控制变量法精选(九篇)

第1篇：控制变量法范文

关键词：变量施肥； BP； 神经网络； PID

中图分类号：

TN911.7-34; TP29

文献标识码：A

文章编号：1004-373X(2012)05

-0192

-03

Application of BP-PID control method in the control system of variable rate fertilizer

ZHANG Yi-zhuo, LIU Bu-yu, MA Lin

(College of Mechanical and Electrical Engineering, Northeast Forest University, Harbin 150040, China)

Abstract：

In order to improve the utilization rate of fertilizer, as far as possible to reduce fertilizer pollution to the environment, a kind of control system of variable rate fertilizer was designed. The system consisted of GPS receiver, on-board computer, closed-loop controller, DC servo motor and mechanical CVT. The BP-PID control algorithm was used to study the BP-PID controller. The MATLAB software was used to simulate the system and field test. The test results show that the neural network PID control strategy improved the variable fertilization control system tracking performance, anti-jamming performance and high precision. To achieve the purpose of variable rate fertilization, laying a foundation to the next step for the improvement and precision improvement.

Keywords： variable rate fertilization； BP； neural network； PID

收稿日期：2011-10-14

基金项目：黑龙江省留学归国基金（LC2011C24）

0 引 言

目前，我国的农业生产比较落后，主要基于农业生产原料（如化肥等）的大量投入条件下获得的，且主要采用平均施肥的方法。这种肥料的低利用率以及施肥方式的不合理导致化肥难以满足农业生产的需求，不仅造成了经济损失，而且还引起了严重的环境污染，出现了地表水富营养化、地下水和蔬菜中硝态氮含量超标等一系列问题。智能控制变量施肥的理论和技术是解决这一问题的有效途径［1-3］。因此研究先进的施肥技术，提高变量施肥控制系统的控制精度，实现合理、适量施肥，对中国农业乃至整个国民经济的发展都有着非常重要的意义［4］。

近年来，PID控制算法以其结构简单、鲁棒性好、容易实现、可靠性高成为工业控制中主要和可靠的技术工具。但是在实际控制过程中，被控对象往往机理复杂，存在非线性和时变特性，应用常规的 PID控制器不仅对参数整定困难，而且往往不能获得理想的控制效果\[5\]。目前，将具有自学习能力的神经网络广泛应用于PID控制研究中，以解决复杂动态不确定系统的控制问题\[6\]。采用 BP(Back Porpagation)神经网络对反馈进行学习，根据整个系统的运行状态，不断地自动调整PID的三个控制参数KP,KI,KD。因此，基于神经网络的PID控制器比传统的PID控制器具有更加良好的适应性和灵活性。

1 BP-PID控制器

1.1 BP-PID控制器结构

为了提高变量施肥控制系统的控制精度，取得良好的控制效果，就必须通过调整好PID的比例、积分和微分三种控制作用，形成控制量中既相互配合又相互制约的关系。神经网络所具有的任意非线性表达能力，可以通过对系统性能的学习来实现具有最佳组合的PID控制\[7\]。采用BP网络，可以建立参数KP,KI,KD自学习的PID控制器。BP神经网络PID控制的原理框图如图1所示\[8\]。

基于BP网络的PID控制系统由输入、PID控制器、被控对象、输出四部分组成。PID控制器直接对闭环系统进行控制，实现三个参数KP,KI,KD的在线整定\[9\]。BP神经网络根据系统的运行状态，调节PID的三个控制参数KP,KI,KD，通过神经网络自身的学习、加权系数的调整，可以得到某种最优控制下的PID参数调整。

图1 BP神经网络 PID 控制的原理框图

1.2 BP-PID控制器的算法

为实现变量施肥控制系统的精确控制，BP-PID控制器的控制算法如下:

(1) 首先选定BP神经网络的结构，即选定输入层节点数M和隐含层节点数Q，并给出各层加权系数的初值，选定学习速率η和惯性系数α；

(2) 采样得到r(k)和y(k),计算e(k)=r(k)-y(k)；

(3) 对r(i),y(i),u(i-1),e(i)(i= k,k-1,…,k-p)进行归一化处理,作为BP神经网络的输入；

(4) 计算出BP神经网络各层的输入和输出,输出层的输出即为PID控制器的3个可调参数KP,KI,KD；

(5) 计算PID控制器的控制输出u(k)参与控制和计算；

(6) 计算修正输出层的加权系数；

(7) 计算修正隐含层的加权系数；

(8) 置k=k+1,返回到步骤(2)。

BP算法的流程图如图2所示。

图2 BP网络算法流程图

2 控制系统组成

变量施肥控制系统由GPS接收机、车载计算机、闭环控制器、直流伺服电机、机械式无级变速器组成，如图3所示。闭环控制器根据相应田间位置的施肥偏差［10］，采用BP-PID控制策略控制直流伺服电机的转速，实现播种机的变量施肥。

图3 变量施肥控制系统组成原理框图

3 实 验

3.1 仿真试验

为了提高变量施肥控制系统的稳态性能，构造了一个4-5-3的三层BP神经网络,如图4所示。

图4 三层BP网络结构

选取学习速率η=0.3,为了较快地达到收敛,选取动量项α=0.5。直流电机参数为:U=12 V,R=0.3 Ω,J=0.005 kg・m2,Pn=1,P=30 W,n=100 r/min。利用Matlab对BP神经网络PID进行仿真，并对常规PID控制和神经网络PID控制的性能做了对比,其仿真曲线如图5所示。

图5 额定状态的运行过程

从图5可以看出,使用神经网络PID控制无超调量，电机能较快达到稳定状态。

3.2 田间施肥试验

将普通PID控制器和BP-PID控制器分别安装在两台2BJQ-9型气吸式精密施肥播种机上，进行施肥试验。试验地点：黑龙江省北安市建设农场，试验肥料采用硫酸钾，播种机使用东方红-75拖拉机牵引。对两台播种机分别进行常量和变量播种试验，试验结果如表1和图6所示。结果表明，普通PID控制器不但在常量施肥时误差大，而且在变量施肥过渡的过程中振荡严重、调整时间较长，而BP-PID控制器无论是在常量施肥还是在变量施肥过程中各项性能都有显著的提高。

表1 常量施肥结果

给定值/(kg/hm-2)

普通PID[XXZXX0mmY0-YXX1mmY0]BP-PID[XXZXX0mmY0-YXX1mmY0]

实际值/(kg/hm-2)误差值/%实际值/(kg/hm-2)误差值/%

15016610.671542.67

2302529.572362.61

图6 变量施肥动态调节曲线

4 结 论

本文提出了基于BP神经网络的PID控制器，BP神经网络具有逼近任意非线性函数的能力，而且结构和学习算法简单明确，通过BP神经网络的自学习能力可以找到某一最优控制下的PID控制器参数。试验证明应用BP-PID控制提高了变量施肥控制系统的稳态性能指标，缩短了调整时间，减小了超调量，改善了系统的动态性能指标，能够满足变量施肥的要求。

参 考 文 献

［1］曾希柏,李菊梅.中国不同地区化肥施用及其对粮食生产的影响［J］.中国农业科学,2004,37(3):387-392.

［2］刘爱民,封志明,徐丽明.现代精准农业及我国精准农业的发展方向［J］.中国农业大学学报,2000,5(2):20-25.

［3］孙立民,王福林.变量播种施肥技术研究［J］.东北农业大学学报,2009,40(3):115-120.

［4］汪懋华.关于精细农业试验示范与发展研究的思考［J］.中国农业科技导报,2003,5(1):7-11.

［5］苏玉鑫,段宝岩.一种新型非线性PID控制器［J］.控制与决策,2003,18(1):126-128.

［6］刘迪，赵建华．一种基于BP神经网络模型的自适应PID控制算法［J］．自动化技术与应用，2008，7(8)：8-10.

［7］舒怀林.PID神经网络及其控制系统［M］.北京:国防工业出版社,2006.

［8］杜红彬，邵惠鹤．一类非线性系统的自适应神经网络控制［J］．控制与决策，2005，20(4)：455-458.

［9］薛定宇.控制系统计算机辅助设计［M］.北京:清华大学出版社,2006.

［10］宋变兰，黄道友，路鹏,等.全球定位系统技术及其在农业中的应用［J］.湖南农业科学，2005(3):67-69.

作者简介：

张怡卓 男，1978年出生，硕士生导师，副教授。主要研究方向为智能控制。

刘步玉 女，1980年出生，山东郓城人，在读硕士生。主要研究方向为智能化检测与监控。

(上接第188页)

［3］汪清明.LED点阵显示牌的设计与动态显示控制［J］.微计算机信息,2001(5):64-65.

［4］沈新创,钱平.基于视觉暂留原理的旋转式线阵LED显示屏开发［J］.上海应用技术学院学报:自然科学版,2007,7(2):150-153.

［5］王美丽.霍尔传感器的应用探讨［J］.山西电子技术,2010(4):84-86.

［6］蒋炳.霍尔开关集成电路原理及其应用［J］.传感器技术,1984(z1):45-47.

［7］芦健,彭军,颜自勇,等.自学习型智能红外遥控器设计［J］.国外电子测量技术,2006,25(8):63-66.

［8］付月永.红外技术在数据通信中的应用［J］.化学工程与装备,2009(5):137-138.

［9］王义.汇编语言程序设计的要点和技巧［J］.中国西部科技,2006(29):32-33.

［10］易志明,林凌,郝丽宏,等.SPI串行总线接口及其实现［J］.自动化与仪器仪表,2002(6):45-48.

第2篇：控制变量法范文

关键词：控制变量法；应用；探究；物理规律

一、控制变量法概念的建立

自然界中发生的各种物理现象往往是错综复杂的，因此影响物理学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.譬如，研究某段通电导体放出的热不仅与导体中的电流有关，还与导体电阻、通电时间有关，实验时通过液体吸收的热量反映，这与液体的种类、质量、热损失等因素有关.所以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，还必须对研究对象施加人为地影响，造成特定的便于观察的条件，这就是控制变量的方法.

在初中物理教学中有许多概念或规律的探索和推导的实验过程中，都运用了控制变量法这一科学方法，如，密度、固体压强、液体压强、物体运动快慢、动能、重力势能、机械功、功率等.控制变量法这一概念的建立，就是为了探究以上物理现象究竟与哪些因素有关.

二、控制变量法在初中物理实验中的应用

在初中物理实验过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效地探索客观物理规律的科学方法.在自然界中引起某个事物变化的因素可能很多，我们想知道事物变化与某个因素的关系，我们要把其他因素控制相同，只研究变化了的事物与某个单因素的关系这样把多因数的问题转变为多个单因数的问题，分别加以研究，最后再综合解决，这类方法叫控制变量法.控制变量法是科学探究的一种重要方法，掌握控制变量法对探究物理规律、理解物理概念、设计物理实验、解决物理问题等都有重要的作用.在教学中我们要让学生运用这一方法系统地进行上述实验，使学生在实际操作过程中去体验这一科学方法.例如，在探究液体蒸发快慢时（猜想：液体蒸发的快慢可能与液体温度、液体表面积、液体表面气流速度等因素有关），要得出液体蒸发的快慢与液体温度之间具体关系的方法是：控制液体表面积、液体表面气流速度不变，只改变液体温度，判断液体蒸发的快慢的变化，从而得出规律；再采用类似的步骤分析得出液体蒸发的快慢与液体表面积、液体蒸发的快慢与液体表面气流速度之间的规律.又如，“欧姆定律”是电学的基础和重点，处于电学的核心位置.学生通过之前的学习掌握了电路的3个基本部分：电流、电压、电阻.它们之间有怎样的关系呢？根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的7个要素.其中重点是如何运用“控制变量法”的方法来设计整个实验，明确用什么方法保证什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量.（a.控制电阻R不变，改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系.b.控制导体两端的电压U不变，改变电阻R，探究I与R的关系 .）经过以上两个环节的探究，学生得出“导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系”便水到渠成了.

除了“欧姆定律”外，“影响电阻大小的因素”、“焦耳定律”、“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”等探究过程也为“控制变量法”的教学和应用提供了很好的机会.教师应充分利用这些机会，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到有意识地应用“控制变量”的研究方法去探究物理规律.

可见，在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法进行分析，确实能起到提高解题速度与准确率的良好效果.更为重要的是，通过这一些实际问题的解决过程，使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题作了有益的尝试，为学生灵活运用这一科学方法解决问题提供了保证.

三、控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念

新课程的核心理念是以学生发展为本，课程改革要培养学生的信息收集和整理的能力、发现问题和思考问题的能力、分析问题和解决问题的能力、终生学习和创新的能力以及生存和发展的能力.控制变量法的教学恰恰就锻炼了学生信息收集和整理的能力，培养了学生分析问题、解决问题的能力和创新的能力，掌握这种方法，学生还可以终生使用，终生受益.所以说，控制变量法的教学充分体现了新课程的教育理念.因而物理教师在传授知识时，不仅要使学生掌握物理知识，而且要培养学生科学探究的能力，特别是利用控制变量法探究物理规律的能力.这将为学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力打下坚实的基础，也将对他们的学业和今后的人生之路产生积极而深远的影响和促进.教学中，我们应该充分发挥控制变量法的优点，让其更好地为师生服务，为教学服务.

我们周围的世界处在不停的变化之中，一个问题往往受到多个因素的影响，控制变量法的思路在我们解决多变量问题中起着重要的作用.对于控制变量法的学习，仅仅记住它的名称、或者仅仅记住它的几个运用实例是远远不够的，我们应当在日常的教育教学中引导学生领悟它的思想内涵，在分析处理具体问题时加以灵活运用.

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部制.《全日制义务教育物理课程标准》（实验稿） 北京师范大学出版社.

第3篇：控制变量法范文

1弄清三个重要概念是基础

要学会“控制变量法”，首先要弄清“自变量”、“因变量(或应变量)”、“无关变量”三个重要概念.“自变量”与“应变量”问题在数学中属于函数知识，在浙江省的数学教材中，“自变量”与“应变量”是安排在八年级上册学习的，而在科学课上，学生在小学里就已接触到不少的科学探究中用到了“控制变量法”，如何解决这一矛盾？我们不能等着数学老师来教，我们科学老师完全可以提早来教，可以通过简单的例子让学生理解什么是“自变量”？什么是“应变量”？

如在初中阶段，学生第一次接触控制变量法是在七(上)第四章的第1节中“液体的扩散快慢与温度的关系”的学习中，此问题比较简单，在教学中教师可侧重方法的教学，引导学生理解到“自变量”和“应变量”.在实验中因控制了液体温度的不同，液体才表现出扩散快慢的不同，因此后者是随前者的改变而改变的，即“液体扩散快慢”是因温度改变而相应改变的量，所以是应变量.为使学生进一步理解两个概念，可在学生对此宏观现象作出微观解释之后，让学生理清如下因果关系：液体温度的改变分子运动快慢的改变液体扩散快慢的改变.弄清两个概论后，就易对结论的描述作出规范，即“……(应变量)随……(自变量)的增大而……”.

在上述实验中，只研究了一个变量对结果的影响，没有侧重“单一变量法”.在第四章第6节中探究“液体蒸发快慢的影响因素”时，可在学生提出猜想的基础上，进行实验的设计，在完善实验方案时，教师可点出什么是“无关变量”，即此变量会对结果造成影响，但在研究其他因素对结果的影响时，此变量须控制相同，它就不会对结果造成影响了，结果的变化与此变量无关，所在该变量此时就成了“无关变量”了.而且应变量的改变是在其他变量都成为“无关变量”的情况下，因某一自变量改变而引起的，所以在描述结论时，一定要加上前提条件“当……(无关变量)一定时”.

对三个概念的渗透要找准时机，而且要尽可能早，并且在日后的探究中要进行反复，这样就不至于在学生研究电流与电压、电阻的关系时，对两个结论的描述感到困难了，更不会将自变量与因变量搞反了.

2理解控制变量意义是关键

学生学习“控制变量法”到一定的程度后，尤其是在考试时犯错了后，对此便是刻骨铭心，便会在描述结论时，在前面加上一些条件限定，但有些时候会加上多余的条件，究其原因一是根本没去想需不需要加这些条件？原因之二就是无法判断到底要不要加这些条件？这都反映出学生对控制变量并没有真正理解.

如在“物体吸热的多少是否与物质的种类有关？”的问题中，教材中用到的实验装置如图1所示.因吸热多少与物体的多少、物体升高的温度有关，所以在实验中应控制相同，此时它们也就成了“无关变量”了，这点学生并不难理解.但为什么两个酒精灯的高度、火焰大小、石棉网、烧杯的大小和厚度等需要保持相同呢？因为在实验中，需要衡量出两种物质吸热的多少，只有在保证上述条件都相同的情况下，才能通过比较加热时间的长短来比较它们所吸收热量的多少，加热时间较长的物质，其吸收的热量则较多.只有学生真正理解了哪个是自变量、哪个是因变量、哪个是无关变量，学生在下结论时，就不会加上“当酒精灯高度、火焰大小等相同”这样的条件了.

科学的学习过程是思维跟进的过程，没有思维也就停止了科学的学习，因此我们在教学中要引导学生去思考控制变量的真正意义，这样学生不仅不会犯上述的错误，也会养成思维的习惯，并真正提高了学习能力.

3结合科学转换方法是策略

物理学的发展史，是辩证唯物主义世界观和科学方法论的发展史，在物理教学中渗透物理史知识教育具有重要的教育功能，不仅能激发学生学习物理的兴趣，帮助学生全面理解物理规律，还能从中学到严谨的科学态度，科学的思维方法，逐步树立科学的世界观和方法论.在科学探究中，控制变量法往往与转换法一起使用，而在学生的头脑中摆在第一位的往往是控制变量法，转换法却不会自觉地运用.而在科学探究中，转换法是一种极其重要的好方法，可以将不易观察或测量的量转化为易观察或测量的量，这种方法同样需要根植到学生的心中，若能将这两种方法结合起来，学生的探究能力也就前进了一步了.

如在探究“影响物体动能大小的因素”时，为研究质量对动能大小的影响，要将质量不同的小球从同一斜面的同一高度处释放，观察水平面上的盒子被推动的距离.在此问题中，学生不仅要理解将小球从同一斜面的同一高度释放是为了控制小球进入水平面时具有相同的速度，而且还需结合转换法.因实验中无法看出运动的小球所具有的动能大小，采用了转换法――将不易观察的动能的大小转换成将盒子推出距离的远近，因为物体对外做的功越多，则其具有的能量越大.教师在教学时，可先让学生思考如何衡量物体动能的大小，再点出转换法在此的应用.学生在注意控制变量法的同时，若也关注到了转换这一重要方法，就不会出现“当物体的速度相同时，质量越大的物体将盒子推得越远”的错误结论了.

控制变量法很难与转换法隔离开来，将探制变量法与转换法结合起来既是探究的策略，也是考试中命题的策略，我们在教学中不能顾此失彼，也应将两者有机结合.

4挖掘隐性变量控制是难点

变量控制在很多情况下都是显性的，比如在研究滑动摩擦力大小与压力大小、接触面粗糙程度的关系时，控制压力大小或接触面粗糙程度都是显而易见的.但在实际探究中，变量的控制有时却是隐性的，这是控制变量中的难点.

第4篇：控制变量法范文

初中物理所指控制变量法，是指适时地恰当地控制对我们所要研究的物理量相关的或有影响的因素、条件，在众多的会引起物理量发生变化的因素中，只让要研究的因素(物理量)发生变化、发生改变，观察物理量会如何随着这个因素的变化而变化，而让其他的暂时不研究的因素保持不变。

一、控制变量法在初中物理教学中的地位

物理学是一门以观察和实验为基础的学科，大多数物理规律都是在实验的基础上建立起来的，要想让学生牢固地掌握和熟练运用物理规律，就必须培养学生探究物理规律的能力。而控制变量法作为一种常用的、有效的探索物理规律的科学方法，在初中物理新课程教学中得到了特别广泛的应用，许多物理概念或规律的探索和推导，演示实验、分组实验的教学，它不仅仅是用来探究物理规律，同时也是用来分析、解决物理问题的好助手。

二、控制变量法在初中物理教学中的运用

1.在物理试验探究中，运用控制变量法能有序地分解和呈现问题在物理探究实验中，如果影响某一物理量变化的因素比较多时，那么要研究这些因素的变化对该物理量是否有影响时，就需要使用控制变量法去研究，将复杂的、多变的物理问题转化为简单的变量问题，将多因素的、抽象的大问题，转变为直观的容易操控的小问题，转化为特定的便于观察的条件进行研究。通过对相关测量数据的深入研究、分析判断、总结归纳，最后找出这个因素跟我们想要研究的物理量是什么关系。

案例1：研究导电体的电阻大小与导电体的哪些特性有关时，先将横截面积、长度都不同的一根镍铬合金丝和一根铜丝分别串入接有小灯泡的直流电路中，让学生分别观察灯泡发光的亮度，再用横截面积和长度都不同的两根镍铬合金丝分别串入上述电路中，观察小灯泡的亮度，并让学生思考这个实验能否说明电阻大小同导电体的某种特性有关。所以，要研究电阻的大小同导电物质的长度、横截面积、材料种类这三个因素中任何一个因素间的关系，就要人为地控制另外两个因素，使它们相等。在这种探究过程中，控制变量法，有序地分解和呈现了物理问题，帮助学生对影响物理量的多个因素逐一进行研究。这种探究，思路非常清晰，能帮助学生快速、准确地设计和完成探究。

2.在物理习题中，运用控制变量法，能帮助学生迅速确定解题思路控制变量法除了物理实验探究中的应用外，还常用于比较物理量大小和分析、解析实际问题等。而且物理中考试题中有关控制变量法的考察是必考题型。因此，教师在课堂上要有针对性地举一些有关控制变量法的试题，从不同角度、不同知识点去引导学生运用控制变量法解决习题中的物理问题，使学生能熟习这类解题方法，从而有目的的去应用这种方法解题和规范作答，提高学生的解题速度，提高正答率。

第5篇：控制变量法范文

物理学中对于多因素（多变量）的问题，常常采用控制因素（变量）的方法，把多因素的问题变成多个单因素的问题。每一次只改变其中的某一个因素，而控制其余几个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。它是科学探究中的重要思想方法，广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之中。也是初中物理学习的重要方法，特别是在电学的学习中。

一、探究物理规律中控制变量法的应用

欧姆定律是电学的基础和重点，处于电学的核心位置。学生们通过之前的学习掌握了电学的3个基本概念：电流、电压、电阻。它们之间有怎样的关系呢？根据新课程标准的要求，教材安排了一个比较完整的探究活动，涵盖了探究的3个要素。其中重点是如何运用控制变量法来设计整个实验，明确用什么方法保证什么物理量不变，用什么方法改变什么物理量。

1.控制电阻R不变，改变导体两端电压U，探究电流I与电压U之间的关系

（1）固定电阻值，可保证定值电阻R的阻值不变。

（2）影响导体两端的电压值的改变，可用两种办法：1.改变电源两端的电压，即可改变导体两端的电压U。用这个电路，学生能够较为轻松地运用控制变量的方法研究电流与电压的关系，易于学生理解和掌握。2.通过调节滑动变阻器，改变电阻R两端的电压。要使学生明确研究对象是定值电阻这部分电路，滑动变阻器的作用是为了使定值电阻两端的电压发生改变。

2.保持导体两端的电压U不变，改变电阻R，研究电流与电阻的关系

（1）用不同的定值电阻可改变电阻R的值。

（2）变动电阻R的同时必须保证导体两端的电压不改变，可以采用以下两种方法：使用同一个电源，即可保证导体两端的电压不变，更换不同的电阻，可直接得出电流与电阻的关系，降低了探究的难度。但如果实验中使用的是干电池，电池有内阻，外接电阻R变化时，电阻R两端的电压也会随之变化，给实验带来误差。换用阻值不同的电阻R时，若滑动变阻器的滑片不动，定值电阻两端的电压会发生变化。电压、电阻都改变，就不能确定究竟是什么因素影响了电流。这一点学生在实验中容易忽视，教师要注意引导学生观察电压表，使其示数保持不变。

经过以上两个环节的探究，学生得出导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻的关系，便水到渠成了。

二、用控制变量法来学习电阻

学生通过之前的学习掌握了电路的两个基本部分：电流及电压；紧接着学习电阻，学生的压力不会很大，但这时学生对科学探究物理的方法还没什么概念。这时教师会根据课程的要求授完这节课，然后引入“控制变量法”安排一节课，有针对性地讲解一些典型例题。

例题：在探究“导体电阻大小与哪些因素有关”的实验时，将一根粗细均匀的导体截成长度不同两段后分别接入电路中，这是用来探究（ ）。

A.导体电阻与横截面积的关系；

B.导体电阻与材料的关系；

C.导体电阻与长度的关系；

D.导体电阻与温度的关系。

解析：从题中所给的条件看，两段导体是同一段导体按不同的长度截取的，即它们的材料、横截面积及温度是相同的，但是长度不同。这样学生就很容易得出答案C。

但学生要掌握的是：本题由教材上的演示实验演化而来，这是中考试题常出现的命题来源，更重要的是，本题中涉及了对控制变量法的理解和应用。

三、在学习电学实验中利用控制变量法

在总结“电磁铁磁性的强弱与什么因素有关”的实验时，我们会用到如下图所示的例题：在研究电磁铁的磁性强弱跟什么因素有关时，小华和小明从实验室选取了匝数分别为50匝和100匝的外形相同的电磁铁，并先后将这两个电磁铁接入电路中，如图所示。闭合开关S后用电磁铁吸引大头针，并移动滑动变阻器的滑片P重复了多次实验，记录如下：

（1）分析第1、2、3次的实验记录，可得出结论： 。

（2）分析第1、4次和2、5次的实验记录，可得出结论： 。

（1）题中，在控制线圈的匝数相同、都有铁芯的情况下，随着电流的增加，吸引铁钉数目也在增加，说明电磁铁的磁性在增强，那么可以得出的结论：线圈的匝数相同、都有铁芯时，电流越大，电磁铁的磁性越强。

（2）题中，是在控制电流和铁芯的情况下，线圈匝数不同时，电磁铁的磁性强弱与线圈匝数的关系，匝数越多，电磁铁的磁性越强，可以得出的结论：电流相同，都有铁芯的情况下，线圈匝数越多，电磁铁的磁性就越强。

这两个题目的共同特点是：涉及多个物理量的问题，让学生感觉比较麻烦，但是百变不离其中，因为电磁铁的磁性强弱与三个因素有关系，那么就要控制其中的两个物理量，来讨论第三个物理量，问题就迎刃而解了。

四、电学习题中控制变量法的运用

在比较物理量的大小时用控制变量的思路

例1：已知甲导体的电阻比乙导体的电阻大，把它们并联在电路中，比较甲的电功率和乙的电功率。

第6篇：控制变量法范文

一、控制变量法在研究欧姆定律过程中的应用

例1 在研究“电流跟电压、电阻的关系”时，学生设计如图1电路图，其中R为定值电阻，R′为滑动变阻器，实验后，数据记录在表1和表2中.（1）根据表中实验数据，可得出如下结论：由表1可得：.由表2可得：.（2）在研究“电流与电阻关系”时，先用5Ω的定值电阻进行实验，使电压表的示数为3V，再换用10Ω的定值电阻时，某同学没有改变滑动变阻器滑片的位置，合上开关后，电压表的示数将3V（选填“大于”、“小于”或“等于”）.此时应向（选填“右”或“左”）调节滑片，使电压表的示数仍为3V.

解析：在研究欧姆定律之前， 学生已经了解了电流、电压、电阻这些基本概念，根据实验电路图，表1中的电阻是定值，通过改变电压值，可以得出电流随着电压的增大而增大，而且满足一定的正比例关系；表2中的电压是个定值，通过改变电阻器电阻，可以看出通过导体的电流随着电阻值的增大而减小，且满足一定的反比例关系.因此，可以得出欧姆定律：U=IR.当电流值不变，电阻变大时，电压值也会变大，电压表示数将大于3V.为了减小电压值，不许降低电阻，所以向右侧移动滑片.

二、控制变量法在研究电功过程中的应用

例2 在研究“电流做功快慢与哪些因素有关”时，电流做功的过程就是将电能转化成其他形式能量的过程.研究电功时，可以将电功转化成的热能进行分析，通过温度计测量温度的变化情况得出做功大小，进而分析出电功与电流、电压之间的联系.通常情况下，采用以下实验装置和实验过程.

实验：按照如图2进行实验研究.

第7篇：控制变量法范文

【关键词】变电站安装施工质量控制有效方法

中图分类号：O213.1 文献标识码：A 文章编号：

当前，变电站在安装施工过程中，要求越来越高，电气安装工程应以“质量零缺陷”，以建设一流的用户满意工程为宗旨，在现场管理人员要严格贯彻“顾客至上、优质高效”的管理方针，从工程一开始就高起点、高标准、高质量、严要求等，并采用先进的施工工艺，这样才能确保安装设备的使用性能可靠并满足操作人性化的要求，提高美观度。

一、变电站安装施工的注意要点

1、构支架和导线连接

构架和设备支架镀锌不够均匀, 色差过大, 该问题各工程均有发现。部分构支架、引下线和设备线夹上的螺栓未拧紧,部分设备搭头螺栓未拧紧。

2、电缆敷设和二次接线

部分电缆施放存在不合理交叉, 排列不整齐。特别是进出继保小室的电缆, 布置、绑扎不合理, 较为凌乱。电缆标示牌存在的主要问题有: 文字说明错误, 采用临时手写, 与实际电缆连接不符, 遗漏未挂, 绑扎固定不牢固, 排列不整齐等。以遗漏未挂、排列不整齐出现的频率较高。电缆防火封堵存在的主要问题有: 未封堵, 封堵不严, 施工过程中造成封堵破坏, 防火隔板厚度不满足设计要求等。以未封堵和施工过程中造成封堵破坏出现频率较高。特别是C T 、P T 二次接线盒的电缆进口处, 未封堵情况在各工程验收中最为常见; 部分屏柜封堵在施工过程中扒开后未能及时有效地恢复。

3、屏柜

屏柜接线不够整齐美观。此问题多发生在外部通信电缆较多的管理机和服务器等屏柜, 部分电缆芯线配线不整齐、不清晰, 部分尾纤和通信线的绑扎固定不规范,显凌乱。屏柜内装置布置不合理, 安装配线后不便于运行检修。主要反映在所用配电柜内的表计和空气开关布置不合理。端子排上正电源和合闸回路( 或跳闸回路) 间、正负电源间、交直流端子间等未按照规程规范要求进行有效隔离。其中以端子箱内的端子排布置不符合要求的出现频率较高。

4、设备调整

隔离开关三相不同期误差超标。根据GBJ147 — 1990 《电气装置安装工程高压电器施工及验收规范》,“三相联动的隔离开关, 触头接触时, 不同期值应符合产品的技术规定。当无规定时, 应符合国标要求。”目前施耐德公司、阿尔斯通公司和西门子公司生产的220kV 和500kV 闸刀对三相不同期允许值都没有明确的规定, 参照国2 2 0 k V ～3 3 0 k V 隔离开关三相不同期允许值为20mm。在验收过程中, 三相触头接触不同期问题比较普遍, 在各工程中的各型号隔离开关都存在。

断路器控制箱中的继电器未及时整定。在工程检查验收中发现较多继电器三相跳闸不一致, 未按照调度文件及时进行整定。漏电, 闭锁时间、油泵打压超时时间未按照规定值及时整定。

个别设备安装调整中使用了过量垫片。按照安装规程, 如断路器支架与基础间最多可以使用3个垫片, 总厚度不应大于1 0 m m , 各片间应焊接牢固。对于“无垫片”工程的高质量要求而言, 个别设备基础的平整性和调整的水平都需要提高。

螺栓未拧紧或缺失。C T 、C V T 等的二次接线盒盖固定螺栓未拧紧或缺失, 部分二次接线端缺少平垫或螺栓固定不牢靠,导致二次接线盒进水, 导线受潮。

5、接地

主要问题有:构支架、设备本体存在接地遗漏; 接地点无接地标识；屏柜门未接地或未采用裸铜软线接地；C T 、P T 二次回路接地不规范, 存在多点接地现象, 且设计上没有明确接地位置；主变铁芯、夹件未分开接地；电缆屏蔽层未两端可靠接地。

6、专业问交界面的遗漏

500kV 变电站工程涉及的专业多, 专业间配合不够严密将会在设计和施工中出现盲区。在工程建设验收过程中发现存在以下常见问题：故障录波器modem的电话线未接入；电度表一E R T U 一远动装置( 监控) 通信不正常或未连接；G P S 对时遗漏未接；保护与通信接口不明确, 如缺少光配线架端子接线图。

二、变电站安装施工质量控制的有效方法

1、单元项目的质量控制

由于变电站的安装图纸及现行安装规范要求不同，将质量控制项目划分为：主变压器安装；室外高压隔离开关安装；高、低压柜、盘(屏)安装；软(硬)母线安装；无功补偿装置安装；防雷及接地装置(网)安装等。

2、变压器安装质量控制

变压器开箱验收时，应认真核对变压器的规格型号及主要技术参数是否符合设计图纸要求；仔细检查外壳是否有外伤、渗油；瓷件是否有脱瓷、裂纹、破损；备品、备件是否齐全。对现场安装不吊心的变压器，还应全面询问押运人员运输中经过道路状况及车辆运行情况，以便对变压器内部铁心、线圈是否可能发生移位和松动做出判断。

变压器就位前的安装工序，了解变压器制造时是否在排放瓦斯方向留有110%～115%的升高坡度。如果未留，安装现场应自行垫高处理，以利故障运行时瓦斯排放顺畅。带有载调压的主变压器，传动机构应灵活无卡阻，切换顺序应符合出厂要求，指示应正确。瓦斯继电器、压力释放阀、油位指示计、温度计二次接线必须正确，信号传输必须可靠。根据变压器的制造特点展开安装工作，其主要质量指标体现在内部线圈、铁心和绝缘油上，变压器安装结束后，应严格按照规范要求，参照出厂试验报告，对各项技术指标重新做设备交接试验，做出是否合格、能否投入运行的结论。

3、高压开关安装质量控制

(1)安装前对各部件外观进行详细检查，绝缘子应固定牢固，瓷件无破损。

(2)相间距离误差应不大于10 mm，相间连杆应在同一水平线上。安装结束，实测相间距离误差为5 mm，不水平度为2 mm。

(3)支柱绝缘子应安装牢固，三相V型夹角应一致，同一侧瓷柱应在一条线上。

(4)主触头、三相触头接触应同期，相位差应小于5 mm，安装结束现场实测为3 mm。

(5)触头表面应平整，接触紧密，两侧压力均匀，导电部分安装结束用0105 mm ×10 mm塞尺塞不进去，转动部分灵活，固定牢固。

4、软(硬)低压侧母线安装控制

母线安装除了按设计施工外，对室外主变低压母排和35kV、10kV进线母排增加了热缩管护套，不仅增加了对地绝缘，又减少了相间放电的几率，消除了运行中的安全隐患。在母排连接处、设备线夹与母排连接处，为减小母排连接处电阻值，所有的铜排、铜接线线夹必须进行烫锡处理。为了解决在35kV、10kV系统发生母线故障时没有快速保护的问题，最直接的方案就是配置常规的微机母线差动保护，把所有母线段上各回路的电流量引入差动保护装置。近几年，具备三个二次线圈的电流互感器开始出现和应用，这为实现低压母线短路故障的快速保护创造了有利条件。为提高可靠性，保护可以经电压元件闭锁，只有在出现差电流和系统电压条件满足的条件下，保护才能出口。差动保护动作后跳开电源进线断路器(或分段断路器)。该方案的优点是构成简单，利用了目前电流互感器制造方面的新特点，开关柜投资增加不多。安装时，经常会受到现场条件的限制。例如，在一些老式变电站，因10kV系统开关柜内的电流互感器大多只有两个二次线圈，一个0.5级用于测量，一个P级用于本单元的保护。若还要增加一个用于母差保护的二次线圈，则只能再增加一组电流互感器。由于受开关柜内空间的限制，一个开关柜一般布置不下，除非再增加一个柜。这样，对由很多面柜构成的一段母线来说，造价大大增加。因此，该方案的缺点是需增加的二次电缆较多，电缆投资大，现场施工工作量大。而且，如不增加电压闭锁回路，在发生TA断线情况时，保护的可靠性较低。

5、无功补偿装置安装

目前，建设单位多采用DWZT变电无功自动调节装置，无功补偿设备的安装很严格。安装时：电容器组高312 m，质量约413 t，运输过程中倾斜不得大于15°，电容器室门高一般为215 m，运入室内困难；电容器组正上方装有一组113 m高的放电线圈，电容器室屋顶高仅有415 m，设备不能按设计要求就位。为加快安装进度，通过与设计单位、建设单位、生产厂家协商制定了可行的施工方案:把电容器室南侧墙打开使设备入室；改立式安装为侧跨式安装。

6、防雷及接地装置安装控制。

（1）要求扁钢搭接大于其宽度2 倍，圆钢搭接大于其直径的6倍，扁钢与角钢3面围焊，增大焊接面积；其次把握好地沟回填工序，质检员现场监督，回填土不得混有生活及建筑垃圾，管沟15 mm回填土是从场外运来的新土，测试时其接地电阻仅为013Ω (设计要求< 110Ω) 。

（2）为确保避雷针的防雷效果，要严格控制相互间的距离。其接地电阻实测分别为415，310，310Ω (设计要求< 1010Ω) 。

参考文献：

[1] 谭坤明. 浅析变电站电气安装与土建施工的配合[J]. 中国科技信息, 2009,(05) .

[2] 锦. 变电站电气安装的质量问题分析及预防[J]. 广东科技, 2007,(05) .

第8篇：控制变量法范文

【关键词】控制变量法；探究；分析；物理规律

控制变量法在初中物理教育中应用的非常广泛，在日常学习的物理规律，物理实验等方面都得到了应用，对一些资料进行分析，发现练习册中的一些物理知识都能够用到控制变化法。这种方式不仅能够研究物理规律，同时也能够解决很多抽象的物理知识，在应用过程中，变成了物理教学的号帮手。

1控制变量法应用范围广

初中物理是一门是实验性的学科，很多知识都建立在实验的基础上，在教学中，需要培养学生的实验基础，培养实验能力的同时，牢固掌握学科知识。初中物理学关于力学的实验就有200多个，控制变量法是一种常用的方法，许多物理概念和规律都是从实验中总结出来的，所以说“控制变量法”是一种非常科学的方法。笔者总结了能够应用控制变量法进行教学的内容，见表1。

2控制变量方法应用优势

控制变量法在初中物理学教学的应用非常广泛，在教学和解题这方面都显现出了很大的优势。

2.1把抽象物理问题细致化。物理教学中，有很多的抽象物理问题，可以把抽象化的问题分解成若干小的问题，按照变量的方式去研究这些问题，能够把一些很复杂的问题变得更简单，使学习过程更加细致，对相关测量数据的深入研究、分析判断、总结归纳，最后达到研究分析物理量的目的。

2.2 明确了问题的解题思路。采用控制变量的方式，能够很好的帮助学生尽快的掌握解题思路，控制变量法还经常的运用在很多大的问题，在分析问题的时候能够很快的找到解题思路。

采用控制变量的方式去解决这个问题，其中电路发热的关键是采用物理量进行分析，对电联来说，电阻不变，接入大功率的电炉后，电流显著增大，按照公式P=I2R可以得出，电线中的热功率显著的增大，导致电线的线路发热，烧坏的绝缘皮。在初中物理学中，能够用控制变量的方法去分析这些问题，学生在学习的过程中能够快速的掌握这些问题。

3控制变量法的应用方式

采用控制变量法进行解题分析，能够分析其中的重点，抓住问题的笨猪，找出正确的解题思路，这方面显得非常重要。

3.1引导学生研究物理规律。在课堂的教学中，可以引导学生用控制变量的方法研究物理规律，可以采用：提出问题、讨论问题、用控制变量发进行分析，最后总结物理规律。例如：分析，用控制变量的方法分析，影响电阻大小的因素。提出问题：找出影响导体电阻大小的因素有哪些？讨论猜想：引导学生进行猜想，观察课本中的一些常用的电阻问题，研究一些电阻数据中的问题，总结影响电阻大小的因素，并且进行验证，控制变量进行实验分析：①导体的材料、横截面积不变，研究与导体长度的关系；②导体的材料、长度不变，研究电阻与导体横截面积的关系；③控制导体的长度、横截面积不变，探究电阻与导体材料的关系。总结规律：按照变量分析的方法，发现导体的电阻与导体的长度，横截面面积和导体的材料有关。其中导体的长度越长，电阻越大，横截面积越长，电阻越小。采用控制变量的方法分析这些内容，能够帮助学生建立控制变量的关系，能够起到很好的示范性作用。

3.2 采用控制变量的方法研究相关的习题。新课改的不断推进，在物理试题的教学中出现了很多关于控制变量的习题，教师可以利用这些题目对内容进行分析。使学生能够很快的掌握一些内容的学习方式，从一始就能有目的应用这种方法解题和规范作答，加快学生的解题速度，答案的准确性。

4充分体现了新课程的教育理念

随着新课改的不断推广，很多教学的核心内容是以学生的发展作为重点的，采用控制变量的方式学习物理，培养学生发现问题和思考问题的能力、分析问题和解决问题的能力。还能够锻炼学生收集信息的能力。所以说，控制变量法体现了新的教学理念。

5结束语

控制变量的方法在初中物理教学中起到了很好的作用，一方面促进了学生综合能力的培养，另一方面也帮助学生形成科研能力、探究能力、解决实际问题的能力，能够在以后的学习中取得很大的进步。

参考文献：

[1]谢立君.巧用“控制变量法”，盘活初中物理教学[J].学生之友（初中版上，2012（5）：67

[2]田德久.初中物理教学中“控制变量法”的探讨[J].物理教师，2012（8）：27-29

[3]冯小刚.浅谈初中物理教学中“控制变量法”的应用[J].中华少年：研究青少年教育，2012（7）：207-207

第9篇：控制变量法范文

所谓控制变量，就是指适时地恰当地控制对我们所要研究的物理量相关的或会有影响的因素、条件，在众多的会引起我们的物理量发生变化的因素中，只让要研究的因素(物理量)发生变化、发生改变，看我们的物理量会如何随着这个因素的改变而改变，而让其它的暂时不研究的因素保持不变、保持相同。通过对相关测量数据的深入研究、分析判断、总结归纳，最后找出这个因素跟我们想要研究的物理量是什么关系，在众多因素的影响中，这个因素对我们的物理量的影响有多大，在这些变化中该因素到底占了多大的比重（贡献）等等。研究完一个因素，再用同样的办法去研究另一个因素，直到用枚举法研究完所有的因素为止。自然界中发生的各种物理现象往往错综复杂。影响物理学研究对象的因素在许多情况下并不单一，而是多种因素相互交错、共同起作用。要想准确地把握研究对象，弄清事物变化的原因和规律，仅在自然条件下笼统地考虑问题而得出的结论是不具有科学性的。必须有严密而可靠的研究方法。

针对某一物理量常受到多个因素的影响，我们必须用到控制变量法。所谓控制变量，就是指适时地恰当地控制对所要研究的物理量相关的或有影响的因素，在众多会引起物理量发生变化的因素中，只让要研究的因素发生变化，看所要研究的物理量会如何随这个因素的改变而改变，而让其它的因素保持不变、暂时不研究对研究对象的影响。通过对相关测量数据的深入研究、分析判断、总结归纳，找出这个因素与想要研究的物理量是什么关系，在众多因素的影响中，这个因素对想要研究的物理量的影响有多大，在这些变化中该因素到底占了多大的分量等。研究完一个因素，再用同样的办法去研究另一个因素，直到用枚举法研究完所有的因素为止。此即控制变量法的要义与核心。

例如在“探究牛顿第一定律”的实验中，必须使斜面的倾斜度和小车在斜面的高度保持不变，并且每次都要有由静止开始滑下以达到下车到达平面时的速度相同。再研究阻力对改变小车运动状态的作用效果，然后通过总结加逻辑推理得出力是改变物体运动状态的原因的结论。

在初中物理实验探究过程中，控制变量法是一种最常用的、非常有效的探索客观物理规律的科学方法。

例如，探究“影响液体蒸发快慢的因素”实验，教材是通过晒衣服的生活经验总结出影响液体的蒸发快慢因素的，生活经验告诉我们，衣服要晒在通风、温度高的地方，并且要展开才能使衣服更容易干，于是得出影响液体蒸发快慢的因素有三个：液体表面的气流速度，液体温度和液体表面积。那么，这些因素是怎样影响液体蒸发快慢的呢？要通过实验来探究，比如要探究液体的温度对液体蒸发快慢的影响时，该怎样实验？是否随便找两杯温度不同的液体来，观察一下哪杯液体蒸发快就行吗？如果这样，也许会得到的结论会是温度低的那杯液体蒸发快，这显然不对。错在哪里？原因就在于影响液体蒸发快慢的因素不只一个，而是多个，如果在把装在相同形状的两个烧杯里的水放在同一间实验室里一杯加热，另一杯不加热就完全能得出正确的结论。所以，在探究其中一个因素对液体蒸发快慢的影响时，就必须保证其他的因素不变。也就是说，应该保持两杯液体的表面积和液体上方气流速度相同，再来探究温度对液体蒸发快慢的影响，才是正确的方法。这种实验方法就是“控制变量法”，再让学生运用这一方法系统地进行上述实验，或者提供另一个问题让学生思考如何用控制变量法研究，使学生真正的理解并会用这一科学方法。

在初中物理教学中还有许多概念或规律的探索和推导，都用了“控制变量法”，如在引导学生探索“影响液体内部压强大小的因素，最终得出液体内部压强公式”和探索“力的作用效果同力的哪些因素有关，最终得出力的三要素”等都用到了这一科学方法，使学生对“控制变量法”不断加深理解，并逐步达到能灵活自如地应用的目的。

在用物理知识去分析解决一些实际问题时，如能灵活运用“控制变量法”进行分析，有时可起到事半功倍的效果。

在初中物理中，可用“控制变量”去分析和解决的实际问题是很多的，这就为这一科学方法的教学和应用提供了很好的机会．运用“控制变量法”可以使物理量的变化简化为分别与各个单因素的变化有关的问题，逐一分析、解决，从而降低物理问题的分析难度③。例如，两个完全相同的烧杯，装有相同深度的酒精和水，哪种液体对烧杯底部的压强大？对于这个问题，只要根据公式P=ρgh和“控制变量法”就能很容易解答。其实像以上两个题目，在题目中就隐含了对相关变量的控制，比如说“质量相同的水和煤油”，“两个完全相同的烧杯”，如果同学们在审题时能够抓住这些关键信息，那么问题就显得很容易了。因此，在解决物理问题时，如能恰当运用科学方法，确实能提高解题速度与准确率．更为重要的是，通过这一实际问题的解决过程，使学生对如何应用“控制变量法”等科学方法去分析、解决问题有了进一步的体会和理解。在初中物理（如在力学、电学、热学）中，用“控制变量”分析解决的实际问题很多。

生活中的物理现象妙趣横生，探索物理现象的过程充满乐趣。因此，学生在研究这些物理规律的过程中不应该被动地成为知识的接受者，而应该成为主动的知识探究者1。这样才能真正落实新课标中的“从生活走向物理、从物理走向社会”。

在探究物理规律的过程中，应使学生认识到，具体的科学问题常常都是由多个因素共同造成的结果。帮助学生在科学探究中体会变量的概念，建立控制变量的初步意识2。这样，才能使学生在遇到相关问题时能够有一个正确的思路去解决，并且，由于初中物理教学中，探究实验比较多，因此，在做大部分的探究实验时，都要体现“控制变量法”，只有这样，同学们在做实验时才不会漫无目的，才能得出正确的实验结论，真正理解和掌握物理概念和规律，从而有利于学生的研究性学习和创新能力的发展。

参考文献：