石门实验中学2023-2023学年度第二学期教学工作总结

控制变量法在新课标八年级物理中的应用广东省佛山市南海石门实验中学黄镇鹏【摘要】“控制变量法〞是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一，本文中作者根据自己使用新课标人教版八年级物理教材两年的经验，就“控制变量法〞在人教版八年级物理教学中的应用作一探讨与总结．【关键词】控制变量法、新课标、八年级物理、应用【正文】自然界发生的各种现象往往是错综复杂的，并且被研究对象往往不是孤立的，总是处于与其他事物和现象的相互联系之中，因此影响研究对象的因素在许多情况下并不是单一的，而是多种因素相互交错、共同起作用的。要想精确地把握研究对象的各种特性，弄清事物变化的原因和规律，单靠自然条件下整体观察研究对象是远远不够的，还必须根据研究目的、运用一定手段〔实验仪器、设备等〕主动干预或控制自然事物、自然现象开展的过程，对研究对象施加人为的影响，造成特定的便于观察的条件，在特定的观察条件下探索客观规律，这就是控制变量的方法。例如为了研究某物理量同影响它的三个因素中的一个因素之间的关系，可将另外两个因素人为地控制起来，使它们保持不变，以便观察和研究该物理量与这一因素之间的关系．“控制变量法〞是初中物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一，在运用“控制变量法〞研究物理问题时，首先应明确我们要探究什么规律，即研究的主体是什么，分清该主体受那些因素的共同影响，接着在改变某一因素的同时控制其他因素不变，把多因素的问题变成多个单因素的问题，分别从而找出主体与该因素的关系，最后再综合解决得到规律。本文中作者根据自己使用新课标人教版八年级物理教材两年的经验，就“控制变量法〞在人教版八年级物理教学中的应用作一探讨与总结．一、控制变量法在新课标人教版八年级?物理?上册中的应用1．探究声速与介质种类、介质温度的关系。在这一问题中，声速是研究的主体，介质种类和介质温度是影响声速大小的两个因素。声音的传播需要介质，声速的大小跟介质的种类有关，还跟介质的温度有关。在温度相同的情况下，介质种类不同，声速不同，例如在声在25℃的煤油中速度为1324m/s，在25℃的海水中速度为1531m/s。在课本第15页的“小资料〞表中，铜、铝和铁后面都标有〔棒〕字样，这是因为固体中的声速与固体形状也有关系，在有限大小的棒状固体中的声速与理想情况下的无限大固体中的声速不同。“小资料〞给出的声速值就是声音在有限铜、铝和铁棒内传播速度的大小。一般来说，声速在固体中最大，液体中次之，气体中最小。在介质种类相同的情况下，介质温度不同，声速不同，例如声速在0℃的空气中为331m/s，在15℃的空气中为340m/s，在25℃2、探究音调由哪些因素决定。在讲“声音的特性〞这一新课时，旧教材有一道典型的题目“探究琴弦的音调与哪些音调有关〞，新教材对决定音调上下的因素没有过多探究，而只是用了一把钢尺做实验，并采用了控制变量法，保持钢尺两次振动幅度大致相同，改变钢尺伸出桌边的长度，比拟两种情况下钢尺振动的快慢和发声的音调，得出结论：音调由物体振动的频率决定。3、探究影响蒸发快慢的因素。影响蒸发快慢的因素有三个：液体温度、液体外表积和液面上方空气流动速度。探究液体温度对液体蒸发快慢的影响时，我们可以同时在两张玻璃片上分别滴一滴酒精〔尽量控制酒精的量一样多〕，使酒精的外表积和液面上方空气流动速度相同，然后对其中一滴酒精加热，观察两滴酒精蒸发的快慢，得出结论：在液体外表积和液面上方空气流动速度相同时，液体温度越高蒸发越快；探究液体外表积对蒸发快慢的影响时，也可以同时在两张玻璃片上分别滴一滴酒精〔尽量控制酒精的量一样多〕，使酒精的温度和液面上方空气流动速度相同，摊开其中一滴酒精，观察两滴酒精蒸发的快慢，得出结论：在液体温度和液面上方空气流动速度相同时，液体外表积越大蒸发越快；探究液面上方空气流动速度对蒸发快慢的影响时，一样在两张玻璃片上分别滴一滴酒精〔尽量控制酒精的量一样多〕，使酒精的温度和外表积相同，对其中一滴酒精扇风，观察两滴酒精蒸发的快慢，得出结论：在液体温度和液体外表积相同时，液面上方空气流动速度越大蒸发越快。综合以上结论，可以得到：液体温度越高，液体外表积越大，液面上方空气流动速度越大，液体蒸发越快。蒸发只发生在液体外表，且只要空气中蒸气未饱和，即蒸气压未足够大时，蒸发在任何温度下都能进行，这是因为蒸发的本质是液体外表分子脱离液体其他分子吸引力的结果：液体由分子组成，在液面总有一些分子运动较活泼，但它们获得足够大的能量以脱离液体内其他分子的束缚力时，这些分子就跑出来，蒸发就发生了，升华的原理与此类似。二、控制变量法在新课标人教版八年级?物理?下册中的应用1、探究水果电池电压大小受哪些因素影响。教材第13页“动手动脑学物理〞中给出了一道实验题“制作水果电池〞，并探究怎样利用水果电池得到更高的电压。我们应该弄清楚水果电池为什么能发电：原来不同的金属插入水果〔或酸、碱、盐水溶液〕中时会发生化学反响，比方铜和锌。锌比铜活泼，很容易失去电子，在锌板失去局部电子后，它和铜板之间产生了电势差〔电压〕，当用导线把两个极板连接起来的时候，在这种电压下，电子就由锌版通过导线流向铜板，形成电流。只要化学反响不断发生，导线中就有持续电流通过。所以，水果电池并不是凭空产生电流，而是把化学能转变成了电能。影响水果电池电压的因素有：水果的酸性、金属片的种类、金属片插入水果电池的深度以及两金属片之间的距离有关。在实验过程中，我们可以先保持金属片的种类、金属片插入水果电池的深度以及两金属片之间的距离不变，改变水果的酸性，如用灵敏电表测出西红柿和柠檬两种水果电池的电压，可以得到结论：水果酸性越大，产生的电压越高；接着用同一个水果，保持金属片插入水果电池的深度以及两金属片之间的距离不变，改变金属片的组合种类，如用灵敏电表测出“铜片与铁片〞、“铜片与锌片〞两种金属组合的水果电池电压，可以看到“铜片与锌片〞的组合水果电池电压更高，得到结论：两金属片的化学活泼性相差更大的话，水果电池的电压越大；然后用同一个水果，保持金属片的种类和两金属片之间的距离不变，改变金属片插入水果的深度，用灵敏电表测出两种情况下的水果电池电压，可以得到结论：金属片插入水果越深，水果电池电压更大；最后用同一个水果，保持金属片的种类和金属片插入水果电池的深度不变，改变两金属片之间的距离，用灵敏电表测出两种距离下的电压，得到结论：两金属片之间的距离越小，水果电池电压越大。2、探究导体电阻大小受哪些因素影响。决定导体电阻大小的因素有：导体材料、导体长度、导体横截面积和导体温度。新教材在讲解“电阻〞这一新课时并没有给出电阻大小受温度影响这一内容，而是把这一内容放在“测量小灯泡的电阻〞一节，让学生通过分析实验数据，找出灯丝的秘密——灯丝电阻大小受温度影响，温度越高金属导体电阻越大。而我通过演示加热玻璃可以让玻璃由绝缘体转化成导体这一实验，引导学生得出：温度越高，非金属导体电阻越小。在探究电阻受材料、长度和横截面积影响时，教材是这样安排实验的：首先保持导体长度和横截面积相同〔在同一时间同一地点做实验，已经默认温度相同，下同〕，分别接入不同材料的导体〔如镍铬合金和铜〕，观察灯泡的亮度以及电流表读数，得到结论：不同材料的电阻不同；接着保持导体材料和横截面积相同，改变导体接入电路的长度〔最好用镍铬合金丝，这样灯泡亮度变化较明显〕，观察灯泡的亮度以及电流表读数，得到结论：导体长度越长电阻越大；最后保持导体材料和长度相同，改变接入电路导体的横截面积〔为使实验效果明显，应使得导体横截面积相差大一些〕，观察灯泡的亮度以及电流表读数，得到结论：导体横截面积越大电阻越小。3、探究通过导体的电流受哪些因素影响。在引出欧姆定律之前，新教材安排了一节实验课“探究电阻上的电流跟两端电压的关系〞，教材采用这样的做法：分别在两个定值电阻下测出电压和电流值，然后画出每个电阻的U－I关系图像〔别忘了电压为零时电流也为零，即图像经过坐标原点〕，从图像中我们可以找出电流与电压的关系：在电阻保持不变时，电流与电压成正比。而且我引导学生有意识地在换第二个电阻进行实验时，调节滑动变阻器使得电压表有几组读数与第一个电阻的电压相同，然后再根据那几组读数，画出R－I图像，从图像中找出电流与电压的关系：在电压保持不变时，电流与电阻成反比。综合起来得到欧姆定律：导体中的电流，跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比。整个过程一定要非常清晰：电流是研究的主体，电压和电阻是影响其大小的因素，所以表述关系时电流一定要说在前面。4、探究电功率受哪些因素影响。新教材在讲解“电功率〞这一课时，给出了电功率的定义式P＝W/t和测量式P＝UI，由这两个式子我们可以得出：1〕在消耗的电能〔电功W〕一定时，电功率P与t成反比；在时间t一定时，电功率P与电功W成正比；2〕在电压U一定时，电功率与电流I成正比；在电流I一定时，电功率P与电压U成正比。当然，这两个结论是共通的，因为电功W＝UIt。如果参加欧姆定律I＝U/R，那么可以得到电功率P的两条推导公式P＝U2/R和P＝I2R，由两条推导公式可知：1〕在电压U一定时，电功率P与R成反比；在R一定时，电功率P与电压U的平方成正比；2〕在电流I一定时，电功率P与电阻R成正比；在电阻R一定时，电功率P与电流I的平方成正比。这两个结论中电功率P与电阻R的关系截然相反，但这并没有矛盾，因为电功率P与R到底成什么比要看是电压U保持不变还是电流I保持不变。5、探究电功〔电热〕受哪些因素影响。新教材淡化了“功〞的概念，转而给出让初中学生更容易接受和理解的“电热〞概念。在“电与热〞这一节课中，先是安排了两个演示实验：〔1〕两个烧瓶中盛着等量的煤油，瓶中各浸泡着一段铜丝和镍铬合金丝〔镍铬合金丝电阻大些〕，然后将两个瓶串联，通入电流，观察通电一段时间两个瓶中温度计示数变化。在这实验中，串联两段电阻丝使得电流和通电时间相同，而改变了电阻的大小，那么实际上是研究电热与电阻的关系。实验说明，在电流和通电时间相同的情况下，电阻越大，产生的热量越多。〔2〕选用上个实验中的镍铬合金丝瓶子，在通电时间相同的情况下，分别通入大小不同的电流，观察什么情况下产生的热量多。在这实验中，两种情况下使用同一个瓶子保持了电阻不变〔忽略温度对电阻的影响，因通电时间不长〕，通电时间也相同，而改变了电流的大小，那么实际上是研究电热与电流的关系。实验说明，在通电时间、电阻相同的情况下，通过电流越大，产生的热量越多。我们还可以使用实验〔2〕的仪器，保持电阻和电流相同，研究电热与通电时间的关系，实验也说明，在电阻和电流相同的情况下，通电时间越长，产生的热量越多。综合以上结论，可得焦耳定律：电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比，跟导体的电阻成正比，跟通电时间成正比，用公式表达为Q＝I2Rt。为了减轻学生负担，新教材中没给出“纯电阻〞的概念，但在一些解题中，如能应用“Q＝W＝Pt〞那么能加快解题效率，故我让学生这样简单记忆：但凡那些电能全部转化成热能的用电器，在计算电热Q的时候可以使用“Q＝W＝Pt〞这一公式，事实证明效果很好。6、探究电磁铁磁性强弱受哪些因素影响。新教材在讲“电磁铁〞一节时，安排了一个实验“研究电磁铁〞，让学生制作电磁铁并研究影响电磁铁磁性强弱的因素。实验主要分三个探究步骤：〔1〕保持导线匝数和铁心不变，改变电流的大小，观察两张情况下电磁铁吸引大头针的数量，从而得到实验结论：在匝数和铁心不变时，电流越大电磁铁磁性越强；〔2〕保持匝数和电