控制变量法教学案例

控制变量法在电学中的应用案例
榆中七中王云霞
控制变量法是指在研究某个物理问题或物理量与多种因素的关系时，每次只改变一个因素，控制保持其他因素不变，分析所研究的物理问题与该因素的关系。

它把多因素的问题转变为多个单因素的问题，分别加以研究，最后再综合解决。

控制变量法是科学探究的一种重要方法，掌握控制变量法对探究物理规律、理解物理概念、设计物理实验、解决物理问题等都有重要的作用。

1.控制变量法在探究物理规律时的应用
“欧姆定律”是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。

学生们通过之前的学习掌握了电路的3个基本部分：电流、电压、电阻。

它们之间有怎样的关系呢？根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的7个要素。

其中重点是如何运用“控制变量法”的方法来设计整个实验，明确用什么方法保证什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量。

1.1控制电阻R不变，改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系
（1）采用定值电阻，即可保证定值电阻R不变。

(2）改变导体两端的电压，可用两种办法：①如课本图，改变电源两端的电压，即可改变导体两端的电压U。

用这个电路，学生能够较为轻松地运用控制变量的方法直接研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。

②如，通过调节滑动变阻器，改变电阻R两端的电压。

要使学生明确研究对象是定值电阻这部分电路，滑动变阻器的作用是为了使定值电阻两端的电压发生改变。

1.2控制导体两端的电压U不变，改变电阻R，探究电流与电阻的关系
（1）换用不同的定值电阻即可改变电阻R。

（2）改变电阻R的同时要保证导体两端的电压不变，可以采用以下两种方法：①使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。

但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之有所变化，给实验带来误差。

②换用阻值不同的电阻R时，若滑动变阻器的滑片不动，定值电阻两端的电压会发生变化。

电压、电阻都改变，就不能确定究竟是什么因素影响了电流。

所以利用滑动变阻器来控制定值电阻两端电压不变，探究电流与电阻的关系。

这一点学生在实验中非常容易忽视，教师要注意引导学生观察电压表，使其示数保持不变。

经过以上两个环节的探究，学生得出“导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系”便水到渠成了。

除了“欧姆定律”外，“焦耳定律”、“影响电阻大小的因素”、“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”等探究过程也为“控制变量法”的教学和应用提供了很好的机会。

教师应充分利用这些机会，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地应用“控制变量”的研究方法去探究物理规律。

2.控制变量法在电学实验设计中的应用
例1，如课本图研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置中，在探究过程中发现：①当滑动变阻器的滑片P向滑动时（填“左”或“右”），指针B偏转的角度将会（填“变大”或“变小”）；②保持滑片P位置不变，当导线a由接线柱2改为与接线柱1相连，闭合开关后，可发现指针B偏转的角度将会（填“变大”或“变小”）。

经过对电磁铁的研究，可得出以下结论：当线圈匝数一定时，通过电磁铁的电流越大，电磁铁磁性；当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越，磁性越。

整个实验过程应采用控制变量法进行研究，但在实验的第二步中改变了线圈的匝数，同时也改变了螺线管电阻的大小，改变了电路中的电流。

所以实验的第二步值得商榷。

若线圈的长度不长，电阻忽略不计，当导线a由接线柱2改为与接线1相连，可认为电流不改变，可得到当通过电磁铁的电流一定时，电磁铁线圈的匝数越多，磁性越强。

若线圈的电阻不可忽略，那就应该在电路中串联一个电流表，当导线a 由接线柱2改为与接线1相连，通过调节滑片P，使两次的电流相同，才能得出结论。

3.用控制变量的思路比较物理量的大小
例2，已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大，把它们并联在电路中，比较甲的电功率和乙的电功率。

简析：求解电功率的公式比较多：P=UI P=U2R，P=I2R，学生分析起来常常感到无从下手。

电功率与两个因素有关，我引导学生用“控制变量法”的思路解决这类问题。

关键在于首先根据题目已知找到相同的因素，只让一个因素发生变化，再分析电功率与另一个变量之间的关系。

具体分析如下：并联时，各支路两端电压相等，
所以我们可以选择P＝U2R或P＝UI。

已知R
甲＞R
乙，
可根据P=U2R直接得出P
甲
＜P
乙。

也可
用另一方法：已知R
甲＞R
乙
，并联电路可知I
甲
＜I
乙,
可根据P＝UI直接得出P
甲
＜P
乙。

4.用控制变量的思路突破动态电路的难点分析
例3，伏安法测电阻中，当电压表和滑动变阻器并联时，试分析当滑动变阻器的滑片左、右移动时，电流表和两电压表的示数如何变化？
简析：我引导学生从U=IR入手，电压与电流和电阻两个因素有关，当I、R都发生变化时（R变小，I变大），很难判定U如何变化。

此时最好运用控制变量法的思路，保证I、R其中一个因素不变，只改变另一个因素。

电路中的电流I肯定要发生改变，
所以从定值电阻R
1入手。

电路中的电流I变大，R
1
不变，根据欧姆定律可知，R
1
两端
的电压U
1变大。

电源电压不变，U
1
变大，则U
2
变小。

此电路是电学中的一个典型的电
路，中考的很多题都是由此题衍生出来的。

它基础重要，出现频率高，但在分析过程中学生们普遍感到困难，准确率低。

学生们对滑片向左移动时，滑动变阻器的电
阻R
2的变化和电路中电流I的变化比较容易判断。

但对于U
1
、U
2
的变化就感到无从下
手。

有的学生感到电学学习困难，有的教师也说电学太难讲了，其实原因在于我们头脑中的知识点散乱不成体系，没有规律。

所以要熟记规律，加深理解，形成一个完整的知识体系，那解起题目来方可得心应手。