王喜波
“控制變量法”在初中物理教學(xué)中有著廣泛的應(yīng)用,是探索問題、分析和解決問題的主要方法。所謂控制變量法是當研究多個因素之間的關(guān)系時,往往先控制其他幾個因素不變,集中研究其中一個因素的變化對另一個因素的變化所產(chǎn)生的影響,然后找出它們之間的關(guān)系,得出結(jié)論的研究方法。
八年級學(xué)生剛學(xué)習(xí)“控制變量法”相關(guān)問題時,學(xué)生不理解“變量”也不知道如何控制“變量”。我舉了通俗的例子說明:人的健康狀況受哪些因素的影響?經(jīng)過學(xué)生討論,認為受“先天因素、飲食情況、是否鍛煉”三個因素的影響。于是我提出問題:人的健康狀況與是否鍛煉有什么關(guān)系?同學(xué)們馬上給出答案,鍛煉的人要好于不鍛煉的人。我接著追問:如果一個先天體質(zhì)差但飲食習(xí)慣好且參與鍛煉的人和一個先天體質(zhì)好但飲食習(xí)慣不好且不參與鍛煉的人哪個更健康呢?一時同學(xué)們沒了答案。接著我又給出第三個問題:在什么條件下,你們的答案才是正確的呢?經(jīng)過大家討論認為,在先天因素和飲食習(xí)慣都相同的條件下。這里的條件就是控制變量,我們所采用的研究問題的方法就是控制變量法。
一、控制變量法對理解和分析物理公式起著很重要的作用,多出現(xiàn)在選擇題中
例如:對公式v=s/t的理解,不能盲目地說速度v與路程s成正比,與時間t成反比。而應(yīng)該說:當時間t一定,速度v與路程s成正比;當路程s一定,速度v與時間t成反比;當v一定,s與t成正比。對其他物理公式的分析采取同樣方法。對公式P=UI的理解,絕不能簡單地說電壓U越高或電流越大,電功率P就越大。正確的理解是:當電流I一定,電功率P與電壓U成正比;當電壓U一定,電功率P與電流I成正比;當P一定,U與I成反比。上述歸納為:只要是三個物理量組成的公式,在分析它們的關(guān)系時,一定要控制其中一個量不變,然后討論另外兩個量的關(guān)系。如果是四個物理量組成的公式呢?則應(yīng)控制其中兩個量不變,然后討論另外兩個量的關(guān)系。例:W=UIt的分析:當I和t一定,W與U成正比;當U和t一定,W與I成正比;當W和t一定,U與I成反比;當W和I一定U與t成反比。不管公式中出現(xiàn)多少個物理量,在分析兩個量的關(guān)系時,則需把其他所有量都控制不變(常數(shù)除外)。這樣就掌握了正確的分析物理公式的方法。
二、在簡答題中解釋物理現(xiàn)象時常用到控制變量法
例:為什么坐在沙發(fā)上比坐在木凳上舒服些?我們知道影響壓強大小因素有壓力和受力面積,這里是同一人控制的是壓力一定,坐沙發(fā)比坐木凳人體的受力面積大,根據(jù)P=F/S,所以人體受到的壓強小,感覺舒服些。為什么人走在冰面上比走在地面上容易滑倒?影響滑動摩擦力的因素是壓力和接觸面的粗糙程度。這里是控制壓力不變,改變了接觸面的粗糙程度,冰面的粗糙程度比地面小,人受到冰面的滑動摩擦力小,因此容易滑倒。如果在解答此類問題時,沒有控制變量會導(dǎo)致邏輯不嚴謹而失分。
三、控制變量法在探究實驗中更為重要
如果在設(shè)計實驗和進行試驗時沒有控制變量,整個試驗就是失敗的,得出的結(jié)論也毫無意義。例如:在探究“影響動能大小的因素”的時,首先在設(shè)計實驗時需要選同一斜面且保證斜面的傾斜程度一定。然后再分別研究與質(zhì)量和速度的關(guān)系。(1)動能與質(zhì)量的關(guān)系。選兩個質(zhì)量不等(改變質(zhì)量)的鋼球使它們處于斜面上同一高度(控制到達平面時速度相等)自由釋放,觀察兩次平面上的木塊被推動距離的遠近。歸納結(jié)論:物體的運動速度相同,質(zhì)量越大,動能越大。(2)動能與速度的關(guān)系。選兩個質(zhì)量相同或同一鋼球(控制質(zhì)量相等)使其處于斜面上不同高度(改變到達平面時的速度)自由釋放,再觀察兩次平面上的木塊被推動距離的遠近。分析歸納:物體的質(zhì)量相同,運動速度越大,動能越大。探究“電流與電壓的關(guān)系”時,需要控制定值電阻R一定,通過滑動變阻器改變R兩端電壓,然后用電流表測出每次對應(yīng)的電流值I。最后得出:當電阻一定,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比的結(jié)論。而“探究電流與電阻的關(guān)系”時則要改變定值電阻R的阻值,通過滑動變阻器控制定值電阻R兩端電壓一定,用電流表測出每次對應(yīng)的電流值I。從而得到:當電壓一定,通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比的結(jié)論。除了上述實驗,還有多個采用控制變量法的探究實驗:“同種物質(zhì)的質(zhì)量與體積的關(guān)系”“影響浮力大小的因素”“比較不同物質(zhì)的吸熱能力”“電熱與什么因素有關(guān)”“影響電磁鐵磁性強弱的因素”等。
控制變量法不僅應(yīng)用在上述題型中,在這里不一一列舉,它是學(xué)生學(xué)習(xí)物理必須掌握的方法??傊摲椒梢哉f是貫穿初中物理教學(xué)的始終,是初中物理教學(xué)中最為常用、最為重要的一種方法。
參考文獻:
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