學(xué)科教育論文-淺談控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用.doc

學(xué)科教育論文-淺談控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用摘要:控制變量法是科學(xué)探究的一種重要方法,在物理學(xué)中有廣泛的應(yīng)用。掌握控制變量法對(duì)探究物理規(guī)律、理解物理概念、設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)、解決物理問題等都有重要的作用。本文就控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用及注意事項(xiàng)做一探討。關(guān)鍵詞:科學(xué)探究；控制變量法；應(yīng)用Abstract:Thecontrollingofvariableisanimportantscientificinquirymethodinphysics.Thereisawiderangeofapplications.Itishelpfulinexploringthephysicallawsofphysicstounderstandtheconcept,designphysicsexperimenttoresolvethephysicalproblems.Inthispaper,thecontrolvariablesinthejuniorhighschoolphysicsandelectricalapplicationsandsomenotesarediscussed.Keywords:scientificinquiry；controlvariablemethod；application控制變量法是指在研究某個(gè)物理問題或物理量與多種因素的關(guān)系時(shí),每次只改變一個(gè)因素,控制保持其他因素不變,分析所研究的物理問題與該因素的關(guān)系。它把多因素的問題轉(zhuǎn)變?yōu)槎鄠€(gè)單因素的問題,分別加以研究,最后再綜合解決?？刂谱兞糠ㄊ强茖W(xué)探究的一種重要方法,掌握控制變量法對(duì)探究物理規(guī)律、理解物理概念、設(shè)計(jì)物理實(shí)驗(yàn)、解決物理問題等都有重要的作用。1控制變量法在探究物理規(guī)律時(shí)的應(yīng)用“歐姆定律”是電學(xué)的基礎(chǔ)和重點(diǎn),處于電學(xué)的核心位置。學(xué)生們通過之前的學(xué)習(xí)掌握了電路的3個(gè)基本部分:電流、電壓、電阻。它們之間有怎樣的關(guān)系呢?根據(jù)新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求,教材安排了一個(gè)比較完整的探究活動(dòng),涵蓋了探究的7個(gè)要素。其中重點(diǎn)是如何運(yùn)用“控制變量法”的方法來設(shè)計(jì)整個(gè)實(shí)驗(yàn),明確用什么方法保證什么物理量不變,用什么方法改變什么物理量。1.1控制電阻R不變,改變導(dǎo)體兩端電壓U,探究電流I與電壓U之間的關(guān)系(1)采用定值電阻,即可保證定值電阻R不變。(2)改變導(dǎo)體兩端的電壓,可用兩種辦法:如圖1,改變電源兩端的電壓,即可改變導(dǎo)體兩端的電壓U。用這個(gè)電路,學(xué)生能夠較為輕松地運(yùn)用控制變量的方法直接研究電流與電壓的關(guān)系,易于學(xué)生理解和掌握。如圖2,通過調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,改變電阻R兩端的電壓。要使學(xué)生明確研究對(duì)象是定值電阻這部分電路,滑動(dòng)變阻器的作用是為了使定值電阻兩端的電壓發(fā)生改變。1.2控制導(dǎo)體兩端的電壓U不變,改變電阻R,探究電流與電阻的關(guān)系(1)換用不同的定值電阻即可改變電阻R。(2)改變電阻R的同時(shí)要保證導(dǎo)體兩端的電壓不變,可以采用以下兩種方法:如圖1,使用同一個(gè)電源,即可保證導(dǎo)體兩端的電壓不變,更換不同的電阻,可直接得出電流與電阻的關(guān)系,降低了探究的難度。但如果實(shí)驗(yàn)中使用的是干電池,電池有內(nèi)阻,外接電阻R變化時(shí),電阻R兩端的電壓也會(huì)隨之有所變化,給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。如圖2,換用阻值不同的電阻R時(shí),若滑動(dòng)變阻器的滑片不動(dòng),定值電阻兩端的電壓會(huì)發(fā)生變化。電壓、電阻都改變,就不能確定究竟是什么因素影響了電流。這一點(diǎn)學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中非常容易忽視,教師要注意引導(dǎo)學(xué)生觀察電壓表,使其示數(shù)保持不變。經(jīng)過以上兩個(gè)環(huán)節(jié)的探究,學(xué)生得出“導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻的關(guān)系”便水到渠成了。除了“歐姆定律”外,“影響電阻大小的因素”、“焦耳定律”、“電磁鐵磁性的強(qiáng)弱與什么因素有關(guān)”等探究過程也為“控制變量法”的教學(xué)和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)。教師應(yīng)充分利用這些機(jī)會(huì),使學(xué)生對(duì)“控制變量法”不斷加深理解,并逐步達(dá)到有意識(shí)地應(yīng)用“控制變量”的研究方法去探究物理規(guī)律。2控制變量法在電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中的應(yīng)用例1,如圖3是小明研究“影響電磁鐵磁性強(qiáng)弱因素”的裝置圖,他在探究過程中發(fā)現(xiàn):當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片P向_滑動(dòng)時(shí)(填“左”或“右”),指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會(huì)_(填“變大”或“變小”)；保持滑片P位置不變,當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線柱1相連,閉合開關(guān)后,可發(fā)現(xiàn)指針B偏轉(zhuǎn)的角度將會(huì)_(填“變大”或“變小”)。經(jīng)過對(duì)電磁鐵的研究,可得出以下結(jié)論:當(dāng)線圈匝數(shù)一定時(shí),通過電磁鐵的電流越大,電磁鐵磁性_；當(dāng)通過電磁鐵的電流一定時(shí)_,電磁鐵線圈的匝數(shù)越_,磁性越_。本題節(jié)選自江蘇省宿遷市2006年初中畢業(yè)暨升學(xué)考試試題。整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程應(yīng)采用控制變量法進(jìn)行研究,但在實(shí)驗(yàn)的第二步中改變了線圈的匝數(shù),同時(shí)也改變了螺線管電阻的大小,改變了電路中的電流。所以實(shí)驗(yàn)的第二步值得商榷。若線圈的長度不長,電阻忽略不計(jì),當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線1相連,可認(rèn)為電流不改變,可得到當(dāng)通過電磁鐵的電流一定時(shí),電磁鐵線圈的匝數(shù)越多,磁性越強(qiáng)。若線圈的電阻不可忽略,那就應(yīng)該在電路中串聯(lián)一個(gè)電流表,當(dāng)導(dǎo)線a由接線柱2改為與接線1相連,通過調(diào)節(jié)滑片P,使兩次的電流相同,才能得出結(jié)論。3用控制變量的思路比較物理量的大小例2,已知甲導(dǎo)體的電阻比乙導(dǎo)體的電阻大,把它們并聯(lián)在電路中,比較甲的電功率和乙的電功率。簡析:求解電功率的公式比較多:P=UI,P=U2/R,P=I2R,學(xué)生分析起來常常感到無從下手。電功率與兩個(gè)因素有關(guān),我引導(dǎo)學(xué)生用“控制變量法”的思路解決這類問題。關(guān)鍵在于首先根據(jù)題目已知找到相同的因素,只讓一個(gè)因素發(fā)生變化,再分析電功率與另一個(gè)變量之間的關(guān)系。具體分析如下:并聯(lián)時(shí),各支路兩端電壓相等,所以我們可以選擇P=U2/R或P=UI。已知R甲R(shí)乙,可根據(jù)P=U2/R直接得出P甲P乙。也可用另一方法:已知R甲R(shí)乙,并聯(lián)電路可知I甲I乙,可根據(jù)P=UI直接得出P甲P乙。4用控制變量的思路突破動(dòng)態(tài)電路的難點(diǎn)分析例3,如圖4所示電路,試分析當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí),電流表和兩電壓表的示數(shù)如何變化?簡析:此電路是電學(xué)中的一個(gè)典型的電路,中考的很多題都是由此題衍生出來的。它基礎(chǔ)重要,出現(xiàn)頻率高,但在分析過程中學(xué)生們普遍感到困難,準(zhǔn)確率低。學(xué)生們對(duì)滑片向左移動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器的電阻R2的變化和電路中電流I的變化比較容易判斷。但對(duì)于U1、U2的變化就感到無從下手。我引導(dǎo)學(xué)生從U=IR入手,電壓與電流和電阻兩個(gè)因素有關(guān),當(dāng)I、R都發(fā)生變化時(shí)(R變小,I變大),很難判定U如何變化。此時(shí)最好運(yùn)用控制變量法的思路,保證I、R其中一個(gè)因素不變,只改變另一個(gè)因素。電路中的電流I肯定要發(fā)生改變,所以從定值電阻R1入手。電路中的電流I變大,R1不變,根據(jù)歐姆定律可知,R1兩端的電壓U1變大。電源電壓不變,U1變大,則U2變小。學(xué)生們明白了這樣分析的原因,就會(huì)正確地運(yùn)用控制變量法來突破難點(diǎn)了。我們周圍的世界處在不停的變化之中,一個(gè)問題往往受到多個(gè)因素的影響,控制變量法的思路在我們解決多變量問題中起著重要的作用。對(duì)于控制變量法的學(xué)習(xí),僅僅記住它的