初中物理电学中控制变量法的应用

李志远+张永礼

控制变量法在物理教育中具有重要作用.比如，研究物理密度与质量、体积之间的关系；研究匀速直线运动时间、位移、速度之间的关系；研究液体的压强与液体种类、深度等因素的关系；研究欧姆定律；研究电磁铁磁性强弱与线圈匝数、电流大小之间的关系；研究液体蒸发快慢与液体种类、液体表面空气流速之间的联系；等等.这种物理学方法，可以使一些较为复杂的物理学变量影响因素得到简化，得出主要因素与次要因素之间的联系，进而简化了物理学的理论难度.控制变量法在初中物理电学研究中有着广泛的应用.

一、控制变量法在研究欧姆定律过程中的应用

例1 在研究“电流跟电压、电阻的关系”时，学生设计如图1电路图，其中R为定值电阻，R′为滑动变阻器，实验后，数据记录在表1和表2中.（1）根据表中实验数据，可得出如下结论：由表1可得：.由表2可得：.（2）在研究“电流与电阻关系”时，先用5Ω的定值电阻进行实验，使电压表的示数为3V，再换用10Ω的定值电阻时，某同学没有改变滑动变阻器滑片的位置，合上开关后，电压表的示数将3V（选填“大于”、“小于”或“等于”）.此时应向（选填“右”或“左”）调节滑片，使电压表的示数仍为3V.

解析：在研究欧姆定律之前， 学生已经了解了电流、电压、电阻这些基本概念，根据实验电路图，表1中的电阻是定值，通过改变电压值，可以得出电流随着电压的增大而增大，而且满足一定的正比例关系；表2中的电压是个定值，通过改变电阻器电阻，可以看出通过导体的电流随着电阻值的增大而减小，且满足一定的反比例关系.因此，可以得出欧姆定律：U=IR.当电流值不变，电阻变大时，电压值也会变大，电压表示数将大于3V.为了减小电压值，不许降低电阻，所以向右侧移动滑片.

二、控制变量法在研究电功过程中的应用

例2 在研究“电流做功快慢与哪些因素有关”时，电流做功的过程就是将电能转化成其他形式能量的过程.研究电功时，可以将电功转化成的热能进行分析，通过温度计测量温度的变化情况得出做功大小，进而分析出电功与电流、电压之间的联系.通常情况下，采用以下实验装置和实验过程.

实验：按照如图2进行实验研究.

通过探究，我们不难发现，两电阻丝之间是串联关系，因此两者之间的电流是相等的，当R1>R2时，通过电压表示数，我们发现R1两端的电压高；通过温度计，我们看到R1的煤油温度升高较快，即相同时间内R1消耗的电能更多.可以得出：通过用电器的电流和通电时间相同时，用电器上的电压越高，电流做功就越多.

总之，通过分析控制变量法在初中物理电学中的应用，可以看出这种方法的灵活性和优越性，特别是针对一些相关因素比较复杂的问题，运用控制变量法可以巧妙地实现问题的简化，培养学生的学习兴趣，提高学生的思维能力.