淺析高中物理實(shí)驗(yàn)中的控制變量思想

溫澤

摘要：實(shí)驗(yàn)是物理學(xué)習(xí)的重要手段，物理是自然學(xué)科的一種，在高中物理學(xué)習(xí)過程中，實(shí)驗(yàn)對(duì)檢驗(yàn)物理定律和概念是至關(guān)重要的。物理實(shí)驗(yàn)方法多種多樣，而以控制變量思想為基礎(chǔ)的實(shí)驗(yàn)方法是最有效的方法之一，是非常值得學(xué)習(xí)和推廣的。本文敘述了控制變量法的概念，并結(jié)合實(shí)例對(duì)控制變量法的應(yīng)用做出了初步的研究，以及對(duì)物理學(xué)習(xí)起到一定的參照作用。

關(guān)鍵詞：高中物理實(shí)驗(yàn) 控制變量法 內(nèi)涵 應(yīng)用

在進(jìn)行高中物理學(xué)習(xí)時(shí)，死記硬背根本無法解決問題。物理學(xué)習(xí)具有很強(qiáng)的抽象性，物理實(shí)驗(yàn)是探究物理規(guī)律的重要手段，高中生在進(jìn)行物理實(shí)驗(yàn)時(shí)，如果能使用正確的研究方法，往往能起到良好的教學(xué)效果。而在物理實(shí)驗(yàn)方法中，控制變量法貫穿物理學(xué)習(xí)的始終，所以能正確掌握和使用控制變量法，對(duì)物理學(xué)習(xí)的意義是非常重大的。

一、控制變量法的概念

（一）控制變量法的定義

自然界萬物之間充滿了聯(lián)系，任何事物都不能擺脫其他事物而單獨(dú)存在。同樣，物理學(xué)研究也是一個(gè)多種因素相互交叉影響的學(xué)科。為了準(zhǔn)確得出一個(gè)物理量同與它相關(guān)的一個(gè)因素之間的關(guān)系，我們就要人為地排除其他因素的影響，進(jìn)行沒有干擾的探究，這樣才能保證物理實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和嚴(yán)謹(jǐn)性，這種在物理教學(xué)中排除干擾因素進(jìn)行精準(zhǔn)探究的方法，我們通常稱之為控制變量法。

在高中物理學(xué)習(xí)中，滑動(dòng)摩擦力的大小的相關(guān)因素，電功率的大小的相關(guān)因素，液體蒸發(fā)的相關(guān)因素，液體壓強(qiáng)的相關(guān)因素，在通過實(shí)驗(yàn)研究這些因素的時(shí)候，控制變量法是最好的選擇，這可以顯著提升高中生動(dòng)手能力和抽象理解能力。

（二）控制變量法的關(guān)鍵

在物理學(xué)習(xí)過程中，某個(gè)物理量與多個(gè)因素有關(guān)的現(xiàn)象非常普遍。充分了解其中的關(guān)系，采用的步驟一般是：?jiǎn)栴}提出→思考猜想→實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn) →論證分析→形成結(jié)論。其中在思考猜想階段，控制變量法經(jīng)常被使用?？刂谱兞康年P(guān)鍵是要人為地控制單個(gè)和多個(gè)因素保持恒定，只研究我們所關(guān)心的因素變化，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證該因素與物理量之間的關(guān)系。

（三）控制變量法的作用

控制變量法最大的作用就減少其他因素所帶來的干擾，通過在物理實(shí)驗(yàn)中對(duì)不需要研究因素的剔除，專門研究自己所探究因素對(duì)研究對(duì)象變化的影響，可以幫助對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行分析時(shí)排除不必要的影響，直接得出單一因素影響的結(jié)論，進(jìn)而保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精確性。例如對(duì)電流導(dǎo)熱進(jìn)行研究時(shí)，可先分別控制電流、通電時(shí)間和電阻三項(xiàng)因素中的任意兩項(xiàng)，分別研究電熱與其余一項(xiàng)因素的關(guān)系，最后驗(yàn)證焦耳定律。

二、控制變量法的應(yīng)用

（一）確定實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象

對(duì)實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象的界定，是應(yīng)用控制變量法的前提。高中生應(yīng)熟練的掌握物理的研究方法，在此基礎(chǔ)上，對(duì)自己所研究的物理量做出準(zhǔn)確的甄別，在確定自己已經(jīng)掌握研究對(duì)象之后，通過對(duì)控制變量法的作用和形式的深入了解，讓學(xué)生確定研究某個(gè)物理問題時(shí)是否能夠運(yùn)用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

（二）確定與實(shí)驗(yàn)相關(guān)因素

在確定實(shí)驗(yàn)對(duì)象可以用應(yīng)用控制變量解決問題后，下一步就是找到實(shí)驗(yàn)對(duì)象有影響的因素，并且在書面上把它們進(jìn)行歸納到一起。這是物理實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)之一，即假想與猜測(cè)階段。實(shí)驗(yàn)的后續(xù)步驟都是對(duì)這一階段的檢驗(yàn)和證明，如果反映在實(shí)驗(yàn)記錄上，如果兩次實(shí)驗(yàn)只有一個(gè)物理量變化，而且實(shí)驗(yàn)得出了不同的結(jié)果，該物理量即為一個(gè)研究因素。

（三）確定變化與不變的因素

采用控制變量法解決問題，研究的對(duì)象可能遇到多個(gè)相關(guān)因素，在物理實(shí)驗(yàn)操作過程中，首先要把固定因素和控制變化因素確定清楚，然后采用控制變量法在實(shí)踐中加以操作，在實(shí)驗(yàn)過程中，還應(yīng)明確控制相關(guān)因素的先后次序問題。需要特別指出的是，雖然能對(duì)物理實(shí)驗(yàn)造成影響的因素不止一個(gè)，但在控制變量時(shí)候只允許有一個(gè)變量因素。如物理習(xí)題：某同學(xué)體育課投擲標(biāo)槍時(shí)用力足夠大，標(biāo)槍投擲高度也不低，但投擲距離卻不理想，請(qǐng)問為什么會(huì)出現(xiàn)這種情況？標(biāo)槍投擲距離與那些物理量有關(guān)？我們可以通過簡(jiǎn)單的玩具水槍來進(jìn)行原因的探究。首先保證水槍出水口的角度固定，通過壓力的變化改變水噴出的速度（圖1）。然后使用固定壓力保證噴水速度固定，通過調(diào)整改變噴水角度（圖2），我們可以看到噴水的距離隨著這兩個(gè)物理量的變化同時(shí)發(fā)生了改變。通過在這個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)中控制變量，直觀簡(jiǎn)捷的得出了實(shí)驗(yàn)結(jié)論，證明了斜拋的物體運(yùn)動(dòng)的距離與拋射速度和拋射角度有關(guān)。該同學(xué)隨后通過計(jì)算調(diào)整了投擲角度，他在標(biāo)槍項(xiàng)目中就取得了良好的成績(jī)。這是一次控制變量法成功地運(yùn)用。

（四）確定控制變量的方法

這是控制變量法在實(shí)踐中應(yīng)用的關(guān)鍵。在應(yīng)用“控制變量法”進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，具體的實(shí)驗(yàn)操作是非常重要的，關(guān)系到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的成敗。例如：在研究導(dǎo)體電阻與材料關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，我們可以通過控制導(dǎo)體長(zhǎng)度、橫截面積、溫度不變的條件下，選用不同材料的導(dǎo)體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先保證其他因素固定不變，然后分別把鋁線和銅線接入電路中，把電流表串聯(lián)入電路，通過觀察電流表的讀數(shù)，就可以得出電阻的數(shù)據(jù)了，最后通過分析記錄的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，便可以推算出導(dǎo)體材料對(duì)電阻影響變化的規(guī)律了。以此類推，我們?cè)谥鹨还潭ㄆ渌蛩?，每次只研究一種因素的影響，通過實(shí)驗(yàn)，導(dǎo)體長(zhǎng)度和橫截面積的對(duì)電阻影響的變化規(guī)律就可以得出來了。最后逐一分析材料、橫截面、長(zhǎng)度和溫度等不同因素對(duì)電阻的影響，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這就是一次典型的運(yùn)用控制變量進(jìn)行的物理實(shí)驗(yàn)。

三、結(jié)語

控制變量法應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)中，可以將抽象的物理規(guī)律和概念直觀明了的表現(xiàn)出來。物理知識(shí)的更新是非常快的，所以學(xué)生不僅要掌握控制變量法，更要注重自己通過控制變量進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，達(dá)到觸類旁通、舉一反三的學(xué)習(xí)境界，從而主動(dòng)地學(xué)習(xí)物理學(xué)。只有如此，才能使自己的物理素養(yǎng)得到全面的提升。

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