控制变量法与物理实验

控制变量法与物理实验

郑丽华

云南省普洱市普洱第二中学 665000

摘要：我国九年制义务教学初中物理教学大纲规定演示实验119个，学生分组实验19个，小实验30多个，而其中半数以上实验用到了控制变量法。可以看出，控制变量法在初中物理实验教学中具有举足轻重的重要地位。

关键词：控制变量法；实验教学；

一、 初中物理实验教学中对控制变量法的运用

为了响应新课标相关规定，近年来我国各中学非常重视在物理学科中物理实验的教学^[1]。 在长远的物理学发展里程碑中，到处可见实验留下来的足迹。在物理课中，可以通过引导学生合理设计实验来培养学生的思维能力和动手操作能力，让学生在实验观察的基础上进行思考、讨论发言，提高学生的语言表达能力^[2]。并通过大量的实验操作过程让学生不断熟悉实验的基本操作过程及方法，让学生最终能够自主设计并操作相关物理实验。实验能培养学生的探究能力，即运用实验手段去探索物理知识^[3]。

二、 影响液体蒸发速度的因素

液体的蒸发是生活中广为常见的物理现象。那么，液体蒸发的速度受到哪些因素影响呢？在教学过程中，作为老师应先引导学生关注到这一生活中的物理现象进而引发学生思考这一问题，并让学生提出自己对该问题的猜想。之后，老师在学生的回答中引导学生提出对该问题的假设。液体蒸发的速度可能与以下三个因素有关：A、液体自身的温度高低；B、液体与接触物的接触面积的大小；C、液体所处环境上方空气的流动速度的快慢。由于对此次研究对象而言，其影响的因素不唯一，故在实验设计中应采用控制变量法进行实验的设计。具体设计如下：

在探究液体蒸发的速度与A的关系时，应控制B、C这两个因素不变。取适量的质量相同而温度不同的水分别滴于完全相同的两平滑木板上，两木板置于同一桌面上。比较两木板上水滴的蒸发的速度，改变水的温度，其余条件不变，再进行两次实验并记录所观察到的实验现象。在探究液体蒸发的速度与B的关系时，应控制A、C这两个因素不变。取适量的质量、温度完全相同的水分别滴于完全相同的两平滑木板上，使水滴与两木板接触面积大小不一样，两木板置于同一桌面上。比较两木板上水滴的蒸发的速度，改变水滴与木板的接触面积大小，其余条件不变，再进行两次实验并记录所观察到的实验现象。在探究液体蒸发的速度与C的关系时，应控制A、B这两个因素不变。取适量质量、温度都完全相同的水分别滴于完全相同的三块平滑木板上，使水滴与木板接触面面积大小相同。三块木板分别置于有一定距离的三张桌面上，一块木板处于自然状态，一块木板上方加吹低速档风另一块木板上方加吹高速档风。比较三块木板上水滴的蒸发的速度，并记录所观察到的实验现象。

实验记录：

表1影响液体蒸发速度的因素实验数据

Table.1 Experimental data of factors affecting liquid evaporation rate

由实验现象可以得出结论：液体自身的温度越高，液体蒸发的速率就会越快；液体与接触物的接触面积越大，液体蒸发的速度越快；液体所处环境上方空气的流动速度的越快，液体蒸发的速度越快。

三、滑动摩擦力大小的影响因素

在滑动摩擦力大小的几个影响因素的实验中我们亦可运用控制变量法来进行实验的设计。具体情况如下：首先，根据生活实例让学生思考滑动摩擦力的大小影响因素有哪些？让学生主动发言并与周围同学讨论，之后，老师在学生的发言中总结得出影响滑动摩擦力大小的因素可能有：A、物体的运动速度的快慢；B、正压力的大小；C、两物体间接触面的粗糙度。具体如下：

本实验所用实验装置如图1所示。在探究滑动摩擦力的大小与A 的关系时，应控制B、C两个条件保持恒定，此时正压力大小为4牛顿，正确使用弹簧测力计拉动小物块，让小物块在与之接触的长木板上做速度均匀的运动，不改变小物块的重量及长坂的材料，不断改变小物块的运动速度。在探究滑动摩擦力的大小与B的关系时，应控制A、C两个条件保持恒定。正确使用弹簧测力计拉动小物块，让小物块在与之接触的长木板上做速度均匀的运动，不改变长坂的材料，改变小物块的重量以改变正压力的大小，并保证各小物块在长坂上做匀速直线运动的速度大小相同。在探究滑动摩擦力的大小与C的关系时，应控制A 、B两个条件保持恒定，此时正压力大小为4牛顿，正确使用弹簧测力计拉动小物块，让小物快在与之接触的长木板上做速度均匀的运动，保证小物块的质量不变以提供恒定的正压力，改变长板的材料以改变两物体间接触面的粗糙度，同时控制小物块在各种材料长坂上的速度大小不变。观察并记录各种情况下弹簧测力计的读数。

图1滑动摩擦力大小的影响因素实验装置

Fig. 1 Experimental device for influencing the size of sliding friction

实验数据记录：（f表滑动摩擦力，m∕s为速度单位,g为质量单位,N为力的单位）

表2滑动摩擦力大小的影响因素实验数据

Table.2 Experimental data on the influence factors of sliding friction force

图2滑动摩擦力的大小与正压力的联系

Fig. 2 Relationship between sliding friction force and positive pressure

通过运用控制变量法设计相关实验我们可以得出以下结论：物体的运动速度不影响滑动摩擦力的大小；接触面所受到的正压力越大，物体所受到的滑动摩擦力越大；当两物体间接触面越光滑，物体所受到的滑动摩擦力就越小^[4]。

四、总结

控制变量法在初中物理教学中扮演着不可或缺的角色。它能够使学生更加清晰明了的看出各物理量之间存在的关系，更加准确的认识各物理规律和概念。提高学生的学习兴趣及学习效果。所以，在初中物理教学过程中，教师要合理运用控制变量法以辅助教学，最大限度的提高教学质量。

参考文献

[1]魏日升，张宪魁.中学物理教材教法与实验[M].北京：北京师范大学出版社，2000，123～151.

[2]彭耀.新课标下高中物理实验教学探讨[D].华中师范大学，2008.

[3]王志敏，曹丰.物理实验教学与教具制作[M].武汉：华中理工大学出版社，1998，20～44.

[4]彭前程，杜敏.义务教育教科书物理八年级下册[M].人民教育出版社，2012，23～25.