淺談初中物理中的控制變量法
“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，本文就它在教學(xué)中的應(yīng)用作一探討．
自然界中發(fā)生的各種物理現(xiàn)象往往是錯(cuò)綜復(fù)雜的，因此影響物理學(xué)研究對(duì)象的因素在許多情況下并不是單一的，而是多種因素相互交錯(cuò)、共同起作用的．譬如說某段導(dǎo)體中通過電流的大小不僅和其兩端電壓有關(guān)，還和這段導(dǎo)體的長(zhǎng)度、橫截面積的大小及材料種類等因素有關(guān)．所以要想精確地把握研究對(duì)象的各種特性，弄清事物變化的原因和規(guī)律，單靠自然條件下整體觀察研究對(duì)象是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，還必須對(duì)研究對(duì)象施加人為的影響，造成特定的便于觀察的條件，這就是“控制變量”的方法．例如為了研究某物理量同影響它的三個(gè)因素中的一個(gè)因素之間的關(guān)系，可將另外兩個(gè)因素人為地控制起來，使它們保持不變，以便觀察和研究該物理量與這一因素之間的關(guān)系．
首先，在初中物理實(shí)驗(yàn)過程中，控制變量法是一種最常用的、非常有效的探索客觀物理規(guī)律的科學(xué)方法．
具體做法是根據(jù)研究目的，運(yùn)用一定的手段（控制實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備等）主動(dòng)干預(yù)或控制自然事物、自然現(xiàn)象發(fā)生發(fā)展的過程，在特定的觀察條件下去探索客觀規(guī)律．例如，在引導(dǎo)學(xué)生探索、研究導(dǎo)電體的電阻的大小同導(dǎo)電體的哪些特性有關(guān)時(shí)，可先故意將橫截面積、長(zhǎng)度都不同的一根鎳鉻合金絲和一根銅絲分別串入接有小燈泡的直流電路中，讓學(xué)生分別觀察燈泡發(fā)光的亮度，并問學(xué)生：剛才的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能否說明電阻大小與導(dǎo)電體的某個(gè)特性有關(guān)？學(xué)生經(jīng)過思考與討論，得到的結(jié)論當(dāng)然是否定的．再用橫截面積和長(zhǎng)度都不同的兩根鎳鉻合金絲分別串入上述電路中，觀察小燈泡的'亮度，并讓學(xué)生思考這個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)芊裾f明電阻大小同導(dǎo)電體的某種特性有關(guān)，結(jié)論同樣是不能．這時(shí)就可不失時(shí)機(jī)地問學(xué)生：“那么，我們應(yīng)該取怎樣的兩根金屬絲串入上述電路來做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，以研究導(dǎo)電體的電阻大小到底與哪些因素有關(guān)呢？”同時(shí)向?qū)W生出示課前準(zhǔn)備好的幾根金屬絲讓他們選擇．學(xué)生經(jīng)過思考并相互討論后，有的回答：應(yīng)取兩根橫截面積相同、但長(zhǎng)度不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)；有的同學(xué)說：應(yīng)取兩根長(zhǎng)度相同、但橫截面積不同的鎳鉻合金絲進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)；還有的說應(yīng)取長(zhǎng)度、橫截面積均相同的一根銅絲和一根鎳鉻合金絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn)比較．這時(shí)，教師可適時(shí)指出上述幾種方法都可以，同時(shí)指出要研究電阻的大小同導(dǎo)電物質(zhì)的長(zhǎng)度、橫截面積、材料種類這三個(gè)因素任何一個(gè)因素間的關(guān)系，就要人為地控制另外兩個(gè)因素，使它們相等，并指出這種實(shí)驗(yàn)的方法就是“控制變量法”，再讓學(xué)生運(yùn)用這一方法系統(tǒng)地進(jìn)行上述實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生在實(shí)際操作過程中去體驗(yàn)這一科學(xué)方法．
在初中物理教學(xué)中還有許多概念或規(guī)律之探索和推導(dǎo)的實(shí)驗(yàn)過程中，都運(yùn)用了“控制變量法”這一科學(xué)方法，如在引導(dǎo)學(xué)生探索“導(dǎo)電體中電流大小同其兩端電壓大小和其電阻大小之間的定性關(guān)系，最終得出歐姆定律”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有關(guān)，最終得出力的三要素”等實(shí)驗(yàn)過程中都用到了這一科學(xué)方法，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)地去應(yīng)用的目的．
其次，在利用物理知識(shí)去分析和解決一些實(shí)際問題時(shí)，如能靈活運(yùn)用“控制變量法”進(jìn)行分析，有時(shí)可起到事半功倍的效果．
在初中物理中，可用“控制變量”去分析和解決的實(shí)際問題是很多的，這就為這一科學(xué)方法的教學(xué)和應(yīng)用提供了很好的機(jī)會(huì)．例如，有這樣一道題：質(zhì)量相同的水和煤油，吸收相同的熱量，誰的溫度升高較大？對(duì)于這一道習(xí)題，初看起來似乎有一定的難度，因?yàn)檫@樣簡(jiǎn)短的一句話中包含了四個(gè)相互關(guān)聯(lián)的物理量，也就是說，要比較誰的溫度升高較大，就要同時(shí)分析其它三個(gè)物理量（質(zhì)量、熱量、比熱容）對(duì)它的綜合影響，如果沒有一種科學(xué)的分析方法，要解決這樣一個(gè)實(shí)際問題，不僅費(fèi)時(shí)費(fèi)力，且準(zhǔn)確率不高，但如能對(duì)學(xué)生加以恰當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)，讓他們考慮是否可用物理實(shí)驗(yàn)中常用的科學(xué)方法來解決這道實(shí)際問題，經(jīng)過思考及同學(xué)間的相互討論，許多同學(xué)便會(huì)想到用“控制變量法”結(jié)合公式Ｑ＝ｃｍΔｔ來解決這個(gè)問題，思路是這樣的：因?yàn)檫@個(gè)問題要解決的是Δｔ（升高的溫度）的大小，所以先將此公式變成Δｔ＝Ｑ／ｃｍ的形式，再分析題目發(fā)現(xiàn)，ｍ（質(zhì)量）、Ｑ（熱量）相同，即這個(gè)問題中Δｔ僅取決于ｃ（比熱容），且從Δｔ＝Ｑ／ｃｍ這一關(guān)系式中可以看出，Δｔ與ｃ成反比，而水的比熱容大于煤油的比熱容，因此很容易得出這個(gè)問題的答案是：“煤油升高的溫度比水大”．可見，在解決物理問題時(shí)，如能恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)方法進(jìn)行分析，確實(shí)能起到提高解題速度與準(zhǔn)確率的良好效果．更為重要的是，通過這一實(shí)際問題的解決過程，使學(xué)生對(duì)如何應(yīng)用“控制變量法”等科學(xué)方法去分析、解決問題作了有益的嘗試．在初中物理（如在力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)）中，可用“控制變量”這一科學(xué)方法去分析解決的實(shí)際問題還很多，這就為學(xué)生靈活應(yīng)用這一科學(xué)方法解決問題提供了證明。
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