時間:2023-07-19 17:31:05
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇歐姆定律的關系,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
關鍵詞:歐姆定律;適用范圍;微觀機理;導電材料;能量轉化
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2016)12-0039-2
人教版《普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1》《歐姆定律》一節內容圍繞電阻的定義式、歐姆定律和伏安特性曲線三部分展開,圖1為教材的兩段文字,意思是當金屬導體的電阻不變時,伏安特性曲線是一條直線,叫做線性元件,滿足歐姆定律;“這些情況”的電流與電壓不成正比,是非線性元件,歐姆定律不適用[1]。隨后,教材舉例小燈泡和二極管的伏安特性曲線,指出兩個元件都是非線性元件。在遇到歐姆定律時,不論是年輕教師還是學生常常感到疑惑:歐姆定律適用范圍究竟是金屬和電解質溶液還是線性元件?小燈泡是金屬,又是非線性元件,究竟是否滿足歐姆定律?
[導體的伏安特性曲線 在實際應用中,常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U,這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。對于金屬導體,在溫度沒有顯著變化時,電阻幾乎是不變的(不隨電流、電壓改變),它的伏安特性曲線是一條直線,具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。圖2.3-2中導體A、B的伏安特性曲線如圖2.3-3所示。
歐姆定律是個實驗定律,實驗中用的都是金屬導體。這個結論對其他導體是否適用,仍然需要實驗的檢驗。實驗表明,除金屬外,歐姆定律對電解質溶液也適用,但對氣態導體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導體元件并不適用。也就是說,在這些情況下電流與電壓不成正比,這類電學元件叫做非線性元件。]
1 歐姆定律的由來
1826年4月,德國物理學家歐姆《由伽伐尼電力產生的電現象的理論》,提出歐姆定律:在同一電路中,通過某段導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。歐姆實驗中用八根粗細相同、長度不同的板狀銅絲分別接入電路,推導出 ,其中s為金屬導線的橫截面積,k為電導率,l為導線的長度,x為通過導線l的電流強度,a為導線兩端的電勢差[2]。當時只有電導率的概念,后來歐姆又提出 為導體的電阻,并將歐姆定律表述為“導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比,跟導體的電阻R成反比。”
關于歐姆定律的m用范圍,一直存在爭議,筆者認為可以從不同角度進行陳述。
2 歐姆定律的適用范圍
2.1 從導電材料看適用范圍
歐姆當年通過對金屬導體研究得出歐姆定律,后來實驗得出歐姆定律也適用于電解質溶液,但不適用于氣體導電和半導體元件。
從微觀角度分析金屬導體中的電流問題,金屬導體中的自由電子無規則熱運動的速度矢量平均為零,不能形成電流。有外電場時,自由電子在電場力的作用下定向移動,定向漂移形成電流,定向漂移速度的平均值稱為漂移速度。電子在電場力作用下加速運動,與金屬晶格碰撞后向各個方向運動的可能性都有,因此失去定向運動的特征,又回歸無規則運動,在電場力的作用下再做定向漂移。如果在一段長為L、橫截面積為S的長直導線,兩端加上電壓U,自由電子相繼兩次碰撞的間隔有長有短,設平均時間為τ,則自由電子在下次碰撞前的定向移動為勻加速運動,
2.2 從能量轉化看適用范圍
在純電阻電路中,導體消耗的電能全部轉化為電熱,由UIt=I2Rt,得出 在非純電阻電路中,導體消耗的電能只有一部分轉化為內能,其余部分轉化為其他形式的能(機械能、化學能等), 因此,歐姆定律適用于純電阻電路,不適用于非純電阻電路。
金屬導體通電,電能轉化為內能,是純電阻元件,滿足歐姆定律。小燈泡通電后,電能轉化為內能,燈絲溫度升高導致發光,部分內能再轉化為光能,因此小燈泡也是純電阻,滿足歐姆定律。電解質溶液,在不發生化學反應時,電能轉化為內能,也遵守歐姆定律。氣體導電是因為氣體分子在其他因素(宇宙射線或高電壓等條件)作用下,產生電離,能量轉化情況復雜,不滿足歐姆定律。半導體通電時內部發生化學反應,電能少量轉化為內能,不滿足歐姆定律。電動機通電但轉子不轉動時電能全部轉化為內能,遵從歐姆定律;轉動時,電能主要轉化為機械能,少量轉化為內能,為非純電阻元件,也不滿足歐姆定律。
2.3 從I-U圖線看適用范圍
線性元件指一個量與另一個量按比例、成直線關系,非線性元件指兩個量不按比例、不成直線的關系。在電流與電壓關系問題上,線性元件阻值保持不變,非線性元件的阻值隨外界情況的變化而改變,在求解含有非線性元件的電路問題時通常借助其I-U圖像。
從 知導體的電阻與自由電子連續兩次碰撞的平均時間有關,自由電子和晶格碰撞將動能傳遞給金屬離子,導致金屬離子的熱運動加劇,產生電熱。由 知導體的溫度升高,τ減小,電阻增大。因此,導體的電阻不可能穩定不變。當金屬導體的溫度沒有顯著變化時,伏安特性曲線是直線,滿足“電阻不變時,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比”。理想的線性元件是不存在的,溫度降低時,金屬導體的電阻減小,當溫度接近絕對零度時,電阻幾乎為零。小燈泡的伏安特性曲線是曲線,是非線性元件,當燈泡電阻變化時,仍有I、U、R瞬時對應,滿足歐姆定律 如同滑動變阻器電阻變化時也滿足歐姆定律[3]。
2.4 結論
綜上所述,從導電材料的角度看,歐姆定律適用于金屬和電解質溶液(無化學反應);從能量轉化的角度看,歐姆定律適用于純電阻元件。對于線性元件,電阻保持不變,導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比,歐姆定律適用。從物理學史推想,歐姆當年用八根不同銅絲進行實驗,應該是研究了電壓保持不變時,電流與電阻的關系,以及電阻保持不變時,電流與電壓的關系。雖然都是非線性元件,小燈泡是金屬材料,是純電阻元件,滿足歐姆定律,二極管是半導體材料,卻不滿足歐姆定律。因此,線性非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
3 教材編寫建議
“有了電阻的概念,我們可以把電壓、電流、電阻的關系寫成 上式可以表述為:導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比,跟導體的電阻R成反比。這就是我們在初中學過的歐姆定律。”[1]筆者以為,歐姆定律的內容是 這個表達式最重要的意義是明確了電流、電壓、電阻三個量的關系,而不是其中的正比關系和反比關系,教材沒必要對歐姆定律進行正比反比的表述。
“實驗表明,除金屬外,歐姆定律對電解質溶液也適用,但對氣態導體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導體元件并不適用。”教材已明確歐姆定律的適用范圍,建議教材將線性元件和非線性元件的概念與歐姆定律的適用范圍分開,同時明確線性、非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
參考文獻:
[1]普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京:人民教育出版社,2010.
知識目標
1.理解歐姆定律及其表達式.
2.能初步運用歐姆定律計算有關問題.
能力目標
培養學生應用物理知識分析和解決問題的能力.
情感目標
介紹歐姆的故事,對學生進行熱愛科學、獻身科學的品格教育.
教學建議
教材分析
本節教學的課型屬于習題課,以計算為主.習題訓練是歐姆定律的延續和具體化.它有助于學生進一步理解歐姆定律的物理意義,并使學生初步明確理論和實際相結合的重要性.
教法建議
教學過程中要引導學生明確題設條件,正確地選擇物理公式,按照要求規范地解題,注意突破從算術法向公式法的過渡這個教學中的難點.特別需強調歐姆定律公式中各物理量的同一性,即同一導體,同一時刻的I、U、R之間的數量關系.得出歐姆定律的公式后,要變形出另外兩個變換式,學生應該是運用自如的,需要注意的是,對另外兩個公式的物理含義要特別注意向學生解釋清楚,尤其是歐姆定律公式.
教學設計方案
引入新課
1.找學生回答第一節實驗得到的兩個結論.在導體電阻一定的情況下,導體中的電流
跟加在這段導體兩端的電壓成正比;在加在導體兩端電壓保持不變的情況下,導體中的電
流跟導體的電阻成反比.
2.有一個電阻,在它兩端加上4V電壓時,通過電阻的電流為2A,如果將電壓變為10V,通過電阻的電流變為多少?為什么?
要求學生答出,通過電阻的電流為5A,因為電阻一定時通過電阻的電流與加在電阻兩
端的電壓成正比.
3.在一個10的電阻兩端加上某一電壓U時,通過它的電流為2A,如果把這個電壓加在20的電阻兩端,電流應為多大?為什么?
要求學生答出,通過20電阻的電流為1A,因為在電壓一定時,通過電阻的電流與
電阻大小成反比,我們已經知道了導體中電流跟這段導體兩端的電壓關系,導體中電流跟這段導體電阻的關系,這兩個關系能否用一句話來概括呢?
啟發學生討論回答,教師復述,指出這個結論就叫歐姆定律.
(-)歐姆定律導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.
1.此定律正是第一節兩個實驗結果的綜合,電流、電壓、電阻的這種關系首先由德國
物理學家歐姆得出,所以叫做歐姆定,全國公務員共同天地律,它是電學中的一個基本定律.
2.介紹《歐姆堅持不懈的精神》一文.
3.歐姆定律中的電流是通過導體的電流,電壓是指加在這段導體兩端的電壓,電
阻是指這段導體所具有的電阻值.
如果用字母U表示導體兩端的電壓,用字母R表示導體的電阻,字母I表示導體中的電流,那么歐姆定律能否用一個式子表示呢?
(二)歐姆定律公式
教師強調
(l)公式中的I、U、R必須針對同一段電路.
(2)單位要統一I的單位是安(A)U的單位是伏(V)R的單位是歐()
教師明確本節教學目標
1.理解歐姆定律內容及其表達式
2.能初步運用歐姆定律計算有關電學問題.
3.培養學生應用物理知識分析和解決問題的能力.
4.學習歐姆為科學獻身的精神
(三)運用歐姆定律計算有關問題
【例1】一盞白熾電燈,其電阻為807,接在220V的電源上,求通過這盞電燈的電流.
教師啟發指導
(1)要求學生讀題.
(2)讓學生根據題意畫出簡明電路圖,并在圖上標明已知量的符號及數值和未知量的
符號.
(3)找學生在黑板上板書電路圖.
(4)大家討論補充,最后的簡明電路圖如下圖
(5)找學生回答根據的公式.
已知V,求I
解根據得
(板書)
鞏固練習
練習1有一種指示燈,其電阻為6.3,通過的電流為0.45A時才能正常發光,要使這種指示燈正常發光,應加多大的電壓?
練習2用電壓表測導體兩端的電壓是7.2V,用電流表測通過導體的電流為0.4A,求這段導體的電阻,
通過練習2引導學生總結出測電阻的方法.由于用電流表測電流,用電壓表測電壓,
利用歐姆定律就可以求出電阻大小.所以歐姆定律為我們提供了一種則定電阻的方法這種
方法,叫伏安法.
【例2】并聯在電源上的紅、綠兩盞電燈,它們兩端的電壓都是220V,電阻分別為
1210、484.
求通過各燈的電流.
教師啟發引導
(1)學生讀題后根據題意畫出電路圖.
(2)I、U、R必須對應同一段電路,電路中有兩個電阻時,要給“同一段電路”的I、U、R加上“同一腳標”,如本題中的紅燈用來表示,綠燈用來表示.
(3)找一位學生在黑板上畫出簡明電路圖.
(4)大家討論補充,最后的簡明電路圖如下
學生答出根據的公式引導學生答出
通過紅燈的電流為
通過綠燈的電流為
解題步驟
已知求.
解根據得
通過紅燈的電流為
通過綠燈的電流為
答通過紅燈和綠燈的電流分別為0.18A和0.45A.
板書設計
2.歐姆定律
一、歐姆定律
導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.
二、歐姆定律表達式
三、歐姆定律計算
1.已知V,求I
解根據得
答通過這盞電燈的電流是0.27A
2.已知求.
解根據得
通過的電流為
通過的電流為
答通過紅燈的電流是0.18A,通過綠燈的電流是0.45A
探究活動
【課題】歐姆定律的發現過程
【組織形式】個人和學習小組
【活動方式】
1.制定子課題.
《閉合電路歐姆定律》是高中物理電學部分中各種電路的基礎內容,同時也是高中物理電路部分的重點內容,深刻理解并掌握本節內容對今后電路學習具有極大的幫助。在高中物理課堂教學活動開展中,為了有效提高《閉合電路歐姆定律》教學設計的有效性,下面本文首先簡單分析了《閉合電路歐姆定律》教學目標,并在此基礎上提出創設“問題情境”的教學設計為方法的課堂教學實踐,以供參考。
高中物理《閉合電路歐姆定律》教學主要是圍繞定律的推導和定律的應用這兩個問題展開的。教材在設計中意在從能量守恒的觀點推導出閉合電路歐姆定律,從理論上推出路端電壓隨外電阻變化規律及斷路短路現象,將實驗放在學生思考與討論之中。為了有效提高課堂教學質量和教學效果,我們特提出在《閉合電路歐姆定律》教學中創設“問題情境”的教學設計。
1.《閉合電路歐姆定律》教學目標分析
《閉合電路歐姆定律》教學目標主要有以下幾個方面:一是,經進閉合電路歐姆定律的理論推導過程,體驗能量轉化和守恒定律在電路中的具體應用,培養學生推理能力;二是,了解路端電壓與電流的U-I圖像,培養學生利用圖像方法分析電學問題的能力;三是,通過路端電壓與負載的關系實驗,培養學生利用實驗探究物理規律的科學思路和方法;四是,利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題,培養學生運用物理知識解決實際問題的能力。高中物理《閉合電路歐姆定律》教學主要是圍繞定律的推導和定律的應用這兩個問題展開的,其中涉及到了“電動勢和內阻”、“用電勢推導電壓關系”、“焦耳定律”以及“歐姆定律”等諸多內容,這些內容之間具有一定的聯系, 只要能夠為其構建一個完善的體系,將這些知識有機的結合起來,就能夠得出閉合電路的歐姆定律。以建構主義教學思想為基礎,采用創設“問題情境”的教學設計,對于提高課堂教學有效性具有積極意義。
2.創設“問題情境”的教學設計具體實踐
首先,通過問題的提出激發學生的求知欲。例如:將一個小燈泡接在已充電的電容器兩極,另一個小燈泡在干電池兩端,會觀察到什么現象?并展示生活中的一些電源,演示手搖發電機使小燈泡發光和利用紐扣電池發聲的音樂卡片實驗,使學生進行思考這些現象出現的原因。通過觀察學生會發現手搖發電機是將機械能轉化成電能的過程,停止搖動就沒有電能,燈泡就不會亮,而干電池、蓄電池是將化學能轉化成電能,其化學能能夠為干電池提供持續供電的功能,因此小燈泡能夠持續發光。然后教師再在這個基礎上提出問題:什么是電源的電動勢?之后指出電源電動勢的概念,幫助學生認識電源的正負極,并畫出等效的電路圖,利用學生已知的知識,如電勢相當于高度,電勢差則相當于高度差,這樣學生就能夠很好的對電勢差以及電源電動勢的內電壓和外電壓等概念進行理解了。
其次,在教學中可采用類比、啟發、多媒體等多種方法進行教學。教師在課堂教學匯總可借助于多媒體播放flash課件, 借助于升降機舉起的高度差或者兒童滑梯兩端的高度差,幫助學生更好的理解電源電動勢。另外還可以從能量的角度引導學生對其進行理解,例如小花去買衣服,共有100元,其中10元用于打車,90元用于買衣服,在這里,100元就相當于電源的電動勢,車費相當于內電壓(必要的無用功),買衣服的費用就相當于外電壓(有用功),從而使學生掌握內外電壓的本質屬性。
最后,要通過實驗來引導學生進行探究。物理學是一門以實驗為基礎的科學,觀察和實驗是提出問題的基礎,在實驗教學中應鼓勵學生觀察要細致人微,要善于從實驗中發現問題,直觀、形象的實驗現象能激發學生思考。可以讓學生通過實驗來探究路端電壓與外電阻(電流)的關系,得出路端電壓與外電阻(電流)的關系,再從理論上進行分析。然后演示電動勢分別為3V和9V(舊)的電源向一個燈泡供電實驗,引發學生學習的興趣,讓學習進行討論,解釋現象原因。通過這種方式能夠讓學生很容易就明白流過燈泡的實際電流不僅與電源的電動勢有關,還與電路中的總電阻有關,從而順理成章的得出閉合電路歐姆定律,完成課堂教學任務。
3.總結語
班級:
姓名:
【學習目標】
1、掌握歐姆定律,能熟練地運用歐姆定律計算有關電壓、電流和電阻的簡單問題。
2、培養學生解答電學問題的良好習慣。
【學習重、難點】
歐姆定律的內容、數學表達式及其應用。
【自主預習】
1、歐姆定律的內容:
2、公式:
【課堂導學】
上一節課的實驗得出的實驗結論是什么?把上一節課的實驗結果綜合起來,即為歐姆定律:
1、歐姆定律的內容:
2、公式:
公式中符號的意義及單位:
U—
—
R—
—
I—
——
說明:
歐姆定律中的電流、電壓和電阻這三個量是對同一段導體而言的。
3、應用歐姆定律計算有關電流、電壓和電阻的簡單問題。
(1)、利用歐姆定律求電流:應用公式:
例1:一條電阻絲的電阻是97Ω,接在220V的電壓上,通過它的電流是多少?
(2)、利用歐姆定律求電路的電壓:由公式
變形得
例2、一個電熨斗的電阻是0.1KΩ,使用時流過的電流是2.1A,則加在電熨斗兩端的電壓是多少?
(3)、利用歐姆定律求導體的電阻:由公式
變形得
例3、在一個電阻的兩端加的電壓是20V,用電流表測得流過它的電流是1A,,則這個電阻的阻值是多少?
4、通過以上的簡單電學題目的計算,提出以下要求:
(1)、要畫好電路圖,在圖上標明已知量的符號、數值和未知量的符號。
(2)、要有必要的文字說明,物理公式再數值計算,答題敘述要完整。
我的收獲:
課后反思:
課堂練習
1、對歐姆定律公式I=U/R的理解,下面哪一句話是錯誤的:(
)
A.對某一段導體來說,導體中的電流跟它兩端的電壓成正比;
B.在相同電壓的條件下,不同導體中的電流跟電阻成反比;
C.導體中的電流既與導體兩端的電壓有關也與導體電阻有關;
D.因為電阻是導體本身的屬性,所以導體中的電流只與導體兩端電壓有關,與電阻無關。
2、如果某人的身體電阻約在3000Ω到4000Ω之間,為了安全,要求通過人體的電流不能大于
5mA,那么此人身體接觸的電壓不能大于:(
)
A.5V
B.15V
C.30V
D.36V
3、甲、乙兩導體通過相同的電流,甲所需的電壓比乙所需的電壓大,則它們的阻值大小關系是:(
)
A.R甲>R乙;
B.R甲=R乙;
C.R甲
D.無法比較
4、有一電阻兩端加上
6
V電壓時,通過的電流為
0.5A,可知它的電阻為
Ω,若給它加上
18
V電壓,導線中電流為
A,此時導線電阻為
Ω,若導線兩端電壓為零,導線中電流為
A,導線電阻為
Ω。
5、要想使1000Ω的定值電阻通過8mA的電流,那么應給它加________V的電壓;如果該定值電阻所允許通過的最大電流是25
mA,那么它兩端所能加的最大電壓是_________V。
6、一個定值電阻接在某段電路中,當電壓為1.5V時,通過的電流為0.15A,當電壓增大為原來的2倍時,則下列說法正確的是(
)
A.電流為原來的2倍
B.電阻為原來的2倍
C.電流為原來的1/2
D.電阻為原來的1/2
7、將2Ω和4Ω的電阻串聯后接人電路,已知2Ω電阻通過的電流是0.5A,則4Ω電阻上的電壓和電流分別為:(
)
A.1
V、0.5
A;
B.2
V、0.5
A;
C.2
V、1
A;
D.0.5
V、1
A。
8.一個20Ω的電阻,接在由4節干電池串聯的電源上,要測這個電阻中的電流和兩端的電壓,電流表,電壓表選的量程應為
(
)
A.0~0.6A,0~3V
B.0~0.6A,0~15V
C.0~3A,0~3V
D.0~3A,0~15V
9.如圖所示電路,當圖中的開關S閉合時,電流表的示數為1.2A,電阻R的阻值
是2.6Ω,電壓表有“+”、“3V”、“15V”三個接線柱,問電壓表應使用的是哪兩
個接線柱?
10、如圖所示的電路中,A、B兩端的電壓是6V,燈L1的電阻是8Ω,通過
的電流是0.2
A,求:
(1)
通過燈L2的電流;
一、物理電學相關公式及形象記憶法
初中物理電學相關公式和定理雖然表面看比較抽象難懂,但是因為電流是實際存在的,并且其特點和存在形式可以類比現實中許多形象易懂的實物和現象,因此結合實際對相關定理定律進行理解和記憶會收到很好的效果.
1.歐姆定律
歐姆定律解釋的是電學中電壓、電流、電阻三者之間的關系,是電學最基本的定律.
電流×電阻=電壓,即I×R=U;其他的變形式可以由此公式導出.
可以用水流演示電流,用水壓解釋電壓,以現實中形象的實物來解釋電學相關內容.
2.電功公式
電功公式是講電力做工的計算方法,電流流過導線會產熱,有能量產生,能量可以做功,電功公式就是計算電力做工能力的公式.
電流×電流×電阻×時間=電功,即I2Rt=P;
將I=UR代入,就能成為電功公式的另一形式.
3.電功率公式
電功率就是形容電流做功快慢的公式.
電流×電流×電阻=電功率,即P=I2R.
電功和電功率可以用電燈發光發熱解釋,電流越大,電燈越亮,時間越長,電燈散失的熱量越多,就是電流做功的道理.
二、物理電學題目解題技巧
1.歐姆定律方程解題
熟記歐姆定律,只要是給出電路解電學未知量并且題目中沒有涉及功率內容的題目,結合整個電路列出歐姆定律的基本方程,肯定可以得到答案,即使最初看題時沒有頭緒,在列出歐姆定律方程之后也能從方程中看出解題方法.靜態電路圖列寫一個歐姆定律方程,動態電路圖根據變化次數列出相應數目的歐姆定律方程即可.
例電路圖如圖1所示,閉合開關S,當滑動變阻器滑片在R2上某兩點之間來回滑動時,電流表的讀數變化范圍是2 A~5 A,電壓表的讀數變化范圍是5 V~8 V,問電源電壓及電阻R1的值分別是多少?
乍一看此題確實無從下手,但是可以看出這是一個動態電路題,隨著滑動變阻器阻值的不同電路相關參量產生了變化,因此需要列兩個歐姆定律方程,方程列出,題目便迎刃而解.
解根據題意列歐姆定律方程,首先滑動變阻器在題意中阻值最小時,電流最大為5 A,電壓表度示數最小為5 V,此時滑動變阻器電阻值為5 V÷5 A=1 Ω.
可以列出一個方程:
U÷(R1+1)=5 A(1)
同理,滑動變阻器阻值最大時為8 V÷2 A=4 Ω.
列另一個歐姆定律方程
U÷(R1+4)=2 A(2)
用簡單的解方程法解方程(1)和(2),很容易得出結果U=10 V;R1=1 Ω.
2.等效電路解含功率動態題
解含有功率內容的動態題的一個很好的方法就是將其各種狀態獨立出來,簡化成等效電路,每種狀態單獨分析,之后綜合考慮并求解.
例如圖2所示,R2與R3的電阻比為R2∶R3=1∶4,最初所有開關處于斷開狀態,同時閉合S1與S2,S3保持斷開,電流表示數為0.3 A,R2消耗功率P2;之后閉合S1、S3,S2斷開,R1消耗功率為0.4 W,R3消耗功率為P3,P2∶P3=9∶4,求電源電壓和R1阻值.
雖然此題表面看是動態且較為復雜,但是將動態電路的兩個狀態拆分成靜態簡單電路,題目便會簡單明了,之后列寫歐姆定律和功率方程,解方程即可.
當閉合S2后電路可簡化成如圖3形式,可列方程如下:
(R1+R2)×0.3=U(1)
R2×0.3×0.3=P2(2)
打開S2閉合S3后電路變成圖4,設此時電流為I3,結合等量關系R3=4R2,將R3用R2代替,后列方程
(R1+4R2)×I3=U(3)
R1×I3×I3=0.4(4)
4R2×I3×I3=49P2(5)
5個方程,5個未知數,此題可解.由(2)式和(5)式可解出I3=0.1 A,其他未知數便順利得出.最終結果:U=36 V,R1=80 Ω.
關鍵詞:初中物理 復習
九年級已經進入期末大復習階段,為了能打勝這場中考戰,進行有效的復習,是提升成績的關鍵。我就九年級物理總復習談一些看法和做法。
一、復習課的現狀和困惑
有人說,“做中國的學生容易”,當然這話有一定的片面性,中國的學生自然有中國學生的辛苦和壓力,但是“在課堂上的中國學生”大多是容易和輕松的,因為整堂課都是老師在喋喋不休的講,學生只需打著瞌睡去聽就好了。結果,老師的課是越講越熟練,學生到學的不怎么樣。我們經常遇到這種情況,只要一說上復習課,學生就唉聲嘆氣,沒有興趣。只是不愛學習的差生有這樣的反應嗎?不是,而是一個普遍現象。相比,學生更喜歡上新課,新課至少有點新鮮感,而復習課,大部分學生都會有“學過了”的情緒,從而心生厭倦。我終于明白,做為老師每年都在講,每年都在“復習”,怎么會不提高,怎么會不熟悉?但是,上課的目的是為了讓我們“復習”嗎?當然不是,那么,出路在何方?
二、讓復習課生動起來
(一)明確復習目標,形成知識網絡
既然是復習,學生對每一部分的知識還都是有一定的認識的。所以我們在明確復習目標時,學生并不會覺得空洞,而會幫著他們知識系統化,這也是新課與復習課的不同之處。我們不僅要有一個知識板塊的目標,還要有每一節的目標。讓學生做到心中有數。
下面,我說一個具體的案例:
案例:電學部分的復習目標
①電流、電壓、電阻及電流表、電壓表的使用。②串、并電路的特點及規律。③歐姆定律及應用④電壓表、電流表示數變化問題和電路故障分析專題⑤測電阻(定值電阻、小燈泡燈絲電阻、及簡單的單表測量)。⑥電功率。⑦家庭電路、安全用電。⑧電與磁。
(二)讓學生成為課堂的主體
課堂是學生的課堂,學生是課堂的主體,而老師是課堂的主導。我們要騰出時間和空間,讓學生去說、去做。說一個我的親身經歷。幾年前,我教的三個班成績一直不太好,我就很郁悶,有一次和一個老師談及此事,我還憤憤不平,我說“我教的很好呀,我已經講的相當到位了,怎么就學不會呢?”,那個老師說“這個我信,但是你更應該看學生學的是不是很多位”。這句話讓我思考了很久,我們應該關注“教”,但是我們更應該關注“學”。
下面,我說一個具體的案例,主要談如何讓學生參與到課堂中:
案例:歐姆定律及應用課堂設計
本節課共分四部分:
①熟悉串、并電路的規律 ②理解歐姆定律③歐姆定律的應用④拓展延伸
設計思路:
1.串、并聯電路規律:熟悉串、并聯電路規律是利用歐姆定律解題的基礎。需要再次強化。
具體操作:⑴和學生一起復習串、并聯電路的規律。⑵學生完成針對性練習。⑶同桌交換對改。(要求:語言必須準確)⑷找學生說出自己的錯誤之處。
2.理解歐姆定律:歐姆定律就是要研究電流、電壓、電阻這三個物理量的關系。通過兩個實驗完成研究: ⑴探究電流與電壓的關系。⑵探究電流與電阻的關系。
具體操作:⑴和學生一起理解歐姆定律。⑵學生完成針對性習題。
(兩個實驗探究題:①探究電流與電阻的關系。②探究電流與電壓的關系。)
3.歐姆定律的應用:通過練習歐姆定律在串并聯電路中的經典題目,讓學生能用剛復習過的知識解決物理問題。樹立學生的自信心。
4.拓展延伸:讓學生搶答兩道與本節課密切相關但有一定難度的題目。對于最先完成題目的學生予以表揚或簡單的獎勵。
三、有條不紊地做好三輪復習
第一輪:夯實基礎,梳理知識。
劃分知識板塊,突出知識的系統性,完成知識體系的建構。面向全體學生,重點是讓基礎差的學生有所收獲,基礎好的同學有所提高。
如何劃分知識板塊:
1.力、熱、聲、光、電、電與磁、信息與能源。
2.根據自己的理解和教研組的討論細分知識板塊。
例如:電學
①.電流、電壓、電阻及電流表、電壓表的使用。②.串、并電路的特點及規律。③.歐姆定律及應用④.電壓表、電流表示數變化問題和電路故障分析專題。⑤.測電阻(定值電阻、小燈泡燈絲電阻、及簡單的單表測量)⑥.電功率。⑦.家庭電路、安全用電。
第二輪:專題復習,提升能力
第二輪復習是第一輪復習的延伸和提高,側重培養學生綜合解題能力。該階段要突出重點,突破難點。注意物理思想的形成和物理方法的掌握。 我們所進行的專題復習:實驗探究專題、作圖專題、電熱綜合專題、力熱綜合專題、開放性填空題解題分析等。實驗探究專題包含:聲光熱實驗專題、力和運動實驗專題、壓強浮力實驗專題、機械和機械效率實驗專題、電學實驗專題。專題由備課組教師分工完成。
第三輪:關注熱點、搜集信息,綜合模擬,把脈中考
1.熱點信息剖析
①“京廣高鐵”、“鄭州地鐵”②“遼寧號”、“蛟龍號”③“新交規” ④大氣污染與節能減排“霧霾” “電動汽車”“爆竹、安全”⑤、神舟十號(年中發射)⑥嫦娥三號(年末登月)
2.我們會及時的從省教研室、市教研室以及兄弟學校了解中考信息及動向,再把信息和動向轉化到考前模擬試卷中。一人出卷,兩人把關審核,努力提高試卷質量,讓模擬考試更加有意義。
一、教學目標
1、知識與技能
(1)能說出歐姆定律的內容、公式及其涉及的單位;
(2)理解歐姆定律,能進行歐姆定律公式的變形,理解應用公式時要注意“同體性”和“同時性”,會在新的問題情境中,應用歐姆定律進行解釋、推斷和計算。
2、過程與方法
(1)經歷探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系的實驗研究過程,從而能較熟練地運用圖像處理實驗數據,了解電流與電壓、電阻間的正比、反比關系。
(2)初步學會在實驗探究的基礎上交流討論,互相合作。
(3)學習用數學公式來表達物理規律的方法,體會這樣做的優勢。
3、情感態度與價值觀:
結合歐姆當年研究電流、電壓和電阻三者關系的簡史,培養學生刻苦鉆研、大膽探索的科學精神,同時讓學生在自我實現中增強成功體會。
二、教學重點:
歐姆定律所揭示的物理意義及其數學表達式;
三、教學難點:
歐姆定律的實驗設計及學生對實驗數據的分析、歸納以及結論的得出。
四、教學器材:
調光燈、小燈泡、電池組、滑動變阻器、電流表、電壓表、阻值分別為5Ω、10Ω、15Ω的電阻各一個、導線數根等。
五、教學過程
(一)設置物理情境進行討論,提出問題。
如圖的電路,你有哪些方法可以改變小燈泡的亮度?小組內討論,然后進行交流。
學生的方法:①改變電源的電壓,②改變定值電阻的阻值③串聯一個滑動變阻器等。
實驗驗證,學生觀察燈的亮度的變化
師:燈時亮時暗說明什么?
生:電路中的電流有大有小。
師:電路中電流的大小由哪些因素決定?
(二)大膽猜想,激活思維
鼓勵學生大膽猜測:你猜電流的大小究竟由哪些因素決定呢?
學生分組討論,教師適當提示。學生聯系已學內容以及剛才的實驗現象,猜想:電流與電壓的大小有關,因為電壓是形成電流的原因;電流與導體的電阻有關,因為電阻對電流有阻礙作用——教師針對學生的回答,給予肯定:最后,根據猜想師生共同得出結論:電路中的電流與電壓、電阻兩者有關:
過渡:到底有怎樣的關系呢?
“創設情景——提出問題——猜想”這兩步引起學生極大的興趣,學生注意力高度集中,急切盼望問題的解決,產生主動探索的動機,
(三)設計實驗
1、課件出示思考題
(1)根據研究電阻大小影響因素的方法,這個問題應采用什么方法研究?
(2)選擇使用哪些器材?
(3)該實驗應分幾步,具體步驟怎樣?
2、學生激烈討論,明確本問題的研究方法:必須設法控制其中一個量不變,才能研究另外兩個物理量之間的變化關系,即控制變量法。
學生討論,提出本實驗必須分兩步來完成:第一步,保持R不變(確定應該用定值電阻而不用燈泡),研究I與U的關系;第二步,保持U不變,研究I與R的關系。對于第一步,改變U(用電壓表測),觀察I(用電流表測量),且電壓的調節可通過:改變電池節數來實現(阻值為R的電阻直接接在電源兩端),或者通過電阻與滑動變阻器串聯,移動變阻器滑片來實現。
師生共同討論:通過改變滑動變阻器的滑片改變電阻兩端的電壓比通過改變電池節數方案要好。
(四)分組合作,深入探究
在此環節中,學生以小組為單位,像科學家那樣興趣盎然地開始按擬定的方案實驗,邊做邊想邊記。教師巡視,注意他們的設計是否合理,儀器使用是否得當,數據記錄是否正確,作個別輔導。
學生在教師的指導下,自覺、主動地和教師、教材、同學、教具相互作用,進行信息交流,自我調節,形成了一種和諧親密、積極參與的教學氣氛和一個思維活躍、鼓勵創新的環境。學生的思維在開放、發散中漲落,在求異、探索中又趨于有序,這培養了學生的獨立操作能力,發展了學生的思維能力、創造能力:
(五)綜合分析,歸納總結
例2、家庭中使用的是交流電,當人體通過交流電的電流達到50mA時,就會導致人體呼吸麻痹、心室顫動。假定某人身體的電阻為2kΩ,算一算,當通過50mA電流時的電壓是多大?
初次應用歐姆定律進行計算的計算題,規范解題的要求。
(七)課堂教學小結與延展:
(1)讓學生回顧本課的探究過程:發現問題——進行猜想——探索研究——得出結論——指導實踐,指明這是研究物理的基本思路;物理教學中應注意滲透科學研究方法,同時也進行學法指導和辯證唯物主義教育。
多年來我一直從事物理教育工作,我認為讓學生學好物理并不是最終目的,讓學生喜歡上物理才是關鍵;高分不是關鍵,高能才是目的。這些年我一直致力于培養優秀學生,并努力探索培養物理優秀學生的一些定性的規律性的東西。目前一些學生家長及學校老師認為要培養優秀的學生,主要靠的是個別輔導及課外小組的研究活動,與課堂教學并無多大關系。我認為這種觀點是片面的。實際上一切的研究活動都是以課堂教學為基礎的,所以對于課堂教學教師一定要盡心盡力做到最好。比如學生學習物理的時候,首先接觸到的就是物理定律,所以我們一定要首先搞好物理定律的教學。物理定律是我們以后做題、實驗、推理的主要依據。教學物理定律,不能只是簡單地依靠課本,課本上的知識往往比較注重結果,每一個物理定律的成立都有著一個復雜而漫長的過程。我們應該多講解一些這個定律成立的路程,以及成立的依據,這樣學生們會覺得這一個物理定律是活生生的,掌握和應用起來都會更加得心應手。學生掌握了這一物理定律就可以自如運用,能夠在實驗與試題中應用以后,我們就要引導學生思索這一物理定律之所以成功的原因。它之所以能夠確立起來,其中一定有著恰當的思維和推理方式,還有比較合理科學的探究方式,這種探究精神的學習才是最為重要的,才是物理學科教研活動中最重要的東西。這可以說是物理教學甚至是一切的學習活動中最根本的東西。
比如學生在學習電學當中最著名的歐姆定律這一物理定律時,預習以后會覺得歐姆定律非常簡單,僅僅認為就是研究通過導體的電流與導體兩端的電壓之間的關系而已,沒有什么困難,不就是運用一定的實驗器材,電壓表電流表可變電阻器、電源、導線若干、連接一個恰當的電路就可以了嗎?當然以一個現代的學生看一切都在情理之中,沒有非議。可是我給他們的講解是,在歐姆那個時代,不但沒有電流表、電壓表之類的儀器,而且連電壓、電流、電阻的定義和單位都沒有,歐姆在當時面臨的困難是我們無法想象的。他到底是通過什么樣的方式,經過什么樣的思索獲得這一物理定律的呢?這個時候學生的興趣就被調動起來了。在學習歐姆定律誕生的過程時,我通過電腦多媒體教室等先進的教學設施,大量搜集演示各種可能的實驗過程。在最后階段我根據歐姆的實驗方式,簡單介紹了可以用圖線探究新規律的方式。其實物理定律的教學與學習并不是我們想象的那么簡單的,如果記住物理定律只是學會了皮毛而已,能夠運用也只不過是為了取得高分,我們一定要讓學生們學會思考、學會探究,這種學習精神是物理學習中最為寶貴的,有了這種探究精神就可以不斷探索大自然的奧秘。
我聽過這樣一個笑話:有一位老師在參觀一所美國的學校以后對校長說:能否給我們一套你們的教材,以便我進一步了解美國課程的情況。當時校長很為難,沒有馬上回答。那位老師覺得這校長挺小氣的,幾本教材還舍不得。可是過了兩個星期,那校長突然打來電話說:“教材給你搞到了,馬上送去。”結果來的是一個貨運卡車,一共10大箱教材———從出版社直接運來的。里面不僅有學生和教師用書,還有光盤和圖片等。這時,這位老師才知道為什么那位校長當時沒有馬上答應。原來對于美國教師而言,一套教材意味著所有的教學用書和教學輔助資料。這是價值上千美元的財產,沒準兒經過學區董事會決議才能定。由此可以看出,我國的教育和美國的教育確實有很大區別,單單從觀念上來說也是有很大不同的。我們在備課的過程中,一定要把眼光放寬一些,深挖教學資源的潛力,運用優質的教學資源、參考補充。不能僅僅依靠一本教科書和教材,否則太狹隘、太片面。要想讓學生學好,我們一定要多參考多學習,一定要讓學生學好物理,學會探究性學習。
掌握了非常重要的物理定律之后,我們可以運用定律進行做題和實驗探究活動。我們還要注重例題教學,開拓學生的思路,讓學生們多多思考,多想解題方法。我們在上例題課的時候,要在重點題型上多做分析,在學生悟不出、想不出的時候,要在物理模型物理原理上多做分析下工夫,教給學生針對研究的問題應用物理模型和實驗解決。
學習一定的物理知識做題、應考只是簡單片面地學習,盡管這是非常實用的,是學生們在求學路上重視的,但是教師一定不能這樣,不能把應考作為目的,而要讓學生們愛上物理,具有探索物理教育的濃厚興趣,對探索過程掌握一定的思維方式與探究方法。這是一個充滿樂趣的學習過程,興趣是最好的老師,有了興趣,學生都會學好物理。
關鍵詞:探究性實驗教學; 閉合電路歐姆定律; 模擬實驗; 學生實驗
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A文章編號:1006-3315(2014)05-155-002
在科學技術快速發展的今天,實施以創新精神和實踐能力為重點的素質教育,重要的著眼點是轉變學生的學習習慣和學習方式。大多數民考民預科生模仿性學習心理是構成接受知識的主要因素。這種依賴性強,靠模仿去接受知識的習慣,是一種較為簡單的學習心理,民考民預科生普遍認為物理難學。究其原因難在學生各方面能力與預科物理學習要求的差距大。預科階段,乃至大學階段,要求自主學習物理。不同于自學,它是指學生在教師的指導下,以學生自己的體驗、參與和探究為主,從自身社會生活實踐中獲取物理知識,并創造性地解決生活中的問題的一種學習方法。怎樣才能把課堂教學與探究性學習、發現性學習和自主性學習相結合?在大力倡導探究性實驗教學的今天,迫切需要大量優秀的、具有創新性的探究實驗來豐富我們的課堂教學。為此,我們立足民考民預科生學習特點,對探究式實驗教學作一些有益的嘗試,希望能夠引領學生較為深入地學習物理的相關理論、方法、技能;提高學生的科學素養,激發學生實驗探究的興趣;增強學生的創新意識;培養學生實事求是,嚴謹認真的科學態度;養成交流與合作的良好習慣;發展學生的實踐能力。本文就《閉合電路歐姆定律》一節做探究性實驗教學設計。
一、教材和教學對象分析
閉合電路的歐姆定律主要分為電動勢和閉合電路的歐姆定律兩部分。電動勢的概念是閉合電路歐姆定律的關鍵和基礎。其基本內容有兩個方面:電源電動勢由電源本身性質決定的,它表征了電源將其他形式的能轉化成電能本領的大小。電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,在閉合電路里電源電動勢等于內外電壓之和。本節難點是路端電壓和外電阻之間的關系。學生通過多媒體的仿真實驗記錄數據,導出規律,使學生有感性的認識,課后讓學生進入實驗室,在做好仿真實驗的前提下,進行實驗,驗證結論,減少盲目性。
二、教學目標
1.知識目標
理解電動勢的定義。理解閉合電路歐姆定律及其公式,并能熟練地用來解決有關的電路問題。理解路端電壓隨電流(或外電阻)關系的公式表達和圖象表達,并能用來分析、計算有關問題。知道閉合電路中能量的轉化。
2.能力目標
通過路端電壓與外電阻的關系實驗探究,培養學生利用“實驗研究,得出結論”的科學思路和方法。研究路端電壓與電流的關系公式、圖象及圖象的物理意義,培養學生應用數學工具解決物理學問題的能力,培養學生運用物理知識解決實際問題的能力。
3.情感態度與價值觀
通過多媒體仿真探究實驗和課后的學生探究實驗,激發學生求知欲和學習興趣,享受成功的樂趣,體會物理學研究的科學性。通過分析路端電壓與電流(外電阻)的關系,培養學生嚴謹的科學態度,感受物理之美。通過學生之間的討論、交流與協作探究,培養團隊合作精神。
三、教學重點
閉合電路歐姆定律。路端電壓與電流(外電阻)關系的公式表示及圖象表示。
四、教學難點
電動勢的概念。路端電壓與電流(外電阻)關系。
五、教學思路
《閉合電路歐姆定律》是學生感到較為難以理解的知識點,電動勢的物理意義的理解是掌握閉合電路歐姆定律的關鍵和基礎。首先讓學生課前感受生活中的一些電源,初步明確電源是將其他形式的能轉化成電能的裝置,讓學生自己用電壓表測量不同類型的電源兩極間的電壓,為引入電動勢的概念作鋪墊。再讓學生在電腦上進行仿真實驗,學生通過連接不同的開關,改變外電阻阻值,內電阻阻值,記錄電流、電壓,分析數據,探究路端電壓與外電阻(電流)的關系,得出路端電壓與外電阻(電流)的關系。然后在課堂仿真實驗的基礎上進入實驗室實驗。避免了盲目性,引發學生學習的興趣,再進行討論,解釋現象原因。講授閉合電路中的功率,進一步從能量的轉化角度說明電源是將其他形式的能轉化成電能的裝置。最后,利用兩道例題來應用閉合電路歐姆定律,并適當地延伸拓展,通過課外思考題,使學生對電動勢的概念有更深刻的理解。
六、教學方法:探究性實驗教學法、多媒體仿真實驗探究,實驗室驗證、實驗分析、討論等方法
(一)電源。展示不同型號、種類電池、手搖發電機,對小燈泡供電。電源不同,結構不同,但有相同的規律。演示:1用小燈泡點觸干電池,點觸蓄電池,小燈泡發光。2將小燈泡與手機電池相接,小燈泡發光。3手搖發電機,同樣能夠使小燈泡發光。學生得出結論:干電池、蓄電池是將化學能轉化成電能;手搖發電機是將機械能轉化成電能。
(二)電源的電動勢:模擬實驗,介紹電路圖(如圖1),介紹實驗儀器。得出內、外電路,內、外電壓的概念,指出電源內部有電阻。看電池內部(如圖2),電荷定向移動形成電流,電荷電勢能減小.從能量轉化的角度初步理解電動勢的物理意義。觀察仿真實驗:電場中兩點間電勢差在數值上等于什么?利用計算機課件進行模擬實驗(如圖3)【模擬實驗一】:不閉合S2、S3,只閉合S1,觀察V1的大小。問題思考:(1)閉合開關S1后,此時伏特表V1測得的電壓?(2)此時外電阻多大?學生回答:電動勢越大,電源把其他形式的能轉化成電能的本領越強。學生模擬實驗,分析得出(1)伏特表測電源電動勢;(2)外電路電阻無窮大。E在數值上等于外電路斷開時電源兩端點壓。
圖1 圖2圖3
關鍵詞:物理實驗 電阻的測量
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-9082(2013)12-0048-02
測量是實驗探究的重要環節。電阻的測量是初中物理教學的重要實驗,能夠檢驗學生對基本電學儀器的使用、對電學基本規律的掌握,還能夠培養學生的發散思維能力和創新意識,是考察學生能力的重要命題熱點。分析近幾年初中學業水平考試試題我們就會發現,電阻的測量方法多種多樣, 實驗原理、實驗步驟和計算方法不盡相同,電路圖的設計靈活多變。 如果平時不加強實驗探究,就會在做題時容易出錯,造成丟分。因此電阻的測量, 是學生的弱點,是教學中的重點和難點。下面結合我自己的教學經驗和各種考試的試題,對電學實驗中電阻測量的幾種方法進行探討。
一、伏安法測電阻
伏安法測電阻就是用一個伏特表和一個安培表來測待測電阻測電阻的方法。實驗原理:R=U/I;實驗過程:(1)設計電路圖,如圖1所示;(2)按圖1把所給器材規范正確的連接成電路;(3)檢查電路連接無誤后閉合開關,用電流表測量出通過待測電阻Rx的電流,記為Ix ;(4)用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓,記為Ux; (5)根據歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值,其表達式為Rx= Ux/Ix。
用圖1的方法雖然簡單,但是由于只能測一次,因此實驗誤差較大,為了使測量結果更準確,實驗時把圖1進行改進,設計電路圖如圖2所示,按圖2把所給器材規范正確的連接成電路。增加滑動變阻器的目的是用滑動變阻器來調節待測電阻Rx兩端的電壓Ux,這樣就可以進行多次測量(一般測三次),求出平均值作為最后結果,以減小實驗誤差。伏安法測電阻的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I,在試驗中,移動滑動變阻器的滑片,每改變一次位置,就記錄一次對應的電壓表的示數Ux和電流表的示數Ix,計算一次待測電阻的值Rx,然后取平均值作為本次實驗的最后結果。
二、單表測電阻
單表測電阻是指電壓表和電流表各一個,只能選擇其中一種,這種方法需要選擇一個阻值已知的定值電阻R0 或已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器。下面來討論常見的幾種測法:
1.用電壓表和阻值已知的電阻R0 來測量待測電阻Rx的阻值
這種方法的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I和串聯電路中的電流處處相等的關系,按圖5的電路圖連接成電路,先把電壓表并聯接在已知電阻R0的兩端,讀出此時電壓表的示數,記為U0;然后再按圖6的電路圖連接成電路,把電壓表并聯接在未知電阻Rx的兩端, 讀出此時電壓表的示數,記為Ux,根據串聯電路中電流處處相等以及歐姆定律的知識得:
在此實驗中如果電壓表只允許連接一次,那么該實驗又如何設計?:
1.1按圖5所示電路圖連接電路,電壓表選擇合適量程,開關閉合前R0與Rx組成串聯電路,電壓表測的是Rx兩端的電壓,讀出電壓表的示數,即為Rx的電壓,記為Ux ;開關閉合后R0被短路,電壓表測的是Rx的電壓也是電源電壓,讀出電壓表的示數,即為總電壓U,在串聯電路中,由于流過Rx的電流與流過R0的電流相等,即有Ux / Rx =(U-Ux)/ R0,所以:
我們也可以用電路圖圖6來進行測量,這種方法的未知電阻Rx的表達式為:
1.2在(1)實驗中如果將一個單刀雙擲開關引入,我們還可以用電路圖圖7的設計來進行未知電阻Rx的測量,當開關擲于1時,電壓表測量的是R0兩端的電壓U0;當開關擲于2時,電壓表測量的是總電壓U。根據歐姆定律公式I =U/R、串聯電路中的電流處處相等及電壓的關系有:
所以未知電阻Rx的表達式為:
2.用電流表和阻值已知的電阻R0 來測量待測電阻Rx的阻值
這種方法的原理是歐姆定律的變形公式R=U/I和并聯電路中各支路的電壓相等且等于電路的總電壓的關系。先按圖8的電路圖連接成電路, 用電流表與已知的電阻R0串聯,測出R0的電流,記為I0;然后再按圖9的電路圖連接成電路,把電流表與Rx串聯,讀出此時電流表的示數,即為Rx的電流,記為Ix。根據并聯電路中電壓的關系以及歐姆定律的知識得:
在此實驗中如果電流表只允許連接一次,那么可以用下列方法來進行待測電阻Rx的測量:
2.1按圖10所示的電路圖連接電路,電源電壓恒定不變,電流表選擇合適的量程,讀出開關閉合前后電流表的示數分別是I與Ix。開關閉合前R0與Rx組成串聯電路,電流表測的I為串聯電路的電流;開關閉合后已知電阻R0被短路,電路中只有Rx,電流表測的Ix為Rx的電流,由于開關閉合前后電源電壓恒定不變,所以:
2.2按圖11所示的電路圖連接電路,電源電壓恒定不變,電流表選擇合適的量程,先斷開開關,只有已知電阻R0連入電路,讀出電流表的示數,即為已知電阻R0的電流,記為I0;然后再閉合開關,已知電阻R0與待測電阻Rx 連接成并聯電路 ,電流表在干路上是測量總電流,讀出此時電流表的示數,即為總電流,記為I,由于開關閉合前后電源電壓恒定不變,根據并聯電路中電壓的關系、電流的關系以及歐姆定律的知識得:
2.3我們還可以將一個單刀雙擲開關引入,用電路圖圖12的設計來進行未知電阻Rx的測量。當開關擲于1時,電流表測量的是Rx的電流,記為Ix,當開關擲于2時,電流表測量的是R0的電流,記為I0。根據并聯電路中的電壓的關系以及歐姆定律的知識得:
除以上幾種測電阻的方法以外,還有常用的易于學生理解的測電阻的方法,如:(1)用電壓表和已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器來測量待測電阻的阻值;(2)用電流表和已知最大電阻值為R0 的滑動變阻器來測量待測電阻的阻值;(3)用等效法測量(用電流表和電阻箱)。在此不再一一討論。
參考文獻
[1]義務教育《物理課程標準》(2011年版,北京師范大學出版社 ,2012年1月).
[2]《新課程背景下的初中物理教學法》(崔秀梅 主編 2004年5月第一版 首都師范大學出版社).
1 教材中兩點值得商榷的地方
在過去的教學過程中,按照教材提供的素材和呈現知識的順序進行施教.在實際教學中,學生就會出現以下的現象:(1)容易混淆電功和電熱這兩個物理概念.因為教材中,就是從電功公式推導出焦耳定律.很容易讓學生認為求電熱就用電功來計算,再遇到非純電阻電路不能清晰的區分開,要費力抹掉前面的那些“深刻印象”,重新認識問題,這樣的反復往往使學生感到比掌握新知識還要困難.(2)閉合電路歐姆定律各公式的適用范圍含糊不清.根據教材的設計,從純電阻電路推導出了公式I=ER+r或E=IR+Ir,再把公式推導成E=U外+U內.這種從特殊到一般的推導順序違背了學生的認知規律,學生不能理解E=U外+U內適用于一切電路.
2 適當調整教材中概念和規律的設計
在施教恒定電流的過程中,以電動勢、電功兩個概念和焦耳定律為基礎,貫徹能量轉化與守恒定律思想的講授順序,學生反映知識的系統是清晰的,掌握起來比較方便.
這樣的教學設計一方面從理論分析的角度使學生對概念和規律有了更深刻的理解;另一方面使學生體會到,許多概念和規律都靠邏輯關系聯系著,物理學是一個自洽的體系.
2.1 電動勢概念的建立
從非靜電力做功的角度引入電動勢的概念,教學設計上要有層次,努力使學生經歷一個理性的、邏輯的科學思維過程,并將其思維上的臺階搭建合理.
設計的幾個臺階:①電源能維持電荷逆勢而上,一定存在著“非靜電力”;②非靜電力一定要克服靜電力做功,靜電力做負功,所以電能在增加.從能量轉化的角度看,電源是把其他形式能轉化為電能的裝置,非靜電力做功的物理意義就是量度了產生多少電能.③把相同的正電荷從負極經電源內部移到正極,非靜電力在不同的電源中做功不一樣,即不同的電源非靜電力做功的本領是不同的,引入電動勢來表達電源的這種特性.
可以看出,以這樣方法引入電動勢,的確要比直接給出一個名詞費些時間,但這是值得,因為這里體現了物理學的基本思想之一,通過做功研究能量變化的思想,用比值定義物理量的思想.不僅如此,這樣的學習還有助于建立閉合電路中電荷運動的圖景.
2.2 焦耳定律的教學
教材中,根據功和能的關系,從電能的轉化引入電功的概念,然后根據靜電力做功知識和電流與電荷量的關系得到了電功的公式W=UIt.此處要強調電功的物理意義,功是能量轉化的量度,電流做了多少功,就有多少電能轉化為其他形式的能,即電功量度了電路中電能的減少,這是電路中能量轉化與守恒的關鍵.
焦耳定律的教學,我們要歸還焦耳定律的本來面貌,以物理學史的方式進行教學,更科學更合理.學生知道焦耳定律是一條實驗規律,電流的熱效應Q=I2Rt,反映了電流流經電阻就產生Q=I2Rt電熱.通過電動機電路,討論消耗的電能與產生電熱的關系,這樣學生對電功和電熱的關系就一目了然.
2.3 閉合電路歐姆定律的教學
教材的基本思路:電源所產生的電能即非靜電力做功等于內外電路產生的電熱.即
EIt=I2Rt+I2rt,
可推導出
E=IR+Ir
或
I=ER+r,
一、物理定律教學法
在學生學習物理時,首先接觸的就是定律.對于怎樣能學好定律很多學生都會很茫然,也是每個物理教師首要考慮的問題.
在進行一項定律教學時,教師都會有意識的補充大量與這一定律有關的內容,這就是所謂的“溯源”教學.任何一個重要物理定律的建立,都會經過一個漫長的過程,在探索一個成功的定律,最后這個定律一定能夠得到確立,其中一定離開不科學的研究和正確的思維推理,這是人類一筆寶貴的知識財富,也是我們物理教學不可缺少的寶貴財富.
例如,牛頓萬有引力定律時,我們從第谷對行星進行幾十年的觀測積累的大量第一手資料講起,然后是開普勒在擁有這些數據的基礎上,通過大量計算總結出描寫天體運動的經驗規律(開普勒三定律),最后才是牛頓用定量的動力學原理對這些規律予以解釋,終于發現了對天上、地上的物體具有普遍意義的萬有引力定律.在學習牛頓萬有引力定律的過程中,我們還著重向學生介紹了“歸納法”、“理想化”和“間接驗證”三種科學研究的重要方法.
在學習歐姆定律時,很多學生開始時都以為研究導體電流和導體兩端的電壓之間的關系是不困難,只要用電流表、電壓表再加電源和可變電阻器等組成電路即可.可是在歐姆那個年代,非但沒有電流表、電壓表等儀器,連電壓、電流和電阻的定義和單位都沒有,歐姆面臨的困難之大是可想而知的.他到底是怎樣得到這個電學中最重的定律的呢?頓時讓學生對此產生了濃厚的興,在學習歐姆定律如何誕生的過程時,我們還結合歐姆的實踐,介紹了用圖線探新規律的方法.
通過一系列系統的學習,讓學生掌握一些重要的科學研究方法,有些學生在得到深刻體會時說到:學好物理定律是寶貴的,但搞懂研究物理定律的科學方法更寶貴,掌握了這些科學的研究方法,就能探索出大自然層出不窮的奧秘.
物理本就是一門自然學科,它的規律都是通過對生活中的一些現象觀察和在實驗的基礎上,認真思考總結得出來的.
二、習題研究教學法
不論是教師還是學生,在習題練習上都花費了大量的時間,物理習題教學也是物理課堂教學的重要組成部分之一.因此,習題教學的改革是一個非常重要的問題.想要培養學生具有良好的理解、分析、推理等能力,在做我們要求學生物理習題時就應該有目的性的習題來進行練習.
1.圍繞解題方法做習題
課本上一般都是按照力、熱、電、光等系統性的順序來講解,但是當我們講解習題時,應該圍繞解題方法分類來講解物理練習題.例如,對稱法、圖象法等等,這樣有系統的劃分和分類集中把一些重要的解題方法,在學習到某個階段的時候,集中將一批解題方法相同的習題安排給學生練習,使他們深刻的記牢這個解題方法.在以后的學習中遇到這種題類,能夠應用自如.
2.階梯練習法
階梯練習主要是幫助學生掌握一些難度高的題類比較有效.例如,在學生遇到一道難題不會做時,老師不應該直接告訴他們應該怎么去做,這時應該通過課堂講解一些題型相同,但難度較小的讓他們做做.或者講解一道內容完全不同,但解題方法相似的題給他們去理解,直到學生領悟出這道難題應該怎樣解為止.這樣讓學生一步一步自己往上爬,通過自己的努力提高學習的水平,比被動地聽老師講解效果要好得多.
三、特優學生特殊實驗