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控制变量法在物理实验中的应用
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你可能喜欢[转载]【研究论文】“控制变量法”在物理实验探究中的应用
【研究论文】
“控制变量法”在物理实验探究中的应用
新课程的实施对学生科学探究能力的培养是十分重视的，而在科学探究中最常用的方法，就是控制变量法。本文将从控制变量法已贯穿整个初中物理教学及控制变量法本身具备的优点的角度，讲述学生必须掌握这种科学的方法，最后介绍如何引导学生使用控制变量法。
一、控制变量法贯穿了整个初中物理教学
物理学是一门以观察和实验为基础的学科，控制变量法作为一种常用的、有效的探索物理规律的科学方法，在初中物理新课程教学中得到了广泛的应用，许多物理概念或规律的探索和推导，演示实验、分组实验的教学，都运用了“控制变量法”这一科学方法。
二、控制变量法的优点
控制变量法广泛应用于初中物理教学中，相应地，近几年的试题中也出现了很多需要利用这一方法解答的考题，也就是说，控制变量法不仅广泛应用于教学中，而且也广泛应用于试题分析中。其优点在教与练中突显。
1、控制变量法能有序地分解和呈现物理探究问题。
当影响某一物理量变化的因素可能较多时，要研究这些因素的变化对该物理量是否有影响，这时就需要使用控制变量法去研究，将复杂的多变量的物理问题转化为简单的单变量的问题，造成特定的便于观察的条件，进行研究。通过对相关测量数据的深入研究、总结归纳，最后找出这个因素跟我们想要研究的物理量是什么关系。
例如：在探究液体蒸发快慢时，要得出液体蒸发的快慢与液体温度之间具体关系的方法是：控制液体表面积、液体表面气流速度不变，只改变液体温度，判断液体蒸发的快慢的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出液体蒸发的快慢与液体表面积、液体蒸发的快慢与液体表面气流速度之间的规律。
在这种探究过程中，控制变量法，有序地分解和呈现了物理问题，帮助学生对影响物理量的多个因素逐一进行研究。这种探究，思路非常清晰，能帮助学生快速、准确地设计和完成探究。
2、控制变量法能帮助学生，迅速确定解题思路。
在试题中，除了实验探究中的应用外，控制变量法还经常用于比较物理量大小和分析、解析实际问题。掌握控制变量法，能帮助学生，在分析这些问题时，迅速确定解题思路，正确作答。
例：在照明电路中接入大功率的电炉，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾，请你用学过的物理知识简要说明这是为什么？
这是一题利用控制变量法去解释实际问题的题目，题目讲述的是电线的发热问题，思路：关键是要找出对发热有影响和没有影响的物理量来分析说明。所以：对电线而言，其电阻不变，接入大功率的电炉后，电流显著增大，由电功率公式：P=I2R可知此时电线中的热功率显著增大，相同时间内发热也显著增多，所以在照明电路中接入大功率的电炉后，电线将显著发热，有可能烧坏它的绝缘皮，甚至引起火灾。
在初中物理教学中，用控制变量法去分析和解决的试题很多，如果此法应用得当，学生就能迅速确定解题：一看就知道该怎样做、该如何下手，先做什么、后做什么，对问题的解决能做到胸有成竹。
三、如何引导学生使用控制变量法
控制变量法，能有序地分解和呈现物理探究的问题，能帮助学生在分析、解决问题时，抓住问题的本质，形成正确的解题思路，进而解决问题。所以帮助学生掌握这种实用的探究和问题推理方法，显得非常重要。
1、引导学生用控制变量法探究物理规律
课堂上，在引导学生用控制变量法探究物理规律的时候，可采用以下步骤进行：提出问题
讨论猜想 控制变量进行探究 总结规律。
例如：在初中学生刚开始学习控制变量法时：影响导体电阻大小的因素。
提出问题：影响导体电阻大小的因素有哪些？
讨论猜想：引导学生进行猜想，学生能比较容易地猜想到影响导体电阻大小的因素有：导体的材料、长度、横截面积）
控制变量进行探究：
（1）控制导体的材料、横截面积不变，探究电阻与导体长度的关系；
（2）控制导体的材料、长度不变，探究电阻与导体横截面积的关系；
（3）控制导体的长度、横截面积不变，探究电阻与导体材料的关系；
总结规律：
（1）导体的电阻与导体的长度有关，长度越长，电阻越大；
（2）导体的电阻与导体的横截面积有关，横截面积越长，电阻越小；
（3）导体的电阻与导体的横截材料有关。
在用控制变量法探究物理规律的过程中，应使学生认识到，具体的科学问题常常都是由多个因素共同造成的结果，帮助学生在科学探究中体会变量的概念、建立控制变量的初步意识。同时也使学生对控制变量法有了较系统的认识，对于以后用这种方法去探究其它类似的物理规律时也起到较好的示范的作用。
2、控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念
新课程的核心理念是以学生发展为本，课程改革要培养学生的信息收集和整理的能力、发现问题和思考问题的能力、分析问题和解决问题的能力、终生学习和创新的能力以及生存和发展的能力。控制变量法的教学恰恰就锻炼了学生信息收集和整理的能力，培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新的能力，掌握这种方法，学生还可以终生使用，终生受益。所以说，控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念。因而物理教师在传授知识的时，不仅要使学生掌握物理知识，而且要培养学生科学探究的能力，特别是利用控制变量法探究物理规律的能力。这将为学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力打下坚实的基础，也将对他们的学业和今后的人生之路产生积极而深远的影响和促进。教学中，我们应该充分发挥控制变量法的优点，让其更好地为师生服务，为教学服务。
&【参考文献】：
1、中华人民共和国教育部制．《全日制义务教育物理课程标准》（实验稿），
北京师范大学出版社&
著《例析物理实验题中“控制变量法”的应用》
以上网友发言只代表其个人观点，不代表新浪网的观点或立场。广西柳州三江县民族实验学校&&&& 石焕发
&&&&&&& &控制变量法&是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一，也是初二学生接触物理学以来碰到的第一种探究方法。就学生能力而言，对此法的理解能力还是有限的，如果掌握不好，就会影响到后面很多物理知识的学习及应用。本文就它在教学中的应用作一探讨。
自&&&&&&& 然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影响物理学研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。为了研究某物理量同影响它的三个因素中的一个因素之间的关系，可将另外两个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该物理量与这一因素之间的关系。这就是&控制变量&的方法。
&&&&&&& 首先，在初中物理实验过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。如影响蒸发快慢的因素、影响导体电阻大小的因素等，这一方法贯穿了物理教学的始终。
&&&&&&& 具体做法是根据研究目的，运用一定的手段（控制实验仪器设备等）主动干预或控制自然事物、自然现象发生发展的过程，在特定的观察条件下去探索客观规律。例如，在引导学生探索、研究导电体的电阻的大小同导电体的哪些特性有关时，可先将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中，让学生分别观察灯泡发光的亮度，并问学生：刚才的实验现象能否说明电阻大小与导电体的某个特性有关？学生经过思考与讨论，得到的结论当然是否定的。再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中，观察小灯泡的亮度，并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关，结论同样是不能。这时就可不失时机地问学生：&那么，我们应该取怎样的两根金属丝串入上述电路来做这个实验，以研究导电体的电阻大小到底与哪些因素有关呢？&同时向学生出示课前准备好的几根金属丝让他们选择。学生经过思考并相互讨论后得出：应取两根横截面积相同、但长度不同的镍铬合金丝进行上述实验；或取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验；还可以取长度、横截面积均相同的一根铜丝和一根镍铬合金丝进行实验比较。
要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素任何一个因素间的关系，就要人为地控制另外两个因素，使它们相同，并指出这种实验的方法就是&控制变量法&，再让学生运用这一方法系统地进行上述实验，使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法。
&&&&&&& 在初中物理教学中还有许多概念或规律之探索和推导的实验过程中，都运用了&控制变量法&这一科学方法，如在引导学生探索&导电体中电流大小同其两端电压大小和其电阻大小之间的定性关系，最终得出欧姆定律&和探索&力的作用效果同力的哪些因素有关，最终得出力的三要素&等实验过程中都用到了这一科学方法，使学生对&控制变量法&不断加深理解，并逐步达到有意识地去应用的目的。
&&&&&&& 其次，在利用物理知识去分析和解决一些实际问题时，如能灵活运用&控制变量法&进行分析，有时可起到事半功倍的效果。
&&&&&&& 在初中物理中，可用&控制变量&去分析和解决的实际问题是很多的，这就为这一科学方法的教学和应用提供了很好的机会。例如，有这样一道题：质量相同的水和煤油，吸收相同的热量，谁的温度升高较大？对于这一道习题，初看起来似乎有一定的难度，因为这样简短的一句话中包含了四个相互关联的物理量，也就是说，要比较谁的温度升高较大，就要同时分析其他三个物理量（质量、热量、比热容）对它的综合影响，如果没有一种科学的分析方法，要解决这样一个实际问题，不仅费时费力，且准确率不高，但如能对学生加以恰当的引导，让他们考虑是否可用物理实验中常用的科学方法来解决这道实际问题，经过思考及同学间的相互讨论，许多同学便会想到用&控制变量法&结合公式Ｑ＝ｃｍ&Dｔ来解决这个问题，思路是这样的：因为这个问题要解决的是&Dｔ（升高的温度）的大小，所以先将此公式变成&Dｔ＝Ｑ／ｃｍ的形式，再分析题目发现，ｍ（质量）、Ｑ（热量）相同，即这个问题中&Dｔ仅取决于ｃ（比热容），且从&Dｔ＝Ｑ／ｃｍ这一关系式中可以看出，&Dｔ与ｃ成反比，而水的比热容大于煤油的比热容，因此很容易得出这个问题的答案：&煤油升高的温度比水大&。
&&&&&&& 可见，在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果。
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控制变量法在中学物理教学中的应用
　　摘要：文章通过分析沪科版初中物理教材，总结控制变量法在教材中的应用及其方法的重要性。具体从控制变量法在物理实验和物理规律教学中的体现，强调控制变量法对于中学生学习物理的重要意义，也表明教师在教学中要重点强化控制变量法。中国论文网 /9/view-3810225.htm　　关键词：控制变量法；中学物理；教学　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：（4-02　　新一轮课程改革的核心是基础教育改革，在改革课程教学内容的同时，科学研究方法教学也是重要的改革内容之一。新课标指出物理课程的基本理念要注重科学探究，提倡学习方式多样化，应改变过分强调知识传承的倾向，让学生经历科学探究过程，学习科学研究方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。[1]可见科学方法教育已提上重要日程，在理科课程改革的进程中，“国内外一些具有远见卓识的学者和科学家，建议在适当更新教学内容的同时，加强科学方法的教育”。[2]按照现代科学观和科学教育观，科学教育不应该只是科学知识的教育，它还应该包含科学知识、科学方法。　　物理科学方法就是研究物理现象、描述物理现象、实施物理实验、总结物理规律、检验物理规律时所应用的各种手段与方法。在严格的科学条件下，通过严密的观察实验和严格的逻辑推理，找到事物内各部分之间及事物与外部环境的相互关系和相互作用，确定相互作用产生的结构、运动变化的因果关系，以形成规律性知识。[3]　　物理学的发展离不开科学的方法，同样，学习物理也离不开科学方法，在平时的教学及学习中常用到的物理科学方法主要有：观察法、实验法、科学抽象法、逻辑推理法、控制变量法、类比法及想象法，等等，只有在教学和学习中综合应用各种科学方法才能使教学和学习的效果达到最佳。本文主要从控制变量法入手，概要阐述控制变量法在中学物理教学中的重要作用。　　所谓控制变量法，就是就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上反映为：某两次试验只有一个条件不相同，若两次试验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。　　控制变量法是中学物理中最常用的方法，在中学物理课本中以下知识的教学和学习都涉及了控制变量法：　　从此表格可以看出控制变量法在物理学中的涉及面很广，几乎贯穿于物理学的方方面面。而物理规律是物理知识的主体部分，物理实验又在验证物理规律时起着不可忽视的作用，在教师教学物理规律时常用到控制变量法进行对照讲解，所以控制变量对于物理教学有着重要的意义。　　一、控制变量法在物理概念教学中的应用　　物理学是一门研究物质结构及其物体运动规律的自然学科，其内容结构由理论和实验组成，在学习中学物理时不仅要认真学好理论知识，还要从实验中体会原理、定理和定律的建立过程，学会用实验的手段验证教材中的理论，进而培养学生对科学的探索精神。由此可见，中学物理概念在物理课中占有重要的地位，在教学某些物理概念时由于概念本身比较抽象，学生很少能全面理解概念的含义，在课堂引入时往往会使用到演示实验，而在演示实验中，很多实验都运用到了控制变量法。例如，在八年级物理教材第二章运动的世界第三节快与慢中引入速度概念时，为了让学生能够有速度的概念，运用了控制变量法分别控制路程相等和时间相等。在路程相等的前提下比较时间；在时间相等的前提下比较路程。通过这样控制变量之后进行比较，学生就很容易辨别哪个物体运动速度快，哪个物体运动速度慢，由此速度的概念自然而然就引出来。在中学物理教材中这样的例子很多，压强的引入也是一个典型的应用控制变量法的实例。　　二、控制变量法在探究物理规律中的体现　　在中学物理教材中大量的知识以物理规律的形式呈现，所以物理规律的教学就显得尤为重要，教师在得出物理规律的过程中常常会用到控制变量法。例如，在教学欧姆定律时就用到控制变量法，学生在学习欧姆定律之前已经学过电流、电压及电阻，那么如何使三个物理量联系在一起，教材中用到了探究实验，通过控制变量来探究电流与电压、电流与电阻的关系。　　保持电阻R不变，通过改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系。采用定值电阻，即可保证定值电阻R不变。改变导体两端的电压，可以通过改变电源两端的电压，来改变电阻两端的电压。用这种方法，可以较为简单地运用控制变量的方法研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。此外，常在教学中采用的方法是通过调节滑动变阻器来改变电阻两端的电压。　　控制导体两端的电压U不变，改变电阻R，探究电流与电阻的关系。在使用中换用不同的定值电阻即可实现改变电阻。改变电阻的同时要保证导体两端的电压不变，在实验中通常使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之有所变化，给实验带来误差。　　经过以上两个实验探究，学生得出“导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系”。在整个实验探究过程中，紧紧围绕着控制变量进行操作，充分体现了控制变量法的精髓，也体现了控制变量法在物理规律教学中的重要作用。除了“欧姆定律”外，“影响电阻大小的因素”、“焦耳定律”、“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”等探究过程使用了“控制变量法”。教学中应充分利用这些机会，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地应用“控制变量”的研究方法去探究物理规律。　　总之，新课程的核心理念是以学生发展为本，课程改革要培养学生的信息收集和整理的能力、发现问题和思考问题的能力、分析问题和解决问题的能力、终生学习和创新的能力以及生存和发展的能力。控制变量法的教学恰恰就锻炼了学生信息收集和整理的能力，培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新的能力，掌握这种方法，学生还可以终生使用，终生受益。所以说，控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念。因此，物理教师在传授知识的时，不仅要使学生掌握物理知识，而且要培养学生科学探究的能力，特别是利用控制变量法探究物理规律的能力。这将为学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力打下坚实的基础，也将对他们的学业和今后的人生之路产生积极而深远的影响和促进。教学中，我们应该充分发挥控制变量法的优点，让其更好地为师生服务，为教学服务。　　参考文献：　　[1]杜玲钰.在物理教育中渗透科学方法教育的探究[D].四川师范大学.　　[2]张云丽.在物理教学中加强科学方法教育的研究[D].合肥工业大学.
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控制变量法在初中物理电学中的应用
　　中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：（5-02 中国论文网 /9/view-6574350.htm　　物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。也是初中物理学习的重要方法，特别是在电学的学习中。 　　一、探究物理规律中控制变量法的应用 　　欧姆定律是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。学生们通过之前的学习掌握了电学的3个基本概念：电流、电压、电阻。它们之间有怎样的关系呢？根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的3个要素。其中重点是如何运用控制变量法来设计整个实验，明确用什么方法保证什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量。 　　1.控制电阻R不变，改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系 　　（1）固定电阻值，可保证定值电阻R的阻值不变。 　　（2）影响导体两端的电压值的改变，可用两种办法：1.改变电源两端的电压，即可改变导体两端的电压U。用这个电路，学生能够较为轻松地运用控制变量的方法研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。2.通过调节滑动变阻器，改变电阻R两端的电压。要使学生明确研究对象是定值电阻这部分电路，滑动变阻器的作用是为了使定值电阻两端的电压发生改变。 　　2.保持导体两端的电压U不变，改变电阻R，研究电流与电阻的关系 　　（1）用不同的定值电阻可改变电阻R的值。 　　（2）变动电阻R的同时必须保证导体两端的电压不改变，可以采用以下两种方法：使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之变化，给实验带来误差。换用阻值不同的电阻R时，若滑动变阻器的滑片不动，定值电阻两端的电压会发生变化。电压、电阻都改变，就不能确定究竟是什么因素影响了电流。这一点学生在实验中容易忽视，教师要注意引导学生观察电压表，使其示数保持不变。 　　经过以上两个环节的探究，学生得出导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，便水到渠成了。 　　二、用控制变量法来学习电阻 　　学生通过之前的学习掌握了电路的两个基本部分：电流及电压；紧接着学习电阻，学生的压力不会很大，但这时学生对科学探究物理的方法还没什么概念。这时教师会根据课程的要求授完这节课，然后引入“控制变量法”安排一节课，有针对性地讲解一些典型例题。 　　例题：在探究“导体电阻大小与哪些因素有关”的实验时，将一根粗细均匀的导体截成长度不同两段后分别接入电路中，这是用来探究（ ）。 　　A.导体电阻与横截面积的关系； 　　B.导体电阻与材料的关系； 　　C.导体电阻与长度的关系； 　　D.导体电阻与温度的关系。 　　解析：从题中所给的条件看，两段导体是同一段导体按不同的长度截取的，即它们的材料、横截面积及温度是相同的，但是长度不同。这样学生就很容易得出答案C。 　　但学生要掌握的是：本题由教材上的演示实验演化而来，这是中考试题常出现的命题来源，更重要的是，本题中涉及了对控制变量法的理解和应用。 　　三、在学习电学实验中利用控制变量法 　　在总结“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”的实验时，我们会用到如下图所示的例题：在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下： 　　（1）分析第1、2、3次的实验记录，可得出结论： 。 　　（2）分析第1、4次和2、5次的实验记录，可得出结论： 。 　　（1）题中，在控制线圈的匝数相同、都有铁芯的情况下，随着电流的增加，吸引铁钉数目也在增加，说明电磁铁的磁性在增强，那么可以得出的结论：线圈的匝数相同、都有铁芯时，电流越大，电磁铁的磁性越强。 　　（2）题中，是在控制电流和铁芯的情况下，线圈匝数不同时，电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，匝数越多，电磁铁的磁性越强，可以得出的结论：电流相同，都有铁芯的情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。 　　这两个题目的共同特点是：涉及多个物理量的问题，让学生感觉比较麻烦，但是百变不离其中，因为电磁铁的磁性强弱与三个因素有关系，那么就要控制其中的两个物理量，来讨论第三个物理量，问题就迎刃而解了。 　　四、电学习题中控制变量法的运用 　　在比较物理量的大小时用控制变量的思路 　　例1：已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大，把它们并联在电路中，比较甲的电功率和乙的电功率。 　　学生通常的思路是用公式p=UI或p=或p=者来解决问题，让学生感觉无从下手。可引导学生用控制变量法的思路解决这类问题。关键在于根据题目意思找到起相同作用的因素，只让一个因素发生变化，再分析电功率与另一个变量之间的关系。一并联种方法是，在并联电路中，U是相同的，又知道R甲>R乙，那么可根据p=来判断出p甲<P乙。第二种方法是，在并联电路中，I甲<I乙，有p=UI，可以得到p甲<P乙。 　　总之，控制变量法作为一种重要的科学研究方式，不仅在物理中得到很好地运用，在生活中也能进行有效渗透，为我们解决各种生活中的难题，通过让学生在物理电学中掌握好控制变量法，对他们以后的生活和学习也是大有裨益的。
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