時間:2023-07-21 17:27:17
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篇歐姆定律特點,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:理解;歐姆定律;電流;電壓;電阻
歐姆定律是初中物理電學部分的核心內容,也是中考中考點的重點內容、難點內容。歐姆定律掌握的好壞直接影響學生的考試成績,要多用時間將這塊知識夯實,才能取得高考的勝利。
一、明確歐姆定律的內容
1、實驗思想和方法
歐姆定律在教材上是通過在“控制變量法”的實驗思想基礎上歸納總結出來的:即在控制電阻不變,得到通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比;控制導體兩端的電壓不變,得到通過導體的電流跟導體的電阻成反比。由此得到了電路中電流與電壓、電阻之間的關系。
2、歐姆定律的表達式
由實驗總結和歸納出歐姆定律:通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。
表達式為:I=U/R;I的單位是安(A),U的單位是伏(V),R的單位是歐(Ω);導出式:U=IRR=U/I
注意表達式中的三個物理量之間的關系式是一一對應的關系,即具有同一時間,同一段導體的關系。
3、歐姆定律的應用條件
(1).歐姆定律只適用于純電阻電路;
(2).歐姆定律只適用于金屬導電和液體導電,而對于氣體、半導體導電一般不適用;
(3).歐姆定律表達式I=U/R表示的是研究不包含電源在內的“部分電路”;
(4).歐姆電律中“通過”的電流I、“兩端”的電壓U及“導體”的電阻R都是同一個導體或同一段電路上對應的物理量,不同導體之間的電流、電壓和電阻間不存在上述關系。
4.區別I=U/R和R=U/I的意義
歐姆定律中I=U/R表示導體中的電流的大小取決于這段導體兩端的電壓和這段導體的電阻。當導體中的U或R變化時,導體中的I將發生相應的變化。可見,I、U、R都是變量。另外,I=U/R還反映了導體兩端保持一定的電壓,是導體形成持續電流的條件。若R不為零,U為零,則I也為零;若導體是絕緣體R可為無窮大,即使它的兩端有電壓,I也為零。因此,在歐姆定律I=U/R中,當R一定時I與U成正比;當U一定時I與R成反比。
R=U/I是歐姆定律推導得出的,表示一段導體兩端的電壓跟這段導體中的電流之比等于這個導體的電阻。它是電阻的計算式,而不是它的決定式。導體的電阻反映了導體本身的一種性質,因此,在導出式R=U/I中R與I、U不成比例。
對于給定的一個導體,比值U/I是個定值;而對于不同的導體,這個比值是不同的。不能認為導體的電阻跟電壓和電流有關。
二、歐姆定律的應用
在運用歐姆定律,分析、解決實際問題,進行有關計算時應注意以下幾方面的問題:
1.要分析清楚電路圖,搞清楚要研究的是哪一部分電路。這部分電路的連接方式是串聯,還是并聯,這是解題的關鍵。
2.利用歐姆定律解題時,不能把不同導體上的電流、電壓和電阻代入表達式I=U/R及導出式U=IR和R=U/I進行計算,也不能把同一導體不同時刻、不同情況下的電流、電壓和電阻代入歐姆定律的表達式及導出式進行計算。為了避免混淆,便于分析問題,最好在解題前先根據題意畫出電路圖,在圖上標明已知量的符號、數值和未知量的符號。同時要給“同一段電路”同一時刻的I、U、R加上同一種腳標;不能亂套公式,并注意單位的統一。
3.要搞清楚改變和控制電路結構的兩個基本因素:一是開關的通、斷情況;二是滑動變阻器連入電路中的阻值發生變化時對電路的影響情況。因此,電路變化問題主要有兩種類型:一類是由于變阻器滑片的移動,引起電路中各個物理量的變化;另一類是由于開關的斷開或閉合,引起電路中各個物理量的變化。解答電路變化問題的思路為:先看電阻變化,再根據歐姆定律和串、并聯電路的特點來分析電壓和電流的變化。這是電路分析的基礎。
三、典型例題剖析
例1 在如圖所示的電路中,R=12Ω,Rt的最大阻值為18Ω,當開關閉合時,滑片P位于最左端時電壓表的示數為16V,那么當滑片P位于最右端時電壓表的示數是多少?
解析:分析本題的電路得知是定值電阻R和滑動變阻器Rt 串聯的電路,電壓表是測R兩端電壓的。當滑動變阻器的滑片P位于最左端時電壓表的示數為6V,說明電路中的總電壓(電源的電壓)是6V,而當滑動變阻器的滑片P位于最右端時,電壓表僅測R兩端的電壓,而此時電壓表的示數小于6V。
滑片P位于變阻器的最右端時的電流為I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此時電壓表的示數為U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如圖所示,滑動變阻器的滑片P向B滑動時,電流表的示數將;電壓表的示數將。(填“變大”、“變小”或“不變”)如此時電壓表的示數為2.5V,要使電壓表的示數變為3V,滑片P應向端滑動。
圖1
分析:根據歐姆定律I=UR,電源電壓不變時,電路中的電流跟電阻成反比。此電路中滑動變阻器接入電路的電阻是AP段,動滑片P向B滑動時,AP段變長,電阻變大,所以電流變小。電壓表是測Rx兩端的電壓,根據Ux=IRx可知,Rx不變,I變小,電壓表示數變小。反之,要使電壓表示數變大,滑片P應向A端滑動。
答案:變小;變小;A。
參考文獻:
表2填0.15安和15歐。根據:在電壓不變的情況下,導體中的電流跟導體的電阻成反比。
2.進行新課
(1)歐姆定律
由實驗我們已知道了在電阻一定時,導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,在電壓不變的情況下,導體中的電流跟導體的電阻成反比。把以上實驗結果綜合起來得出結論,即歐姆定律。
板書:〈第二節歐姆定律
1.內容: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。〉
歐姆定律是德國物理學家歐姆在19世紀初期(1827年)經過大量實驗得出的一條關于電路的重要定律。
歐姆定律的公式:如果用U表示加在導體兩端的電壓,R表示這段導體的電阻,I表示這段導體中的電流,那么,歐姆定律可以寫成如下公式:
I=U/R。
公式中I、U、R的單位分別是安、伏和歐。
公式的物理意義:當導體的電阻R一定時,導體兩端的電壓增加幾倍,通過這段導體的電流就增加幾倍。這反映導體的電阻一定時,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比例關系(I∝U)。當電壓一定時,導體的電阻增加到原來的幾倍,則導體中的電流就減小為原來的幾分之一。反映了電壓一定時,導體中的電流跟導體的電阻成反比例的關系(I∝U/R)。公式I=U/R完整地表達了歐姆定律的內容。
板書:<2.公式:I=U/R
I-電流(安)U-電壓(伏)R-電阻(歐)>
有關歐姆定律的幾點說明:
①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。
②對于一段電路,只要知道I、U和R三個物理量中的兩個,就可以應用歐姆定律求出另一個。
③使用公式進行計算時,各物理量要用所要求的單位。
(2)應用歐姆定律計算有關電流、電壓和電阻的簡單問題。
例題1:課本中的例題1。(使用投影片)
學生讀題,根據題意教師板演,畫好電路圖(如課本中的圖8-2)。說明某導體兩端所加電壓的圖示法。在圖上標明已知量的符號、數值和未知量的符號。
解題過程要求寫好已知、求、解和答。解題過程寫出根據公式,然后代入數值,要有單位,最后得出結果。
板書:〈例題1:
已知:R=807歐,U=220伏。
求:I。
解:根據歐姆定律
I=U/R=220伏/807歐=0.27安。
答:通過這盞電燈的電流約為0.27安?!?/p>
例題2:課本中例題2。(使用投影片)
板書:〈例題2〉
要求學生在筆記本上按例題1的要求解答。由一位同學到黑板上進行板演。
學生板演完畢,組織全體學生討論、分析正誤。教師小結。
①電路圖及解題過程是否符合規范要求。
②答題敘述要完整。本題答:要使小燈泡正常發光,在它兩端應加2.8伏的電壓。
③解釋U=IR的意義:導體兩端的電壓在數值上等于通過導體的電流跟導體電阻的乘積。不能認為"電壓跟電流成正比,跟電阻成反比。"因為這樣表述顛倒了因果關系也不符合物理事實。
例題3:課本中的例題3。(使用投影片)
板書:〈例題3〉
解題方法同例題2。學生板演完畢,組織學生討論、分析正誤。教師小結。
①解釋R=U/I的物理意義:對同一段導體來說,由于導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,所以i的比值是一定的。對于不同的導體,其比值一般不同。U和I的比值反映了導體電阻的大小。導體的電阻是導體本身的一種性質,它的大小決定于材料、長度和橫截面積,還跟溫度有關。不能認為R=U/I表示導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比,跟導體中的電流成反比。由于電阻是導體本身的一種性質,所以某導體兩端的電壓是零時,導體中的電流也等于零,而這個導體的電阻值是不變的。
②通過例題3的解答,介紹用伏安法測電阻的原理和方法。
板書:(書寫于例題3解后)
〈用電壓表和電流表測電阻的方法叫做伏安法。〉
3.小結
(1)簡述歐姆定律的內容、公式及公式中各物理量的單位。
什么叫伏安法測電阻?原理是什么?
(2)討論:通過課本中本節的"想想議議",使學生知道:
①電流表的電阻很小(有的只有零點幾歐),因此實驗中絕對不允許直接把電流表按到電源的兩極上。否則,通過電流表的電流過大,有燒毀電流表的危險。
②電壓表的電阻很大(約幾千歐),把電壓表直接連在電源的兩極上測電壓時,由于通過電壓表的電流很小,一般不會燒毀電壓表。
4.布置作業
課本本節后的練習1、4。
(四)說明:通過例題,要領會培養學生在審題基礎上畫好電路圖,按規范化要求解題。
第四節電阻的串聯
(一)教學目的
1.通過實驗和推導使學生理解串聯電路的等效電阻和計算公式。
2.復習鞏固串聯電路電流和電壓的特點。
3.會利用串聯電路特點的知識,解答和計算簡單的電路問題。
(二)教具
學生實驗:每組配備干電池三節,電流表、電壓表、滑動變阻器和開關各一只,定值電阻(2歐、4歐、5歐各一只)三個,導線若干。
(三)教學過程
1.引入新課
(1)閱讀本節課文前的問號中提出的問題,由此引出本節學習的內容。
板書:〈第四節電阻的串聯〉
(2)問:什么叫串聯電路?畫出兩個定值電阻串聯的電路圖。(同學回答略,板演電路圖參見課本圖8-7)
(3)問:串聯電路電流的特點是什么?舉例說明。
學生回答,教師小結,在板演電路圖上標出I1、I2和I。
板書:〈1.串聯電路中各處的電流相等。I1=I2=I?!?/p>
(4)問:串聯電路的總電壓(U)與分電壓(U1、U2)的關系是什么?舉例說明。
學生回答,教師小結,在板演電路圖上標出U1、U2和U。
板書:〈2.串聯電路兩端的電壓等于各部分電路兩端電壓之和。U=U1+U2?!?/p>
(5)幾個已知阻值的電阻串聯后,總電阻和各電阻之間有什么關系?這是本節課學習的主要內容。
2.進行新課
(1)實驗:測R1和R2(R3)串聯的總電阻。
問:實驗的方法和原理是什么?
答:用伏安法測電阻。只要用電壓表測出R1和R2串聯電阻兩端的總電壓放用電流表測出通過串聯電阻的電流,就可以根據歐姆定律逄出R1和R2串聯后的總電阻。
要求學生設計一個測兩個定值電阻(R1=2歐、R2=4歐)串聯總電阻的實驗電路。如課本圖8-5所示。
進行實驗:
①按伏安法測電阻的要求進行實驗。
②測出R1(2歐)和R2(4歐)串聯后的總電阻R。
③將R1和R3串聯,測出串聯后的總電阻R′。將實驗結果填在課文中的結論處。
討論實驗數據,得出:R=R1+R2,R′=R1+R3。實驗表明:串聯電路的總電阻,等于各串聯電阻之和。
(2)理論推導串聯電路總電阻計算公式。
上述實驗結論也可以利用歐姆定律和串聯電路的特點,從理論上推導得出。
結合R1、R2的串聯電路圖(課本圖8-6)講解。
板書:〈設:串聯電阻的阻值為R1、R2,串聯后的總電阻為R。
由于U=U1+U2,
因此IR=I1R1+I2R2,
因為串聯電路中各處電流相等,I=I1=I2
所以R=R1+R2?!?/p>
請學生敘述R=R1+R2的物理意義。
解答本節課文前問號中提出的問題。
指出:把幾個導體串聯起來,相當于增加了導體的長度,所以總電阻比任何一個導體的電阻都大,總電阻也叫串聯電路的等效電阻。
板書:〈3.串聯電路的總電阻,等于各串聯電阻之和。R=R1+R2。〉
口頭練習:
①把20歐的電阻R1和15歐的電阻R2串聯起來,串聯后的總電阻R是多大?(答:35歐)
②兩只電阻串聯后的總電阻是1千歐,已知其中一只電阻阻值是700歐,另一只電阻是多少歐?(答:300歐。)
(3)練習
例題1:
出示課本中的例題1投影幻燈片(或小黑板)。學生讀題并根據題意畫出電路圖(如課本圖8-7)。標出已知量的符號和數值以及未知量的符號。請一名學生板演,教師講評。
討論解題思路,鼓勵學生積極回答。
小結:注意審題,弄清已知和所求。明確電路特點,利用歐姆定律和串聯電路的特點求解。本題R1、R2串聯,所以I=I1=I2。因U1、U2不知,故不能求出I1或I2。但串聯電路的總電壓知道,總電阻R可由R1+R2求出,根據歐姆定律I=U/R可求出電流I。
板書:〈例題1:
已知:U=6伏,R1=5歐,R2=15歐。
求:I。
解:R1和R2串聯,
R=R1+R2=5歐+15歐=20歐。
電路中電流:I=U/R=6伏/20歐≈0.3安。
答:這個串聯電路中的電流是0.3安?!?/p>
例題2:
出示課本中例題2的投影片,學生讀題,畫電路圖(要求同例題1)。
討論解題思路,鼓勵學生積極參與。
①問:此題中要使小燈泡正常發光,串聯一個適當電阻的意義是什么?
答:小燈泡正常發光的電壓是2.5伏,如果將其直接連到6伏的電源上,小燈泡中電流過大,燈絲將被燒毀。給小燈泡串聯一個適當電阻R2,由于串聯電路的總電壓等于各部分電路電壓之和,即U=U1+U2。串聯的電阻R2可分去一部分電壓。R2阻值只要選取合適,就可使小燈泡兩端的電壓為2.5伏,正常發光。
②串聯的電阻R2,其阻值如何計算?
教師引導,學生敘述,分步板書(參見課本例題2的解)。
本題另解:
板書:〈R1和R2串聯,由于:I1=I2,
所以根據歐姆定律得:U1/R1=U2/R2,
整理為U1/U2=R1/R2。〉
3.小結
串聯電路中電流、電壓和電阻的特點。
4.布置作業
本節后的練習:1、2、3。
(四)說明
1.本節測串聯電路總電阻的實驗,由于學生已學習了伏安法測電阻的知識,一般掌握較好,故實驗前有關要求的敘述可從簡。但在實驗中教師要加強巡回指導。
2.從實驗測出串聯電阻的總電阻和運用歐姆定律推導出的結果一致。在此應強調實踐和理論的統一。在推導串聯電阻總電阻公式時,應注意培養學生的分析、推理能力。
3.解答簡單的串聯電路計算問題時要著重在解題思路及良好的解題習慣的培養上下功夫。
第五節電阻的并聯
(一)教學目的
1.使學生知道幾個電阻并聯后的總電阻比其中任何一個電阻的阻值都小。
2.復習鞏固并聯電路電流、電壓的特點。
3.會利用并聯電路的特點,解答和計算簡單的電路問題。
(二)教具
每組配備干電池二節,電壓表、電流表、滑動變阻器和開關各一只,定值電阻2只(5歐和10歐各一只),導線若干條。
(三)教學過程
1.復習
問:請你說出串聯電路電流、電壓和電阻的特點。(答略)
問:請解答課本本章習題中的第1題。
答:從課本第七章第一節末所列的數據表可以知道,在長短、粗細相等條件下,鎳鉻合金線的電阻比銅導線的電阻大;根據串聯電路的特點可知,通過銅導線和鎳鉻合金中的電流一樣大;根據歐姆定律得U=IR,可得出鎳鉻合金導線兩端的電壓大于銅導線兩端的電壓。
問:請解本章習題中的第6題。(請一名學生板演,其他學生自做,然后教師講評。在講評中要引導學生在審題的基礎上畫好電路圖,按規范化要求求解。)
2.引入新課
(1)請學生閱讀本節課文前問號中所提出的問題,由此提出本節學習的內容。
板書:〈第五節電阻的并聯〉
(2)問:并聯電路中電流的特點是什么?舉例說明。
學生回答,教師小結。
板書:〈1.并聯電路的總電流等于各支路中電流之和。即:I=I1+I2。〉
(4)問:并聯電路電壓的特點是什么?舉例說明。
學生回答,教師小結。
板書:〈2.并聯電路中各支路兩端的電壓相等?!?/p>
(5)幾個已知阻值的電阻并聯后的總電阻跟各個電阻之間有什么關系呢?這就是本節將學習的知識。
3.進行新課
(1)實驗:
明確如何測R1=5歐和R2=10歐并聯后的總電阻,然后用伏安法測出R1、R2并聯后的總電阻R,并將這個阻值與R1、R2進行比較。
學生實驗,教師指導。實驗完畢,整理好儀器。
報告實驗結果,討論實驗結論:實驗表明,幾個電阻并聯后的總電阻比其中任何一個電阻都小。
板書:〈3.幾個電阻并聯后的總電阻比其中任何一個電阻都小?!?/p>
問:10歐和1歐的兩個電阻并聯的電阻小于多少歐?(答:小于1歐。)
(2)推導并聯電路總電阻跟各并聯電阻的定量關系。(以下內容教師邊講邊板書)
板書:〈設:支路電阻分別是R1、R2;R1、R2并聯的總電阻是R。
根據歐姆定律:I1=U1/R1,I2=U2/R2,I=U/R,
由于:I=I1+I2,
因此:U/R=U1/R1+U2/R2。
又因為并聯電路各支路兩端的電壓相等,即:U=U1=U2,
可得:1/R=1/R1+1/R2。
表明:并聯電路的總電阻的倒數,等于各并聯電阻的倒數之和?!?/p>
練習:計算本節實驗中的兩個電阻(R1=5歐,R2=10歐)并聯后的總電阻。
學生演練,一名學生板演,教師講評,指出理論計算與實驗結果一致。
幾個電阻并聯起來,總電阻比任何一個電阻都小,這是因為把導體并聯起來,相當于增加了導體橫截面積。
(3)練習
例題1:請學生回答本節課文前問號中提出的問題。(回答略)
簡介:當n個相同阻值的電阻并聯時總電阻的計算式:R=R''''/n。例題1中:R′=10千歐,n=2,所以:R=10千歐/2=5千歐。
例題2.在圖8-1所示電路中,電源的電壓是36伏,燈泡L1的電阻是20歐,L2的電阻是60歐,求兩個燈泡同時工作時,電路的總電阻和干路里的電流。(出示投影幻燈片或小黑板)
學生讀題,討論此題解法,教師板書:
認請此題中燈泡L1和L2是并聯的。(解答電路問題,首先要認清電路的連接情況)。在電路圖中標明已知量的符號和數值以及未知量的符號。解題要寫出已知、求、解和答。
(過程略)
問:串聯電路有分壓作用,且U1/U2=R1/R2。在并聯電路,全國公務員共同天地中,干路中電流在分流點分成兩部分,電流的分配跟電阻的關系是什么?此題中,L1、L2中電流之比是多少?
答:(略)
板書:〈在并聯電路中,電流的分配跟電阻成反比,即:I1/I2=R2/R1。〉
4.小結
并聯電跟中電流、電壓、電阻的特點。
幾個電阻并聯起來,總電阻比任何一個電阻都小。
5.布置作業
課本本節末練習1、2;本章末習題9、10。
參看課本本章的"學到了什么?,根據知識結構圖寫出方框內的知識內容。
(四)說明
1為什么要對《閉合電路的歐姆定律》進行教材二次開發
人教版教材對這節課的安排是:直接給出全電路的概念,從功能關系出發,根據能量守恒,理論推導出閉合電路歐姆定律和U內+U外=E;再根據閉合電路歐姆定律理論分析電源的路端電壓與負載的關系.
教材的順序安排優點是邏輯主線明了,缺點是對閉合電路特別是內電路的建構不夠直觀.而學生的具體情況是,已經掌握了部分電路的歐姆定律;根據初中學習的經驗,他們認為電源兩端的電壓是恒定不變的;如何直觀認識內電路的結構以及形成電源兩端電壓會隨著負載的變化而變化的觀點是本節課的重點之一.顯然教材僅從理論角度來推導閉合電路的歐姆定律是不夠解決學生的問題的.因此,筆者從學生的學情出發,深入地研究了本節課教材的編寫意圖和本校的實際情況,進行了教材的二次開發.
2怎樣實施《閉合電路的歐姆定律》的教材二次開發
2.1教學呈現順序的二次開發
如圖1所示的演示實驗引入,提出當開關S2、S3合上時電燈甲的亮度怎樣變化,學生的回答是甲燈亮度不變.而實驗發現甲燈的亮度逐漸變暗,引起學生認知的強烈沖突.課堂上通過實驗探究甲燈亮度變暗的原因,引入內電路的概念.再呈現演示實驗2,直接呈現出電源的內電路部分,用兩只電壓表測量出外電壓和內電壓,當負載變化時,實驗發現U內+U外為常數.通過這樣兩個演示實驗,學生對內電路有了非常直觀的認識,從本質上理解電源具有內阻的原因,知道了如何測量內電壓,對全電路的認識更加清晰.總體的教學順序是:首先是演示實驗一、二,然后得到U內+U外為常數,教師指出這個常數就是電源的電動勢E,最后推導出閉合電路的歐姆定律.
本節課的最后環節是重新解釋演示實驗一電燈甲的亮度變暗的原因.這樣的教學順序,始終圍繞著實驗一展開討論,在解決問題的過程中獲得新知.比較符合學生的認知規律,對于本節課出現的新概念如閉合電路、外電路、內電路、路端電壓、內電壓有了非常直觀的認識.
2.2教學內容的二次開發
從教學內容上看,原教材僅從理論的角度進行教學,而本節課筆者采取的方法是實驗和理論相結合的方法進行教學.內容與原教材相比,內容更加豐富,學生要經歷觀察實驗,產生疑問,解決問題,理論推導等多個過程.因此學生對閉合電路的歐姆定律有更全面而深刻的認識.從引入的方式來看,教材直接給出閉合電路的概念,而筆者通過演示實驗設疑、答疑的過程中引入閉合電路.從思維的角度看,學生經歷了形象思維到抽象思維,從實驗到理論的過程.
第一種,學生觀看視頻
這種教學法是教師將歐姆定律的探究過程在課前以邊講邊操作的方式制作成錄像,然后在上課時直接播放給學生看.教師在上課時不需要做任何講解,一直等到實驗數據分析、歸納得出歐姆定律以后再進行課堂訓練,以幫助學生理解歐姆定律的意義,學會用歐姆定律進行簡單的計算.
第二種,學生瀏覽課件
這種方法是教師將教學內容制作成幻燈片,如實驗題目、實驗方法、實驗電路圖、電路連接注意點、用實物連接電路、通過滑動變阻器的調節對電壓與電阻進行控制、實驗數據表格及數據閱讀分析、歐姆定律的文字描述、公式、單位等等.在課堂上,教師邊講解邊放幻燈片,學生則合著老師的講解進行觀察、思考、分析、歸納與記憶.在歐姆定律得出以后,同樣進行課堂訓練,以鞏固知識,加深理解.
第三種,學生實驗探究
這種方法是教師上課時先通過演示實驗啟發學生發現問題、提出猜想與假設,然后再引導學生思考實驗研究方法,幫助學生討論、設計與制訂實驗計劃、分組進行實驗探究,記錄、分析、歸納實驗結論,再在此基礎上對實驗誤差進行評估與交流等等.具體過程如下:
第一步,教師在演示電路板上用導線將干電池組、開關、小燈泡連接成一簡單的電路,閉合開關小燈泡發光后,啟發學生思考討論,要想改變小燈泡的亮度可怎么做?有幾種方法?當學生討論回答出改變電池節數和用滑動變阻器串聯移動滑片兩種方法時,再引導學生明確燈泡亮度的變化是由于燈泡電壓的變化使得通過燈泡的電流發生了變化,從而啟發學生提出通過燈泡的電流與電壓有關的猜想與假設.
第二步,移去變阻器,在上述簡單電路中并聯接入另一只不同規格的燈泡,閉合開關,引導學生觀察兩燈泡亮度的不同,思考討論燈泡并聯電壓相同,兩燈泡電阻的不同使得通過燈泡的電流不同,從而引起燈泡亮度不同,在此基礎上啟發學生提出通過燈泡的電流與電阻有關的猜想與假設.
第三步,當學生得出電流與電壓和電阻有關的猜想后,教師引導學生討論實驗探究方法、規劃實驗方案、設計實驗電路圖、畫出實驗記錄表格.
第四步,分組進行探究與實驗、記錄實驗數據、分析討論與歸納實驗結論,引導學生在坐標紙上將研究電流與電壓關系的實驗數據用描點的方法作圖,驗證電流與電壓的正比關系.
第五步,在實驗結論得出后,介紹歐姆定律及其公式表達形式,討論各物理量單位的使用,對各小組實驗進行評估,分析誤差和錯誤產生的原因.
第六步,討論歐姆定律變換公式及其物理意義,利用歐姆定律及變換公式進行簡單的計算.
以上三種教學方案中,第一種方案是老師在課前要進行實驗操作錄像并作配音講解;第二種方案是老師只要從網上下載課件并稍作修改即可;第三種方案是老師在課前要準備演示及分組實驗器材.第一種和第二種教學方案中,學生在課堂上主要是在老師放錄像和課件時認真地聽講、觀察、思考和記憶,這是一種接受式學習方式.而第三種教學方案中,學生在老師的引導下自主發現并提出問題、進行猜想與假設,自行制訂實驗規劃、設計實驗電路圖,小組合作實驗探究,師生共同討論、歸納建構物理知識,這是一種以生為本的體驗式的學習方式.前兩種與后一種在落實課程目標和促進學生發展等方面有著明顯的差別.我們可以從《歐姆定律》這節課的教學目標進行分析:
教育部2011年新版義務教育物理課程標準將歐姆定律的實驗探究由原來的教師演示實驗改成了學生必做的實驗.根據新課標,《歐姆定律》一課的教學目標大致有以下幾個方面:
1.知識與技能目標:
(1)理解歐姆定律及其變換公式的物理意義,能初步運用歐姆定律計算有關問題.
(2)學會同時使用電流表和電壓表測量一段導體兩端的電壓和其中的電流.
(3) 進一步體會用圖像法研究物理問題的優越性.
2.過程與方法目標
(1)通過實驗探究電流、電壓、電阻的關系,會用滑動變阻器改變部分電路兩端的電壓.
(2) 提高學生依據實驗事實,分析、探索、歸納問題的能力,知道通過實驗總結物理規律的研究方法.
3. 情感態度與價值觀目標
介紹歐姆的故事,增進學生熱愛科學、追求科學、獻身科學的學習熱情.重視學生對物理規律的客觀性、普遍性和科學性的認識,注意學生科學世界觀的形成.
教師如果采用前兩種多媒體教學方案替代第三種學生實驗探究教學方案,就會改變多媒體教學輔地位,違背教學規律,弱化教學效果.
首先,不恰當地使用多媒體教學手段,會抑制學生的學習興趣,難以調動學生主體的積極性,從而影響教學效果.
夸美紐斯說過:“興趣是創造一個樂觀與光明的教學環境的主要途徑之一.”興趣作為誘發學生學習動機的重要因素,在物理教學中主要是靠教師引導學生觀察物理現象、動手做各種實驗來激發學生學習興趣的.雖然第一、第二種教學方案中的光、聲、像等信息作用于學生感官,以直覺形象也能激發學生濃厚的學習興趣,但由于是人為的錄制、合成的,學生沒有身臨其境、親自動手,就很難體會到電壓、電阻對電流的影響.即使通過多媒體教學展示了實驗過程,一部分學生會認為這是由老師設計制作好的,缺乏可信性.因此,當老師向學生介紹歐姆的故事時,學生就難以體會到科學家探索知識的艱苦與辛勞、成功與快樂,學生的科學世界觀就難以形成.
我們都有這樣的體會:電腦電視上歌舞銀屏再精彩,也還抵不住到劇院看現場演出,哪怕是一般的演出也會讓人感到很興奮.這是什么原因?這就是人們普遍具有的一種強烈的“參與”意識.卡拉OK的流行不就是人們這種參與意識的外在體現嗎?因此用錄像投影來代替做實驗,往往會抑制學生具有的人類天性――“參與”意識,甚至會讓學生對科學知識的形成產生懷疑,學習興趣就此會大打折扣,主體的積極性很難被調動起來,從而影響教學效果.
其次,不恰當地運用多媒體教學手段取代相關的實驗,會違背學生的認知規律.
物理學家牛頓認為:“科學研究離不開實驗,應在實驗的基礎上,運用歸納的方法總結規律,進而建立起理論.”這也是哲學中由實踐到理論、由感性認識到理性認識過渡的普遍規律.現行中學物理教材也正是遵循這一規律而編寫的.然而在教學中,如果違背學生的認知規律,不恰當地用多媒體教學手段去取代實驗,必然會導致事與愿違的結果.實踐證明:實驗是學生認識過程的起點,通過實驗有助于學生將感性認識上升到理性認識的高度,同時還可以使學生在反復的實踐中加深對所學知識的理解.第一、第二種教學方案雖然通過多媒體教學方式也能反映實驗過程,但這個過程不是學生自己動手做的,缺乏實踐體驗,因此就沒有感性認識,電流與電壓、電阻之間關系的結論就不能由學生自主建構.
再次,以多媒體教學手段取代物理實驗,會影響學生實驗技能和各種能力的發展,不利于學生學習情感、態度、價值觀的培養.
說課是把執教者的教學設想,教學思想及其理論依據說出來,供同行商榷和交流。今天“說課”的內容是“歐姆定律”一節。下面介紹說這節課的過程。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學生在初中階段已經學過,高中選修教材安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基礎研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖像法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節課的教學目的和教學要求。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎。本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段。
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析,這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從教學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從教學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實驗操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須通過實驗的檢驗,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用。
2. 對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答,這樣使學生既鞏固實驗知識,又調動學生積極參與。
3. 在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余學生注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖像使學生的學習情緒轉向高漲。
5. 在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提請學生展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實驗結論的基礎上,進一步總結歐姆定律,這實際是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力。
7. 為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合教材練習題,熟悉歐姆定律的應用,時間不宜過長,以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
4. 定義電阻及總結歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。
5.所編反饋練習題應重點放在概念辨析和方法訓練上,不能把套公式計算作為重點。
關鍵詞: 電路 電阻 閉合電路歐姆定律 綜合應用能力
在中學電學知識中,電路問題是其中的核心內容之一。準確把握電路問題的處理方法,既是強化恒定電流復習的關鍵所在,又是提高電學知識綜合應用能力的重要途徑。本文就十大電路的分析方法作探討。
1.有線性電阻的電路
線性電阻是指電阻阻值不隨通過它的電流變化而變化的用電器。求解由線性電阻組成的電路問題,關鍵是弄清線性電阻的串、并聯情況,注意有效進行電路等效簡化,靈活應用閉合電路的歐姆定律和串并聯電路的特點。
2.有非線性電阻的電路
非線性電阻是指電阻阻值不穩定,隨著通過的電流的變化而變化的用電器,如“小燈泡”、“半導體二極管”等。求解含有非線性電阻的電路問題,關鍵是確定非線性電阻兩端的電壓和通過的電流大小的實際值。一般方法是作出非線性電阻的伏安特性曲線和除了非線性電阻外其余部分電路的伏安特性曲線,兩條曲線的交點即為非線性電阻兩端的實際電壓U和通過的電流I。
3.動態電路
動態電路是指電路中因某個電阻阻值的變化、或者電路中開關的閉合與斷開等因素,引起電路中電流、電壓的變化的電路。求解此類問題的基本思路:從引起阻值變化的這部分電路入手,由電阻的串、并聯特點判斷總電阻R的變化情況,再由閉合電路的歐姆定律判斷I和U的變化情況,最后由部分電路歐姆定律確定各部分電路的相關物理量的變化情況。
4.有電動機的電路
電動機是非純電阻性用電器,它消耗的電能,一部分轉化為機械能,另一部分轉化為熱能。在高中階段,含有電動機的電路,歐姆定律不適用,一般選用能量守恒定律解題。
5.有電容器的電路
在恒定電路中,當電容器處于充電、放電狀態時,電路處于不穩定狀態。當電容器充、放電結束后,電路趨于穩定,此時,電容器相當于一個電阻無窮大的電路元件,與電容器串聯的電路處于斷路狀態。求解含有電容器的電路問題,關鍵在于弄清電路結構,準確確定電容器兩極板間的電壓,有時還要分析電容器兩極板極性的變化。
6.有故障的電路
電路故障主要有斷路和短路兩種。有故障的電路分析方法有電表檢測法和假設分析法。
電表檢測法一般使用電壓表檢測:(1)斷路故障檢測法。先用電壓表與電源并聯,若有電壓,再依次與某電路(或某用電器)并聯;當電壓表指針偏轉時,則這部分電路(或該用電器)發生斷路。(2)短路故障檢測法。先用電壓表與電源并聯,若有電壓,再依次與某電路(或某用電器)并聯;當電壓表示數為零時,則這部分電路(或該用電器)發生短路。
假設分析法。通過對某電路(或某用電器)假設發生斷路或短路故障,依據電路知識,結合電路結構,分析和判斷可能出現的情況,對照題設條件確定可能發生的故障。
7.與電磁感應相聯系的電路
在磁場中做切割磁感線運動的導體或磁通量發生變化的回路會產生感應電動勢,將這部分導體或回路等效為電源,再與其他的電阻構成閉合電路,即為與電磁感應相聯系的電路。求解這類與電磁感應相聯系的電路問題,關鍵要明確哪部分是等效電源,明確電路的連接情況,然后熟練應用法拉第電磁感應定律、閉合電路歐姆定律等規律求解。
8.與電場相聯系的電路
與電場相聯系的電路一般通過電路中接平行板電容器、帶電的電容器會產生電場、帶電粒子在電場中運動等聯系起來。求解這類問題的關鍵是弄清電容器兩端的電壓與電路中哪部分電路或哪個電阻兩端的電壓相等,再注意熟練應用閉合電路的歐姆定律和動力學規律。
9.與磁場相聯系的電路
與磁場相聯系的電路一般涉及平行板電容器,通過在平行板電容器中加上磁場,從而將磁場與電路聯系起來。求解這類問題的關鍵是弄清帶電粒子在電容器內的磁場和電場中的運動情況,弄清電容器兩端的電壓與哪部分電路兩端的電壓相等,再靈活選用有關電路、電場和磁場的知識求解。
10.與光電效應相聯系的電路
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??措姵貎炔浚ㄈ鐖D2),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
物理是一門以實驗為基礎的學科,物理實驗也一直是高
考考查的重要內容,由于電學實驗具備開放性、設計性、探究
性、靈活性和思想性等多個維度的考查功能,所以電學實驗
是高考實驗考查的“寵兒”,然而不少學生最害怕的、失分最
多的就是電學實驗,怎樣更好地復習電學實驗,讓學生不再
懼怕甚至拿高分是一個值得思考與研究的問題。
2 電學實驗復習的策略的幾點思考
2.1 依綱扣本,研究真題,提高復習的針對性
筆者認為要更好地復習電學實驗,首先必須研讀高考考
試說明,并緊扣教材內容,以準確把握復習范圍,研究近幾年
江蘇省和其他新課標地區的高考真題,挖掘其中考查的內涵
以及信息,并進行橫向、縱向的對比、分析、總結,這樣在復習
中才能做到重點、難點了然于胸,才能避免無原則地拓展、延
伸,尤其是對教輔資料的內容進行合理取舍,從而達到有的
放矢地進行復習的目標。
比如,研讀江蘇省2012年高考考綱,其中“電阻的串聯
與并聯”考點是工級要求,那么在具體實驗題中,所使用的
電壓表、電流表改裝問題不宜深挖;涉及電表最小分度是“2”
或“5”的讀數問題較為復雜,通過研讀高考試題,不難發現高
考對此讀數要求不高,所以教學時宜粗不宜細。
2.2 掌握電學實驗的基礎知識和基本技能,保證雙基落實
實驗題的基礎知識和基本技能主要是指能明確實驗目
的,能理解實驗原理和實驗方法,能控制實驗條件,會使用儀
器,會觀察、分析實驗現象,會記錄處理實驗數據,并得出實
驗結論,近幾年的高考電學實驗題,有很多考查學生的基礎
知識、基本技能,不少試題源于教材,是教材實驗的組合與改
裝,如2010年江蘇高考題中測定電源電動勢和內阻實驗,所
以在高三復習時應確保雙基落實。
2.2.1 基本儀器的原理及使用
正確選用實驗儀器是進行實驗的前提,要想正確選用儀
器,就要對實驗儀器原理及使用非常了解,電學實驗的基本
儀器主要包括:電壓表、電流表、歐姆表等測量儀器以及滑動
變阻器、電阻箱等控制儀器,使用時要注意滑動變阻器的分
壓式與限流式接法的合理選用,要正確選擇電流表內接法、
外接法,這是實驗順利進行并得出準確的實驗結論的前提。
2.2.2
電學實驗的原理與方法
2012年江蘇高考大綱要求考查的電學實驗有:決定導體
電阻的因素、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測定電源的電動
勢和內阻、練習使用多用表等四個,其實驗原理主要是:部分
電路歐姆定律、電阻定律、閉合電路歐姆定律等,這些規律的
理解和掌握是圓滿完成實驗的保證,同時也為今后實驗的變
式、延伸提供了可能。
2.2.3 實驗數據的分析與處理
實驗操作過程是為了得出實驗數據,對數據進行分析處
理得出結論才是實驗最終的目的,這要求學生熟練運用列表
法、公式法、圖象法等方法,在處理中能發現并剔除問題數
據,從而最終得出實驗結論。
2.3
抓住電學實驗的核心,構建知識網絡
要立足基礎,重視教材,引導學生注重知識點之間的聯
系,抓住各個知識點的共性與核心,從實驗原理的角度上說,
電學實驗的核心是:歐姆定律,這在考綱上的四個電學實驗
中都能有所體現,因此電學實驗復習時要抓住歐姆定律這個
“綱”對這些實驗進行歸納總結,使看似零散的知識點形成知
識網絡,例如,如圖1所示電路圖,可能進行的實驗有哪些?
①測定定值電阻的阻值
②測電池的電動勢和內阻
③測定電阻材料的電阻率
通過歐姆定律這個核心,建立起
較為牢固的知識網絡體系,再根據學
生的實情組織教學復習,總之雖然電
學實驗形式多樣、豐富多彩,但只要提綱挈領,抓住了那個
綱,就可以綱舉目張。
2.4 重視典型例題的講解、引導,促進學生知識遷移、能力
提升
2.4.1 電學實驗例題講解,思路要“看”得見
電學實驗教學中筆者發現,一些電學實驗題難度稍大,
學生便感覺無從下手,教師的解題過程只是一個認識的過
程,解題的結果是認知的成果,而元認知是對認知過程的認
知,因此在教學中,教師應該通過出聲思維,讓學生“看見”教
師思維的過程,“看見”教師在讀到題目時頭腦中激活哪些相
關的信息,會出現哪些可能的方案,怎樣做出評價和選擇,
“看見”教師有時也會進入死胡同但有能力自己走出來,“看
見”教師有時也會犯錯誤,但在元認知監控下能夠意識到錯
誤并改正之,當然還可以在教學過程中通過學生對實驗的分
析(有正確或有錯誤)暴露學生自己的思維過程,給教師反饋
信息。
2.4.2 引導學生解決問題,方向要清晰
第一找出實驗有用的資料,明確實驗目的;第二分析儀
器在實驗中的特點(如電表的阻值)、作用(如定值電阻的用
途)及優缺點;第三實驗中存在的數據進行分析、處理;第四
對實驗進行評價,評價實驗的優缺點、存在的問題、改進的措
施等等,如此一來才能在解答試題時穩操勝券。
2.4.3 知識遷移、能力提升,技巧要掌握
例如,當電表內阻已知時,電表功能可以互換,當電流表
一、動態電路
電路中開關的斷開與閉合,滑動變阻器滑片的移動,會帶來電路連接方式、電阻(用電器)的工作狀態、通過電阻中的電流和電阻兩端電壓的變化,此類電路人們常習慣地稱之為“動態電路”。但應注意的是,在“動態電路”問題中,一般來說有兩個物理量是不變的,即電源的電壓(初中階段)和定值電阻的阻值(不考慮溫度的影響)。
無論是開關的斷開與閉合帶來的電路變化問題,還是滑動變阻器滑片的移動引起的動態電路,考試的考查方向一般有兩個方面,一是分析動態電路中電表示數的變化,二是進行定量計算。
二、開關型“動態電路”
這類電路在開關的通、斷過程中,往往會引起電路結構的變化,即接入電路的電阻(用電器)的數量及其連接方式的改變。因此解答此類問題的首要步驟是要畫出相應開關狀態下的等效電路圖,一般的方法是:(1)判斷每種狀態下,電流表和電壓表的測量作用;(2)從電路中去掉電壓表,將電流表看成是導線;(3)電路中被短路和被斷路的元件要去掉;(4)畫出相應開關狀態下的等效電路圖。第二步,利用串聯和并聯電路的規律、歐姆定律等知識,分析畫出的各等效電路中電流表和電壓表的示數,前后比較即可判斷出電表的示數如何變化。
例1(2011,哈爾濱)如圖所示,電源電壓不變,閉合開關S1后,再閉合開關S2,電流表的示數 ,電壓表的示數 (填“變大”“變小”“不變”)。
[答案] 變大 變大
開關類動態電路的計算,思路方法與上述步驟一相同,只是在每種開關狀態下的等效電路圖中,標出已知量和要求的量,題目的解答就容易多了。
例2如圖所示的電路中,電阻R1的阻值為20歐,電源電壓不變。當S1 、S2斷開,S3閉合時,電流表的示數為0.45A;當S1 斷開, S2、S3閉合時,電流表的示數為0.75A。
求:(1)電源電壓為多少?
(2)R2的阻值是多少?
(3)S2、S3斷開,S1閉合時,加在電阻R1兩端的電壓為多少?
[分析] 分別畫出三種狀態下的等效電路圖甲、乙、丙,在圖上標出已知量和要求量,可以發現,利用歐姆定律可以很容易求得答案。
[答案] (1)當S1 、S2斷開, S3閉合時,電阻R2斷路,電阻R1接在電源兩端,等效電路如圖甲所示,則電源電壓U=I1R1=0.45A×20Ω=9V。
三、滑動變阻器型“動態電路”
由于滑動變阻器滑片的移動引起的動態電路,大多數情況下是滑片的位置處于兩個端點或中點的特殊情況,解答此類題目的一般思路也是首先應該(1)畫出每種滑片位置對應的等效電路圖;(2)弄清滑動變阻器接入電路中的電阻是哪一部分,進而分清滑片移動過程中變阻器接入電路的電阻怎樣變化,是變大還是變小;(3)分析電路中還有哪些物理量隨之改變(哪個用電器中的電流和它兩端的電壓),電路中不變的量仍然是電源電壓和定值電阻的阻值。
例3 (2013,樂山)如圖所示的電路中,電源電壓不變,閉合開關S后,將滑動變阻器R的滑片P向左移動,在此過程中( )
A電壓表 V1示數變小,電壓表 V2示數變大
B電流表A示數變小,電壓表V1示數不變
C電流表A示數不變,電燈L亮度變亮
D電壓表V1示數不變,電燈L亮度變暗
[分析] (1)識別電路:電燈L和滑動變阻器R串聯,電壓表V1測電燈L兩端電壓,電壓表 V2測R兩端電壓,電流表A測電路中的電流。
(2)當滑片P在最右端時的等效電路如圖甲所示,電壓表 V2被短路掉其示數為零,電壓表V1的示數為UL=U,電流表A示數為I=■。
例4(2012,蘭州)如圖所示的電路中,電源電壓不變,電阻R2為20Ω。閉合開關,滑動變阻器R3的滑片在b端時,電壓表的示數為3V ;滑片移到中點時,電流表的示數為0.45A;滑片移到a端時,電壓表的示數為9V。求:
(1) 電阻R1的阻值;
(2) 滑動變阻器R3的最大電阻;
(3) 電源電壓U。
[分析]本題在電路識別方法上與例3相同,滑片在a端、b端及中點不同位置時,滑動變阻器接入電路中的電阻依次為0、R3、R3/2,相應地電流表和電壓表的示數發生改變,但三種情況下的電路均為串聯電路,電路中不變的物理量有電源電壓、定值電阻R1和R2的值。題目中需要求解的未知量較多,可考慮利用串聯電路的特點和歐姆定律列出關于R1、R3和U的方程,通過求解方程組得到需求的三個物理量。由于電源電壓不變,可考慮每種狀態電路中的總電壓U、總電流I和總電阻R之間的關系、利用U=IR得到等式。
[答案]當滑片在b端時,R1、R2、R3串聯,則有,U=I1(R1+R2+R3),
將R2=20Ω代入并解由此三個方程組成的方程組得:
R1=10ΩR3=60ΩU=27V。
例5 (2013,呼和浩特)如圖所示的電路,電源兩端電壓恒為6V。若電路連接“3V 1.5w”的燈泡,閉合開關,調節滑動變阻器的滑片至點a 時,燈泡正常發光;若改接“4V 2W”的燈泡,閉合開關,調節滑動變阻器的滑片至點b 時,燈泡也正常發光。則( )
A電流表在兩種狀態下的示數均為0.5A
B點a在點b的右側
C兩種狀態下,整個電路消耗的總功率相同
D電壓表在兩種狀態下的示數之比是2∶3
[分析] 本題在電路連接方式分析上與例3、例4相同,不同的是,本題除了應用串聯電路的特點、歐姆定律知識,還涉及電功率的知識,看似是選擇題型,但需要經過計算才能確定所選答案。
(2)由滑片在a、b位置時,燈泡均能正常發光、串聯電路中的電壓關系及電源電壓U=6V可知,在兩種狀態下電壓表的示數分別為Ua =3V,Ub=2V,即Ua∶Ub=3∶2。再由Ua =IRa,Ub =IRb可知,滑動變阻器兩種狀態下接入電路的電阻Ra>Rb,結合圖示可知a點在b點的右側。
一、伏阻法:
此種方法是在傳統的伏安法基礎上沒有電流表,給出一個已知阻值的定值電阻,測量未知電阻。設計思路是利用串聯電路電流處處相等,分別測出已知電阻和未知電阻兩端的電壓,結合歐姆定律 的變形公式 建立等式關系,求出未知電阻。
設計一:如圖1所示,電壓表測出R0兩端
電壓記為U0,RX兩端電壓記為UX,由 得 ,這樣求出未知電阻。
設計二:1、如圖2所示,當S斷開電壓表測出R0兩端電壓記為U0,當S閉合時測將RX短路,電源電壓全部加在R0兩
端記為U,此時當R0和RX串聯時,RX兩端
電壓UX=U-U0,由 得 ,或 ,這樣求出未知電阻。
2、如圖3所示,當S打到上觸點時,電壓表測出R0兩端電壓記為U0,當S打到下觸點時電壓表測R0和RX串聯后的總電壓記為U,此時RX兩端電壓UX=U-U0,由 得 ,或 ,這樣求出未知電阻。
設計三:1、如圖4所示,當S斷開電壓表測出RX端電壓記為UX,當S閉合時測將R0短路,電源電壓全部加在RX兩端記為U,
此時當R0和RX串聯時,R0兩端電壓U0=U-UX,由 得 ,這樣求出未知電阻。
2、如圖5所示,當S打到上觸點時,電壓表測出RX兩端電壓記為UX,當S打到下觸點時電壓表測R0和RX串聯后的總電壓記為
U,此時R0兩端電壓U0=U-UX,由 得 ,這樣求出未知電阻。
注意:在使用伏阻法測電阻時,由于是動態電路我們應注意電壓表的正負極不要接反了,如下圖6和圖7所示都不能測出電阻。圖6中電壓表由A點改接C點時電壓表正負極接反了只能測其中一個電阻兩端電壓,不能測出兩個電阻兩端的電壓,所以不能測出未知電阻。圖7中當S1閉合時電壓表測量R0兩端電壓,S1斷開S2閉合時電壓表的正負極接反了不能測出RX兩端電壓所以也無法測出未知電阻。下面介紹的各種方法中也是同樣注意到這個問題,不要電表的正負極接反,否則就不能測出電阻。
二、安阻法:
此種方法是在傳統的伏安法基礎上沒有電壓表,給出一個已知阻值的定值電阻,測量未知電阻。設計思路是利用并聯電路電壓處處相等,分別測出已知電阻和未知電阻通過的電流,結合歐姆定律 的變形公式 建立等式關系,求出未知電阻。
設計一:1、如圖8所示當S閉合時,分別讀出通過R0的電流和通過RX的電流,分別記作I0和??IX,由U=I0R0=IXRX得 ,這樣求出未知電阻。
2、如圖9所示,當只閉合S1時電流表讀出通過R0的電流記為I0,當只諸合S2時電流表讀出通過Rx的電流記這Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,這樣求出未知電阻。
3、如圖10所示,當S打到1時電流表讀出通過R0的電流記為I0,當S打到2時電流表讀出通過Rx的電流記為Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,這樣求出未知電阻。
設計二:如圖11所示,當S斷開時電流表讀出通過R0的電流記為I0,當S閉合時電流表讀出R0與Rx并聯后的干路電流記為I,此時R0與Rx并聯時通過Rx的電流為Ix=I-I0,由U=I0R0=IXRX得 ,這樣求出未知電阻。
設計三:如圖12所示,當S斷開時電流表讀出通過R0的電流記為Ix,當S閉合時電流表讀出R0與Rx并聯后的干路電流記為I,此時R0與Rx并聯時通過R0的電流為I0=I-Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,這樣求出未知電阻。
設計四:如圖13所示,當S斷開時電流表讀出R0與Rx串聯后的電流記為I,當S閉合時將R0短路此時電路中只有Rx聯入電路,電流表的示數記為Ix,由于電源電壓不變U=I(R0+Rx)=IxRx得 ,這樣求出未知電阻。
三、伏變法:
此種方法是在傳統的伏安法基礎上沒有電流表,給出一個已知最大阻值的滑動變阻器,測量未知電阻。設計思路是利用串聯電路電流處處相等,滑片移動測出電源電壓和串聯后Rx和R分別測出已知電阻和未知電阻兩端的電壓,結合歐姆定律 的變形公式 建立等式關系,求出未知電阻。
設計方案:如圖14所,當P打到A時R0被短路此時電路中只有Rx聯入電路,電源電壓全部加在Rx兩端記為U,當P打到B端時電壓表測R0和Rx串聯后Rx兩端的電壓記為Ux,此時R0兩端的電壓U0=U-Ux,R0和Rx串聯后電流處處相等 得 ,可求出未知電阻。
四、安變法:
此種方法是在傳統的伏安法基礎上沒有電壓表,給出一個已知最大阻值的滑動變阻器,測量未知電阻。設計思路是利用電源電壓不變,移動滑片分別測出只聯入Rx和Rx與R0串聯時通過的電流,結合歐姆定律 的變形公式 建立等式關系,求出未知電阻。
設計方案:如圖15所,當P打到A時R0被短路此時電路中只有Rx聯入電路,電流表讀數記為Ix,當P打到B端時電流表測R0和Rx串聯后的電流記為I,電源電壓不變U=IxRx=I(Rx+R0)得 ,這樣求出未知電阻。
五、等效替代法:
設計一:如圖16所示,當S打到2時電流表的讀數為I,當S打到1時調整電阻箱的旋扭直到電流表的示為I時為止,讀出電阻箱的電阻即為未知電阻的阻值。
設計思路:利用可以讀出示的電阻箱來替換未知電阻。
電源電壓不變,由 可知只接入一個電阻時,電路中電流相等時電阻必相等。
設計二:如圖17所示,將電阻箱調查整到0時電壓表的示數記為U,即電源電壓,調整電阻箱直到電壓表的示數為 U時,電阻箱所指示的示數即為未知電阻的阻值。
上一期文章介紹了自制歐姆表的作品創意。但在測試階段,我們發現測量0~1KΩ的電阻時,指針的偏轉角度很小,誤差很大。不知道大家有沒有想出優化方案呢?對于這個問題,仁者見仁,智者見智。我也提出了解決方案,供大家參考。
如圖1,這是原歐姆表的儀表盤。表盤的量程為0~10KΩ。經過測試,發現0~1KΩ的電阻測量誤差較大,需要進一步優化作品,增加0~1KΩ的精確度。一定要注意,這里的誤差是指指針指示的誤差,如果用串口監視器觀察電阻值,就會發現串口顯示的數值誤差較小,一旦轉換成舵機的變化角度,誤差就很明顯。
那么,如何解決這個問題呢?真實的指針式電壓表或者電流表一般有兩個量程,并且兩個量程共用一個表盤。由此可以做出猜想,歐姆表的大小量程是否可以共用一個表盤呢?將0~1 KΩ放大到整個表盤上,是否能實現0~1KΩ小量程段的精確測量?
改裝
首先對表盤進行改進,在同一個表盤標明兩個量程。如圖2,在原有的基礎上,將1KΩ均勻分成10份。每一份表示0.1KΩ,最小刻度為0.05KΩ。這是歐姆表改進的第一步。
除了對表盤進行改進外,是否還需要改進原歐姆表的電路連接呢?上文已經提到,對0~1KΩ電阻測量時,串口監視器觀測到的電阻值顯示精確,但轉換成為舵機顯示的數值時誤差較大,因此可以推斷出,電阻的計算公式完全正確,但在電阻值對應舵機角度變化的程序編寫上,需要進一步優化。因此,多量程歐姆表電路連接圖與原有電路圖相比,只增加紅、綠LED燈。綠燈和紅燈正極分別連接到2、3管腳,負極共地。紅、綠LED燈因程序需要添加,下文會詳述(如上頁圖3)。
玩轉
重新編寫程序,需要設置多量程歐姆表的量程為0~1KΩ與0~10 KΩ。當程序檢測到電阻小于1KΩ時,r值放大100倍,與表盤100度對應;當檢測到電阻大于1KΩ時,r值放大10倍,與表盤100度對應。這個程序仍會出現一個問題:觀察者不知道舵機顯示的阻值是大于1KΩ還是小于1KΩ。因此,有必要加入提示,我們為電路添加紅綠燈,區分電阻大小。當檢測到電阻大于等于1 KΩ時,紅燈亮;當檢測到電阻小于1KΩ時,綠燈亮。打開Mixly圖形化編程,編寫程序。
程序的編寫大致分為三個部分:第一個部分是對變量的定義,第二個部分是各個小程序的編寫,第三個部分是用程序語句連接各個小程序,實現多量程歐姆表的功能。
第一部分程序定義變量。定義analog變量為小數變量,初始值為0,模擬端口A0的數值會賦予這個變量。同理,經過歐姆定律公式計算,得到的待測電阻數值用r來表示:r擴大10倍得到的數值賦予a,a表示0~10KΩ電阻;r擴大100倍得到的數值賦予b,b表示0~1KΩ電阻(如圖4)。
第二部分是各個小程序的編寫。首先根據歐姆定律,編寫待測電阻的計算程序。將模擬端口的A0數值賦予analog變量,再代入計算公式中。這里的計算公式與上述歐姆定律的計算公式一致。不同的是,總電壓V原先是5V,現在是與5V對應的1023,而電壓V1用變量analog表示。
名為“電阻”的程序被執行后,會得到待測電阻的精確數值r。程序如上頁圖5所示。
舵機顯示0~1KΩ電阻測量值,首先將數值r放大100倍,之后與舵機旋轉角度一一對應,同時綠燈亮,程序如上頁圖6所示。輸出管腳2為高、3為低表示綠燈亮、紅燈滅。
舵機顯示0~10KΩ電阻測量值,首先將數值r放大10倍,之后與舵機旋轉角度一一對應,同時紅燈亮,程序如上頁圖7所示。輸出管腳2為低、3為高表示綠燈滅、紅燈亮。
第三部分程序,是用邏輯關系連接第二部分的程序。如果r小于1KΩ,執行“0~1KΩ程序”,如果r大于等于1KΩ,執行“0~10KΩ程序”。需要注意的是,要想使歐姆表能夠及時復位,當不測量阻值,即analog變量等于0時,將指針旋轉到10KΩ的位置。具體程序如上頁圖8所示。
最后,連接三部分程序,得到最終程序,如圖9所示。
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在初中物理教學中,電學是教學中的重點,而電功與電功率部分更是重中之重。如何更好地解決電路方
面的計算題,關鍵在于電路連接的正確判斷。教學實踐表明,在解答電路習題中,采用同位點的方法對習
題的理解能夠較容易。應用同位點判斷電路既簡單,又直接,容易讓學生接受。
一、初中物理電學
在初中物理教材中,電學部分占有很大的比重。在最新的初中物理教材中,一共有十七個章節,而電學就
占用了四章。在初中物理電學中,電路的分析以及計算的方法貫穿了整個電學,自身又是難點,對于初次
學習的學生來講感到困難是合理的。在電學中,電路計算的題目種類繁多,題型多樣,再加之初中物理中
歐姆定律以及串并聯電路不是很好理解,就達不到活學活用的水平,一遇到電路方面的計算題就會感到無
從下手;或是對歐姆定律理解的不清,在解題時,常常忽略歐姆定律的同一性與同時性而解答錯誤。雖然
電路計算習題的種類比較繁多,題型多樣,但只要認真總結,無非就是那幾種類型。即單一用電器的最簡
便算法、兩個用電器組成的串聯或并聯電路的算法、滑動變阻器引發的電路變化以及多路開關引起的可變
電路的算法等。
二、初中物理電學規律
在初中物理電路計算題中,涉及許多電學電路方面的定律,這些定律在教材中都有所應用,在解題中要善
于將這些定律進行總結歸類:
在串聯電路中,各處電流均相等;并聯電路的特點是干路電流等于支路電流的總和;串聯電路電壓的特點
是總電壓等于支路電壓的總和;并聯電路電壓的特點是總電壓與各處電壓相等;串聯電路電阻的特點是總
電阻等于個支路電阻之和;并聯電路電阻的特點是總電阻的倒數等于等支路電阻的倒數和等。這些只是電
路中一小部分定律的總結,學生應該對所用電學定律進行認真的歸納和總結。這樣,學生可以在習題中運
用自如,對解答電路的計算題以及選擇題有很大的幫助。
三、初中物理電路計算題的解法
初中物理電學中電路計算題在初中物理中是一個重點也是難點。學生不僅要對電路有著清楚的認識,還要
對電學定律有著深刻的掌握。如果能夠掌握電學論述計算題,對學生推算邏輯思維以及推理都會有很大的
提高,也能培養學生的創新能力,對高中學習作好鋪墊。
在解答電路計算題時,有些學生常常會感到無從下手,不知應該如何解答。其實,只要掌握扎實的電學知
識,對電學定律掌握熟練,就能夠對習題的解答有著清楚的思路,解決相關的習題也不再是難點。
在解答電路計算題時,要先看電源的正負極,再看電流的流向。在解題時,要注意幾點:在電路圖中,電
流表與開關要看成導線,有電壓表時要看成是斷開的;要注意電路中電鍵的位置和所處的狀態;電路中,
電路有分支,要分析好在什么地方開始分支又在什么地方匯總的。判斷電路連接的方式大體可分為串聯和
并聯兩種。但有些電路是混合式的串并聯電路。在連接中,若不是串聯式的,要分析清楚電路哪部分采用
了并聯;如果是混合式的,要分析清楚是以并聯為主體還是以串聯為主體的連接。如果電路中含有電壓表
或是電流表時,要分析電壓表與電流表所測量的位置。找出已知量和未知量,要通過電學定律中,歐姆定
律、電路特點以及焦耳定律等,建立起物理量方面的聯系。再通過這些聯系與已知量構建起解題的思路。
在解題過程中,不必把每一個物理量都解答出來,要根據已知條件,尋找簡單快捷的解題思路。只有熟練
掌握電學相關的知識以及定律,才能快速地分析出解題的思路。對電路計算題要認真審題,在審題的過程
中,就要在腦海中形成電路中的一般規律,電學定律的特點等相關的知識網絡,尤其以上所說的幾點以及
相關的規律。只有對電功率、電流、電阻、電壓的基本計算方法以及推到公式應用自如,才不會產生沒有
解題思路的問題。
學生要認真分析題目,找出題目中對相關電路的描述。若沒有提供電路圖,自己要將相應的電路圖描畫出
來。根據開關的閉合與斷開時或滑動變阻器滑片滑動時,題目所提供的幾種狀態,畫出相應的電路圖。電
路圖對解題的影響很大。在繪制電路圖時,要從基本的入手。畫法要求橫平豎直,不能有任何的曲線。開
始繪制時要按照電流的流向從電源的正極開始繪畫,元件的四條邊框要均勻分布,可以從美觀的角度考慮
,元器件應該畫成長方形。畫好后,再進行電路中電壓以及電流的分析。在分析中,要看電壓表斷開或連
接時的狀態,以及電路中串并聯的情況,最后看電壓表與誰并聯就是測誰的電壓。
總之,初中物理學科有著不同于其他學科的思維方式和自己獨特的思維邏輯。要想學好初中物理,就要培
養這種思維邏輯。上述所講的是初中物理中電路計算題的解法,以及在實際應用中總結出的一些小的規律