初中物理中什么是控制变量法

初中物理中什么是控制变量法 篇一:初中物理中的控制变量法 “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之一,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.譬如说某段导体中通过电流的大小不仅和其两端电压有关,还和这段导体的长度、横截面积的大小及种类等因素有关.所以要想精确地把握研究对象的各种特性,弄清事物变化的原因和规律,单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的,还必须对研究对象施加人为的影响,造成特定的便于观察的条件,这就是“控制变量”的方法.例如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. 首先,在初中物理实验过程中,控制变量法是一种最常用 1 的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法. 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,可先故意将横截面积、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,有的回答: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;有的同学说:应取两根长度相同、但横截面积不同的镍铬合金丝进行上述实验;还有的说应取长度、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.这时,教师可适时指出上述几种方法都可以,同时指出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 2 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,使它们相等,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,就要同时分析其它三个物理量(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 3 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=cmΔt来解决这个问题,思路是这样的:因为这个问题要解决的是Δt(升高的温度)的大小,所以先将此公式变成Δt=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Δt仅取决于c(比热容),且从Δt=Q/cm这一关系式中可以看出,Δt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是:“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.更为重要的是,通过这一实际问题的解决过程,使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试.在初中物理(如在力学、电学、热学)中,可用“控制变量”这一科学方法去分析解决的实际问题还很多,这就为学生灵活应用这一科学方法解决问题提供了证. 篇二:初中物理中的控制变量法 初中物理中的控制变量法 “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( 自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影 4 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(所以要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须对研究对象施加人为的影响，造成特定的便于观察的条件，这就是“控制变量”的方法(例如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(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( 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(在初中物理教学中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，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( 篇三:初中物理--控制变量法 初中物理---控制变量法 物理学对于多因素(多变量)的问题常常采用控制因素(变量)的办法，即把多因素的问题转变为多个单因素的问题， 5 分别加以研究，最后 再综和解决，这种方法叫控制变量法。 控制变量法在初中物理中应用较为广泛，具体探究如下: 【实验探究一】匀速直线运动 速度是示物体运动快慢的物理量，它与路程、时间两个因素有关，为了比较两个(或几个)做匀速直线物体的快慢，常采用控制变量法。 1(控制路程因素(即在路程相同或路程一定的情况下)，比较它们所用的时间，所用时间短的，则运动的快，速度大。 2(控制时间因素(即在时间相同或时间一定的情况下)，比较它们通过的路程长短。路程长的，运动快，速度大。 3(在路程、时间都不相同的情况下，借助于数学中的比例，引入路程和时间之比，即用比较单位时间里通过的路程的多少，来比较物体运动的快慢。 【例题1】如图1所示(a)、(b)两图分别表示比较运动员游泳快慢的两种方法，其中图1(a)表明 ;图1(b)表明 。 【精评】将游泳比赛的过程和终 端两种情况用图画出来，让同学们识别在 这两种比较游泳快慢的情况中，分别运用 了哪种控制变量的方法。 在图1(a)中，各泳道右边的圆圈指 6 针的指向都相同，表示“时间相等”，三图1 个泳道中游泳人的位置不同，说明它们通过的路程不同，游在最前面的人通过的路程最长，他游得最快，所以，图1(a)表示采用了控制时间相等的因素，研究运动快慢与路程的关系的方法，表明:时间相等时，游泳人通过的路程越长，运动越快。 在图1(b)中，各泳道的游泳人都到达终点，但泳道旁圆圈内的指针指向不同，表示游泳人通过相同的泳道全程所用的时间不等，中间泳道的游泳人所用时间最短，游得最快。所以，图1(b)表示采用了控制路程相等的因素，研究运动快慢与时间的关系的方法，表明:通过的路程相等时，游泳人所用时间越少，运动越快。 【解答】时间相等时，游泳人通过的路程越长，运动越快。通过的路程相等时，游泳人所用时间越少，运动越快。 【实验探究二】密度 密度概念是整个初中物理中重要概念之一，每年各地的中考试题围绕密度概念做足了文章。如冰水互换后其质量、体积、密度的变化;蜡烛燃烧过程中、两块砖合成一块后的质量、密度的变化情况等等。常常编成试题来考察同学。 采用控制变量法研究密度有三种方式 1(质量相同的不同物质，密度大的，其物体体积就小。 2(体积相同的不同物质，密度大的，其物体质量也大。 7 3(物质相同的不同物体，体积增大几倍，它的质量也增大几倍，而m/V的值不变。 特别强调的是:对前两种控制变量(控制质量因素、控制体积因素)后得到的结论，只适用于不同物质所组成的物体。对于同种物质组成的物体来说，密度的大小与体积的质量无关，只与物质的种类有关。同种物质的m/V是相同的，所以有“密度是物质的属性”这个区别于其它概念的重要 特征。 【例题2】为研究物质的某种特性，某同学测得4组数据，填在下列表中: (1)将表中空格处填写完整。 (2)比较第1、2两次实验数 据，可得出结论:同一种物质它的 质量跟它的体积成 。 (3)比较第2、3两次实验数 据，可得出结论:质量相同的不同 物质，体积是 。 (4)比较第1、4两次实验数据，可得出实验结论是 。 【精评】此题在解答过程中要应用控制变量法。例如第2问中“同种物质”，第3问中“质量相同”。通过控制变量法研究物质的质量与体积的关系，从而引入密度的概念，说明不同物质的密度一般是不相同的，尽而得到“密度是物质的属 8 性”这一结论。 【解答】(1)0.5g/cm;(2)正比;(3)不同;(4)不同物质的密度一般是不同的。 【实验探究三】压强、液体内部的压强 根据压强的定义，压强的大小取决于压力和受力面积的大小。同样，液体的压强跟液体的密度、深度两因素有关。在各个相互关联的物理量之间，每个量的变化都受到其它几个量的制约。 为了比较压强的大小，我们常采用控制压力因素不变，比较受力面积的大小，受力面积越大，压强越小，且压强的大小跟受力面积成反比。若控制受力面积因素不变，比较压力大小，则压强跟压力成正比。液体内部压强，控制液体密度因素不变，液体深度越深，压强越大，且成正比;控制液体深度因素不变，液体压强与液体密度成正比。 根据表中的数据，比较序号为的3组数据可得出结论:在同一深度，液体向各个方向的压强相等;比较序号3、4、5的3组数据可得出结论 ;比较序号为 的两组数据可得出结论:液体的压强还跟液体的密度有关。 【精评】本题“研究液体内部的压强”的实验采用的就是“控制变量法”。即:要得到同一深度，液体向各个方向的压强关系，实验时要控制深度和密度不变，只改变橡皮膜的方向;要得到液体的压强与深度的关系，实验时要控制密度不变， 9 只改变深度，要得到液体的压强与密度关系，实验时要控制深度不变，只改变密度。 【解答】比较第1、2、3次实验，压强计在同种液体(水)中同一深度(4cm)处，压强计液柱的高度差相等(都是36cm)，可见，在同一深度。液体向各个方向压强相等。比较第3、4、5次实验，压强计在同种液体(水)中，但深度在不断增加(4cm、8cm、12cm)，压强计液柱的高度差也不断增加，可见，同种液体中，压强随深度的增加而增大，比较5、6次实验压强计在同一深度的不同液体(水、盐水)中，压强计液柱的高度差大小不同，可见，液体的压强还与液体的密度有关。 【实验探究四】决定电阻大小的因素 判断导体的长度、横截面积、材料、外界的温度改变时，导体的电阻是否改变，怎样改变，或从导体的电阻变化中，找出引起电阻变化的具体原因常用“控制变量法”。 为了比较两个(或几个)导体电阻的大小，我们常采用以下控制变量法: 1(控制长度、横截面积因素(即在长度、横截面积相同的情况下)，比较它们在相同的电压下，导线中通过电流的大小不同，得到电阻的大小跟导体的材料有关的结论。 2(控制材料、横截面积因素(即在材料、横截面积相同的情况下)，比较长度不同的导线，在相同电压下，所通过 10 的电流的大小，可得出横截面积越小，电流越小，则电阻越大的结论。 3(控制材料、长度因素(即在材料、横截面积相同的情况下)，比较横截面积不同的导线，在相同电压下，所通过的电流大小，可得出横截面积越小，电流越小，则电阻越大的结论。 【例题4】两段长段、粗细和材料都不同的导体分别接在电压相同的电路中，则下列判断中正确的是 〔 〕 A. 长导体中的电流一定大些 B.短导体中的电流一定大些 C(无论哪段导体被拉长后，通过的电流都一定变小 D(无论哪段导体被冷却后，通过的电流都一定变小 【精评】在电压相同的情况下，通过导体的电流小，则说明导体的电阻大，所以，本题4个选项是以导体的材料、横截面积、长度和导体中的电流、温度5个因素中，分别改变或比较导体电阻大小的因素，从而判断选项的正误。电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的长度、材料和横截面积，又与导体电阻与它本身具有的3个因素都有关系，在控制任意2个因素不变时，另一个因素改变，就一定会引起导体的电阻改变;在3个影响电阻的因素都不受控制或知道3个因素中的一个因素的变化，另外2个因素变化情况不知道，就无法判断这个电阻大小是否变化。 11 导体的电阻还与温度有关，一般情况下，温度越高，导体的电阻越大，当导体被冷却后，导体的电阻应变小，通过的电流应变大。由此比较4个选项，只有C选项是正确的。 【实验探究五】欧姆定律 欧姆定律是在研究电流跟电压、电阻的关系的基础上得出的电学中的重要规律，由于涉及电流、电压、电阻三个物理量，在研究过程中采用了控制变量的方法，如:在控制电压因素(即在导体两端电压相等)的条件下，研究电流与导体电阻的关系，得出在电压一定时，导体中的电流跟导体电阻成反比;在控制电阻因素(即在导体电阻不变)的条件下，研究电流与电压的关系，得出在电阻一定时，导体中的电流跟导体两端电压成正比。然后综合这两个研究情况，得出欧姆定律的。这种方法也适用于解决本章的物理问题。 我们在运用控制变量解电学题时，必须注意到导体的电阻大小，是与电流和电压大小无关的;电阻大小只决定于导体材料、长度、横截面积，并和导体温度有关。 【例题5】在“研究电流跟电压、电阻的关系”的实验中，如图2所示， 我们先使电阻箱的电阻取某一值，多次改变滑动变阻器的阻值，记录每次的电 流值和相应的______值，得到当电阻不变时，电流跟____成正比的关系;然后 12 多次改变电阻箱的阻值，调节滑动变阻器的滑片，使每次_____保持不变，记录 每次电阻箱的阻值R和相应的_____值，得到此时电流跟_____成反比的关系。 图2 【精评】本试题用控制变量法研究电流跟电压、电阻的关系，得出电学中 重要规律欧姆定律。对电流、电压、电阻三个物理量关系研究时，保持电阻不变，得出电流跟电压成正比的关系;保持电压不变，得出电流跟电阻成反比的关系。 【解答】电阻箱两端电压、导体两端电压、电压表示数、电流、导体电阻。 13