一、探究物理规律中控制变量法的应用
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学的3个基本概念: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3个要素。其中重点是如何运用控制变量法来设计整个实验,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.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)固定电阻值,可保证定值电阻R的阻值不变。
2.保持导体两端的电压U不变,改变电阻R,研究电流与电阻的关系
(1)用不同的定值电阻可改变电阻R的值。
(2)变动电阻R的同时必须保证导体两端的电压不改变,可以采用以下两种方法: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变化,给实验带来误差。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。这一点学生在实验中容易忽视,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。
二、电学习题中控制变量法的运用
1.在比较物理量的大小时用控制变量的思路
例2:如图3所示电路,试分析当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表和电压表的示数如何变化?
简析: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入手。电路中的电流I变大,R不变,根据欧姆定律可知,R两端的电压UR变大。电源电压不变,UR变大,则UC变小。此电路是电学中的一个典型的电路,很多中考题都是由此题衍生出来的。在分析过程中,学生普遍感到困难,准确率低。学生对滑片向左移动时,滑动变阻器的电阻Rc的变化和电路中电流I的变化比较
容易判断。但对于UR、UC的变化就感到无从下手。学生明白了这样分析的原因,就会正确地运用控制变量法来突破难点了。
三、用控制变量法来学习电阻
学生通过之前的学习掌握了电路的两个基本部分:电流及电压;紧接着学习电阻,学生的压力不会很大,但这时学生对科学探究物理的方法还没什么概念。这时教师会根据课程的要求授完这节课,然后引入“控制变量法”安排一节课,有针对性地讲解一些典型例题。
例3:在探究“导体电阻大小与哪些因素有关”的实验时,将一根粗细均匀的导体截成两段后分别接入如图1所示的电路中,这是用来探究( )。
A、导体电阻与横截面积的关系;
B、导体电阻与材料的关系;
C、导体电阻与长度的关系;
D、导体电阻与温度的关系。
解析:从题中所给的条件看,两段导体是同一段导体按不同的长度截取的,即它们的材料、横截面积及温度是相同的,但是长度不同。这样学生就很容易得出答案C。
但学生要掌握的是:本题由教材上的演示实验演化而来,这是中考试题常出现的命题来源,更重要的是,本题中涉及了对控制变量法的理解和应用。
四、在学习电学实验中利用控制变量法
在总结“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”的实验时,我们会用到如下图所示的例题:
例4,如图所示,这是小明研究“影响电磁铁磁性强弱因素”的装置图。它由电源、滑动变阻器、开关、带铁芯的螺线管和自制的针式刻度板组成。小明在探究过程中发现:
总之,控制变量法作为一种重要的科学研究方式,不仅在物理中得到很好地运用,在生活中也能进行有效渗透,为我们解决各种生活中的难题,通过让学生在物理电学中掌握好控制变量法,对他们以后的生活和学习也是大有裨益的。
