控制变量法(整合)

一、控制变量法
为了找到因变量与诸多自变量之间的函数关系，需要用一一映射的办法各个击破二者之间的关系，如若涉及到隐变量（中间变量），需要用到换元法解决函数的运算问题，建立直接根本关系，而非间接关系。
“控制变量法”在新课标“科学探究”能力目标中被明确提出，所以是中考中的热点。
就是把一个多因素影响某一物理量的问题，通过控制某几个因素不变，只让其中一个因素改变，从而转化为多个单一因素影响某一物理量的问题的研究方法。这种方法在实验数据的表格上的反映为：某两次实验只有一个条件不相同，若两次实验结果不同，则与该条件有关，否则无关。反过来，若要研究的问题是物理量与某一因素是否有关，则应只使该因素不同，而其他因素均应相同。
近几年我们看到中小学教育逐渐由应试教育向素质教育转变。物理作为一门自然科学,在教学中应侧重培养学生的物理科学素质。而物理科学素质则由物理科学知识、物理科学能力、物理科学方法，物理科学意识和物理科学品质等诸要素构成。其中物理科学方法是科学素质的翅膀，是获取科学知识的手段。学生只有掌握了科学方法，才能更深入地理解和牢固掌握科学知识，提高学习效率，起到事半功倍的作用。而且，科学方法对人一生的学习和工作起着重要的作用。教师在教学中一定要打破以往“授之以鱼”的填鸭式教育，培养学生探究，启发学生思维，让每个学生都得到充分的发展。培养学生学会学习，掌握学习知识的科学方法，提高学生终身学习的能力，所以从这个意义上讲，掌握科学方法比掌握知识更重要。
联想：在初中物理教材中，物理概念和规律形成的过程经常采用的是“控制变量法”。
二、展示反馈：
1．下列说法中，能反映物体放出热量多少跟wk.baidu.com体降低的温度有关的是()
A．相同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量不同
B．相同质量的不同物质，降低相同的温度，放出的热量一般不同
C．不同质量的同种物质，降低相同的温度，放出的热量不同
控制变量法
物理学研究中常用的一种研究方法——控制变量法。所谓控制变量法，就是在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的因素或条件加以人为控制，使其中的一些条件按照特定的要求发生变化或不发生变化，最终解决所研究的问题。可以说任何物理实验，都要按照实验目的、原理和方法控制某些条件来研究。
如：导体中的电流与导体两端的电压以及导体的电阻都有关系，中学物理实验难以同时研究电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，而是在分别控制导体的电阻与导体两端的电压不变的情况下，研究导体中的电流跟这段导体两端的电压和导体的电阻的关系，分别得出实验结论。通过学生实验，让学生在动脑与动手，理论与实践的结合上找到这“两个关系”，最终得出欧姆定律 。
自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，决定某一个现象的产生和变化的因素常常也很多。因此要人为的控制一些因素才能去研究。使它保持不变，然后来比较、研究其他两个变量之间的关系，这种研究问题的科学方法就是控制变量法。
例：下表是某实验小组所做的“探究摩擦力大小跟哪些因素有关”的实验记录：
实验次数
接触面的材料
压力F/N
摩擦力 ／N
①
木块与木板
8
l．6
②
木块与木板
12
2．4
③
木块与毛巾
12
5．0
（1）分析比较序号①与②的实验数据，可得出的结论是。
（2）分析比较序号的实验数据，可得出的结论是：压力相同时，接触面越粗糙，摩擦力越大。（3）上述研究方法叫“拉制变量法”，下列实验中用到此方法的有（填序号）
①探究电压、电流与电阻的关系；②探究动能跟哪些因素有关；③探究固体熔化时温度的变化规律；④研究影响电磁铁磁性强弱的因素。
3．某同学做"研究影响蒸发快慢的因素"实验，如下图所示，他在两块相同的玻璃片上分别滴上一滴水，观察图中情景可知该同学主要研究蒸发快慢是否与()
A．水的温度有关B．水的表面积有关
C．水上方空气的流速有关D．上述三个因素都有关。
4.“等效法”、“类比法”、“控制变量法”、“归纳法”等都是在物理、化学问题探究中常用的科学方法，下列探究实例中，运用了控制变量法的是（）
控制变量法
“控制变量法”是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、横截面积的大小及材料种类等因素有关。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。
D．不同质量的同种物质，降低不同的温度，放出的热量一般不同
2．下列事实中最能说明导体的电阻跟导体的材料有关的是()
A．长度相同的镍铬合金丝，粗的比细的电阻小
B．横截面积相同的铜丝，短的比长的电阻小
C．长度和横截面积都相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻比铁丝小
D．长度相同的铜丝和铁丝，铜丝的电阻可能比铁丝大
在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。
首先，在物理实验过程中，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。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。
中学物理课本中，蒸发的快慢与哪些因素的有关；滑动摩擦力的大小与哪些因素有关；液体压强与哪些因素有关；研究浮力大小与哪些因素有关；压力的作用效果与哪些因素有关；滑轮组的机械效率与哪些因素有关；动能、重力势能大小与哪些因素有关；导体的电阻与哪些因素有关；研究电阻一定、电流与电压的关系；研究电压一定、电流和电阻的关系；研究电流做功的多少跟哪些因素有关系；电流的热效应与哪些因素有关；研究电磁铁的磁性强弱跟哪些因素有关系等均应用了这种科学方法。
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。例如，有这样一道题：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： ， ， ，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 或 。已知R甲＞R乙，可根据 直接得出 。也可用另一方法：已知 ，并联电路可知 ，可根据 也能够得出 。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。在物理（如在力学、电学、热学）学习中，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，这为学生灵活应用这一科学方法解决问题提供了保证。
A．研究电流的大小时，根据电流产生的效应大小来判断电流的大小
B．在相同温度下，比较两种固体物质的溶解度大小
C．在探究水的组成时，用带火星的木条检验与电源正极相连的电极上产生的气体
D．研究多个电阻组成的电路时，求出电路的总电阻，用总电阻产生的效果来代替所有电阻产生的总效果
5.如图所示，是某学习小组同学设计的研究“电磁铁磁性强弱”的实验电路图。
下表是该组同学所做实验的记录：
电磁铁(线圈)
50匝
100匝
实验次数
1
2
3
4
5
6
电流/A
0.8
1.2
1.5
0.8
1.2
1.5
吸引铁钉的最多数目/枚
5
8
10
7
11
14
(1)比较实验中的1、2、3（或4、5、6），可得出的结论是：电磁铁的匝数一定时，通过电磁铁线圈中的电流；
(2)比较实验中的1和4（或2和5或3和6），可得出的结论是：电磁铁线圈中的电流一定时，线圈匝数；
研究导体的电阻大小与哪些因素有关，控制导体的长度和材料不变，研究导体电阻与横截面积的关系。研究滑动摩擦力的大小跟哪些因素有关，保证压力相同时，研究滑动摩擦力与接触面粗糙程度的关系。
利用控制变量法研究物理问题，注重了知识的形成过程，有利于扭转重结论、轻过程的倾向，有助于培养学生的科学素养，使学生学会学习。