初中物理中等效替代法与控制变量法例析

精品文档-下载后可编辑初中物理中等效替代法与控制变量法例析《物理课程标准》要求，在突出科学探究内容的同时，重视研究方法的指导，使学生在进行科学探究、学习物理知识的过程中，逐渐拓宽视野，初步领悟到科学研究方法的真谛。重视学生研究方法的指导是进行科学探究、培养学生学习能力的重要一环。掌握正确的研究方法是能否得到正确结论的关键。各地的中考也有不少对探究方法的的考察，这体现着一种新的教学理念，同学们只有真正掌握了研究方法，才能有效解决实际问题，真正提高自己的创新意识和能力。研究方法有很多种，现结合各地中考试题谈谈物理中的几种常见的研究方法。

方法一、等效替代法：

等效替代法是指在研究某一个物理现象和规律时，因实验本身的特殊限制或因实验器材等限制，不可以或很难直接揭示物理本质，而采取与之相似或有共同特征的等效现象来替代的方法。这种方法若运用恰当，不仅能顺利得出结论，而且容易被学生接受和理解。在探究平面镜成像规律的实验中，用玻璃板替代了平面镜，因两者在成像特征上有共同之处，容易使学生接受，而玻璃板又是透明的，能通过它观察到玻璃板后面的蜡烛，便于研究像的特点。

比如在学习伏安法测电阻之后，要求学生设计一个实验，在上述实验中缺少电压表或电流表，其它器材不变，另有电阻箱供选用，要求测出未知电阻，应该怎么办？学生就可以用等效替代的思想进行设计了。

例：现有两节电池，三个开关，若干导线，还有电流表、滑动变阻器、电阻箱各一个，请用以上器材设计一个实验方案测出未知电阻Rx的值（电阻箱的最大阻值大于Rx）。

解析：（1）按图1连接好实物电路，将滑动变阻器接入电路的阻值调到最大值。

图一图二

（2）闭合开关S1、S2，调节滑动变阻器R1的电阻，使电流表的示数为某一合适的数值并记为I0。

（3）断开开关S2，闭合开关S3并调节电阻箱R2的阻值，使电流表的数值仍为I0，则Rx的阻值就等于此时电阻箱R2的阻值。

点评：这里用电阻箱R2（已知阻值电阻）等效替代了待测电阻Rx，电路中的电流仍为I0，所以Rx=R2。测量方法突破常规思维，非常独特、新颖。

若在此实验中，将电流表改为电压表，其他器材不变，试用上述等效替代法测出未知电阻Rx的阻值。测量方法和操作步骤与上题大同小异，它的电路图如图2所示，只需调节R2知道两次电压表读数相同，此时R2的读数九等于Rx的阻值。

方法二、控制变量法：

所谓控制变量法是指为了研究物理量同影响它的多个因素中的一个因素的关系，可将除了这个因素以外的其它因素人为地控制起来，使其保持不变，再比较、研究该物理量与该因素之间的关系，得出结论，然后再综合起来得出规律的方法。这种方法在整个初中物理实验中的应用比较普遍。

在初中物理中，探究影响液体的蒸发快慢的因素、影响滑动摩擦力大小、影响导体电阻大小的因素、电流跟电压电阻的关系、影响电热功率大小的因素、影响电磁铁磁性强弱的因素的因素、决定压力作用效果的因素等实验，都运用了控制变量法。

例：（10·镇江）小凡同学在4块相同的玻璃板上各滴一滴质量相同的水，进行如图所示的实验探究，得出水蒸发快慢与水的温度、水的表面积和水面上方空气流动快慢有关。

（1）通过A、B两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的有关。

（2）通过两图的对比，可以得出水蒸发快慢与水的温度有关。

（3）小凡同学猜想水蒸发快慢还可能与水的质量有关，于是继续进行了如下探究：在相同环境下的两块相同的玻璃板上分别滴上一滴和两滴水（如图4）.结果发现甲图中水先蒸发完，于是他得出结论：水蒸发快慢与水的质量有关，水的质量越小蒸发越快。从实验设计环节看，他没有控制水的（选填“质量”或“表面积”）相同；从得出结论环节看，“根据谁先蒸发完，判断谁蒸发快”是否正确？（选填“正确”或“不正确”），理由是。

解析：我们知道影响液体蒸发的因素有三个：液体的温度、液体的表面积和液体上方的空气流动，因此要想研究液体蒸发快慢与哪一种因素有关，需控制其他因素保持不变。A、B两图中液体的表面积不同，其他因素相同，那就是探究蒸发快慢与液体表面积的关系。同样，A、C就是探究蒸发快慢与液体的温度的关系。此外，我们由题还可以得知，A、D是探究液体的蒸发快慢与液面上方空气流通速度的关系。如果要探究蒸发快慢与质量的关系，就只能改变液体的质量，保持其他因素不变。题中没有控制液体的表面积相同，所以实验设计就是错误的。观察