控制变量法在物理电学中的应用探究

马婷婷

【内容摘要】控制变量法是初中物理教学中比较常见的一种科学研究方法，掌握并熟练应用该方法，对于物理课堂中抽象的规律、概念、实验的理解起到事半功倍的作用。但是让学生深刻理解并会运用该方法，仍需做出不少努力。笔者作为资深物理教师，举例探究控制变量法在电学中的应用。

【关键词】初中物理 控制变量法 应用探究

初中教育是学生时代的基础教育，而物理这门学科是以自然界的各种现象为基础，是基础中的基础，且这些物理现象一般是复杂多变的，因此各种影响因素互相制约、交错。因而想要准确无误的得知研究对象的属性，清楚明了其变化的原因，不可仅仅依靠整体观察，而应该施以人为作用，达到特殊的研究条件，即采用控制变量法。控制变量法，顾名思义，即在多重变量的对象研究中，每次只改变一个变量而将其余变量当作定值，以此得到各变量对于研究对象的影响规律。

一、于欧姆定律中，探究规律

初中物理电学中的一个重点也是难点的莫过于欧姆定律，在电学中处于核心地位。在之前的教学中，学生已经掌握电流I、电阻R、及电压U的基本概念，但是这三个量之间是如何进行制约影响的呢？苏教版物理教材中通过设计实验探究，运用控制变量法得到了这三者的相互关系。

1.电阻固定不变，通过改变导体两边的电压，从而得到电流与电压的关系。固定电阻不改变的途径是采用定值电阻R，这样就可以保持电阻不改变。而改变电压一般有两种途径：一种是通过改变电源的电压，另一种即通过滑动变阻器来调节，从而改变导体两端电压。

2.导体两端电压不变，通过改变电阻的大小，从而得到电阻与电流的变化关系。固定电压的途径是采用同一个电源，这样就可以保持导体两边电压不改变，而更换不同的测试电阻即可得到电阻与电流的关系。

通过这样的控制变量探究，学生即可轻易的得到电流与电压、电流与电阻之间的变化规律。所以，教师在教学过程中要充分利用知识之间的关系，多加应用控制变量法，以达到物理规律的研究通透。

二、于动态电路中，突破难点

电学中的难点莫过于动态电路的分析及计算，考试中的失分点也一般在有关动态电路的题目中，如何高效并且准确率高的解该类题目，用到的方法一般也是控制变量法，如下例：

如图所示，当向左滑动变阻器的划片时，电流表与电压表分别怎样变化？

图1 电路示意图

解答：该电路是电学试题中经典题型，好多常考题都是从该电路演化出来。但是这种题型在分析中学生普遍反映困难，且正确率比较低。学生对于向左滑动划片时，电阻R2的大小变化及支路中电流I的大小变化可以简单判断出，但是电阻R1、R2两端的电压就力不从心，无法准确判断。这时我即启发学生从电压基本公式U=IR入手，电压的大小与电流、电阻相关，当这两者都变化时将很难判断电压的变化。这时候最好的办法就是控制变量法，保证两个变量中其中一个固定不变，那么将焦点定在定值电阻R1上。所以划片向左滑动时，电路中总电阻变小，总电压不变，那么总电流变大，依据欧姆定律，所以定值电阻R1两边的电压增大，又U= U1+U2，U不变，U1变大，所以U2减小。

通过以上的分析，让学生通过解题明白了为什么这样分析以及该如何分析，在以后类似这样的题型中就会举一反三，灵活的运用控制变量法去解题，从而突破题目难点。

三、于功率计算中，比较大小

物理中的经典题型即为两个变量的大小的比较，但是往往各变量之间相互制约，无法轻易衡量出到底哪个变量更大，这时候，最优的研究方法即为选用控制变量法，以下以一个简单实例详细说明。

例：并联在电路中的两个电阻，甲电阻R值大于乙电阻的R值，那么电阻甲与电阻乙的电功率是怎样的关系？

解答：电学中，计算电功率的公式主要有：P=UI，P=I2R，P=U2/R，由于公式繁多，所以初学的学生就会感到迷茫，无处下手。但是当引导学生采用控制变量法研究时，题目将会迎刃而解。首先分析得知电功率与两个变量相关，然后分析题目得到相同变量，而只让另一个变量处于变化状态。由题目得知电阻并联于电路中，那么这两个电阻两端的电压就相等，所以可以选择的公式就排除掉P=I2R，又题目已知甲电阻值大于乙电阻值，则选择公式P=U2/R，就可以得到甲电阻两端的功率小于乙电阻两端的功率。

由上分析，控制变量法对于解决该类题型达到事半功倍的效果，教师在讲解时要多加引导学生分析题目，然后达到学生熟练应用该方法。

物理知识是属于实践性的，一个问题常常受制于多个变量的影响，所以控制变量法在解决该类题目中占据着重要的地位。对于如何掌握控制变量法，单纯记住概念或者是只有几个实例是微不足道远远不够的，教师在物理教学课堂上需注意引导，让学生在实际解题中可以灵活应用。总之，就本人所总结的几点控制变量法在电学中的应用而言，是否能够真正让学生明白该科学方法的内涵仍需要在实践中检验，只要我们依据新课改的要求积极改进，不断尝试、创新，让学生对如何利用控制变量法进行有效尝试，一定会达到高效解题及高准确率的效果，从而达到使学生的兴趣提升、思维、能力全面发展，并且有效提升教学课堂效率。

（作者单位：江苏省溧阳市后六中学）