“控制變量法“在初中物理中的應(yīng)用.doc

“控制變量法”在初中物理中的應(yīng)用保安中學(xué) 張李衛(wèi) 摘要：本文系統(tǒng)的介紹了控制變量法思想在初中階段的應(yīng)用：1、定義相關(guān)物理量；2、進行有關(guān)探究實驗：3、解決有關(guān)物理問題。關(guān)鍵字：控制變量法 定義 探究 解決問題控制變量法是物理學(xué)中應(yīng)用較多的一種思維和實驗方法，在物理教學(xué)、學(xué)習(xí)、研究方面具有非常重要的價值和意義。所謂“控制變量法”就是當一個物理量與多個因素（變量）有關(guān)時，在研究某個因素（變量）與這個物理量關(guān)系時，為了排除其他因素（變量）對這個物理量的影響和干擾，而控制它們不變或相同，每一次只改變其中的某一個因素，把多因素的問題變成多個單因素的問題，分別進行研究，通過實驗考察分析找出所改變因素（變量）與這個物理量之間的關(guān)系，最后再加以綜合，從而得出所有因素（變量）與這個物理量之間關(guān)系的思維方法。它是科學(xué)探究中的重要思想方法，廣泛地運用在各種科學(xué)探索和科學(xué)實驗研究之中。控制變量法是初中物理中常用的探索問題和分析解決問題的科學(xué)方法之一。結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗，我認為控制變量法的思想在初中物理中主要有以下幾方面的應(yīng)用：一、 定義相關(guān)物理量1、速度的定義。速度是表示物體運動快慢程度的物理量。通常我們判斷物體運動快慢時有兩種方法：a、時間一定時，比較通過路程的長短，通過的路程長，則物體運動的就快；b、路程一定時，比較所用的時間，所用的時間越短，則物體運動的就越快。在定義速度時我們采用了a方法，控制時間一定，即通過比較單位時間（1s,1min,1h）物體通過的路程來比較物體運動的快慢。若時間單位取國際單位制，則是通過比較一秒時間內(nèi)物體通過的路程來比較物體運動的快慢。因此速度的定義是：物體在單位時間內(nèi)通過的路程。計算公式為：v=s/t （速度=路程時間）。2、壓強公式的定義。壓強是表示壓力作用效果強弱的物理量。通過實驗我們認識到比較壓力的作用效果有兩種方法：a、壓力一定時，比較受力面積，受力面積越小，則壓力的作用效果就越強；b、受力面積一定時，比較壓力，壓力越大，壓力的作用效果就越強。在定義壓強時我們采用了b方法，控制受力面積一定，即通過比較單位面積（1，1c，1d）上受到的壓力的大小來比較壓力的作用效果。若面積單位取國際單位制，則是通過比較一平方米面積上受到的壓力來比較壓力的作用效果的。因此壓強的定義是：物體單位面積上受到的壓力叫做壓強。計算公式為：p=F/S（壓強=壓力受力面積）。3、定義功率。功率是表示物體做功快慢程度的物理量。通常比較物體做功快慢有兩種思路：a、時間一定時，比較做功的多少，做功越多，則做功就越快;b、做功多少一定時，比較所用的時間，所用的時間越短，則物體做功越快。在定義功率時，我們采用了a方法，控制時間一定，即通過比較單位時間（1s,1min,1h）內(nèi)物體做功的多少來比較物體做功的快慢。若時間單位取國際單位制，則是通過比較一秒時間內(nèi)物體所做功的多少比較物體做功快慢的。因此功率的定義是：物體單位時間內(nèi)所做的功叫做功率。計算公式為：P=W/t (功率=功時間)。4、定義密度密度是物質(zhì)的一種特性，僅與物質(zhì)的種類、狀態(tài)、溫度等因素有關(guān)。通常比較物質(zhì)密度的方法有兩種：a、體積一定時，比較質(zhì)量，質(zhì)量越大，則物質(zhì)的密度就越大；質(zhì)量越小，物質(zhì)的密度就越小。b、質(zhì)量一定時，比較體積，體積越小，則物質(zhì)的密度就越大；體積越大，物質(zhì)的密度就越小。在定義密度時，我們采用了a方法，控制體積一定，即通過比較單位體積（1m ，1d m ，1c m ）內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量來比較物質(zhì)密度的大小。若體積單位取國際單位制，則是通過比較一立方米內(nèi)物質(zhì)的質(zhì)量來比較物質(zhì)的密度的。因此密度的定義是:單位體積內(nèi)某種物質(zhì)的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度。計算公式為：m/V （密度=質(zhì)量體積）另外，比熱容、熱值等公式也都使用了控制變量法來定義的，不妨可以參照以上示例來進行分析理解。二、進行有關(guān)探究實驗控制變量法作為一種常用的、行之有效的科學(xué)探究方法，在物理探究性實驗中有著極為廣泛的應(yīng)用?？梢哉f控制變量法貫穿了整個初中物理教學(xué)，在許多演示實驗和學(xué)生實驗中都用到了控制變量法的思想。例如：1、探究影響滑動摩擦力大小的因素根據(jù)猜想，影響物體所受滑動摩擦力大小的因素可能有：接觸面的粗糙程度、接觸面積的大小、物體對接觸面壓力的大小等。為了研究這些因素跟滑動摩擦力大小的關(guān)系，根據(jù)控制變量法的思想：a、在探究接觸面的粗糙程度與滑動摩擦力的關(guān)系時，應(yīng)控制接觸面積的大小和物體對接觸面壓力的大小不變，只改變接觸面的粗糙程度，從而通過實驗探究得出接觸面的粗糙程度與滑動摩擦力的關(guān)系。b、在探究物體對接觸面壓力的大小與滑動摩擦力的關(guān)系時，應(yīng)控制接觸面積的大小和接觸面的粗糙程度不變，只改變物體對接觸面壓力的大小，從而通過實驗探究得出物體對接觸面壓力的大小與滑動摩擦力的關(guān)系。c、在探究接觸面積的大小與滑動摩擦力的關(guān)系時，應(yīng)控制物體對接觸面壓力的大小和接觸面的粗糙程度不變，只改變接觸面積的大小，從而通過實驗探究得出接觸面積的大小與滑動摩擦力的關(guān)系。2、探究動能的大小與哪些因素有關(guān)根據(jù)猜想，影響物體動能大小的因素可能有物體的速度、質(zhì)量等。在探究動能的大小與物體的速度、質(zhì)量關(guān)系時，根據(jù)控制變量法的思想：a、在探究物體動能大小與物體的速度的關(guān)系時，應(yīng)控制物體的質(zhì)量不變，只改變物體的運動速度，從而探究出物體動能的大小與物體的速度的關(guān)系。b、在探究物體動能大小與物體的質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)控制物體的運動速度不變，只改變物體的質(zhì)量，從而探究出物體動能的大小與物體的質(zhì)量的關(guān)系。3、探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素根據(jù)猜想，影響導(dǎo)體電阻大小的因素可能有：導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度等。為了探究出導(dǎo)體的電阻與這些因素的關(guān)系，根據(jù)控制變量法的思想：a、在探究導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體長度的關(guān)系時，應(yīng)控制導(dǎo)體的橫截面積、材料和溫度不變，只改變導(dǎo)體的長度，從而探究出導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體長度的關(guān)系。b、在探究導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系時，應(yīng)控制導(dǎo)體的長度、材料和溫度不變，只改變導(dǎo)體的橫截面積，從而探究出導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系。c、在探究導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體材料的關(guān)系時，應(yīng)控制導(dǎo)體的長度、橫截面積和溫度不變，只改變導(dǎo)體的材料，從而探究出導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體材料的關(guān)系。d、在探究導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體溫度的關(guān)系時，應(yīng)控制導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料不變，只改變導(dǎo)體的溫度，從而探究出導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體溫度的關(guān)系。經(jīng)分析整理，初中物理涉及到控制變量法的演示、學(xué)生實驗以及有關(guān)概念、規(guī)律如下：序號概念或規(guī)律對應(yīng)變量1聲音的響度物體的振幅、聲源的遠近2影響蒸發(fā)快慢的因素液體表面積、溫度、液面氣流速度3速度路程、時間4壓強壓力、受力面積5液體壓強液體的密度、深度6浮力液體的密度、排開液體的體積7影響動能大小的因素物體的質(zhì)量、物體的速度8影響重力勢能大小的因素物體的質(zhì)量、物體的高度9影響物體內(nèi)能的因素物體質(zhì)量、溫度、種類、狀態(tài)10熱量的變化（熱傳遞）比熱容、質(zhì)量、溫度變化11熱量（燃料燃燒）燃料的質(zhì)量、熱值12影響導(dǎo)體電阻大小的因素導(dǎo)體的種類、長度、橫截面積、溫度13歐姆定律導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體的電阻14焦耳定律電流、電壓、電阻15電功大小電壓、電流、通電時間16影響電磁鐵磁性的因素有無鐵芯、線圈匝數(shù)、電流大小17通電導(dǎo)線在磁場中的受力方向通電導(dǎo)線中的電流方向、磁場方向18電動機的轉(zhuǎn)速電流大小、磁場強弱19電動機的轉(zhuǎn)動方向電流方向、磁場方向20感應(yīng)電流的方向磁場方向、導(dǎo)體切割磁感線方向21影響力的作用效果的因素力的大小、方向、作用點22影響滑動摩擦力大小的因素壓力大小、接觸面的粗糙程度三、解決有關(guān)物理問題在初中物理習(xí)題、試卷中我們經(jīng)常會遇到一些問題，需要用控制變量法的方法才能加以解決，或者用控制變量法能更為方便的解決。1、某同學(xué)用電流表和電壓表測量甲、乙兩段導(dǎo)體的電阻后，作出如圖所示的圖像，由此可以判斷（ ）A、R甲= R乙B、R甲> R乙C、R甲< R乙D、條件不足無法確定分析：由公式R=U/I并結(jié)合“控制變量法的思想”可知，判斷電阻大小有兩種思路：（1）U一定時比較I，I越大則R越小，I 越小則R越大；（2）I一定時比較U，U越大則R越大，U越小則R越小。 U1I甲I乙根據(jù)思路（1）如右圖我們可在U軸上取一點U1，過該點作I軸的平行線，交甲、乙于A、B兩點，過A、B分別作I軸的垂線，垂足是甲、乙在電壓U1時對應(yīng)的電流I甲、I乙，所以R甲= U1/I甲, R乙= U1/I乙,因為I甲>I乙,所以R甲< R乙。正確答案為C。IUU乙 甲 乙U甲 I1 根據(jù)思路（2）如右圖我們可在I軸上取一點I1，過該點作U軸的平行線，交甲、乙于A、B兩點，過A、B分別作U軸的垂線，垂足是甲、乙在電流I1時對應(yīng)的電壓U甲、U乙，所以R甲= U甲/I1, R乙= U乙/I1,因為U甲< U乙,所以R甲< R乙。正確答案為C。例2、某同學(xué)在做“比較不同物質(zhì)吸熱能力”的實驗時，使用相同的電加熱器給水和煤油加熱，用加熱時間的長短來表示物質(zhì)吸收熱量的多少。他得到如下數(shù)據(jù)物質(zhì)次數(shù)質(zhì)量m/kg升高的溫度t/加熱的時間t/min水101102202104煤油301101402102（1）分析第1、2次或第3、4次實驗數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是：同種物質(zhì)升高相同溫度時，吸收熱量的多少與物質(zhì)的 有關(guān)。（2）分析第1、3次或第2、4次實驗數(shù)據(jù)，可以得出的初步結(jié)論是： 。分析：本探究實驗采用的是“控制變量”的實驗方法，通過回憶所學(xué)熱學(xué)知識和觀察實驗表格可知：影響物質(zhì)吸收熱量多少（即加熱時間的長短）的因素可能有三個，即物質(zhì)的種類、物質(zhì)的質(zhì)量和升高的溫度。通過分析第1、2次或第3、4次實驗數(shù)據(jù)，可以看出：在這兩次實驗中，使用同一種物質(zhì)，兩次升高的溫度相同，所用物質(zhì)的質(zhì)量不相同，物質(zhì)吸收的熱量不相同。因此得出的初步結(jié)論是：同種物質(zhì)升高相同溫度時，吸收熱量的多少與物質(zhì)的質(zhì)量有關(guān)。同理，通過分析第1、3次或第2、4次實驗數(shù)據(jù)，可以看出：在兩次實驗中，所用物質(zhì)的質(zhì)量相同，兩次升高的溫度相同，而使用不同的物質(zhì)，物質(zhì)吸收的熱量不相同。因此得出的初步結(jié)論是：質(zhì)量相同的不同物質(zhì)，升高相同的溫度，吸收的熱量不相同。研究此類問題，要控制某些因素，使它們保持不變，進而尋找另外兩個因素之間的關(guān)系。參考答案： 質(zhì)量 質(zhì)量相同的不同物質(zhì)（或水和煤油）升高相同的溫度，吸收的熱量不相同（或加熱的時間不相同）。以上兩題的解題思路都是采用典型的“控制變量法”來解決的。對于此類問題，一般是先弄清楚影響因素有哪些，再用 “控制變量法的思想”確定實驗或解題思路，最后在總結(jié)結(jié)論時一定要注意先強調(diào)實驗前提，再敘述結(jié)論。如果學(xué)生沒有掌握、理解好“控制變量法”，在解決這些問題時就會顯得很茫然，沒有頭緒，不知從何下手。但在學(xué)生掌握、理解好“控制變量法”后，這類題目的難度并不大。因此，在物理教學(xué)中要時時不忘對學(xué)生貫穿“控制變量法”的培養(yǎng)，相信學(xué)生一定能運用好“控制變量法”這一科學(xué)方法，在物理學(xué)習(xí)中理解、鞏固好所學(xué)的有關(guān)知識，提高解決實際問題的能力。