新疆哈密市第五中學(xué) 張志敏

義務(wù)教育階段的物理課程旨在提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，讓學(xué)生學(xué)習(xí)終身發(fā)展必需的基礎(chǔ)知識和方法，養(yǎng)成良好的思維習(xí)慣，在分析問題和解決問題時嘗試運(yùn)用科學(xué)知識和方法。控制變量法就是研究物理問題的一種重要的基本方法。所謂控制變量法就是把多因素問題變成多個單因素的問題，分別加以研究，最后再綜合解決。對于多因素問題，我們一般都可以運(yùn)用控制變量法加以研究。當(dāng)我們要檢驗(yàn)?zāi)硞€因素對問題的影響時，就要控制好其余因素保持不變，單獨(dú)看這個因素對問題的影響，依此類推，逐個因素的進(jìn)行檢驗(yàn)，最后綜合分析，得出結(jié)論。正確使用控制變量法的關(guān)鍵是“變量”只能有一個，同時要控制其余量保持不變，這就是控制變量法的基本思想。

初中物理中的許多問題都是運(yùn)用控制變量法進(jìn)行研究的，但也存在一些不能正確運(yùn)用該方法含糊不清的現(xiàn)象，現(xiàn)在提出來供同行參考。

例1：在探究二力平衡的條件這個實(shí)驗(yàn)中，影響因素共有四個：二力是否作用在同一個物體上、二力的大小、二力的方向、二力的作用線。要研究其中某個因素對問題的影響時，應(yīng)控制其余因素保持不變。但在探究“二力的作用線”對問題的影響時，我看到大多數(shù)老師的做法是：把小車（或硬紙片）扭轉(zhuǎn)一個角度后釋放，觀察小車的運(yùn)動狀態(tài)是否改變，得出二力的作用線在一條直線上二力才能平衡的結(jié)論?！皩⑿≤嚺まD(zhuǎn)一個角度”小車受到的二力的作用線的確不在同一條直線上，但這時二力的方向往往也并非“正相反”（平行且相反），這時的變量就有兩個了：二力的方向和二力的作用線，小車在松手后發(fā)生轉(zhuǎn)動，不能確定是由哪個“變量”導(dǎo)致的。這時，有的老師就會說：此時，這兩個力的方向大致相反。而有的老師根本不解釋，就認(rèn)為二力的方向相反，學(xué)生多數(shù)情況也是默認(rèn)了事的。

我認(rèn)為這樣做這個實(shí)驗(yàn)是不容易控制“變量”只有一個，這“隨便的一扭”沒有真正的理解如何使用控制變量法來探究問題，是值得商榷的實(shí)驗(yàn)方案。依據(jù)控制變量法的基本思想，可對此實(shí)驗(yàn)做如下修改：只要在小車的兩端靠邊不對稱的位置各增加一個掛鉤，把定滑輪的位置適當(dāng)移動一下（如圖一）：就可以控制二力的方向平行且相反，二力的大小相等，都作用在同一物體上，但二力的作用線不在同一條直線上。這時松手后，小車發(fā)生轉(zhuǎn)動，說明只有二力作用線在同一條直線上二力才可能平衡。這個實(shí)驗(yàn)才真正體現(xiàn)了控制變量法的基本思想。

例2：在探究浮力的大小和哪些因素有關(guān)這個實(shí)驗(yàn)中，影響因素也是四個：固體密度、液體密度、固體浸入液體深度、固體浸入液體的體積。這個實(shí)驗(yàn)的探究，肯定要用控制變量法，但在探究浮力的大小和浸入液體體積的關(guān)系時，多數(shù)老師是這樣做的：把一個柱狀圓柱體掛在彈簧測力計(jì)下，把圓柱體慢慢浸入液體中，觀察到浸入液體中的體積越大，彈簧測力計(jì)的示數(shù)減小的越多，從而得出浮力的大小與浸入液體的體積有關(guān)的結(jié)論。仔細(xì)分析不難發(fā)現(xiàn)，將圓柱體慢慢浸入液體中時不但物體浸入液體的體積發(fā)生變化，而且物體浸入液體的深度也發(fā)生了變化。如果沒有排除掉深度對浮力大小的影響，就不能確定究竟是浸入的體積還是浸入的深度導(dǎo)致物體所受的浮力發(fā)生變化的，當(dāng)然也就不可能得出正確的結(jié)論了。針對這個問題，可將實(shí)驗(yàn)修改如下（如圖二）：將兩個同種材料制成的、高度相同、粗細(xì)不同的圓柱體，分別掛在彈簧測力計(jì)下，將它們同時慢慢浸入到同種液體中的同樣深度，對比兩個彈簧測力計(jì)示數(shù)減小的多少，發(fā)現(xiàn)粗圓柱體受到的浮力大。由此得出結(jié)論：當(dāng)物體密度、液體密度、浸入深度都相同時，浸入液體的體積越大，物體受到的浮力越大。

（圖二）

同樣的問題也出現(xiàn)在一些習(xí)題當(dāng)中，這里就不在累述了。這兩個例子告訴我們，使用控制變量法研究問題時，要嚴(yán)格遵守控制變量法的基本思想來設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，不能模棱兩可，似是而非。