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1、探讨初中物理电学中控制变量法的实际应用1 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)影响导体两端的电压值的改变,可用两种办法:1.改变电源两端的电压,即可改变导体
2、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研究电流与电压的关系,易于学生理解和掌握。2.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。 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
3、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1: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=U2/R,P=I2R,学生分析起来常常感到无从下手。
4、电功率与两个因素有关。可引导学生用控制变量法的思路解决这类问题。关键在于根据题目意思找到起相同作用的因素,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=U2/R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,由并联电路可知I甲i乙,可根据p=ui直接得出p甲p乙。 2.在突破动态电路的难点中运用控制变量的思路 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