初中物理电学中控制变量法的应用与分析

陈长勇

摘 要：电学是初中物理教学中一项重要的学习内容，初中物理中涉及的电学知识是为学生将来深入物理学习做的铺垫。然而因为学生对于电学内容的感知程度不够高，加上电学内容本身也比较复杂，相对比较抽象，所以导致很多初中生在学习电学知识时遇到了很多困难。控制变量法作为一种将复杂数理关系理清的分析方法被引入初中物理电学学习中后，学生能够很清晰地从电阻、电压、电流三者间的变化关系了解电路情况，从而帮助学生提高了初中物理电学的学习效率。

关键词：初中物理电学；控制变量法；学习效率

在初中物理教学中，除去经典力学部分，电学就是另一项重要的教学内容，在初中物理考试中，电学试题的出现比例也是相当高的，解决电学问题的过程中也会经常涉及控制变量法的应用，因此学生如果能熟练掌握控制变量法，便可以很快速地解决初中物理电学问题。利用控制变量法主要是帮助学生理清电阻、电流、电压三者之间的关系，这样能有效地提高学生的学习效率。

一、控制变量法的概述

在物理学中，每个物理量都存在影响该物理量的条件或者因素。这些因素和条件的变化就会引起物理量的变化。控制变量法是指变化一个物理量中需要研究的因素，保持其他因素不变，然后观察物理量在这个过程中是如何随着选定的因素的变化而发生相应的改变，从而确定物理量与选定因素间的数量关系或逻辑关系。控制变量法有利于让学生对电学产生一定的认识，在此基础上逐渐加深理解，通过建立对物理量影响因素的认知，提升学生自身解决实际物理问题的能力。

控制变量法能够将复杂的物理电学问题变得简单，但是初中生由于年龄限制，还不能独立、有效地运用控制变量法，因此在教学过程中，教师一定要充分发挥引导作用，帮助学生建立起在解决初中物理电学问题时正确使用控制变量法的意识。

二、控制变量法在初中物理电学中的应用

1.控制变量法在探究物理规律中的运用

欧姆定律是所有电学的基础与重点，欧姆定律的标准式是I=U/R（变形式是U=IR；R=U/I），它在电学学习中所占的位置是非常重要的。学生在学习电学之前必须掌握电流、电压、电阻三个基本概念。通过控制变量法对三个要素进行实验，要确保其中一物理量保持不变来实现对欧姆定律的学习。

（1）电阻R不变，通过改变导体两端电压U，研究电流I与U之间的关系

在此探究过程中，为了保证电阻阻值不变应该采用定值电阻。改变导体两端电压值的方法主要有两种：首先对电源两端的电压进行改变，这样就可以实现对导体两端电压U的改变，由此可以让学生轻松地使用控制变量法对电流和电压的关系精心研究，并且非常便于学生理解和掌握；其次就是对变阻箱进行调节，实现定值电阻R两端电压的改变（这里变阻箱的主要作用是改变定值电阻两端分得的电压）。

（2）保持电路总电压U不变，改变电阻R，研究电流I与电阻R的关系

改变电阻值可以使用电阻箱，电阻箱上面有明确的数值，相比滑动变阻器更明显地能看出电阻值；或者采用更换定值电阻，但是拆解电路较麻烦，没有电阻箱方便。

一般电学实验使用的电源都是干电池组装起来的，但是由于干电池有内阻，在调节电阻箱的电阻时，分配到的电压也会发生变化，而且随着实验时间的推移，干电池电量也会损耗，这时实验结果就不能很明确地显示出电流I与电阻R的关系。同样，实验时间过长会导致电阻箱发热，电阻值也会发生变化，并不会和显示的数值保持一致。上述问题都是实验中学生容易忽视的问题，物理教师一定要注意引导学生，保证实验时间在有效期间内，电流表一有度数就要立刻记录并断开电路，按照正确的操作步骤来认识和了解电流与电阻之间的关系。

2.运用控制变量法了解物质的电阻

学习物体电阻时，必须让学生在电路学习中优先掌握电流和电压的基本知识，这样就不会在学习电阻值的过程中有很大的学习压力。在研究物质电阻时，学生首先要猜想电阻的大小与什么因素有关，得出的结果一般是：电阻与制造的材质、粗细（横截面）、温度、长短、形状等等有关。相关实验中，在研究某一因素时，要保证其他的因素都是一样的，例如研究电阻与长度的关系时要采用同样材质的电阻材料，保证其粗细和形状一样，放在电路中通电相同时间以确保电阻的温度保持一致，通过改变电阻的长短，观察电流表的度数，得出电阻值与导体长度之间的关系。在研究其他变量时也采用相同的辦法，只保证一个变量而其他因素保持不变。控制变量法研究导体电阻值问题是该探究方法的一个典型特例，正确使用控制变量法能够帮助学生更加明白地了解电学知识，明确几个电学要素之间的关系。

控制变量法在初中物理电学教学中具有重要的地位和作用，它也是帮助学生今后研究和解决各种物理问题的重要方法。初中生在学习过程中应熟练掌握控制变量法，以方便他们今后研究其他的科学问题。在实际的物理电学教学中，教师除了要教会学生掌握控制变量法来讨论问题，还要指导学生学会掌握物理规律和理论概念，而不是随便地将控制变量法运用到那些不切实际、不能使用控制变量法的问题上去。

参考文献：

[1]李守海.控制变量：初中物理教学中的重要方法[J].课程教育研究，2014（12）.

[2]封园丽.浅谈初中物理实验教学的作用[J].学周刊，2015（5）.

编辑 李建军