“控制变量法”在物理实验中的运用

“控制变量法”在物理实验中的运用

在初中物理学中，有许多探究性实验，常常要用到一种科学的研究方法----“控制变量法”。

此法不仅能较好地化解教学中的有些难点，而且对培养学生的探究意识和创新精神也具有积极

的意义。因此笔者撰此文，通过实例分析此法，以供参考。

一、“控制变量法”的应用方法分析

如：探究电流与电压、电阻的关系时，如图1

所示，可先控制电阻

R 不

变，研究电流与电压的关系。实验中，通过调节滑动变阻器的滑片，使电

阻两端的电压依次发生变化，根据对应的电压表和电流表的示数关

系得出：在电阻一定时，导体中的电流跟这段导体两端的电压成正

比。然后再控制导体两端的电压不变，研究电流跟 电阻的关系。

实验中通过调节滑变的滑片，使电阻两端的电压始终 图1

保持一个定值，改变电阻的阻值，根据对应电流表的示数得出：在

电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成反比。从而总结出欧姆定律。

又如：探究电流通过导体产生的热量与哪些因素有关时，可先控制电流与通电时间不变，

研究电热与电阻的关系。然后控制电阻与通电时间不变，研究电热与电流的关系。最后再控制

电流与电阻不变，研究电热与通电时间的关系。归纳总结出焦耳定律。

实验中，取R 2=R 3=R 4=2R 1,并将R 1R 2分别置于两个一端开口的密闭的有机玻璃盒内，将开

口端用橡胶管与压强计相连，R 1与R 2串联如图2。接通电路后，电阻丝将盒内空气加热，通过

压强计的液面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电阻的关系。再将R 1改换成R 3，同时

将R 4与R 2并联仍接入电路中如图3。因通过R 3的电流是通过R 2电流的2倍，通过压强计的液

面差，可得出：电流通过导体产生的热量与电流的关系。

图2 图3

二、控制变量法”在题目中的应用训练。 S P R R

例1、如图4所示，在探究物理的动能与哪些因素有关的实验中，分别让A 、B 、C 三个小钢球

从同一斜面的h A 、h B 、h C 高度处滚下，（h A =h C >h B ,m A =m B

（1）要研究动能与速度的关系时，可选择 两图来进行比较，这里控制了 不变，该实验让同一小球从同一斜面的不同高度处滚下，其目的是： 。 （2）要研究动能与质量的关系时，可选择 两图来进行比较，这里控制了 不变，根据木块被推距离的远近，得出动能与 和

有关。

分析：该题中，可先控制小球质量不变（m A =m B )，让它们从同一斜面的不同高度处（h A >h B )滚下，由于到达斜面底端时的速度不同

（v A >v B )从而由木块运动的距离远近（s A >S B ）可知，小球对木块做的功不同，小球的速度越大，

做的功越多，具有的动能越大（E A >E B ）。故选ab 图进行研究。当研究动能与质量的关系时，

可控制速度不变（a 、c 图）。即让不同质量（m A >m C ）的小球从同一斜面的同一高度处（h A =h C ）

滚下，由于小球到达斜面底端的速度相同（v A =v C )，从而由木块运动的距离远近（s A

小球对木块做的功不同，小球的质量越大，具有的动能越大（E C >E A ）。

[答案：①a 、b ；质量；小球在斜面底端时速度不同。②a 、c ；速度；质量；速度]

例2、在探究电阻的大小与哪些因素有关时，如图5（图中AB 为锰铜，CD 、EF 、GH 为

镍铬，其中L AB =L CD =L EF =2L GH ，S AB =S CD =S GH = 1/2S EF ）

①若要研究导体的电阻与导体材料的关系时应将M 、N 分别与 和 连接。

②若将图中的CD 和GH 接入电路中，则可得出

③实验时如果控制导体的材料、长度及温度不变时，可探究电阻与 的关系，应将 接入电路中。

④实验中，若将AB 改换成日光灯的灯丝，接入电路后，用酒精灯缓慢加热灯丝时观察到电流

表的示数逐渐变小，于是可猜测出：金属导体的电阻

随温度的升高而 （答案。①AB 、CD; ②导体

的电阻与导体的长度成正比；③横截面积，CD 和EF ；

④增大。）

三、“控制变量法”在实际生活中的应用举例。

由于相关训练中的科学探究活动与许多物理知

识相关联，只有全方培养学生的科学探究能力，才能

使学生的探究意识和创新能力得到提高。

如：某同学在投掷标枪时虽然用力很大，投的很

高，但成绩很不理想，此时可用玩具水枪让该同学做如下探究。可先控制玩具水枪出水口的角

度不变，分别用不同的力压开关以改变水喷出的速度，如图6。然后再控制水喷出的速度不变，

h C

S C c

h B

S B b A a h A

S A B C

改变喷水角度，如图7。通过实验探究，该同学恍然大悟，他认真总结了上述探究过程，明确了斜抛的物体的水平方向运动的距离与和有关，这次探究过程中较好地运用了法。（答案：抛射速度、抛射角度；控制变量法）

（图6）（图7）

另外诸如：滑动摩擦力的大小与哪些因素有关、液体的压强与哪些因素有关、影响液体蒸发快慢与哪些因素有关、电功的大小与哪些因素有关等问题的研究中都要用到控制变量法。这对培养学生的抽象概括能力和运用知识分析解决具体问题的能力有着重要的意义。此法不仅限于初中阶段的研究，而且在高中阶段、大学阶段及更高层次的研究中都有着重要的作用。综上可见“控制变量法”在教学、生活、科学研究等领域均占有重要地位。因此在教学中，要精讲、细练切勿等闲视之。