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        初中物理電學(xué)中控制變量法的應(yīng)用

        2016-11-04 22:38:49李志遠(yuǎn)張永禮
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)研究

        李志遠(yuǎn)+張永禮

        控制變量法在物理教育中具有重要作用.比如,研究物理密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系;研究勻速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)間、位移、速度之間的關(guān)系;研究液體的壓強(qiáng)與液體種類、深度等因素的關(guān)系;研究歐姆定律;研究電磁鐵磁性強(qiáng)弱與線圈匝數(shù)、電流大小之間的關(guān)系;研究液體蒸發(fā)快慢與液體種類、液體表面空氣流速之間的聯(lián)系;等等.這種物理學(xué)方法,可以使一些較為復(fù)雜的物理學(xué)變量影響因素得到簡化,得出主要因素與次要因素之間的聯(lián)系,進(jìn)而簡化了物理學(xué)的理論難度.控制變量法在初中物理電學(xué)研究中有著廣泛的應(yīng)用.

        一、控制變量法在研究歐姆定律過程中的應(yīng)用

        例1 在研究“電流跟電壓、電阻的關(guān)系”時(shí),學(xué)生設(shè)計(jì)如圖1電路圖,其中R為定值電阻,R′為滑動(dòng)變阻器,實(shí)驗(yàn)后,數(shù)據(jù)記錄在表1和表2中.(1)根據(jù)表中實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),可得出如下結(jié)論:由表1可得:.由表2可得:.(2)在研究“電流與電阻關(guān)系”時(shí),先用5Ω的定值電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn),使電壓表的示數(shù)為3V,再換用10Ω的定值電阻時(shí),某同學(xué)沒有改變滑動(dòng)變阻器滑片的位置,合上開關(guān)后,電壓表的示數(shù)將3V(選填“大于”、“小于”或“等于”).此時(shí)應(yīng)向(選填“右”或“左”)調(diào)節(jié)滑片,使電壓表的示數(shù)仍為3V.

        解析:在研究歐姆定律之前, 學(xué)生已經(jīng)了解了電流、電壓、電阻這些基本概念,根據(jù)實(shí)驗(yàn)電路圖,表1中的電阻是定值,通過改變電壓值,可以得出電流隨著電壓的增大而增大,而且滿足一定的正比例關(guān)系;表2中的電壓是個(gè)定值,通過改變電阻器電阻,可以看出通過導(dǎo)體的電流隨著電阻值的增大而減小,且滿足一定的反比例關(guān)系.因此,可以得出歐姆定律:U=IR.當(dāng)電流值不變,電阻變大時(shí),電壓值也會(huì)變大,電壓表示數(shù)將大于3V.為了減小電壓值,不許降低電阻,所以向右側(cè)移動(dòng)滑片.

        二、控制變量法在研究電功過程中的應(yīng)用

        例2 在研究“電流做功快慢與哪些因素有關(guān)”時(shí),電流做功的過程就是將電能轉(zhuǎn)化成其他形式能量的過程.研究電功時(shí),可以將電功轉(zhuǎn)化成的熱能進(jìn)行分析,通過溫度計(jì)測量溫度的變化情況得出做功大小,進(jìn)而分析出電功與電流、電壓之間的聯(lián)系.通常情況下,采用以下實(shí)驗(yàn)裝置和實(shí)驗(yàn)過程.

        實(shí)驗(yàn):按照如圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究.

        通過探究,我們不難發(fā)現(xiàn),兩電阻絲之間是串聯(lián)關(guān)系,因此兩者之間的電流是相等的,當(dāng)R1>R2時(shí),通過電壓表示數(shù),我們發(fā)現(xiàn)R1兩端的電壓高;通過溫度計(jì),我們看到R1的煤油溫度升高較快,即相同時(shí)間內(nèi)R1消耗的電能更多.可以得出:通過用電器的電流和通電時(shí)間相同時(shí),用電器上的電壓越高,電流做功就越多.

        總之,通過分析控制變量法在初中物理電學(xué)中的應(yīng)用,可以看出這種方法的靈活性和優(yōu)越性,特別是針對(duì)一些相關(guān)因素比較復(fù)雜的問題,運(yùn)用控制變量法可以巧妙地實(shí)現(xiàn)問題的簡化,培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,提高學(xué)生的思維能力.

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