如何應(yīng)對控制變量法的探究問題

1、用控制變量法探究問題洪湖市黃家口鎮(zhèn)中心學(xué)校 劉小鵬控制變量法是科學(xué)探究中常用的一種方法。當(dāng)一個物理量與幾個因素都有關(guān)系時，我們要控制其它因素不變，只改變其中一個因素，研究物理量和它的關(guān)系，再控制別的因素不變，改變其中一個因素，研究物理量和它的關(guān)系這種分別控制逐一研究的方法稱之為控制變量法。在我們現(xiàn)行的教材中，比較典型的應(yīng)用控制變量法進(jìn)行探究的實(shí)驗(yàn)有探究導(dǎo)體的電阻與長度材料、橫截面積等因素的關(guān)系；探究導(dǎo)體中的電流與電壓、電阻的關(guān)系；探究滑動摩擦力的大小與什么因素有關(guān)；探究壓力的作用效果與壓力、受力面積的關(guān)系、探究物質(zhì)的吸熱能力與什么因素有關(guān)等實(shí)驗(yàn)。在解決這類探究問題時，運(yùn)用控制變量法把多變量問題

2、轉(zhuǎn)化成單變量問題分別加以研究，最后綜合，準(zhǔn)確地把握物理量之間的關(guān)系。近年來，各地中考題在考查科學(xué)探究活動時，加強(qiáng)了對控制變量法的考查，考查側(cè)重于兩方面：一是在設(shè)計探究方案環(huán)節(jié)應(yīng)用控制變量法，二是在分析數(shù)據(jù)概括結(jié)論中應(yīng)用控制變量法。這類考題中變量法其信息多，在解答時，不少同學(xué)容易遺漏變量，特別是課本以外探究習(xí)題，面對眾多的變量數(shù)據(jù)信息，很多同學(xué)無從下手，找不準(zhǔn)數(shù)據(jù)間的內(nèi)在聯(lián)系，難以歸納出結(jié)論。如何解答這類習(xí)題呢？找準(zhǔn)題目中要探究的物理量和列出的變量是關(guān)鍵。下面以三個中考題為例進(jìn)行分析解答，以期對同學(xué)們有所幫助。例1（2011，湖北仙桃）晶體在熔化過程中要不斷地吸收熱量，小明由此提出問題：晶體熔化

3、過程中吸收熱量的多少與哪些因素有關(guān)？他的猜想是：猜想一：晶體熔化過程中吸收熱量的多少可能與晶體的種類有關(guān)。猜想二：晶體熔化過程中吸收熱量的多少可能與晶體的質(zhì)量有關(guān)。為了驗(yàn)證猜想一，他選擇了甲、乙兩種晶體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，其探究過程如下：（1）取一定質(zhì)量的晶體甲，用如圖1所示的裝置加熱，得到了熔化時溫度隨時間變化的圖象如圖2所示，則晶體甲熔化過程大約持續(xù)的時間t1= min。圖1O溫度/51015205060708090100時間/min圖2（2）取 ，用同樣的實(shí)驗(yàn)裝置加熱，記下熔化過程所用的時間t2。（3）比較t1和t2，若t1和t2不相等，則說明猜想一是 （選填“正確”或“錯誤”）的。分析：本題難點(diǎn)

4、是第（2）小題，考查學(xué)生是否會應(yīng)用控制變量的思想補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)步驟。從題中的猜想來看，探究的物理量是晶體熔化過程吸收的熱量，涉及的變量有二個。根據(jù)控制變量法的要求，探究吸熱多少與晶體種類的關(guān)系時，要保持晶體的質(zhì)量不變，只改變晶體的種類，比較吸熱的多少。因此，第二小題應(yīng)取等質(zhì)量的晶體乙，用同樣的裝置加熱。解答：（1）7.5；（2）質(zhì)量相等的晶體乙；（3）正確例2（2011，廣東湛江）圖15是“探究導(dǎo)體在磁場中運(yùn)動時產(chǎn)生感應(yīng)電流的條件”的實(shí)驗(yàn)裝置，閉合開關(guān)后，銅棒ab、電流表、開關(guān)組成閉合電路小明將實(shí)驗(yàn)中觀察到的現(xiàn)象記錄在下表中次數(shù)開關(guān)磁場方向?qū)wab的運(yùn)動方向電流表指針的偏轉(zhuǎn)方向1斷開上N下S向右運(yùn)動

5、不偏轉(zhuǎn)2閉合上N下S向右運(yùn)動向左偏轉(zhuǎn)3閉合上N下S向左運(yùn)動向右偏轉(zhuǎn)4閉合上N下S向上運(yùn)動不偏轉(zhuǎn)5閉合上S下N向下運(yùn)動不偏轉(zhuǎn)6閉合上S下N向右運(yùn)動向右偏轉(zhuǎn)7閉合上S下N向左運(yùn)動向左偏轉(zhuǎn)（1）小明分析得出：閉合電路中的部分導(dǎo)體在磁場里做 時，導(dǎo)體中就會產(chǎn)生感應(yīng)電流（2）比較實(shí)驗(yàn)2和3（或6和7）可知：在磁場方向一定時，感應(yīng)電流的方向與 有關(guān)（3）比較實(shí)驗(yàn)2和6（或3和7）可知： （4）此實(shí)驗(yàn)的研究方法有控制變量法和 法在此實(shí)驗(yàn)的過程中是 能轉(zhuǎn)化為 能，重要的應(yīng)用是 （5）針對這個實(shí)驗(yàn)小明進(jìn)行了進(jìn)一步的探究，他提出了“感應(yīng)電流的大小可能與磁場的強(qiáng)弱有關(guān)”的猜想，除此以外你的猜想是： 寫出驗(yàn)證你的猜想

6、的主要步驟你怎樣對實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析判斷？分析：本題主要考查學(xué)生是否會用控制變量法來分析和研究問題。題中要探究的問題是感應(yīng)電流的產(chǎn)生條件，表格中列舉的變量有開關(guān)的斷開與閉合（電路的通斷）、磁場方向、導(dǎo)體運(yùn)動方向等三個變量因素。比較實(shí)驗(yàn)2和3（或6和7）可以看出，保持了開關(guān)都閉合與磁場方向這兩個因素不變，改變了導(dǎo)體運(yùn)動方向，可見這是研究感應(yīng)電流的產(chǎn)生與導(dǎo)體運(yùn)動方向的關(guān)系。因此第（2）小題的結(jié)論：在磁場方向一定時，感應(yīng)電流的方向與切割磁感線運(yùn)動（或與磁場方向垂直的運(yùn)動有關(guān)比較實(shí)驗(yàn)2和6（或3和7）可以看出，保持了開關(guān)都閉合與導(dǎo)體運(yùn)動方向這兩個因素不變，改變了磁場方向，可見這是研究感應(yīng)電流的產(chǎn)生與磁場

7、方向的關(guān)系。因此第（3）小題的結(jié)論：在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動方向一定時，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)第（5）小題猜想出相關(guān)的因素（如導(dǎo)體的運(yùn)動速度等）后，根據(jù)控制變量法的要求，要保持開關(guān)閉合、磁場方向、導(dǎo)體運(yùn)動方向等因素不變，只改變猜想的因素（如導(dǎo)體的運(yùn)動速度等），通過電流表觀察感應(yīng)電流的變化情況。解答：（1）切割磁感線運(yùn)動（或與磁場方向垂直的運(yùn)動）（2）導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動方向（或?qū)w運(yùn)動方向）（3）在導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動方向（或?qū)w運(yùn)動方向）不變時，感應(yīng)電流的方向與磁場方向有關(guān)（4）轉(zhuǎn)換 、 機(jī)械 、 電 、 發(fā)電機(jī)（或動圈話筒）（5）感應(yīng)電流的大小可能與導(dǎo)體切割磁感線運(yùn)動速度有關(guān)主要步驟：保持磁場強(qiáng)弱不變