明白如何进行科学探究，怎样分析处理实验结果，是物理教学中的首要任务。也只有这样，学生才会深刻理解物理这门学科的思想方法，才能真正把物理知识学到手。可以说这种科学方法是学生掌握其他方法的基础，是万法之源。

参考文献：

[1]季德祥.例析物理实验题中“控制变量法”的应用[J].初中生世界（初三物理版），2008（Z3）：31—33.

[2]教育部.全日制义务教育物理课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

（栏目编辑 刘 荣）