初中物理電學中控制變量法的實際應用探討

姜燁

【摘 要】控制變量法在物理教學中起著重要作用。初中物理難度較大，采用傳統(tǒng)的教學方法很難讓學生理解，因此筆者基于多年的教學經驗，闡述了控制變量法在初中物理電學研究中的應用。

【關鍵詞】初中物理；電學；控制變量法

【中圖分類號】G633.7? 【文獻標識碼】A? 【文章編號】1671-8437（2020）34-0055-02

物理學的研究是基于各種自然現(xiàn)象的，自然現(xiàn)象是基礎的基礎，并且這些物理現(xiàn)象是復雜且易變的，各種因素都會對其有一定的影響。為了準確地理解研究主題的性質并清楚地了解其變化的原因，不應該僅依靠整體觀察，更應該使用人工效應來達到特殊的研究條件[1]?？刂谱兞糠?，即變量控制方法，就是尋找這些規(guī)律的方法。運用控制變量法研究多變量對象時，一次只能更改一個變量，其余變量將被視為固定值[2]。

控制變量法是學習物理的好方法，是研究特定的物理問題和因素時，一次只更改一個因素，確保其他因素保持不變，探索正在研究的內容和該因素存在的一些關系的方法。通過控制變量法，可逐步解決復雜的物理問題，幫助學生減小學習物理的難度。

1? ?控制變量法概述

控制變量是指控制影響實驗結果的所有變量，除實驗因素（獨立變量）外，它們不是本實驗中要研究的變量，被稱為無關變量、無關因素或非經驗因素。只有控制除可以更改因變量的自變量以外的所有變量，才能在實驗中闡明因果關系，控制變量的目的是控制某些影響因素以獲得實際結果[3]。

自變量是操縱變量，因變量是測量或記錄的變量。這兩個術語之間的差異似乎會使許多人困惑，因為很多人認為“每個變量都是因變量”。但是，認識到這種區(qū)別后會發(fā)現(xiàn)這種區(qū)別是必不可少的。術語“獨立變量”和“因變量”主要在操縱變量的實驗研究中使用[4]。從這個意義上說，自變量在受試者的反應形式、性質和目的方面是獨立的，而其他變量則“依賴”于操縱變量或實驗條件的變化。

實驗中有三個主要變量：自變量、因變量和控制變量，前兩個變量統(tǒng)稱為實驗變量。自變量就是本身發(fā)生變化的物理量,因變量就是由于自變量發(fā)生變化而引起的變化，即受試者在其中觀察并記錄響應自變量變化的行為。控制變量（也稱其他相關變量）表示除了實驗變量之外還影響實驗變化和結果的潛在因素或條件[5]。

在教授物理電學知識時，為了幫助學生更好地理解電阻、電流和電壓之間的關系，可更改一個和兩個不變量來研究變量對另一個的影響。通過控制變量法，中學生可以更多地了解自身對物理電學知識的掌握情況，逐漸了解各種物理量之間的關系。對于更復雜的物理問題，控制變量法也是一種更有效的方法。關于控制變量法，重要的是控制一定變量，然后將復雜的物理問題轉換為簡單的問題進行研究。由于對知覺的認知程度不高，在沒有教師指導的情況下，中學生難以有效運用變量控制法。

2? ?應用研究

2.1? 探究歐姆定律

歐姆定律是學習電學知識的基礎和重點，也是電學的核心。通過先前的教學，學生已經掌握了三個基本概念：電流、電壓和電阻。它們之間是什么關系？根據(jù)新課程標準的要求，教科書安排了一個相對完整的探究活動，涵蓋了探究的三個要素[6]。在此，重點探究如何使用變量控制法設計整個實驗，如何使用它來確保物理量不變以及如何使用它來更改物理量。

（1）在不改變電阻的情況下對其進行控制，改變導體的電壓，并探索電流與電壓之間的關系。

a.電阻值是固定的，因此固定值電阻器的電阻值不變。

b.有兩種方法可以影響導體的電壓值變化。①如果更改電源電壓，則導體的電壓可能會變化。通過該電路，學生可以通過簡單的變量控制法學習電流和電壓之間的關系，易于理解和學習。②調節(jié)滑動變電阻器會改變固定電阻器兩端的電壓。因為固定值電阻和滑動變阻器是串聯(lián)的，且電路總電壓恒定不變，所以調節(jié)滑動變阻器阻值時，滑動變阻器兩端分得的電壓會變化，從而影響固定值電阻兩端的電壓。

（2）在不改變導體兩端電壓的情況下改變固定值電阻，研究電流與電阻之間的關系。

a.可將固定值電阻器替換為另一個固定值電阻器。

b.改變電阻時，需要確保導體兩端的電壓不變。可以使用兩種方法。一是使用相同的電源，確保導體上的電壓保持不變，并更換其他電阻器以直接帶來電流和電阻的變化，從而降低理解難度。然而，當用電池實驗時，由于電池具有內部電阻，且當外部電阻變化時，電阻兩端的電壓也會變化，所以會有實驗誤差。二是將電阻器更改為另一個電阻器，如果滑動電位器的滑動部分不移動，則固定值電阻器的電壓會發(fā)生變化。電壓和電阻改變時，則無法確定影響電流的因素。這很容易被學生在實驗中忽略。所以教師應注意引導學生觀察電壓表，保持讀數(shù)完整。通過研究以上兩個環(huán)節(jié)，學生可以了解到導體中的電流、導體中的電壓和導體的電阻之間的關系。

2.2? 了解未知物質的電阻

在進行實驗以確定未知物質的電阻之前，學生應該先對電阻有透徹的了解，并對電路、電壓、電流和一些基本的實驗要求有全面的了解。在測量過程中使用控制變量方法是實驗的關鍵。相同材料的電阻與長度、厚度和溫度密切相關[7]。因此，在實驗過程中，學生應積極掌握實驗的變量控制，以確保實驗原理的準確性。對于當前水平的初中生，實驗過程中應確保僅更改一個變量以探索實驗目標。

2.3? 探究功率之間的關系

物理學中的經典問題類型是比較兩個變量的大小，但是變量經常相互約束，因此很難測量哪個變量更大。此時，最優(yōu)的研究方法是選擇控制變量法。這是帶有一個簡單示例的詳細說明。例題：電路中有兩個并聯(lián)的電阻，如果電阻的電阻值大于電阻的電阻值，電阻和電阻的功率之間是什么關系？

答：計算電功率的主要公式如下：，，。由于公式眾多，初學者會感到困惑，難以理清頭緒。但是，指導學生采用控制變量方法進行研究，則可以輕松解決該問題。先分析功效是否與兩個變量有關，然后分析問題以得到相同的變量，要確保只有另一個變量處于變化狀態(tài)。當電阻器并聯(lián)連接在電路中時，兩個電阻器上的電壓相同，因此可選擇的公式中可排除，由題目已知的電阻值大于的電阻值，所以通過公式，可以得到電阻兩端的功率小于電阻兩端的功率。

2.4? 動態(tài)電路分析

電學中的難點是動態(tài)電路的分析和計算。考試中通常還缺少有關動態(tài)電路的問題，解決這類問題的有效而準確的方法通常是控制變量方法。如下例所示：如圖1所示，將可變電阻的滑片向左推時，電流表和電壓表如何變化？

答：該電路是電氣測試問題中的經典問題類型，并且該電路中發(fā)展了許多常見的測試問題。但是，這類問題通常對于學生來說很難分析，并且準確性相對較低。當向左滑動滑片時，學生可以容易地判斷電阻器的變化和支路電流?I?的變化，但是電阻器和兩端的電壓太弱，無法準確判斷。這時，可啟發(fā)學生從基本電壓公式開始。電壓的大小與電流和電阻有關。當這兩種情況都改變時，很難判斷電壓的變化。最好的方法是控制變量方法，先查看兩個變量之一是否固定，然后關注恒定值電阻器。因此，當滑片向左滑動時，電路中的總電阻變小，總電壓保持不變，從而導致更大的總電流。根據(jù)歐姆定律，固定電阻器兩側的電壓都會增加，，

不變，變大，所以減少。通過以上分析，學生能理解這種分析的原因以及如何通過解決問題進行分析。將來，他們能從類似的問題中得出推論，并使用控制變量方法靈活地解決問題。

3? ?結論

綜合上述分析可以得到，控制變量法的應用在物理學習中非常廣泛，并且在未來的物理學習中也很重要。因此，教師需要耐心且專心地進行指導，為了使學生更好地學習知識，必須加強他們對方法的掌握，以便他們獲得正確的探究方法和技巧并提高能力，可以靈活地使用控制變量法探索未來研究中的各種問題，將所學的技能廣泛用于學習和生活實踐中。此時，知識不再停留在教科書中，而是成為一種能力，成為學生將來繼續(xù)發(fā)展的工具。

【參考文獻】

[1]袁玉湖.初中物理電學中控制變量法的應用分析[J].儷人:教師,2015(5).

[2]盧東文.初中物理電學中控制變量法的應用分析[J].神州,2013(19).

[3]薛燕.淺談控制變量法在初中物理電學中的應用[J].新課程改革與實踐,2010(13).

[4]肖石長.物理電學實驗控制變量法的探究[J].理科愛好者:教育教學版,2013(5).

[5]涂和平.初中科學電學知識控制變量法的應用[J].中小企業(yè)管理與科技(中旬刊),2016(2).

[6]李喜平.讓學生在物理實驗中培養(yǎng)能力——初中物理電學實驗芻議[J].讀寫算:教育導刊,2012(22).

[7]路紀元.物理電學中控制變量法運用分析[J].贏未來,2017(12).