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《控制变量法在初中物理实验的应用》张应部
控制变量法在初中物理实验的应用物理教学“控制变量法”进行粗浅的探究,希望得到各位同行的批评指正。
【关键词】控制变量法、初中物理、探究、物理规律
初中物理的很多物理规律需要学生通过探究实验直接得出,在进行探究实验中,最常用到的就是“控制变量法”,所谓“控制变量法”,就是在探究实验中控制对我们所要研究的物理量相关的或会有影响的因素、条件,在众多的会引起我们的物理量发生变化的因素中,只让要被研究的因素发生变化,看我们的物理量会如何随着这个因素的改变而改变,而让其它的暂时不研究的因素保持不变、保持相同。通过对实验数据的分析判断、总结归纳,最后找出这个因素跟我们想要研究的物理量是什么关系,在众多因素的影响中,这个因素对我们的物理量的影响有多大,在这些变化中该因素到底占了多大的比重等等。研究完一个因素,再用同样的办法去研究另一个因素,直到用枚举法研究完所有的因素为止。这就是控制变量法的要义与核心。
一、控制变量法在初中物理的重要性
物理是一门以实验和观察为基础的自然科学。它是由概念、规律和方法等基本元素组成的自然科学知识体系,所以,物理教学离不开科学探究。新的课程标准,强调了科学过程和科学方法的学习,注重科学态度与科学精神的培养。所以,在物理教学中,科学探究既是学生的学习目标,也是重要的教学方法之一。科学探究离不开实验,大多数物理规律都是在实验的基础上建立起来的,要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律,就必须培养学生探究物理规律的能力。
初中物理实验的结构体系如下:力学。演示实验52个,学生分组实验9个,小实验7个;热学:演示实验28个,学生分组实验3个,小实验5个;光学:演示实验14个,学生分组实验1个,小实验3个;电学:演示实验21个,学生分组实验9个,小实验3个;总数:演示实验145个,学生分组实验22个,小实验22个,再加上实验性习题18个,总计207个。 现将初中物理实验应用到“控制变量法”的实验归纳如下表:
序号 概念或规律 对应变量 1 声音的响度 物体振幅、声源的远近 2 影响液体蒸发的快慢的因素 液体温度、表面积、液体表面气流速度 3 影响导体电阻大小的因素 导体的材料、长度、横截面积、温度 4 欧姆定律(导体中的电流) 导体两端的电压、导体的电阻 5 焦耳定律 电流、电阻、时间 6 影响电磁铁磁性的因素 有无铁芯、线圈中电流大小、线圈匝数 7 通电导线在磁场中的受力方向 通电导线电流的方向、磁场的方向 8 感应电流的方向 磁场的方向、导体切磁感线的方向 9 速度 路程、时间 10 压强 压力、受力的面积 11 液体压强 液体密度、液体深度 12 浮力 液体密度、排开液体的体积 13 影响动能大小的因素 物体的质量、物体的速度 14 影响重力势能大小的因素 物体的质量、物体的高度 15 影响内能的因素 物体的质量、温度,种类 16 热量的变化(热传递) 比热容、质量、温度的变化 17 热量(燃烧燃料): 热值、质量 从上表可知,初中物理中应用到“控制变量法”的实验比例很重,因此学生必须学会应用“控制变量法”来进行实验探究,通过实验得出相关物理规律。
二、控制变量法的优点
“控制变量法”在初中物理的广泛应用,也体现在近几年的学业水平考试的试题中。其优点在教师教学和学生练习中较为突出。
1、控制变量法能将复杂问题简单化,突显出物理探究重点
在物理探究过程中,对一个物理量的研究,可能会出现很多影响其变化的因素,而众多因素中如果不进行控制或都在变化那么会使问题复杂化,使实验无法有效进行。对此,我们的做法是,首先提出影响物理量变化的所有因素,再设计实验让一个因素改变,而其他因素则保持不变,实验结束后通过分析实验结果和数据,得出这一因素的变化是否能引起物理量的变化,从而得出结论。完成一个因素的探究,用同样的方法可对下面的因素依次进行研究,最终得出结论。这样的做法能将多因素变为单因素进行研究,将复杂问题简单化,同时也能培养科学的思维方式,思考问题的全面性。下面介绍一个初中的实验探究进行说明:
在探究“压力的作用效果与哪些因素有关”实验中,小同学用一块海绵和两块规格相同的长方体砖块做了如图20所示的一系列实验,请仔细观察,并分析回答下列问题:压力的作用效果的大小是通过比较海绵分析比较图乙和丙的实验现象,可以得出结论:(3)分析比较图的实验现象,可得出结论:当受力面积相同时,压力越大,压力的作用效果越显著.4)进一步综合分析图甲、乙、丙和丁的实验现象,并归纳得出结论在初中物理中,可用“控制变量法”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,
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