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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篇歐姆定律難點,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:初中;物理;歐姆定律;教學問題
中圖分類號:G633.7 文獻標志碼:A 文章編號:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在實驗探究中讓學生學習歐姆定律
歐姆定律是電學重要內容之一,也是中考重點考查內容,所以能否教好歐姆定律關系到之后對中考的重點知識復習,更有可能影響學生對于物理學的熱情。在實驗探究的過程之中以學生為主,教師起引導作用,讓學生通過觀察電壓表、電流表、滑動變阻器的微量變化發現問題、提出問題,他們對于自己發現的問題會比老師直接教導的印象深刻,從而達到了教學目的。
二、在歐姆定律的學習中最經常遇到的問題
在實際的教學之中,教師要把電路的認識與畫電路圖、連接電路作為主要的教學任務,開闊學生的思維,加強對電路的認識。物理是一門比較枯燥的課程,只有激發學生的熱情,才能更好地完成授課。電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動變阻器的使用,是最基礎的概念。電流表測量電流、電壓表測量電壓、變阻器調節電路中的電流,這部分則比較重要,需要重點講解。電流、電壓、電阻的概念是基本的電學測量儀器,明確這些儀器的使用與操作,是非常重要的,關系到后期實驗的正確性與對知識的理解。以上基礎知識的理解與運用又是進一步學習歐姆定律的基礎。
三、歐姆定律的主要內容是電流、電壓、電阻的關系
這部分知識是在實驗的基礎上概括、歸納出了電路中電壓、電流、電阻三者相互關聯的關系。教師在實驗中要讓學生理解電流隨電壓和電阻的變化而變化,對于多個變量問題的研究是采用固定一個量不變,研究其余兩個量的變化的處理方法,從而讓學生學會物理學中常用這種方法。歐姆定律在初中只講部分電路的歐姆定律,是電學中的基本定律,是進一步學習電學知識分析和進行電路計算的基礎,是初中電學的重點知識。
歐姆定律是初中物理學電學的重點、也是難點,想要研究歐姆定律必須要建立電流、電壓、電阻的關系,并在實驗的基礎上得出歐姆定律,做好演示實驗,歸納、分析、概括實驗結果,使學生正確理解歐姆定律的基礎。所以,使用電流表、電壓表、滑動變阻器是這部分知識中的重點實驗的基礎。
電流、電壓、電阻的概念是學生學習的難點,由于初中學生水平有限,對電流、電壓的概念要求較低,并沒有下準確的定義。因此,電阻的概念就成了學生理解的難點。教師要多舉例子幫助學生理解電阻是導體本身的屬性,決定于導體的材料、長度、橫截面和溫度,它用兩端的電壓和通過的電流的比值來表示是為了測量的方便,與外加電壓、電流無關。同時,教師一定要糾正一些學生經常出現的電阻隨電壓、電流的變化而變化的錯誤概念,也就是對歐姆定律的錯誤理解。歐姆定律在學生頭腦的建立過程是十分重要的,認真做好演示實驗,用實驗來探索一個量隨兩個量變化的定量關系是第一次。首先要向學生交代清楚實驗的研究方法,本實驗彩用控制變量法來研究,即“固定電阻不變,研究電流跟電壓的關系;固定電壓不變,研究電流跟電阻的關系”。在連接如圖(圖略)所示的實驗電路時,要將具體接法演示給學生看。可以先從電源正極開始,按電流方向依次為電池、開關S、滑動變阻器R′、定值電阻R、電流表串聯起來組成一個閉合回路,最后將電壓表并聯在定值電阻R兩端。同時提醒學生注意電流必須從電流表和電壓表的正接線柱流進電表,負接線柱流出電表及量程選擇,電流表與R串聯,其示數等于通過R的電流。電壓表與R并聯其數等于R兩端的電壓。
運用歐姆定律可以推導串聯電路中的總電阻跟各串聯電阻之間的關系及電壓分配跟導體電阻的關系,具體推導如下:
在串聯電路中:I=I1=I2;U=U1+U2;由歐姆定律公式I=U/R,可得U=IR;U1=I1R1;U2=I2R2將這些式子代入上式得:IR=I1R1+I2R2即R=R1+R2;也就是說串聯電路的總電阻等于各串聯導體的電阻之和。
在串聯電路中:I=I1=I2;由歐姆定律公式I=U/R,可得:I1=U1/R1;I2=U2/R2;將這些式子代入上式得:U1/R2=U2/R2 變換一下形式得:U1/U2=R1/R2;即串聯電路中,電壓分配跟導體電阻成正比。
四、結束語
通過對物理教學內容的分析、思維方法、能力訓練的具體研究,對教學內容進行歸納總結,可以使初中物理教師掌握歐姆定律的基本理論方法,更好地駕駛物理教材,提高物理教學質量,把重點真正落實在教學過程中,幫助學生提高實驗操作能力、歸納概括能力、演繹推理能力、邏輯推理能力、抽象思維能力及靈活運用知識解決問題的能力,讓學生學會控制變量法研究多個變量的問題,學會用等效法分析復雜電路。因此,教師要注重培養學生實事求是的科學態度,從而有效培養學生的物理素質。
參考文獻:
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:
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。
在物理教學中物理定律的概念很多,物理定律是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表達式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表達式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
一、牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的含義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當做第二定律的特例;慣性不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以......”教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應注意公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬有引力定律。教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力常量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
四、機械能守恒定律。這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不做功或所做的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
五、動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
六、歐姆定律。中學物理課本中歐姆定律是通過實驗得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學時應注意:①“電流強度跟電壓成正比”是對同一導體而言;“電流強度跟電阻成反比”是對不同導體說的。②I、U、R是同一電路的三個參量。③閉合電路的歐姆定律的教學難點和關鍵是電動勢的概念,并用實驗得到電源電動勢等于內、外電壓之和。然后用歐姆定律導出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉化和守恒定律推導)。④閉合電路的歐姆定律公式可變換成多種形式,要明確它們的物理意義。⑤教師應明確,普通物理學中的歐姆定律公式多數是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導體就不服從歐姆定律。但不論導體服從歐姆定律與否,R=U/I這個關系式都可以作為導體電阻的一般定義式。中學物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學生把歐姆定律公式跟電阻的定義式混淆。這樣處理似乎欠妥。
七、楞次定律。可以采用探究教學法,讓學生通過實驗得到的結論歸納出定律。教學時應注意:①楞次定律是確定感生電流方向的規律,同時也確定感生電動勢的方向。如果是斷路,通常我們可以把它想象為閉合電路。②感生電流的磁場只能“阻礙”原磁通的變化,不能“阻止”它的變化,否則就不會繼續產生感生電流。“阻礙”或者說“反抗”原磁通的變化,實質上是使其他形式能量轉化為電能的一種表現,符合能量守恒定律。③要使學生熟練掌握應用楞次定律判定感生電流方向的3個步驟。④明確右手定則可看作是楞次定律的特殊情況,并能根據具體情況選用定則或定律來判斷感生電流的方向。
(作者單位:河南省鞏義市芝田鎮第一初級中學)
課題:閉合電路的歐姆定律(第一課時)
課型:復習課
【教學目標】
一、 知識目標
1. 理解閉合電路的歐姆定律,并用它進行有關電路問題的分析和計算.
2. 理解路端電壓與負載的關系.
二、 能力目標
1. 通過對U-I圖線的分析培養學生應用數學工具解決物理問題的能力.
2. 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.
三、 情感目標
通過本節課教學,加強對學生科學素質的培養,通過探究物理規律培養學生創新精神和實踐能力.
【教學重難點】
1. 閉合電路的歐姆定律
2. 路端電壓與電流(外電阻)關系的公式表示法及圖線表示法.
【考點再現 設疑激思】
一、 電動勢
1. 電源是通過非靜電力做功把 的能轉化成 的裝置.
2. 電動勢:非靜電力搬運電荷所做的功跟搬運的電荷電量的比值,E= ,
單位:V .
3.電動勢的物理含義:電動勢表示電源 本領的大小,在數值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.
電動勢與電壓有什么區別?
(1、其它形式、電能 2、 Wq 3、將其它形式的轉化為電能)
(電動勢反映其它形式的能轉化為電能的本領,電壓形成電場,促使電流做功.)
二、閉合電路歐姆定律
1.定律內容:閉合電路的電流跟電源電動勢成 , 跟內、外電路的電阻之和成 .
2.定律表達式為I=
3.適用條件
4.閉合電路歐姆定律的兩種常用關系式:
(1)E=
(2)E=
你認為電源的內阻是恒定的還是不斷變化?定律表達式怎樣推導出來的?
電路中電流一定從高電勢流向低電勢,對嗎?
(1、正比、反比;2、I=ER+r; 3.純電阻電路;4.E=U內+U外、E=U外+Ir)
(電源內阻短時間可認為不變、定律從能量守恒推導、不對,內電路電流方向從低電勢流向高電勢)
三、路端電壓U與外電阻R的關系
根據U= 知,當外電路電阻R增大時,電路的總電流I ,電源內電壓U內 ,路端電壓U外 .
(E-Ir 、減小、減小、增大)
四、U-I關系圖
由U= 可知,路端電壓隨著電路中電流的增大而內電壓 ;
1.當電路斷路即I=0時,縱坐標的截距為 .
2.當外電路電壓為U=0時,橫坐標的截距為 .
3.圖線的斜率的絕對值為電源的 .
注意點:縱軸起點是否為零.
電源的U-I關系圖與電阻的U-I關系圖有什么不同?
(E-Ir、減小 1.E 2.I短 3.r)
(電源的U-I關系圖反映路端電壓與電流關系、電阻的U-I關系圖反映電阻兩端電壓與通過它的電流關系)
五、電源的功率
1.電源的總功率P總= .
2.電源的輸出功率P出=.
(1.EI 2.UI)
考點說明: 閉合電路歐姆定律是二級要求,常在選擇題中出現動態電路分析,實驗中常考查U-I圖線的有關知識點.
復習考點還須引導學生多閱讀教材,多思考,多歸納總結,多聯系實際.
【典型例題剖析 學會歸納總結】
題型1閉合電路歐姆定律的動態分析
例1 如圖所示,電源電動勢E=12 V,內阻r=1 Ω,R1=5 Ω,R2=12 Ω,R3的最大阻值為6 Ω.
(1)求:流過電流表的最小電流?
(2)若R3的阻值減小,其它元件均不變,判斷電路中電壓表、電流表的示數如何變化?
答案:(1)0.8A;(2)V1、V2減小A增大
方法點撥:支路-干路-支路
學生的疑點:1.總電阻的變化不清;
2.內電壓變化忘了分析;
3.路、支路,電壓、電流變換搞昏了頭.
【當堂鞏固1】
如圖所示,電源電動勢E=8 V,內阻不為零,電燈A標有“10 V,10 W”字樣,電燈B標有“8 V 20 W”字樣,滑動變阻器的總電阻為6 Ω.閉合開關S,當滑動觸頭P由a端向b端滑動的過程中(不考慮電燈電阻的變化) ( A )
A.電流表的示數一直增大,電壓表的示數一直減小
B.電流表的示數一直減小,電壓表的示數一直增大
C.電流表的示數先增大后減小,電壓表的示數先減小后增大
D.電流表的示數先減小后增大,電壓表的示數先增大后減小
探究:P移動電路總電阻怎樣變化?
題型2探究含電容電路的判斷與計算
例2 如圖所示,E=10 V,r=1 Ω,R1=R3=5 Ω,R2=4 Ω, C=100 F,當S斷開時,電容器中帶電粒子恰好處于靜止狀態.求:
(1)S閉合后,帶電粒子加速度的大小和方向.
(2)S閉合后流過R3的總電荷量.
答案:(1)10 m/s2向上;(2)400 C
方法點撥 電容器兩極電壓與R2兩端電壓關系?R3在電路中有什么作用?
學生疑點:1.電容兩端電壓變化沒搞清;
2.與電容串聯的電阻作用不明;
3.電路結構認識不清.
【當堂鞏固2】
如圖電路中,當滑動變阻器的觸頭P向上滑動時,則 ( D )
A.電源的總功率變小
B.電容器貯存的電荷量變大
C.燈L1變暗
D.燈L2變亮
題型3 探究 U-I圖象的應用
例3 如圖所示,直線A為電源的路端電壓U與電流I的關系圖象,直線B是電阻R的兩端電壓與通過其電流I的關系圖象,用該電源與電阻R組成閉合電路,則電源的總功率為 W,電源的輸出功率為 W電源的效率為
.
答案:6 W 4 W 23
探究:圖線的交點有什么物理意義?(工作點)
【當堂鞏固3】
如圖所示,為一個電燈兩端的電壓與通過它的電流的變化關系曲線.由圖可知,兩者不成線性關系,這是由于焦耳熱使燈絲的溫度發生了變化的緣故.參考這條曲線探究下列問題(不計電流表的內阻).
(1) 若把一個這樣的電燈串聯,接到電動勢為6 V,內阻為10 Ω的電源上,如圖甲所示求流過燈泡的電流和燈泡的電阻?
(2) 若將兩個這樣的電燈并聯后接在這個電源上,如圖乙所示,則通過電流表的電流值和每個燈泡的電阻?
方法點撥:寫出U=E-Ir其中I為通過電源的電流,并作圖找交點.
答案:(1)0.35 A 7.1Ω (2)0.24 A 17.5Ω(提示寫出U=E-2Ir其中2I為通過電源的電流,并作圖找交點)
學生難點:
1.圖像特別是曲線,不會找具體信息;
2.對電阻與電源的U-I圖象的區別不清楚;
1背景分析
1.1教材
不同版本的教材對這部分內容的處理方法有所差異,有的從非靜電力做功的角度引入,也有的直接從電勢升降的角度給出結論.筆者以教科版教材為基礎,借鑒人教版教材的一些思路,以問題為線索,重新調整了教學順序――先介紹電源的內阻,然后通過定量實驗探究得到閉合電路的歐姆定律,最后再分析電動勢的物理意義.
1.2學情
學生在初中已學過部分電路的歐姆定律,普遍認為電源提供的電壓是不變的,也不知道電源有內阻,要打破這個思維定勢,僅靠抽象的理論推導是不夠的,應盡可能通過實驗做到“眼見為實”,讓學生真正信服.
2問題設計
問題1如圖1,將小燈泡分別接到兩節電池和三節電池的兩端,猜一猜哪種情況更亮?
設計意圖學生們根據初中所學的電學知識,很容易想到兩節干電池提供的電壓為3.0 V,而三節干電池提供的電壓為4.5 V,肯定是接到三節電池上時燈泡更亮.教師在準備時,左側可用兩節新電池,右側用三節舊電池,讓小燈泡接到右側時反而更暗一些,引導學生思考既然是相同的小燈泡,那么問題應該出在電源上,從而順勢引入外電路、內電路以及電源內阻的概念.這個設計可以激起學生的認知沖突,迅速把學生的注意力吸引到教學內容上來.
問題2依次閉合S1、S2、S3,觀察小燈泡L的亮度變化,并闡述原因.
設計意圖在初中時,學生們都認為電源提供的電壓是不變的,所以即便多并聯幾盞燈泡,也不會影響到L的亮度,但實驗中他們看到的卻是L越來越暗,這是又一次思維上的沖突,此時可以讓學生討論現象背后的原因,由于有問題1的鋪墊,學生們很容易想到從串聯分壓的角度來解釋L變暗的原因.教師結合問題1,最后做一個歸納:燈泡的亮暗既與電源有關,又與外電路有關,這里面到底滿足什么定量規律呢?從而順勢引入本節課的主題――閉合電路的歐姆定律.
問題3外電路以及內電路上電勢的降落之和與“可樂電池”正負兩極附近電勢的上升之和有什么關系?
設計意圖在教科版的教材上,焦耳定律放在了本節內容的后面,故暫時還不能用能量守恒定律的方法進行理論推導,只能從電勢升降的角度進行探究.為了使實驗盡可能精確,筆者用了四個電壓傳感器分別測量外電壓U1、內電壓U2,正極附近電勢上升的值U3、負極附近電勢上升的值U4.將電鍵閉合后,增大變阻器R,U1增大,U2減小,但是U3和U4基本保持不變,讓學生對比U1+U2和U3+U4,很容易得出U1+U2=U3+U4的結論,接著很自然地就可以引出電動勢E的概念,電動勢即正負兩極附近電勢上升的值之和,即E=U3+U4.為了讓學生能更清楚地認識到閉合電路中電勢的變化情況,還可以用以下兩幅圖加深理解.
最后,假定外電路是純電阻電路,經過簡單的理論推導后,即可得到閉合電路的歐姆定律I=ER+r,整個過程非常自然,一點沒有突兀的感覺.
問題4如果外電路出現了短路或者斷路的情況,電路中電勢的升降情況會如何?
設計意圖這兩種特殊情況,如果用理論推導的方式去講解,略顯枯燥,借助于問題4中的思路,則非常好理解.在短路情況下,電勢的升降全部發生在電源內部,而在斷路情況下,外電壓Uab就等于電動勢,這也是我們用電壓表粗測電源電動勢的依據.
問題5請用閉合電路的歐姆定律解釋問題1和問題2中出現的現象.
設計意圖學以致用是師生們共同的追求,在一開始回答問題1和問題2時,學生們多半是連蒙帶猜的,并沒有十足的把握,現在回過頭來重新審視這兩個問題,應該底氣十足了.正是因為電源有內阻,導致外電壓并不等于電動勢,教師可在電源兩端并聯上電壓傳感器,學生就可以非常清楚地看到接上燈泡后,問題1中的U2
問題6我們常說一節干電池的電壓是1.5 V,這種說法對嗎?
設計意圖通過問題5的分析,學生們非常直觀地看到外電壓一般是小于電動勢的,少掉的那部分是內電壓,電動勢應等于內外電壓之和,或者等于正負極附近上升的電勢之和.為了進一步加深學生對電動勢E的認識,教師還可以從非靜電力做功的角度作進一步闡述,讓學生知道電動勢E的值等于電源把1C正電荷從它的負極搬運到正極的過程中,非靜電力所做功,即E=W非/q.
一、電學計算題教學
【例1】 把電源(電壓一定)、開關、兩個未知阻值的定值電阻R1和R2、滑動變阻器R、一個電流表和兩個電壓表、導線連成了如圖1所示的電路。閉合開關后,調節滑動變阻器R的滑片P,發現V1、V2、A表的示數都在改變,把電流表A的示數和對應的電壓表V1、V2的示數記在下表中。(設電阻不隨溫度變化而改變)
(1)根據表格中的數據求出定值電阻R2的阻值。
(2)求出電源電壓U和定值電阻R1的阻值。
(3)求整個電路消耗的最大電功率。
解:(1)從表格數據可知I=0.2A時,R2兩端的電壓U2=0.8V,由I=UR 得R2=U2I=0.8V0.2A=4Ω 。(2)設電源電壓為U,由表中數據知,當電路電流I=0.2A時,R2和滑動變阻器R兩端總電壓U2=2.8V。根據串聯電路的電壓規律和歐姆定律有:U=0.2R1+2.8;
當電路電流I2=0.3A時,R2和滑動變阻器R兩端總電壓為U3=2.7V,根據上面推導有:U=0.3R1+2.7,聯解得U=3V,R1=1Ω。
(3)當滑動變阻器接入電路的阻值為零時,電路消耗的功率最大則有:I最大=UR1+R2=3V1Ω+4Ω=0.6A ,
P最大=UI最大=3V×0.6A=1.8W。
這道物理計算題主要考查學生審讀電路圖的能力和運用串聯電路的特點,歐姆定律等的知識,學生就要對串聯電路及其特點、歐姆定律有確切的理解,因此在教學中教師就要引導學生從串聯電路及特點、歐姆定律入手考慮。解答這道題首先要知道電路是串聯電路,再根據串聯電路的特點,當然也要求學生理解好歐姆定律,才能準確地解答出答案。若學生對這些知識沒有掌握好,電路連接方式判斷錯誤或者歐姆定律的運用錯誤,就會導致本題的大失分。
二、力學計算題教學
在初中物理的力學中,浮力計算既是重點又是難點,很多學生對這類題束手無策,其主要原因是學生不熟悉掌握浮力的求法及其受力分析能力差,教師在講解浮力計算題時應加強解題方法的指導。
圖2
【例2】 如圖2甲所示,把邊長為0.1m的正方體木塊放入水中,靜止時有2/5的體積露出水面,然后在其上表面放一塊底面積為2.0×10-3m2的小柱體,如圖2乙所示,靜止時方木塊剛好能全部浸入水中。(g=10N/kg)求:
(1)甲圖中木塊受到的浮力。(2)木塊的密度。
(3)小柱體放在木塊上面時對木塊上面的壓強。
解:(1)甲圖中木塊漂浮在水中,木塊受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3×35 =6N。
(2)甲圖中木塊漂浮在水中,F浮=G木,ρ水g×35 V木=ρ木gV木,ρ木=35 ×10×103kg/m3=0.6×103kg/m3。
(3)方法一:小柱體放在木塊上面時,F浮1=G柱+G木,
G柱=F浮1-G木=ρ水gV木-G木=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3-6N=4N,
小柱體放在木塊上面時對木塊的壓強為:
p=FS =G柱S =4N2.0×10-3m2 =2×103Pa。
方法二:小柱體放在木塊上面時對木塊的壓力等于小柱體的重力,從圖甲到圖乙增加的浮力就等于小柱體的重力,即:
G木=F浮2=ρ水gV排2=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3×25 =4N,
小柱體放在木塊上面時對木塊的壓強為:
關鍵詞:電阻測量;設計性實驗;物理
物理是以實驗為基礎的學科,不論是理科綜合能力測試還是單學科的高考,都十分重視實驗能力的考查。近年來高考物理中的實驗題已從側重于考查實驗的原理、器材選擇、步驟、數據處理、得出結論、誤差的定性原因等即考查實驗儀器的使用、基本操作等最基礎的實驗能力,向著更側重于考查對實驗原理的理解、實驗方法的靈活運用等更高層次的能力要求轉變,從常見的學生分組實驗、演示實驗及課后小實驗的考查向更高層次的設計性實驗考查過渡。高考實驗題的設計性實驗常見于電學實驗中,而電阻測量的設計性實驗更是其重點、熱點,對學生而言當然也是難點。本文擬就如何突破這一難點做些討論.
一、千變萬變,原理不變
縱觀近幾年高考中的電阻測量設計性實驗題目,立意新穎、靈活多變。為了應對這種實驗,總結了不少方法,如“伏伏法”、“安安法”,名目繁多,不一而足。其實不論題目多么新穎,不論怎么變化,須知萬變不離其宗,這個“宗”就是實驗原理。原理是實驗的總綱、靈魂,設計性實驗也概莫能外。高考理科綜合能力測試《考試大綱》對設計性實驗題目的考查有具體明確的要求:“能靈活地運用已學過的物理理論、實驗方法和實驗儀器去處理問題”。設計性實驗考題都是根據現行教學大綱和考試大綱,立足于課本,在已學實驗(包括學生分組實驗、演示實驗及課后小實驗)的基礎上演變而來的,是建立在對所學實驗原理的深入理解的基礎上的。具體到電阻的測量,其實驗原理最主要的應是兩個,一是部分電路歐姆定律(即所謂伏安法),二是閉合電路歐姆定律,茲分述于后:
⑴伏安法。設待測電阻阻值為Rx.若測得Rx兩端的電壓為U,通過Rx的電流為I,則由其定義可得Rx=U/I。此處應注意“測”的含義,例如,電壓U既可用電壓表直接測得,也可由其他方式算出即間接測得。電流亦然。
⑵閉合電路歐姆定律。將待測電阻Rx做為某一電源的外電路或外電路的一部分,利用閉合電路歐姆定律測量,這當然也是間接測得的。
二、方案選擇,應看條件
電阻測量設計性實驗之所以難,對很多學生來說,不是不知道有哪些實驗原理,而是不清楚對一個具體的實驗應該用哪個原理。實際上,在一道具體的實驗題目中實驗原理的選擇受實驗器材、實驗精度的要求等多種因素的制約。如考慮用伏安法測電阻時,一般而言應有電壓表、電流表。若只有兩個電流表,沒有電壓表,并不意味著無法用伏安法。只要滿足一定條件,實驗仍然能夠完成。前面說過,只要能算出待測電阻兩端的電壓即可。在什么情況下可以“算出”?這就需要注意電壓表、電流表的一些指標。一般來說,電壓(流)表應看三個指標即滿偏電壓、滿偏電流和內阻,由于電表此時滿足部分電路歐姆定律,故三個指標中只有兩個是獨立的,利用任意兩個指標可由歐姆定律求出第三個指標。這也說明電表可扮演三種角色,例如一個電壓表,既是一個電壓表(測內阻RV兩端的電壓),又是一個定值電阻(阻值為內阻RV),同時還能反串電流表(“測”通過RV的電流).能否“測出”通過RV的電流,就取決于其內阻是否已知。故若題目明確說明其電表的內阻是多少,則可考慮讓此電表反串另一種電表的角色(當然,可能還須考慮其偏轉角度是否滿足精確的要求或是否會超出其量程)。但若題目只是說此電表的內阻約為多少,則不能反串。題目給出這個條件通常是用來考慮用外接法還是內接法的,此時應另尋他法。若考慮用閉合電路歐姆定律測電阻時,則應注意電源的兩個指標即電源的電動勢E和內阻r。如果電動勢E和內阻r未知,則應做待測量加以考慮。
三、體會例題,學會應變
例1:2004年高考理綜(全國卷二)22題:用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(900~1000Ω):電源E,具有一定內阻,電動勢約為9.0V;電壓表V1,量程為1.5V,內阻r1=750Ω;電壓表V2,量程為5V,內阻r2=2500Ω;滑線變阻器R,最大阻值約為100Ω;單刀單擲開關K,導線若干。
(1) 測量中要求電壓表的讀數不小于其量程的1/3,試畫出測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中相應的英文字母標注。
(2) 根據你所畫的電路原理圖在題給的實物圖上畫出連線。
(3) 若電壓表V1的讀數用U1表示,電壓表V2的讀數用U2表示,則由已知量和測得量表示Rx的公式為Rx=__________。
分析:首先考慮實驗原理。若利用伏安法測電阻,則需測出Rx兩端的電壓和通過的電流。雖然器材中沒有電流表,但給出的兩只電壓表,既知道它們的量程,又知道它們的內阻,因此,當接在電路中時,既可直接讀出它們的電壓值,又可算出通過它們的電流。由此可知,當用伏安法測電阻Rx的值時可有圖1或圖2所示的兩種電路。當用圖1所示電路時,Rx先與電壓表串聯,讀出電表電壓從而算出通過電表的電流也就是通過Rx的電流,然后再與另一只電表V并聯直接讀出電壓,此電壓減去的電壓即是Rx兩端的電壓,這樣就可用歐姆定律算出Rx的值;當用圖2所示電路時,Rx先與電壓表V并聯,可直接讀出Rx兩端的電壓,再與另一只表串聯,由兩只電表電流之差算出Rx中的電流,同樣可用歐姆定律算出Rx的值。
接下來需要考慮的是,對于上述每種電路,由于有兩只不同規格的電壓表,則若在上述電路中將電壓表互換位置,就會有四種可能。但要注意題目有“電壓表的讀數不小于其量程的1/3”的要求,因此,每只電壓表接在何處應結合它們的量程和內阻做進一步的分析。采用圖1電路時,
若為電壓表V1,V為電壓表V2,則當V1兩端的電壓達到滿偏時,可估算出并聯電路兩端的電壓即V2兩端的電壓可達3V左右,兩只電壓表的讀數均可超過其量程的1/3,滿足題目要求;采用圖2電路時,可從兩只電表通過的電流考慮,V測支路電流而測干路電流,量程應大些,故V用電壓表V1而用電壓表V2。
再次應考慮的是滑線變阻器的使用。由于電源電動勢較大,變阻器的最大阻值比電壓表的內阻小得多,故若把滑線變阻器串接在電路中即做限流使用,將會使電壓表超過量程且操作不方便,因此應接成分壓電路。
需要說明的是,上述電路不必考慮內、外接的問題。因為Rx是算出來的,沒有因電壓表分流或電流表分壓帶來的系統誤差。
以上從原理出發討論了電阻測量設計性實驗的主要方法。電阻測量設計性實驗還有一些特殊方法如替代法等等,由于篇幅原因,在此不再贅述。
四、小試牛刀,專題訓練
⑴用以下器材測量一待測電阻Rx的阻值(約100Ω):電源E,電動勢約為6.0V,內阻可忽略不計;電流表A1,量程為0~50mA,內電阻r1=20Ω;電流表A2,量程為0~300mA,內阻r2=4Ω;定值電阻R0,阻值R0=20Ω,滑動變阻器R,最大阻值為10Ω;單刀單擲開關S,導線若干。
①測量中要求兩塊電流表的讀數都不小于其量程的1/3,試畫出較準確地測量電阻Rx的一種實驗電路原理圖(原理圖中的元件要用題圖中相應的英文字母標注)。
②若某次測量中電流表A1的示數為I1,電流表A2的示數為I2.則由已知量和測量量計算Rx的表達式為Rx=。(用相應英文字母表示)
⑵如果測量一個待測電阻R的阻值時,器材中沒有給電壓表,給出的器材是:電池(電動勢的具體值未知,但內阻可忽略不計)、電流表(內阻可忽略不計)、滑動變阻器、定值電阻R0(R0的值與用多用電表粗測出的待測電阻R的阻值相等),調節范圍在0.1Ω―9999.9Ω的電阻箱R′(電阻箱的最大值大于待測電阻R的阻值)、單刀單擲開關、單刀雙擲開關、若干導線。測量前將待測電阻R和電流表串聯后直接和電池相連,電流表的示數接近滿量程。
要求:①選用所給的器材,設計兩個不同的測量待測電阻R的阻值的電路,畫出電路圖;②簡要說明實驗步驟,寫出最后的測量結果(如果需要計算,則必須寫出計算公式)。
參考解答:
⑴解法Ⅰ:通過Rx的最大電流大于電流表A1的滿偏電流且為電流表A2的滿偏電流的1/5.測量中要求兩塊電流表的讀數都不小于其量程的1/3,故可用電流表A1測Rx的電流;將A2與R0串聯后改裝為電壓表,此電壓表測出的是Rx與A1的端電壓,故。
解法Ⅱ:若將電流表A1與Rx串聯后再與電流表A2并聯即用A2測其端電壓,則由于當A2中的電流較大時A1中的電流將不會達到其量程的1/3,故可用定值電阻R0來測電壓。
②(a)(替代法)撥動S使R接通,記錄電流表的示數;撥動S使R′接通,記錄電流表的示數與R接通時的示數相同,記錄此時R′的值R0′,則R=R0′。
(b)設電源的電動勢為E,S閉合后通過電流表的示數為I1,S斷開時電流表的示數為I2,有E=I1R,E=I2(R+R0),解得。
(c)設電源的電動勢為E,S閉合前將R′調到最大值(或較大值),然后閉合S,調R′使電流表的示數盡量接近滿量程,此時R′的值為R0′,電流表的示數為I1.斷開S后電流表的示數為I2(也可采用在S斷開后調節R′,使電流表的示數為1/2滿量程的方法)
參考文獻:
[1]教育部考試中心“高考內容、形式與能力考查”課題組.物理-歷年高考試題精選解析[Z].北京:中國人民大學出版社,2004.
《普通高中物理課程標準》指出:“高中物理課程應促進學生自主學習,讓學生積極參與、樂于探究、勇于實驗、勤于思考。通過多樣化的教學方式,幫助學生學習物理知識與技能,培養其科學探究能力。”也就是說,在高中物理教學過程中,我們要改變“灌輸式”的教學模式,要通過有效運用自主、合作、探究的教學模式來落實“以生為本”的教學理念,以確保學生在真正高效的物理課堂中獲得良好發展。
《歐姆定律》這一節課的主要教學目的是理解電阻的概念,明確導體的電阻是由導體本身的特性所決定;理解歐姆定律,并能用來解決有關電路的問題等。所以,在新課程改革下,我們課堂教學活動的組織,教學方法的選擇,課堂問題的設定都應該以學生的發展為中心,以確保學生在掌握基本物理知識的同時,物理學習能力以及綜合素質水平也能得到大幅度提高。因此,在《歐姆定律》這一節課的教學中,我的主要目的就是幫助學生理解歐姆定理,并能靈活運用來解決相關的練習題。所以,這節課我選擇了實驗探究,以為學生科學素養的全面提升做出相應的貢獻。
【學情分析】
對于《歐姆定律》這節課的相關內容學生在初中階段已經有初步了解,對歐姆定律的概念以及相關應用都有初步認識和理解。而高中階段的這部分內容主要是通過實驗演示來增加學生的直觀認識,使學生在實驗現象的觀察中強化理解,提高應用能力。同時還要鍛煉學生的實驗設計能力和操作能力,以提升學生的科學素養,使學生獲得良好發展。
【案例描述】
在上課時,為了讓學生快速了解本節內容,也為了調動學生的學習積極性,更為了降低課堂的枯燥感,在導入環節,我選擇的是“以舊代新”方式,首先引導學生利用初中物理中的相關知識對下面一道練習題進行思考:
在一只燈泡上標有“2.4V,0.3A”的字樣,它表示燈泡在正常工作時的電壓是______,通過燈絲的電流強度是_____,如果用電壓是3伏的電池組供電,為使燈泡正常工作應給燈泡___聯一個阻值是______歐姆的電阻。之后,以一句“我們今天再來研究一下歐姆定律的相關知識”來引導學生進入課堂。接著,我開始引導學生對“測量導體電流和電壓”的實驗進行自主實驗,并通過電壓表和電流表中的數據來試著繪制U―I圖象,之后,再將教材中給出的電阻、歐姆定律以及基本物理概念進行簡單學習。接著,將重點放在“導體的伏安特性曲線”以及“測繪小燈泡的伏安特性曲線”實驗上。引導學生以小組為單位,結合教材內容,自主選擇實驗材料。之后,讓學生結合教材內容自主對這一實驗進行操作,并對實驗結果進行分析。最后,我再對本節課相關內容進行有針對地講解,比如實驗中存在的問題,開關閉合前滑動變阻器上的滑片位置隨意;數據分析中存在的問題等進行講解。
最后,為了檢驗學生的學習效率,也為了提高學生的知識運用能力,我引導學生進行了當堂練,對教材后面的幾道練習題進行思考,如有三個電阻:RA=5Ω,RB=10Ω,RC=2.5Ω,他們的伏安特性曲線都是過原點的直線,請在同一坐標系中作出他們的伏安特性曲線,并標明A、B、C。這是一道基礎性試題,是對學生本節課所學知識的應用。最后,通過對這些練習題的講解這節課也就結束了。
【案例反思】
結束了這一節課的教學后,我開始反思整個教學過程中的得失,現從以下方面入手進行總結和分析:
1.為了落實以生為本的教學理念,在這節課中我們組織學生進行了自主實驗,這對學生實驗能力的提高以及科學素養的培養都有著密切的聯系。所以,在這一點上是值得我們應用到以后的教學中去的。但是,在“測量導體電流和電壓”這部分的教學時,我們可以借助多媒體來輔助教學,而非讓學生看教材,進行照本宣讀,這是不利于學生觀察能力提高的,也是不利于自主性物理課堂構建的。
教學目標(一)知識與技能
1、了解并掌握測定電池的電動勢和內阻的原理和實驗方法。
2、學習用圖象法處理實驗數據。(二)過程與方法
通過設計電路和選擇儀器,開闊思路,激發興趣。養成規范操作實驗并能科學、合理地處理數據的習慣。(三)情感、態度與價值觀
使學生理解和掌握運用實驗手段處理物理問題的基本程序和技能,具備敢于質疑的習慣、嚴謹求實的態度和不斷求索的精神,培養學生觀察能力、思維能力和操作能力,提高學生對物理學習的動機和興趣。
教學重點、難點重點
掌握實驗原理和方法,學會處理實驗數據。難點用圖象法處理實驗數據。
教學方法分組實驗
教學手段測定電池的電動勢和內阻的有關實驗器材
教學活動(一)引入新課
教師:我們已經學習了閉合電路的歐姆定律,請大家寫出有關的公式。學生:回憶并寫出閉合電路歐姆定律公式。教師:這節課我們就根據閉合電路的歐姆定律,來測量電池的電動勢和內阻。(二)進行新課
1、實驗原理
提出問題:現在有一個干電池,要想測出其電動勢和內電阻,你需要什么儀器,采用什么樣的電路圖,原理是什么?學生討論后,可以得到多種實驗方案。(1)用電壓表、電流表、可變電阻(如滑動變阻器)測量。如圖2.9-1所示:
原理公式:(2)用電流表、電阻箱測量。如圖2.9-2所示:
原理公式:(3)用電壓表、電阻箱測量。如圖2.9-3所示:
原理公式:這幾種方法均可測量,今天我們這節課選擇第一種測量方案。2、實驗方法
教師:引導學生閱讀教材72頁有關內容,回答問題。(1)用水果電池的優點是什么?電源的正負極如何鑒別?其內阻與哪些因素有關?實驗過程中會有何變化?實驗中要注意什么?(2)簡要寫出實驗步驟。學生:閱讀教材,解決以上問題。在教師指導下完成實驗,要記錄至少六組實驗數據。3、數據處理原則上,利用兩組數據便可得到結果,但這樣做誤差會比較大,為此,我們可以多測幾組求平均,也可以將數據描在圖上,利用圖線解決問題。
明確:(1)圖線的縱坐標是路端電壓,它反映的是:當電流強度I增大時,路端電壓U將隨之減小,U與I成線性關系,U=E-Ir。也就是說它所反映的是電源的性質,所以也叫電源的外特性曲線。(2)電阻的伏安特性曲線中,U與I成正比,前提是R保持一定,而這里的U-I圖線中,E、r不變,外電阻R改變,正是R的變化,才有I和U的變化。實驗中至少得到5組以上實驗數據,畫在圖上擬合出一條直線。要求:使多數點落在直線上,并且分布在直線兩側的數據點的個數要大致相等,這樣,可使偶然誤差得到部分抵消,從而提高精確度。討論:將圖線延長,與橫縱軸的交點各代表什么情況?歸納:將圖線兩側延長,縱軸截距點意味著斷路情況,它的數值就是電源電動勢E。橫軸截距點(路端電壓U=0)意味著短路情況,它的數值就是短路電流。說明:①兩個截距點均是無法用實驗實際測到的,是利用得到的圖線向兩側合理外推得到的。②由于r一般很小,得到的圖線斜率的絕對值就較小。為了使測量結果準確,可以將縱軸的坐標不從零開始,計算r時選取直線上相距較遠的兩點求得。(三)課后小結
這節課我們學習了測定電池的電動勢和內阻的原理和實驗方法。并學習了用圖象法處理實驗數據。
學生活動
作業1、書面完成P74“問題與練習”第2、3題;思考并回答第1題。2、課下閱讀課本,完成實驗報告。
關鍵詞 初中物理;歐姆定律;實驗室;可變穩壓輸出電源
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:B 文章編號:1671-489X(2013)10-0029-02
1 冤屈
聽初中物理青年教師“以導促學”匯報課“歐姆定律”,評課時,很多老教師對該教師的“電壓的調節與改變問題”的處理,提出了中肯且詳細的點評。筆者既對老教師的無私點撥感到欣慰,同時更為這位青年教師“叫屈”。屈之一,老教師們受以往教學經驗的啟發,以所謂教材、器材、試題為依據,面面俱到地來看待新教師的創新教學設計,這是因為沒有看到探究教學的發展之需要;屈之二,讓青年教師的創新教育來承擔教材編寫本身的缺陷、學校實驗室實驗器材配置不足以及某次中考試題的偏頗等,似乎更為冤屈。
就初中物理探究歐姆定律的實驗設計,一是保持電阻不變,改變電壓,觀察電流與電壓的關系;二是保持電壓不變,改變電阻,觀測電流與電阻的關系。這本來應該是一個極其自然的、也是學生立馬就能想到的實驗設計過程。由于一般學校的實驗室沒有“可變穩壓輸出電源”儀器,所以,目前使用的大多數版本的初中物理教材給定的實驗設計為圖1的設計。這樣的設計一直以來似乎被認為是經典,而從來就沒有受到過質疑。有經驗的教師,往往采用提前做伏筆,或當堂給學生以點撥的方式來完成。
為使實驗在有限的時間內完成,一般需要解決兩個問題:一是如何調節滑動變阻器,才能增大(或者減小)電壓表讀數;二是改變電阻時是先大后小還是先小后大。這樣就出現滑稽的現象。滑稽之一在于:這一與本次探究無關的問題卻成為本節課的重點與難點。滑稽之二在于:用探究所得到的結論來設計探究結論,顛倒了“過程與結論”的邏輯發展關系。
2 緣由
一個青年教師的“冤屈”,也許不那么受人關注,然而,當這樣的“冤屈”已經阻礙教學改革的時候,就不能不引起人們的關注了。回顧落實探究教育的過程,可以發現,它是一個漸變的過程,從課標要求的提出,到教師的主動實施;從將探究視為方法,到視探究為教學目標。當今的教師普遍認同一個“以學生發展為本”的理念,于是,各種各樣的教學方式層出不窮。遺憾的是,教師始終發現有“三座大山”正在阻擋探究的自然發展。
第一座“大山”是教材。在一綱多本的初中物理教材體系中,某一版本的教材應該也僅僅只能是教師進行教學設計的依據之一。很多老教師喜歡以教材為本并視教材所述為金科玉律,這顯然是一種片面的認識,而且就是這樣的片面認識,在廣大教師中卻依然很流行,甚至成為一種評價課堂的唯一準則。
如果教材編寫者能將圖1變化為圖2,并告訴學生,虛線框就是一個可以改變電壓的電源,并讓學生在實驗中體會改變電壓大小的方法(這本身也是“做中學”的一種方式),這樣就避免了教師在這個問題上的糾結。至于其原理,可以作為歐姆定律應用的一個問題來討論(根據筆者對新課程標準的理解,這樣的動態分析似乎有違探究教育本意,建議以后試題不出現)。
第二座“大山”是器材。由于歷史的原因,學校的實驗室與教室的地理位置配備問題,實驗儀器的陳舊與不配套問題,已經嚴重地制約了探究教學的落實與發展。就筆者所在學校而言,自筆者1980年參加工作,30多年來,可以說沒有什么本質上的變化。如果要說變化,那就是價錢更高了,而質量更低了!教師為了尋找一個探究實驗的器材,所做出的努力真的是難以想象,更不用說向學生開放探究實驗室的可能。就本文提及的“可變穩壓輸出電源”,按照圖3,也就是個由電池盒與電位器的組合問題,應該不是難事,可以自制,也可以批量生產,遺憾的是一直沒有被相關部門所重視。
第三座“大山”是考試。“初中物理是被考難的”,這是目前的共識。就圖1的設計,某地的中考試題竟然讓學生回答:換用電阻時,阻值是該從大到小還是從小到大?雖然說中考試題屬于終結性評價,學生回答該問題不存在任何可以挑剔的地方,遺憾的是,這樣的試題一出現,來年就被無情地收錄進了各種隨堂教輔資料中,甚至被各地的教研員編進了相關的試卷之中。那些視考試分數為自己榮譽的教師,只能步步小心地向學生進行介紹,從而徹底摧毀了探究教學的自然發展規律,因而也導致在歐姆定律的教學中要做出一個“艱難的決定”。不合時宜的試題安排,已經真的成為探究教學發展的絆腳石。教材的編寫是為了照顧學校已有實驗條件,試題卻在別人不得已的基礎上再次興浪,實為不該。
3 體會
探究能力的發展需要有個前提,這個前提就是人腦思維的自然性體現,或者稱它為“最臨近發現區”的構建。這里為思維發展的自然性提供探究實驗及配套的器材,成為探究能否自然發展的“架梯”。
探究教學,在國內應該還是個新名詞,其必須經過一個相當長的摸索過程,才能被教師爐火純青地所運用。教師要真正以探究教育的觀點來設計教學活動,要有勇氣有能力去挑戰所面對的“三座大山”。
比如圖4的實驗,教材用以說明的是物體具有慣性,而教師如果僅僅將該實驗看成是為了提高學生的學習興趣,那么就失去了一次探究教學的資源。這就需要教師突破教材安排,具有根據實際需要增加探究資源的能力。因為這個實驗可以提供一個更值得探究的問題:慣性大小與什么因素有關?如果將該實驗改為:給學生兩個高度、形狀、體積相等而質量有明顯區別的物體,分別做同樣的實驗,哪個更容易成功呢?為什么?經過這樣探究學習的學生,對于理解“慣性大小只與質量有關”不是更有幫助嗎?同時,這樣的探究還需要有突破實驗室配置的要求,畢竟“兩個高度、形狀、體積相等而質量有明顯區別的物體”是很容易找到的吧。
作為探究教學發展趨勢中所出現的“以導促學”教學方式(或者是其他教學方式),是凝聚著廣大教師在探究教學道路上的走向反映,也就是說欣喜地看到了探究教學正在發展。這樣的發展甚至只能用剛剛起步來定義。
關鍵詞: 電源電動勢及內阻 誤差分析 圖像法 等效法
用電流表和電壓表測電池的電動勢和內阻的實驗,是通過電流表和電壓表測出外電路的幾組電流和電壓,然后用閉合電路的歐姆律求出電池的電動勢和內阻實驗要求多測幾組I、U的數據,求出幾組E、r值,最后計算出它們的平均值。此外,還可以用作圖法處理數據,即利用電源的伏安曲線U-I圖像求出E、r值。教材給出實驗電路,即電流表外接電路(相對電源)。但在練習和考試中很多學生畫出了另外一種測量電路,即電流表內接電路。下面就這兩種測量電路的實驗結果產生的系統誤差作比較,以便明確該實驗的正確電路。
一、電流表相對電源外接實驗電路的實驗誤差分析
圖像法:
根據閉合電路的歐姆定律U=E-lr中的I是通過電源的電流,圖1電路是由于電壓表的分流IV引起了誤差,使電流表的示數I■小于電池的輸出電流I■。假設通過電源的電流為I■,電流表讀數為I■,電壓表內阻為R■,電壓表讀數為U,電壓表分流為I■,由電路結構,I■=I■+I■而I■=U/R■。它們的關系可用圖2所示,由測量數據畫出的U-I測量值圖像AB。根據修正值,圖線上每點電壓對應電流的真實值大于測量值,作出修正之后的U-I真實值圖線CB。
由圖像可看出圖線AB的縱軸截距測量值E小于圖線CB的縱軸截距真實值E■,圖線AB斜率的絕對值測量值r也小于圖線CB斜率的絕對值真實值r■,因此,E、r的測量值均小于真實值,r■
對于r
等效法:
把電壓表和電源等效為一新電源,如圖3虛線框所示,這個等效電源的內阻r為真實內阻r■和R■的并聯電阻,也就是測量值,即
由以上分析可知,要減小誤差,所選擇的電壓表內阻應適當大些,使得R■>>r。
二、電流表內接實驗電路的實驗誤差分析
圖像法: