時間:2023-07-25 17:17:40
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篇歐姆定律的內容,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。
本節內容前承電路、電壓、電阻及電流表、電壓表的使用,是前面電學知識的聚焦;后啟電功、電功率,并為高中階段學習閉合電路的歐姆定律、電磁感應定律、交流電等內容做了鋪墊。甚至于對學生將來參加生產勞動也有指導作用,即使在電工技術電子專業等學習中,歐姆定律同樣是必不可少的基礎知識,其研究方法──控制變量法是學習關于電阻大小影響因素的研究方法的延續,是物理問題研究思想的再次體現。
二、學習任務分析
本節重點是歐姆定律的內容和公式。通過實驗探究,歸納總結出歐姆定律,讓學生領悟科學探究的方法,體驗科學探究的樂趣,形成尊重事實、探究真理的科學態度,培養學生分析解決問題的能力;理解歐姆定律中電流I、電壓U、電阻R的同一性是本節難點,在探究過程中通過適時引導、恰當點撥,利用實物電路使學生達到理解歐姆定律的目的。
三、學習者分析
學習了電路基礎知識,學生產生了濃厚的興趣,多數學生能正確連接電路元件,正確使用電流表、電壓表和滑動變阻器,對于控制變量的研究方法也有所了解。學生有較強的好奇心和求知欲,他們渴望自己動手進行科學探究,體驗成功的樂趣,但對于U、I、R三者關系知之甚少,規律性知識的概括往往以偏概全。他們的思維方式逐步由形象思維向抽象思維過渡,教學中讓學生自主設計研究問題的方案,是發展學生思維的有效途徑。
四、教學目標
⑴知識與技能
會用實驗的方法探究電流與電壓、電阻的關系;
理解歐姆定律的內容、公式;
培養學生的觀察、實驗能力和分析概括能力。
⑵過程與方法
通過實驗探究學習研究物理問題常用的方法──控制變量法。
⑶情感、態度與價值觀
通過探究過程,激發學生的學習興趣。培養學生實事求是的科學態度;認真謹慎的學習習慣。
重點:歐姆定律的內容和公式;
通過實驗使學生知道導體中電流與電壓、電阻的關系。
難點:理解歐姆定律的內容;
弄清變形公式的含義。
五、教法設計
依據本節課的知識特點、教學目標和學生實際,確定本節主要采用實驗探究法。把學生視為學習的主人,教師當好學習的組織者和引導者。探究式學習可以激活學生已有的知識,在探究新問題時使知識活化、重組,形成知識結構并向能力轉化;讓學生體會科學發現的全過程,從中感悟科學思想和科學方法。
六、教學準備
關鍵詞:歐姆定律 高中物理教學方法
一、教材分析
《歐姆定律》的內容,在初中階段已經學過,高中階段《物理》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;體會物理學的基本研究方法(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――列表對比法和圖象法;再次領會定義物理量的一種常用方法――比值法。這就決定了《歐姆定律》教學的教學目的和教學要求。教學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。
《歐姆定律》的內容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了基礎。《歐姆定律》實驗中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,《歐姆定律》是后續課程的知識準備階段。
通過《歐姆定律》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。《歐姆定律》內容的重點是進行演示實驗和對實驗數據進行分析。這是教學的核心,是教學成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。《歐姆定律》教學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。從數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,從數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。有些學生常將兩種表達式相混,對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清,要注意提醒和糾正。
二、關于教法和學法
《歐姆定律》教學采用以演示實驗為主的啟發式綜合教學法。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,必要時可進行大面積課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,也有利于充分發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過《歐姆定律》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,怎樣進行實際操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須經過實驗的檢驗,不能任意外推,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后,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起了承上啟下作用。
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。這樣既鞏固了他們的實驗知識,也調動他們盡早投入積極參與。
3.在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余同學注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4.在用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出下面的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,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖象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,可提問請學生回答或展開討論,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的印象。
6.在得出實驗結論的基礎上,進一步提出歐姆定律,這實際上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,以鍛煉學生的語言表達能力。教師重申時語氣要加重,不能輕描淡寫。要隨即強調歐姆定律是實驗定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推。
7.為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合課本練習題,熟悉歐姆定律的應用,但占時不宜過長,以免沖淡前面主題。
四、授課過程中幾點注意事項
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,數據不能虛假拼湊。
3.注意演示實驗的可視度。可預先制作電路板,演示時注意位置要加高。有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學生都能清晰地看見。
4.定義電阻及歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。可把電阻的概念及定義在歸納實驗結論時提出,而歐姆定律在歸納完實驗結論后。這樣學生就不易將二者混淆。
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。
6.注意調控課堂節奏,避免單調枯燥。
參考文獻:
關鍵詞: 新課標 《歐姆定律》 探究性實驗教學
《初中物理新課程標準》將科學探究納入了物理教學的內容,旨在將學生學習的重心從過去的過于強調知識的傳承和積累向知識的探究過程轉化。
所謂“實驗探究教學模式”,是指學生在教師的引導下,運用已有的知識和技能,充當新知識的探索者和發現者的角色的學習模式。
筆者多年從事初三物理教學,結合新課改要求,在《歐姆定律》探究教學中進行了嘗試,現談談自己的實踐和體會。
一、在探究過程中,著重應用控制變量法
控制變量法是指決定某一物理量的因素有很多。為了弄清這個量與這些因素之間的關系,往往先控制住其他幾個因素不變,集中研究其中一個因素變化所產生的影響,然后通過比較歸納出與這些量之間的關系。
歐姆定律揭示了電流、電壓、電阻三個物理量之間的關系,由于電流大小與電壓、電阻都有關系,因此探究步驟中的設計實驗應盡量引導學生分為兩步設計。
1.保持電阻不變,研究電流跟電壓的關系。
要讓學生明確“研究電流跟電壓的關系時,應保持電阻不變”,設計實驗電路時應考慮:①怎樣測量定值電阻兩端的電壓U和定值電阻中的電流I呢?②怎樣保持導體的電阻R不變呢?③通過什么方法改變定值電阻兩端的電壓U呢?
設計并連接電路利用滑動變阻器改變定值電阻兩端的電壓,使它成整數倍地增加,并記錄所對應的電流值,
2.保持電壓不變,研究電流跟電阻的關系。
要讓學生明確“研究電流跟電阻的關系時,應保持電壓不變”,實驗探究時應考慮:①怎樣改變導體電阻R的大小?②怎樣保持導體兩端的電壓U不變呢?讓學生討論交流,使學生認識到:當定值電阻的大小發生變化時,可通過滑動變阻器控制其兩端的電壓U保持不變。
更換定值電阻,利用滑動變阻器保持定值電阻兩端的電壓不變,記錄對應的電流值,在具體的探究教學中可能會遇到這樣的問題:在電阻R阻值改變時,電阻R兩端的電壓也發生變化,如何移動滑動變阻器的滑片,使電阻R兩端的電壓恢復到原來的電壓值。這也是把控制變量法從理論升華到實際的一個方面。
二、在探究過程中,讓學生親身體驗,增強課堂教學效果
學生是教學活動的主體,教師對思維活動過程的展開,不能代替學生自己的思維活動。因此,在設計本節探究活動時筆者以學生為中心,進行分組實驗。激發學生的求知欲和參與意識,使不同層次學生的認知結構、個性品質在參與中都得到發展。設計學生活動程序如下:
(1)提出問題:電流與電壓,電流與電阻的關系?
(2)作出假設:①不成比例。②成正比。③成反比。
(3)設計并進行實驗:①設計電路圖。②設計步驟。③進行實驗。
(4)分析數據得出結論。
這樣做有以下好處:第一,可以充分調動學生的積極性。對于初中學生來說,他們已不再局限于看老師演示實驗,都喜歡自己動手操作,通過自己的實踐解決問題。第二,可以清楚地發現并指出學生的操作中的錯誤,物理實驗中一些儀器的使用,要求學生掌握,培養學生正確而良好的操作技能。但是,在實踐過程中,筆者認為學生的練習機會實在太少,有些儀器的使用方法盡管學生課上聽懂了,但真正操作起來并不如想象的那樣簡單順手。就像本節中的電流表、電壓表的使用,學生往往會把電表的串并連搞錯,把正負接線柱接錯等,滑動變阻器的使用也不夠到位。第三,可以鞏固學生對相應知識的掌握情況。對于人的記憶方式來說,自己動手操作過的情景記憶起來要比單純的聆聽接受記憶要牢固得多。
三、在探究過程中,引導學生反思應用遷移
這一方法要求把已知遷移到未知、把此一類知識遷移到另一類知識中,使學生受到相互滲透、影響和轉化的觀點的教育。例如,啟發學生把已有的知識遷移到歐姆定律的探究中,把歐姆定律的知識遷移到其他知識的學習中。這樣就使學生不僅提高了知識學習的效率,而且逐漸樹立普遍聯系、轉化的觀點。
例如:在總結歐姆定律的公式(I=U/R)時,可以壓強的公式為母本,壓強的公式是P=F/S,它的理解可以是:當受力面積一定時,壓強與壓力成正比;當壓力一定時,壓強與受力面積成反比。而歐姆定律是:通過導體的電流,與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比。兩者是可以相互遷移的,所以很順利地得出歐姆定律的公式I=U/R。這對于知識和思維不是很完善的初中學生來說,可以很容易地掌握知識,得出結論。
當然在歐姆定律的探究教學中還有很多地方可以運用知識遷移,例如:在運用探究的基本過程解決電流、電壓、電阻三者關系時,可以反思以往用探究的方法解決過的問題,如液體壓強、深度、液體密度三者的關系,用以往的經驗為本次探究的順利完成做鋪墊。
四、在探究過程中,利用教材對學生進行德育教育
德育是五育之首,新課程標準關注人的發展,把德育放在十分重要的地位。作為基礎學科的物理理所當然承擔著重要的德育任務。
在《歐姆定律》探究教學中,筆者首先做了大量的準備工作,這樣學生不僅學得很愉快,而且在心里會產生一種對教師的敬佩之情,并從老師身上體會到一種責任感,這對以后的學習工作都有巨大的幫助作用。其次,在教學過程中,利用分組實驗的合作性學習潛移默化地對學生進行德育教育,培養他們團結協作的精神。最后,利用歐姆的事跡和成果激發學生的學習熱情,樹立崇高理想,榜樣的力量是無窮的,它對學生具有強大的感染力和說服力。
教育部頒布的《物理課程標準》首先提出科學探究,其次才是科學內容,它把科學探究作為很重要很有價值的學習方法和教學方法提出來,說明越來越多的教育者注意到探究教學在教改中的重要地位。《歐姆定律》一課的探究教學不僅要求教師有較高自身的修養素質,還要做好在探究教學中與學生一起雙向地、互動地建構學科知識、促進能力發展。因此,在初中物理新課標下如何更好地開展探究教學,值得我們探討。
參考文獻:
關鍵詞:歐姆定律;電流;電壓;電阻
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1992-7711(2014)02-0086
實驗是從感性到理性認識的過程,是從具體到抽象、從簡單到復雜的思維形成過程,符合學生的身心特點和認識過程。因此,實驗既是學習物理的重要基礎,又是物理教學的重要內容、方法和手段。利用實驗可以培養學生多方面的能力,通過對實驗原理的理解、觀看或親自動手進行操作、信息(現象或數據)的獲取、分析綜合等過程,可以培養學生的多種能力。
歐姆定律是初中物理電學的重要定律之一,它把電流、電壓和電阻三者融為一體,它在電學中起到橋梁和紐帶的作用,同時歐姆定律的探究能力培養、考查學生的綜合能力,所以對歐姆定律的探究也是中考中的高頻考點。
例:某實驗小組的同學探究電流與電壓的關系時,用到如下器材:電源為2節干電池,電流表、電壓表各1只,定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑動變阻器1只(標有“10Ω,2A)字樣,開關1個,導線若干(如圖1所示);設計的電路如圖2所示,
(1)在這個實驗中,電壓表應選用的量程為 ,電流表應選用的量程為 。
(2)這個實驗的探究方法是 ,其中被控制的變量是 ,下面是他們獲取的幾組實驗數據。
(3)實驗中他們選用的定值電阻為 Ω。
(4)請在圖3的坐標系上畫出電流隨電壓變化的圖象。
(5)請根據電路圖用筆畫線代替導線,將圖1中的元件連成電路.要求:滑動變阻器的滑片向左移動時,電流表的示數變大。
(6)分析表中的數據或圖象,可得到的初步結論是:
解析:(1)根據題目中給定的條件可知:電路中的電源為2節干電池,所以最大電壓為3V,因此電壓應選量程為0~3V(或3V);當滑動變阻器的滑片在最左端時,電路中的電阻最小,由歐姆定律得電路中的最大電流:I最大=■=■=0.6A,所以電流表應選量程為0~0.6A(或0.6A)。
(2)由于電路中的電流與導體導體兩端的電壓有關,也和這段導體的電阻有關,所以要探究電流與電壓、電阻三者關系時應采用的探究方法是控制變量法。這個實驗是探究電流與電壓的關系,所以應控制的變量是電阻。
(3)在這個實驗中所給的定值電阻有三個,那究竟用的那個電阻呢?這就要根據表中的實驗數據,通過計算來確定。I=■,R=■=5Ω。所以他們選擇的定值電阻應該為5Ω。
(4)根據表中的實驗數據,在坐標系上將對應的電流值、電壓值進行描點,再用筆畫線將這些點連接起來,便畫出了電流隨電壓變化的圖象,如圖答案⑷所示。
特別注意:在I-U圖象中,當電壓為0時,電流也為0,所以坐標原點為0。但根據電流、電壓值所描繪的線表示電阻,而電阻是導體的一種屬性,它的大小由導體的長度、橫截面積、材料和溫度決定,而與電流、電壓無關,所以這條線不能以過坐標原點,如果經過坐標原點,那就會得出電壓為0,電流為0時,電阻也為0的這種錯誤結論。
(5)電流表要串聯在電路中,電壓表要并聯在被測電阻兩端,又因為滑動變阻器的滑片向左移動時,電流表的示數變大,即說明當滑片向左移動時,電路中的電阻減小。所以滑動變阻器電阻絲上的兩個接線柱應接左端那個(無論金屬桿上的兩個接線柱接哪個),金屬桿上的兩個接線柱可任意接,如圖答案⑸所示。
(6)不論是從表中的數據還是從圖象分析都可以得出結論:在電阻一定時,導體中的電流與導體導體端的電壓成正比。
答案:(1)0~3V(或3V),0~0.6A(或0.6A)。(2)控制變量法,電阻。(3)5Ω。(4)如圖答案(4)所示。(5)如圖答案⑸、⑹在電阻一定時,導體中的電流與導體導體端的電壓成正比。
點評:本題從器材的選擇、元件的使用方法、電路的連接、滑動變阻器的使用方法、數據的分析與處理、作I-U圖象及分析歸納得出科學合理的實驗結論等進行了一系列的考查。這是一道歐姆定律探究題最全面的題,難度較大,綜合性也很強的實驗題目,考查了學生的實驗技能,很好地體現了新課程標準理念。
關鍵詞:數學推理;科學探究;問題情境;科學方法;理論聯系實際
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理選修3-1第二章第七節《閉合電路的歐姆定律》是電學知識的核心內容,其中包含了許多科學思想方法,是學生學習和體會科學思想方法的好素材。作為一節典型的規律探究課,本節內容較抽象,學生在學習時,對電源內電路認識模糊,難以理解電源有內阻;對內外電路的電壓與電源電動勢的關系及路端電壓與負載關系感到疑惑,對其中蘊含的科學方法未能深刻領會。“如何有效突破這些教學難點?”“如何設計好閉合電路歐姆定律的探究過程,有效實施三維目標教學?”一直是廣大物理教師研究的重要課題,本文試圖通過對本節課的教材、教法的分析,探究形成學生認知困難的主要原因以及在本節課中如何有效實施探究教學,培養學生的核心素養。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《閉合電路的歐姆定簟釩才旁詰繚礎⒌綞勢、歐姆定律、串并聯電路、焦耳定律和導體的電阻之后來學習的。很顯然,這種安排的意圖是在承接“從做功角度認識電動勢”的基礎上,引導學生從功能關系角度來建立閉合電路的歐姆定律,體現了循序漸進的教學原則。順應這種構想,教材對本節內容以如下方式呈現:先直接給出閉合電路的概念,然后從功能關系出發, 根據能量守恒,理論推導出閉合電路的歐姆定律和U+U=E,再根據閉合電路的歐姆定律,理論分析路端電壓與負載的關系。這種呈現方式的好處是:既充分體現了功和能的概念在物理學中的重要性,又有利于學生從理論角度理解閉合電路的歐姆定律。從教材體系來看這種呈現方式具有一定的合理性和科學性。
筆者曾多次參與“閉合電路的歐姆定律”的觀摩教學,領略了執教老師們的各種處理方法,比較有代表性的是以下兩種教法:
第一種教法是沿用原教材的思路,采用比較傳統的方式,注重理論探究,先從理論上推導得出閉合電路歐姆定律的數學表達式,再應用定律討論了路端電壓隨外電路電阻的變化規律,最后引導學生運用規律解題,把立足點放在訓練學生的解題能力上。
第二種教法注重突出實驗的地位,發揮實驗在探究教學中的作用。利用實驗創設懸念,引入課題,設計探究實驗,讓學生在實驗中總結歸納出內外電壓之間的關系,再利用教材中的圖2.7-3實驗探究路端電壓與負載的關系。
根據課后反饋發現,沿用原教材思路設計的教學,效果并沒有達到設計者想象的結果,究其原因,主要有以下幾個方面:
1.教材中的閉合電路的歐姆定律是從理論角度得出的,注重于數學推理,比較抽象,缺乏令人信服的探究實驗,學生無直接經驗感知和相應的認知過程,難以形成深刻的理解。
2.教材對閉合電路,特別是內電路的建構過于直接,無感知過程,學生對教材中為了突出閉合電路而提供的閉合電路中電勢高低變化的模型圖難以理解,加之學生對部分電路的歐姆定律印象深刻,對電源內部的電路無直觀印象,對電源也有內阻心存疑慮,難以突破初中形成的“路端電壓不隨外電路變化”的思維定勢。
3.教材是利用純電阻電路中的能量守恒關系推導得到IR+Ir=E和U+U=E,這種處理方式,會讓學生對U+U=E的普適性產生懷疑:非純電阻電路還適用嗎?
4.作為一節規律探究課,本節課包含了許多科學思想方法,教材過于注重理論推導,忽視了實驗探究,淡化了猜想、類比、比較、分析等多種科學思想方法教育,這對培養學生的探究能力和體驗研究物理問題的方法是不利的,也不利于提高課堂教學的有效性。
第二種“通過設計多個實驗來進行實驗探究”的處理方法,調動學生學習的主動性和積極性,學生能獲得更直觀的認識,有效地突破一些教學難點,但由于本節知識點多,思維量大,設計過多的實驗(特別是設計繁雜的分組實驗)勢必會分散學生的注意力,干擾學生的正常思考,擠壓學生思考和實踐應用的時間,影響了學生主體作用的發揮,效果同樣不盡如人意。
2 教學建議
2.1 尊重學生的認知規律,科學設計探究過程
從物理學史來看,歐姆定律是基于實驗而發現的,并非演繹推理的結果,教材通過功能關系分析來建立閉合電路的歐姆定律。這種處理方法帶來的負面影響是學生缺乏感性認識,沒有參與知識發現過程中的情感體驗,難以形成深刻的理解,課堂上學生學習的積極性也不高。規避這種負面影響的方法就是在教學設計時,應當尊重學生的心理特點和認知規律,科學地設計探究過程,讓學生在親身探究中理解定律,體驗方法。基于這種指導思想,筆者在教學設計時,先用兩節新電池和內阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電,產生了與學生日常生活經驗相矛盾的現象來設置“懸念”――引入新課。然后,引導學生針對“引入實驗”中的現象展開探究,讓學生在實驗探究中分析、思考、歸納,得出電源內電壓和外電壓之間的關系。接著再引導學生利用功能關系,從理論角度來推導、探究,讓實驗得出結論在理論上獲得支撐。最后,引а生利用所學規律解決引入實驗和實際生活中的問題。這種在引入實驗為基礎的“實驗和理論推導相互結合的探究過程”的設計,既避免了設計過多的實驗,又讓學生親身體驗了探究的過程,加深了對知識的理解,深刻領會到物理學科的嚴謹性和流暢性,感受到物理的探究之美和應用之美。同時,又能激發學生的學習熱情,使物理課堂教學產生無窮的樂趣,進而實現高效的物理課堂教學。
2.2 合理創設問題情境,引導學生質疑探究
作為一節規律探究課,本節課的重點是如何落實探究教學,讓學生在探究中理解閉合電路的歐姆定律,感知科學探究的過程和方法。在探究教學中,問題是探究的起點,沒有問題就不可能有探究,正是在問題的驅動下,學生才能積極思考,從而產生探究欲望。這就需要教師在深入挖掘規律形成過程的基礎上,精心創設問題情境,以問誘思,引導學生融入到探究學習的情境中去。例如:在構建“閉合電路”概念時,用兩節新電池和內阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電后,可設置如下問題情境:“為什么燈泡接到電動勢為9 V的電池時,亮度反而暗了?難道電池壞了?”“為什么電池與燈泡接通時兩端的電壓變小?減小的電壓哪兒去了?”“電池有內阻?可能嗎?”“我們來看看電池(觸摸電池),電池變熱了,什么原因導致工作的電池會變熱?”學生在問題的引領下觀察、實驗、體驗,由此認識到“電源內部也有電阻和電流”“電源內部電流的通路,稱為內電路”。這種以問題啟發學生思考,以實驗引導學生體驗來構建閉合電路的方法,既彌補了教材對內電路建構的非直觀性,也讓學生經歷了在質疑中分析、探究的過程,學生對閉合電路的認識潛移默化、水到渠成,遠比直接灌輸效果好。
在引導學生從能量角度驗證實驗探究結果時,設置如下問題情境:“剛才我們通過實驗探究了閉合電路中的電流規律,這個結論可靠嗎?”“如果我們能從理論上找到依據,是不是更可靠?如何從理論上來分析呢?”“從能量角度行嗎?”“內、外電路在時間 t 內消耗多少電能? ”“這些能量從何而來?”學生在上述問題的引導下,發現也可以從能量角度來推導得出與實驗相同的結果。
在引導學生探究路端電壓與負載的關系時,設置以下問題情境:“實驗表明,燈泡變暗是由于路端電壓變小的緣故,你們能說說路端電壓與什么有關嗎?”“它們之間具體的關系是什么?”“如何設計實驗來研究呢?”“從實驗數據中能得出什么結論?”“能從理論上分析為什么會發生這樣的變化嗎?”“如果外電阻斷開,路端電壓為多少?外電阻短路,路端電壓又為多少?”“誰能說說路端電壓隨外電阻變化的根本原因是什么?”在這一個個問題的引領下,學生從實驗探究到理論分析兩個方面找到了路端電壓與外電阻的關系,不僅體驗了科學探究過程,提高了理論分析和實驗探究的能力,也養成了樂于探索、勤于動手的好習慣。
2.3 注重滲透科學方法教育,加深對規律本質的認識
作為一根主線,科學探究法貫穿在整個課堂教學過程中,教學中要注意尊重學生的心理特點和認知規律,強化科學探究法的顯性教育:以引入實驗為線索,引導學生經歷“觀察實驗、提出問題、猜想假設、設計實驗、分析論證”等過程,領會科學探究的方法。
“閉合回路中的電勢變化”抽象而難以理解,突破這一難點的最重要的方法就是“比法”。教材試圖以圖1的模型來形象地說明這個問題,但這種模型對學生來說還是比較抽象,難以理解。筆者用如圖2所示的“電梯加滑梯”模型和閉合電路加以類比,來說明閉合電路中的電勢高低變化情況。這樣的方法,既簡單又源于學生的生活經驗,學生容易接受,教學中應注意引導學生體會類比法的作用。
“演繹推理法”在“閉合電路歐姆定律的推導”和“路端電壓與負載的關系推導”中兩次用到,教學中要注意借助問題情境,把規律的探究以一個個問題的形式呈現出來,讓學生在問題的引領下經歷演繹、推理過程,構建對“閉合電路的歐姆定律”和“路端電壓與負載關系”的正確理解,體驗演繹推理過程中獲得成功的愉悅。
另外,本節課中,要特別注意引導學生在了解路端電壓與負載電阻的關系的基礎上,通過極限法分析和理解電路斷路時的路端電壓和短路電流的現實意義,體會極限法在物理學習中的作用和意義,有效地訓練學生突破思維定勢,培養創造性的思維能力。
2.4 注重理論聯系實際,物理與生活的聯系
研究和學習物理最重要的方法就是理論聯系實際,將理論和實際、物理與生活聯系起來,可以幫助學生更透徹地理解所學的物理知識,培養學生的創造性思維和邏輯思維能力。歐姆定律與生產、生活聯系密切,教學設計時,應注意還原知識的產生背景,注重將知識應用于實際生活。例如:新課引入可以從生活現象來提出問題,引發學生思考探究;在得出路端電壓與外電阻R的關系后,引導學生通過將R推向兩個極端情況的分析,來理解實際中“為什么電源開路時路端電壓就等于電源的電動勢”及“為什么電源不能用導線直接相連”;在學完了本節知識后,可引導學生用本節課所學知識分析解決新課引入及生產、生活中的實際問題。讓學生充分地感知從生活走進物理、從物理回到生活的過程,培養學生利用物理知識分析解決實際問題的能力,建構對知識(尤其是難點知識)的正確理解,從而真切地感受所學物理知識的實用性,充分理解物理學科對時展的深遠意義。
參考文獻:
當前,許多初中物理教師在進行電學復習時,常以教材上知識呈現先后次序為依據,按節順次復習.在每節內容的復習中,常以物理概念梳理為基礎,再穿行一些例題的講解與學生的練習,以此完成復習任務.在整節課的復習中,對于物理概念大多是對舊知的重復,重點不突出,知識體系不清晰;對于練習的設計,常是許多題目的簡單堆疊,題型紛繁復雜,主次不分,學生茫無頭緒,學習興趣不濃,收獲不大,整節復習課的效果不明顯.
在電學復習課中,筆者認為應以電學中基本的電路為基礎,打破章節的束縛,采用問題教學法,引領學生系統梳理本章所涉及的物理概念,重溫重要的物理實驗,強化重要物理規律的探究方法與過程,同時,以基本電路為原型,設計重要題型,注重變式教學,舉一反三,提高學生分析問題解決問題的能力.
蘇科版九年級物理第十四章《歐姆定律》中的基本電路如圖1所示.以此電學基本電路為主線,進行整個章節的系統復習教學,可以讓學生感覺到重點突出,思路清晰,耳目一新,還可以調動學生學習的積極性,活躍課堂氣氛,提高復習效果.
1利用基本電路,進行物理概念和規律的復習
物理概念和規律是物理學的基礎,在物理的復習課中加強對物理概念和規律的再次重溫與梳理,應是復習課的重要內容之一.在對《歐姆定律》復習時,筆者以此基本電路為基礎,采用問題教學法,突出學生主體地位,引導學生梳理相關電學概念.
問題1此基本電路由電阻元件組成,請問電阻的定義、單位和影響因素各是什么?在研究影響電阻大小因素時采用了什么物理方法?
學生:電阻是導體對電流的阻礙作用,電阻的單位是歐姆(Ω),影響電阻的大小的因素有導體的長度、橫截面積、材料和外界的溫度,電阻是導體本身的一種性質;在研究影響電阻大小因素時采用了控制變量法.
問題2你能為滑動變阻器寫一份說明書嗎?
學生:滑動變阻器的工作原理是靠改變連入電路的電阻的長度來改變電阻的大小,它在電路中的主要作用是控制電路中的電流大小,起到保護電路的作用,它的正確接法是采用“一上一下”的接法,它的銘牌告訴我們它連入電路的最大阻值和允許通過的最大電流值.
問題3此基本電路中,電路的總電阻應如何計算?電壓的分配與電阻值大小存在怎樣的關系?
學生:串聯電路的總電阻等于各串聯電阻阻值之和,公式R總=R1+R2;串聯電路電壓的分配與電阻成正比,公式U1/U2=R1/R2.
2利用基本電路,加強電學實驗的復習
在第十四章《歐姆定律》中,探究電流與電壓、電阻的關系和伏安法測電阻是本章的兩個重要實驗.運用控制變量法,讓學生再次重溫實驗探究過程,探究電流與電壓、電阻的關系,從而得出歐姆定律,這對提高學生實驗探究能力具有十分重要的意義;會依據歐姆定律測出定值電阻的阻值,在此基礎上通過變式教學,讓學生設計出測電阻的多種方法,在提高學生的實驗操作技能的同時,可以培養學生的的創新能力和創新思維.對上述兩個實驗的復習與重溫應是本章復習的重點.但兩個實驗的實驗電路圖是相同的,這為兩個實驗的復習提供了良好的基礎.筆者在復習這兩個實驗時,通過一系列的問題設計,由表及里,層層推進,引導學生思考,從而進一步促進學生加深對這兩個實驗的理解與掌握.
2.1問題:利用這個基本電路,可以完成本章的哪些實驗
學生:探究電流與電壓、電阻的關系;伏安法測電阻.
2.2利用這個基本電路,復習探究電流與電壓、電阻關系實驗的問題設計
問題1:本實驗所采用的實驗方法是什么?
學生:控制變量法.
問題2:本實驗的操作要點是什么?
學生:手移動滑動變阻器的滑片,眼睛觀察電壓表的示數.
問題3:本實驗滑動變阻器有什么作用?
學生:在探究電流與電壓關系的實驗中,滑動變阻器的作用是改變定值電阻電壓;在探究電流與電阻關系的實驗中,滑動變阻器的作用是控制電壓不變;保護電路.
問題4:本實驗數據記錄表格怎樣設計?(略)
問題5:本實驗得到的實驗結論是什么?怎樣用圖像表示?
學生:導體中的電流與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,這就是歐姆定律的內容.(圖像略)
問題6:歐姆定律的公式是什么?運用歐姆定律計算時,應注意什么問題?
學生:歐姆定律公式是I=U/R,運用歐姆定律計算時,應注意電流、電壓、電阻是同一時刻同一用電器三個物理量,且該用電器是純電阻用電器.
問題7:歐姆定律實驗探究過程中具體問題的設計:在利用這個基本電路探究電流和電阻關系時:
(1)小明先將5 Ω的電阻接入電路讀出電流I,再換10 Ω的定值電阻讀出電流,發現并不等于I 的一半,請你分析產生這一現象的原因.(沒有調節滑動變阻器保持電阻兩端的電壓不變)
(2)了解原因后,小明重新進行實驗,實驗過程中他控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5 V.他先用5 Ω的定值電阻進行實驗,再換用10 Ω的定值電阻,合上開關后,你認為電壓表的示數將(大于)1.5 V,此時應向(右)調節滑片,使電壓表的示數仍為1.5 V.
(3)若在這個電路中,電源電壓是3 V,滑動變阻器的最大阻值是15 Ω.實驗過程中小明控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5 V,最后用20 Ω的電阻替換10 Ω的電阻接入電路中進行實驗,發現無法讀取與20 Ω的電阻對應的電流值.經檢查,電路連接無誤,且元件完好,請你幫他找出兩種可能的原因.(原因1:滑動變阻器的最大阻值偏小;原因2:控制定值電阻兩端電壓偏小)
2.3利用這個電路進行伏安法測電阻實驗的問題設計
問題1:伏安法測電阻的原理是什么?
學生:根據歐姆定律I=U/R.
問題2:在電路連接過程中應注意哪些問題?
學生:連接電路時,開關應斷開.開關閉合前,應將滑動變阻器的滑片移到最大阻值位置.
問題3:在連接電路時,電流表與電壓表的量程應怎樣選擇?
學生:電壓表根據電源電壓來選擇量程;電流表根據電路中所估測的最大電流來選擇量程.
問題4:此實驗中滑動變阻器的作用是什么?表格應怎樣設計?
學生:保護電路;多次測量取平均值,以減小實驗誤差.(表格略)
問題5:若用這個電路測小燈泡電阻,測出的小燈泡電阻不同,是由于實驗誤差的原因嗎?
學生:不是,燈泡電阻受溫度影響.
問題6:在伏安法測電阻的實驗和探究電流和電壓、電阻關系的實驗中都做了三次實驗,它們的目的相同嗎?
學生:不同,前者是多次測量求平均值以減少誤差,后者是排除實驗偶然性.
問題7:在利用這個電路測量定值電阻阻值時,若電流表損壞,如何利用余下的實驗器材測出定值電阻的阻值?
(1)方法1:如圖2甲所示,閉合開關,先用電壓表測出待測電阻Rx兩端電壓為U1,再用電壓表測出滑動變阻器R兩端電壓為U2,變阻器一直處于最大阻值位置,則Rx=U1R/U2.
(2)方法2:如圖2乙所示,閉合開關,將滑動變阻器滑片P滑到a端讀出電壓表示數為U1,滑片P滑到b端讀出電壓表示數為U2,則Rx=U2RU1-U2.
(3)方法3:若再提供一個電阻箱,如圖2丙所示,保持滑動變阻器的滑片P不動,只閉合開關S1讀出電壓表示數為U;只閉合開關S2,并調節電阻箱R0使電壓表示數仍為U,則電阻箱R0的阻值為此時待測電阻的阻值.此方法為等效替代法.
問題8:在利用這個電路測量定值電阻阻值時,若電壓表損壞,又如何利用余下的實驗器材測出定值電阻的阻值?
實驗設計總體思路:電路并聯.
3利用基本電路,提高學生解題能力
筆者認為,本章習題繁多,教師在復習時,若不注重總結、歸納和引導,容易使學生陷于題海中.本章雖題目繁多,但通過《義務教育物理課程標準》的學習和對大量題型的認真分析與總結,許多題目設計總是圍繞筆者所提供的基本電路展開.在一節課復習時間有限的前提下,以此電路為基礎,注重對重要知識點和重點題型的設計就顯得尤為重要.通過對此電路相關問題的精心設計,在師生共同討論與分析前提下,可提高學生分析問題和解決問題的能力,還能使學生觸類旁通,起到事半功倍的效果.
問題1根據表1數據回答:在這個基本電路中,連接電路需用導線,應從銅線和鐵線中,選用.制作滑動變阻器選擇電阻線材料時,應從錳銅合金和鎳鉻合金中,選用.
表1導線電阻R/Ω導線電阻R/Ω銅0.017錳銅合金0.44鐵0.096鎳鉻合金1.1(導線長1 m,橫截面積1 mm2,溫度20 ℃)
問題2當滑動變阻器的滑片向右移動時,電流表的示數,電壓表的示數,電壓表與電
流表的示數之比.
問題3當滑動變阻器的滑片向右移動時,若電流表示數不變且為零,但電壓表的示數較大,可能的電路故障是;若電流表有示數,但電壓表沒有示數,可能的電路故障是.
問題4在這個電路中,若電源電壓為6 V且保持不變,定值電阻阻值為8 Ω,滑動變阻器R的最大阻值為10 Ω.小明所選用的電壓表量程為0~3 V,電流表量程為0~0.6 A.為了保證電路安全,實驗中滑動變阻器接入電路的阻值范圍是
A.0~2 ΩB.0~8 Ω
關健詞:電壓表;電流表;電阻;滑動變阻器
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:B文章編號:1672-1578(2014)09-0227-01
測量電阻是初中物理教學最重要的內容之一,也是考察學生能力的熱點命題之一。伏安法測電阻就是用一個電壓表和一個電流表來測量待測電阻,因為電壓表也叫伏特表,電流表也叫安培表,因此,用電壓表和電流表測電阻的方法就叫伏安法測電阻。它的具體方法是:用電流表測量出通過待測電阻Rx的電流I,用電壓表測出待測電阻Rx兩端的電壓U,則可以根據歐姆定律的變形公式R=U/I求出待測電阻的阻值RX 。通過對各省市中考試題的分析可以發現,測量電阻除了用伏安法來考查外更多的是利用伏安法衍生出來的其他測量電阻的原理和方法,常見為單表(只用電流表或電壓表)測電阻,它們可以考查學生綜合運用歐姆定律,串聯、并聯電路知識的能力。以下是筆者對初中物理人教版中常用到的幾種單表測電阻的方法進行梳理。
1.安阻法測電阻
安阻法測電阻是指用電流表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。利用的是歐姆定律和并聯電路中的電壓關系知識。如圖1所示是安阻法測電阻的基本電路圖,圖中,我們先閉合S1,斷開S2記下電流表的示數為I1;然后我們再閉合S2,斷開S1記下電流表的示數為I2,然后根據并聯電路中各支路兩端的電壓相等以及歐姆定律有: U0=UX即: I1RX = I2R0所以RX= I2R0/ I1根據這種方法可以延伸以下的情況:1.1 電路圖:圖2
測量方法:
①S1合,S2開測出電流表的示數為I1;②S1 、S2閉合,測出電流表的示數為I2;③Rx=(I2-I1)Ro / I1
圖1圖2圖3
1.2 電路圖:圖3
測量方法:
①S1合,S2打開測出電流表的示數為I1;
②S1、S2閉合,測出電流表的示數為I2;
③Rx=I1Ro/(I2-I1)
圖4圖5
1.3 電路圖:圖4
測量方法:
①S接a時電流表示數為Ia;②S接b時電流表示數為Ib
③Rx=IaRo /Ib
4、電路圖:圖5
測量方法:
①S1、S2閉合電流表示數為I1
②S1閉合,S2斷開電流表的示數為I2
③則Rx=I2Ro /(I1-I2)
對于以上安阻法測電阻,可以歸納為利用并聯電路中各支路兩端的電壓相等或利用電源電壓不變作為恒量,然后利用歐姆定律知識列一元一次方程,求待測電阻的。
2.伏阻法測電阻
伏阻法測電阻是指用電壓表和已知電阻R0測未知電阻Rx的方法。利用的是歐姆定律和串聯電路中的電流關系的知識。
如圖6所示就是伏歐法測電阻的原理圖,在圖中, 我們讓S先接時a處,記下電壓表的示數為Ua,接著讓S接時b,記下電壓表的示數為Ub ,根據串聯電路中電流處處相等以及歐姆定律有: Ub/ Ro=( Ua-Ub)/ Rx ,所以Rx=(Ua-Ub)R0/Ub
圖7圖8圖9
根據這種方法可以延伸到以下的情況:
2.1 電路圖:圖7
測量方法:
①S1、S2閉合,電壓表的示數為U1
②S1閉合,S2斷開電壓表的示數為U2
③則Rx=(U1- U2)R0/U2
2.2 電路圖:圖8
測量方法:
①S1、S2閉合,電壓表的示數為U1
②S1閉合,S2斷開電壓表的示數為U2
③則Rx= U2R0/( U1-U2)
對以上伏阻法測電阻,可以歸納為利用串聯電路中電流處處都相等作恒量,然后利用電源電壓不變特點及歐姆定律知識列一元一次方程,求待測電阻的。
3.利用單表(電壓表或電流表)和滑動變阻器測量待測電阻阻值
3.1 電壓表和滑動變阻器測量待測電阻的阻值,如圖10所示, 當滑動變阻器的滑片滑至a端時,用電壓表測量出電源的電壓Ua,當滑動變阻器的滑片滑至b端時,用電壓表測量出Rx兩端的電壓Ub,利用串聯電路的電流關系以及串聯分壓原理,我們可以得到:Ub/Rx=(Ua-Ub)/R0 ,所以Rx= UbR0/(Ua-Ub)
1.知識目標。
(l)掌握閉合電路的歐姆定律;
(2)理解端壓跟外電路的電阻的關系,理解斷路和短路時的端壓和電流;
(3)理解端壓發生變化的根本原因。
2.能力和方法目標
(l)培養學生“發現問題,提出假設,實驗研究,得出結論”的探究物理規律的科學思路和方法;
(2)通過學習,使學生會用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題。
【教學方法】
在教師指導下,師生共同探討的啟發式教學。
【教學器材】
電壓表、電阻箱、電鍵、電池組、J1203型蓄電池、導線等各24組。新電池兩節,內阻較大的電池一組(電動勢為9V以上),燈泡若干,演示用電壓表,保險絲,導線若干,單刀雙擲開關,投影儀等。
【教學過程】
1.引入新課
師:如圖1電路,將電壓表接在電源兩端,從電壓表上讀出的是什么?
生:電源電動勢。
演示實驗:測電源電動勢并觀察燈泡亮度。
師:出示圖1裝置示教板,簡介實驗裝置,分別開關打向1和2,讓學生通過電壓表的實物投影讀電源和的電動勢。
生:,。
師:(將電壓表換接成小燈泡,開關接1時。小燈泡很亮,幾乎發白光)問:開關接2時,會發生什么情況?
生:(猜測):①燒毀,②更亮。
師:(開關接通2,小燈泡還不如接1時亮。)
生:(嘩然,形成強烈反差)
師:學習了閉合電路歐姆定律后,我們就能解釋這一實驗現象了。
2.新課教學
2.l閉合電路歐姆定律的數學表達式(在教師的啟發下,引導學生完成)
師:什么樣的電路叫閉合電路呢?
生:由電源和用電器組成的完整電路。
師:電源有哪些重要的參量?
生:電源電動勢和內阻。
師:(出示圖2的動畫電路)閉合電路中,流過內電路和外電路的電流有什么關系?
生:相等。
師:電源的電動勢與端壓(外電壓)、內電壓之間的關系是怎樣的?
生:E=U=U′。
師:現設通過電路的電流強度為I,外電路的電阻為R電源電阻為r,根據歐姆定律,可以把上式進一步寫成怎樣的形式?
生:根據歐姆定律,外電壓U′=IR,內電壓U′=Ir,代入E=U+U′,可以得出:E=IR+Ir。。
師:如果我們要探討電路里的電流強度I跟哪些因素有關,有什么關系,還需要把公式改變成怎樣的形式?
生:可以改寫成:。
師:好,這就是閉合電路歐姆定律的數學表達式。它表示:閉合電路中的電流,跟電源的電動勢成正比,跟整個電路的電阻成反比。在公式中,R的含義是什么?
生:外電路的總電阻。
師:對給定的電源,E、r均為定值,外電阻變化時,會引起電路電流的變化,I隨R會發生怎樣的變化?
生:由公式知,R變大則I減少,R變小則I增大。
師:根據U=IR,R變大時端壓(外電壓)會隨之發生怎樣的變化呢?
生:(猜測。有人說變大,有人說變小)
師:請兩個學生介紹判斷的過程和依據。(暫時不做評價,由“實踐是檢驗真理的標準”過渡到學生實驗上來。)
2.2探討U隨R變化的規律
學生實驗:探討U隨R變化的規律
師:如果給你一個電源,一個電鍵,一個電壓表,一個電阻箱,讓你來探討外電壓U隨外電阻R變化的規律,你該怎樣設計電路?請畫出電路圖。
生:(畫電路圖)
師:(講評學生所畫電路,指導學生進行實驗)
生:(出示實驗數據記錄,得出結論)端壓隨外電阻的增大而增大,隨外電阻的減少而減少。二者變化的趨勢相同。
師:能否根據閉合電路歐姆定律從理論上分析為什么會發生這樣的變化?
生:(討論,在教師誘導下得出)
師:剛才我們通過實驗和理論探討了端壓隨外電阻變化的規律,得出了上述結論。請大家再思考,當外電阻很小時,會發生什么情況呢?
生:外電阻減少到零時,會發生短路現象。
師:短路時的電流有多大呢?
生:(可能會說無窮大教師從電路電阻出發引導,使學生得出)短路時:R=0,I=E/r,U′=E,U=0。
師:短路時的電流取決于E,r。一般情況下,電源內阻很小,像蓄電池的內阻只有0.005Ω-0.1Ω,所以短路時電流會很大,很大的電流會造成什么后果呢?
演示實驗:保險絲熔斷現象。
師:(出示示教板,簡單向學生介紹電路的元件,先讓電燈開始正常工作)大家說說,怎樣的外電路才算短路呢?
生:將電鍵合上,使外電路的電阻R=0。
師:(演示:合上電鍵,保險絲燒斷起煙,小燈泡熄滅)保險絲燒斷,說明短路時的電流的確很大。如果沒有保險絲,短路時很大的電流長時間通過電路,就可能損壞電源,甚至釀成火災。所以在實驗操作中和日常生活、生產中要注意避免短路,也不能圖方便用銅絲替代保險絲。那么,怎樣使電路恢復正常呢?
生:(教師引導)先排除故障,再換保險絲。
師:當外電阻很大時,又會發生什么現象呢?
生:(引導學生類比得出)斷路。
斷路時:R∞,I=0,U′=0,U=E。
師:電壓表測電動勢就是利用了這一道理.通過前面的討論,我們對U隨R變化的規律有了了解,但在討論中都是以電源的E、r不變作為前提的。如果有兩個電源,它們的內阻不同,端電壓隨外電阻的變化有什么區別呢?
2.3U隨R變化的根本原因
學生實驗:探究內阻不同時U隨R變化的特點(電路如圖3)。
師:現有四節干電池組,電動勢約6V,內阻阻值大約在0.5Ω-2Ω之間;有一個蓄電池組,電動勢約6V,內阻大約在0.005Ω-0.1Ω之間。請大家再做實驗,比較這兩個電源U隨R變化的特點。
生:(實驗操作,教師巡回指導)
實驗結論:內電阻很小的電源,端電壓隨外電阻的變化不明顯。
師:大家推測一下,當電源內電阻為零時,外電壓還隨外電阻的變化而變化嗎?
生:不隨。
師:能否理論推導一下?
生:r=0,無論I如何變化,U′=Ir=0,故U=E-U′=E不變。
師:內電阻等于零的電源叫理想電源,它的端壓是不定值,不隨外電阻的變化而變化,初中討論的都是這樣的電源。可是,實際的電源都有內阻。正是由于r≠0,才導致U隨R的變化。可見,U隨R變化的根本原因是……
生:r≠0。
3.規律應用演示實驗:(裝置見圖5)
師:(簡單介紹實驗裝置,電源為6V干電池組)逐個合上電鍵,燈泡的亮度會不會發生變化?
生:(討論,看法不一)
師:(實驗。結果發現接入電路中的小燈泡亮度逐漸變暗。)怎樣解釋看到的現象?
生:隨著燈泡逐漸接入,外電路的總電阻逐漸減小,外電路的端壓逐漸減小,由知,燈泡消耗的實際功率逐漸變小,燈泡亮度變暗。
師:(改用蓄電池作電源,再做上述實驗,結果發現燈泡亮度幾乎不變)
生:蓄電池內阻很小,外電路電阻變化時,端壓變化非常小,燈泡消耗的實際功率變化很小,因而亮度幾乎不變。
師:這一現象再次說明了……
生:內電阻不為零是端壓變化的根本原因。
師:請大家思考,開始上課時做的演示實驗為什么會出現那樣一個結果?
生:(討論后得出)電源的內阻很大,比燈泡的電阻還要大,因此內阻分壓也大,第二次加在燈泡兩端的外電壓沒有第一次的大。
師:你們的推理是否正確,實際測量一下就知道了。
演示實驗:
師:(測圖1燈泡兩端在電鍵按1和2兩種情況下的端壓。結果表明,第二次的端壓小于第一次)
生:(露出滿意的笑容)
師:通過這節課的學習,我們解決了上一節課學習電動勢時產生的“端壓為什么會隨外電阻的變化而變”的疑問,得到了閉合電路的歐姆定律,搞清了端壓變化的根本原因。在本節課的學習中,有沒有新的問題?
生:實驗測量中發現,隨著外電阻的增大,端壓并不是一直增大的,這是為什么?
師:(表揚提問題的學生,引導大家討論,然后解釋)當外電阻大到一定程度時,由閉合電路歐姆定律知,總電流極小,內電阻止的分壓趨近于零,端壓趨近于電源的電動勢,接近于發生了斷路現象。
生:老師,你是怎樣知道干電池和蓄電池的內阻的?
師:這個問題提的好。我們是在干電池組內阻大于蓄電池組內阻的前提下得出端壓變化的根本原因的,如果事實不是這樣,則結論也就不成立了,這個問題留做課后思考,下節課我們將通過實驗來測定電源的電動勢和內阻。實際上今天的課已經告訴了你一種測量方法了……大家還有問題嗎?
生:……
4.小結
4.l閉合電路歐姆定律是高中電學中的重要規律之一,要掌握其內容并會運用它分析電流強度、端壓隨外電阻的變化規律。以及端壓跟電流強度的關系。根據I=E′(R+r)、U′=Ir、U=E-Ir可知:
RIU′U
R=0,I=E/r,U′=E,U=0(短路)
RIU′U
R∞,I=0,U′=0,U=E(斷路)
4.2在初中討論電路問題時,不考慮電源內阻。到了高中,有些問題常要考慮電源內阻。路端電壓隨外電阻變化而變化,其根本原因是因為電源有內阻。我們關心路端電壓的變化情況,是關系到用電器能否正常工作的問題,這在實際應用中有現實意義。
5.布置作業(略)。
【教學設計說明】
1.閉合電路的歐姆定律在高中“恒定電流”一章中占有重要地位,這是一節承上啟下的課。在設計本節課時,我十分注意對學生科學素質的培養。在教學中實施素質教育的核心是培養學生的創新精神和實踐能力。對于中學生來說,創新精神主要體現在學生應具有創新的意識,其直接的表現就是善于發現問題,善于提出問題。因此在課堂上應把主要精力放在引導學生發現問題并尋找解決問題的途徑上。根據上一節課中學生對端壓會發生變化所產生的疑問,我設計了本節課的教學流程,旨在通過學生的親身實踐,得到掌握知識、培養能力、形成習慣的最終目的。在這節課的最后,還留給學生一段時間,讓他們自己來提問題,并討論、解答,這也是出于培養創新意識的需要。
2.利用實驗發現規律,利用實驗驗證結論是貫穿整個課堂教學的一條主旋律。本節課一開始,就利用學生的日常生活經驗與演示實驗的矛盾巧設“懸念”,使他們的心理經歷了一次前科學意識與物理規律的強烈碰撞,求知欲望之火被迅速點燃,從而興致勃勃地進入了主動學習的“角色”。在教學活動中,一個個演示、學生實驗不斷地開后學生思維的“閥門”,他們時而全神貫注,時而心領神會,在一系列“發現問題,提出假設,實驗研究,得出結論”的過程中,錯誤的前概念逐步被糾正,科學的物理規律在腦海里扎下了很。物理教學活動的科學性和藝術性得到了有機的統一,科學美的教育也滲透在其中了。
一、實驗探究中錯誤資源的類型
1.技能性錯誤
技能性錯誤指學生因缺乏操作技能和儀表讀數技能而產生的錯誤。“探究通過導體的電流與電壓、電阻的關系”實驗包括電流表、電壓表、滑動變阻器等眾多電學器材,實驗操作具有綜合性,主要表現在:(1)兩表怎樣接入、如何選擇量程、如何讀數?(2)滑動變阻器涉及四個接線柱,怎樣接入可以達到實驗目的?(3)電池盒電源的選擇。(4)連接電路應注意斷開開關,滑片移到電阻最大的地方。(5)探究活動暫停時,及時斷開開關。由于學生對每種器材掌握程度可能不一樣,一旦這些器材整合在一起后,在操作或讀數上就容易犯錯,成為實驗探究的障礙。
2.客觀性錯誤
客觀性錯誤指并非由于學生知識、能力等主觀因素造成,而是由于客觀因素的影響而造成的錯誤。主要表現為:(1)器材自身原因。其一,器材使用時間過長,致使局部損壞,影響測量準確性;其二,器材質量有問題,如,劣質電表在使用中指針來回晃動,影響學生收集數據,導致得不到正確的實驗結論;其三,器材設計復雜,如圖1,電池盒接線柱太多,電池的組裝和接線變成了難點,而這并不是實驗重點,人為地制造困難。(2)實驗綜合性強,只要一種儀器的使用存在短板,就會造成結論錯誤。(3)缺乏適度的引導,或沒有提供充裕的探究時間。第一種情況,探究盲目,導致學生“盲”中出錯;第二種情況,時間緊迫,導致學生“忙”中出錯。
3.生成性錯誤
生成性錯誤指在實驗探究中產生的、在教師預設之外的錯誤。怎樣利用這類錯誤資源,對教師的教學智慧是一種挑戰。在探究通過導體的電流與導體電壓的關系時,基于學生實際,預設的電路設計為圖2,預設的教學過程是:引導學生發現該電路只能收集一組數據,不能發現規律,再啟發學生如何獲得多組數據,學生想到改變電池個數來改變電壓和電流,最后從操作方便程度和采集數據連續性方面,說明該電路存在缺陷,從而引導出串聯一個滑動變阻器。在筆者按部就班教學時,有學生提出用電阻箱代替定值電阻R,通過改變電阻箱電阻來收集多組數據,該方案得到一些學生的認可,但該方案的最大錯誤是沒有控制R不變。
4.素養性錯誤
素養性錯誤指學生因缺乏科學素養所表現出的錯誤行為、習慣和意識。《義務教育物理課程標準(2011版)》指出,物理課程應“以提高學生科學素養為宗旨”,使學生“養成實事求是、尊重自然規律的科學態度”,“具有保護環境和可持續發展的意識”。回首課堂,實驗過程中學生篡改數據、拼湊數據的現象時有發生,而且學生節能意識淡薄,如,探究活動暫停,開關還一直閉合,沒有及時斷開開關。
5.觀念性錯誤
觀念性錯誤指學生將課堂探究與真正的科學探究等同起來,意識不到科學發現的艱辛與曲折,形成“物理發現不過如此”的錯誤觀念。學生探究的問題和模式都是由教材或教師給出的,而且教材中的各種提示為學生指明了探究方向。因此,學生感到概念規律的得出十分容易,順理成章,甚至感嘆自己生不逢時。但真正的科學探究都是在黑暗中摸索,沒有人可以引路,經過許多年、很多次的不斷猜測和實驗,仍有可能以失敗告終。這些情況,學生是沒有遇到也體會不到的。當介紹歐姆定律的發現經歷了約十年時間,付出了艱辛的努力時,學生在內心深處并不認同,他們認為一堂課的功夫就探究出歐姆定律,哪里來的“艱辛與曲折”?
二、基于錯誤資源的實驗教學策略
1.變“講授”為“探索”,促進實驗技能的構建
實驗儀器的操作都有一定的規范,正確操作實驗儀器是一項基本技能。在剛接觸新儀器時就要嚴格要求、熟練掌握,為今后的綜合探究夯實基礎。對實驗儀器的教學,有人提倡采用講授式,以師講生聽為主,而教學實踐證明,這種方法不易引起學生興趣,扼殺學生使用新儀器的欲望。科學技術在不斷發展,現在沒有的東西,可能明天就會出現,學生在未來的生活、工作中肯定會遇到許多新的科技產品,這些產品怎么使用,需要學生自己摸索。因此,物理課堂上,教師的一個重要職責就是培養學生探索新器材的能力,這是一種適應現代化生活的能力。
基于這些考慮,可以采用探索式教法,充分調動學生對新鮮事物的好奇心和探究欲。比如,教學“電流表的使用”,可以將教材內容編輯成儀器使用說明書的形式,在前面部分列出幾個注意事項,學生閱讀說明書后,試著去測電路中的電流。探索中,學生必然要經歷犯錯、反思、糾錯的過程,而這正是學生自我建構操作技能的過程,印象自然根深蒂固,同時,培養了學生使用新儀器的能力。又如,對電流表的讀數,教師先投影一組學生的表盤,但故意不顯示接線柱,如圖3,請學生讀數,有些學生馬上就報出讀數,但出現不同結果,還有學生猶豫不決,教師啟發學生為什么出現這種現象?學生反映,不知道接線柱。此時,學生就會明白,讀數先要明確接線柱或量程。接著,告訴學生是小量程,再請學生讀數,又出現了兩個答案:0.24A和0.28A。教師追問,到底哪個正確,為什么?引導學生要看清分度值,并回答不同量程下的分度值分別是多少?兩種量程、相同的偏轉角度,示數有何關系?經歷“發現問題、分析原因”的探索過程,學生自主完成讀數技能的構建,最后總結讀數步驟:先看量程,再看分度值。這種探索式教法同樣適合電壓表的使用與讀數,為探究歐姆定律作好技能鋪墊。
2.變“異常”為“正常”,營造良好的探究環境
每堂探究課都有預期目標和探究重點,而時間有限,所以,要為學生創造一個好的實驗環境,避免一些客觀的、非重點因素的干擾,為探究重點贏得更多時間。實驗器材使用時間過長或質量不過關,不能正常工作,學生在操作過程中就會麻煩不斷,影響探究情緒。尤其是測量類器材,比如電流表和電壓表,如果器材質量有問題,學生的數據能準確嗎?又談何發現數據中蘊藏的物理規律?因此,學校采購器材時應嚴把質量關,對有問題的器材要及時更換,同時,檢修器材也非常重要,特別是使用頻繁高、易損耗的器材。建議教研組抽出專門的時間和精力,集中檢修,一來減輕實驗員的工作壓力,二來掌握一些檢修技能。當提供的都是能正常使用的器材后,學生的實驗就不會受其他因素影響,從而保障探究正常進行。
3.變“錯誤”為“正確”,彰顯錯誤資源的價值
學生對教師問題的即時性反映,折射出學生的原始思維和創造性火花,這些想法有的是正確的,有的雖然錯誤,但能給教學啟發,其價值不亞于正確的創意。學生錯誤的想法里可能蘊藏著創新思維,我們要善于發現并加以利用。
例如,圖2中,用電阻箱代替定值電阻R的方案是錯誤的,但這種想法在研究通過導體的電流與導體電阻的關系時,卻可以派上用場。如圖4,用電阻箱代替定值電阻R,有以下優點:其一,電阻箱是一種可讀出阻值的變阻器。初中階段學生對不能讀出示數的滑動變阻器使用頻率高,使用較熟練,但對電阻箱,教材只局限于讀出電阻大小,沒有機會讓學生體驗電阻箱的優勢,而在這里,電阻箱的接線和讀數得到運用,體現了其教學價值,彌補教材的不足。其二,簡化實驗操作過程。本電路的連接在研究電流與電壓的關系時已經得到強化,因此,連接電路不是本探究內容的重點。當定值電阻R不斷改變時,該電路局部要不斷拆裝、重組,這在技能上只是簡單重復,缺乏教育意義。而換為電阻箱后,只要旋轉旋鈕就能快速改變電阻,不需要拆裝電路,為數據的采集與分析等重點內容爭取更多時間。其三,實驗探究提倡開放性,不應是封閉的,數據的采集要常態化。如果選教師提供的三個定值電阻,學生會想,為什么要選這幾個電阻?隨機一點不可以嗎?是不是也能得出反比結論?而這一系列問題均由電阻箱的使用得到較好突破,供選擇的電阻值范圍更廣、更靈活,為學生采集數據拓展空間,增加實驗結論的可信度。
4.變“說教”為“身教”,給學生潛移默化的影響
在實驗細節上,教師苦口婆心,諄諄教導,而學生一意孤行,當耳邊風,教學效果一直欠佳。什么原因呢?要學生低碳環保,教師自己在實驗教學中的一言一行、一舉一動反饋給學生的卻是鋪張浪費;要學生尊重實驗事實,不得篡改數據,教師卻圖方便省事,不做實驗,空降實驗數據;要學生表達準確,教師的教學語言卻欠科學性,甚至“腳踩西瓜皮,滑到哪是哪”。這樣矛盾的教學言行,怎能讓學生養成低碳環保的意識和實事求是的科學態度?要提升學生的科學素養,除平常注意要求外,更重要的是教師要加強自身修養,以身垂范,給學生樹立良好的榜樣。
5.變“單一”為“飽滿”,落實三維教學目標
探究教學不能僅局限于學生掌握物理概念和規律,還應將歷史上物理學家進行探究、獲得發現的歷史資料引入教學,通過歷史情境再現,展現科學研究方法,體驗科學發現的艱辛,實現教育價值最大化。
歷史上歐姆定律的建立過程與課堂上的科學探究有很大差異,將歐姆的探究過程和對他成功的分析補充到課堂中,可以使學生在知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三個維度上獲益。
在歐姆所處的時代,他遇到的最大困難與挑戰有以下幾點[1]:(1)當時的直流電源只有伏打電堆,最初用它進行實驗,電流不穩定,未能獲得理想結果。后來,接受其他科學家的建議,將伏打電堆改為溫差電源,提高了電流的穩定性,使測量結果更準確。這與他善于學習、關心科技發展、重視科學交流是分不開的。(2)在歐姆進行研究時,沒有現成的電壓表和電流表,也不知道如何測電阻,也就是說,I、U、R均無法測量,這些問題都得一一解決。歐姆巧妙地設計出電流扭秤,用磁針的扭角實現了電流大小的測量;用相同粗細、不同長度的銅導線來得到不同電阻;用溫差電池兩個接點的溫度差得到不同電勢差,這在當時是想象不到的,都是開創性研究。而且,歐姆憑直覺假定電流大小與扭秤的扭角成正比,電阻與導線長度成正比,而電壓與溫差電池的溫度差成正比。這種直覺思維,是科學創造力的重要表現。(3)歐姆定律發表后,遇到權威人士的反對甚至詆毀,認為他的理論是空洞的臆造,許多年后他的成果才得到科學界的普遍認同。為了科學研究,歐姆在孤獨與困難的環境中,自己動手制作儀器,堅持進行科學探索,把全部生命都奉獻給了科學事業,這種獻身精神是值得欽佩和學習的。
通過物理學史的引入,“歐姆”在學生思想里不再只是一個物理量的單位,“歐姆定律”也不再只是一個物理公式,它們匯成了一部有血有肉、富有立體感的科學勵志故事,深深地感染和激勵著學生。
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.
電壓和電阻
電壓
作用:電壓是使電路形成電流的原因
常用單位以及換算:千伏,毫伏,微伏1kv=1000v1v=1000mv1mv=1000uv
電壓的測量——電壓表
1讀數:看清量程,弄清每大格和每小格表示電壓數
2接法:并聯在被測電路兩端,使標有﹣號的接線柱接電源的負極,標有﹢號的接線柱接電源的正極,被測電壓不超過電壓表的量程
串聯,并聯電路電壓的規律
串聯電路中總電壓等于各部分電路
中分電壓之和
并聯電路中各支路兩端電壓都相等
電阻
電阻的意義:一切導體都具有阻礙電流作用的性質,不同的導體對電流阻礙作用不同
單位:歐姆ω,其他常用的單位:兆歐mω、千歐kω1mω=1000klω=1000000ω
影響電阻大小的因素:長度、材料、橫截面積、溫度
半導體、超導體的特點:半導體隨慰藉條件的改變它的電阻也改變(壓敏電阻、光敏電阻等)
變阻器
原理:改變接入電路中電阻絲的長度來改變電路中的電阻
構造:支架、電阻絲、瓷筒、金屬棒等
使用方法:“一上一下”
第七章知識總結與能力整合
本章直接從研究電流與電壓,電阻的關系切入,引導學生探究電流與電壓,電阻之間的關系,得出重要的電學定律——歐姆定律,并進一步運用歐姆定律進行簡單的電學定量計算,得出電阻串聯,電阻并聯的關系,以歐姆定律為理論基礎,運用相應的實驗器材設計實驗測量小燈泡的電阻,運用歐姆定律分析了一些與安全用電有關的現象,認識斷路和短路現象,加深對歐姆定律的理解,提高了學生運用知識解決實際問題的能力,激發學生學習物理的積極性
歐姆定律
電阻上的電流跟電壓的關系:導體中通過的電流與這段導體兩端的電壓成正比
內容:導體中通過的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,與電阻成反比
表達式:i=u/r
應用求電流,電壓,電阻
測量小燈泡的電阻
原理:r=u/i
方法:伏安法測電阻
注意:小燈泡的電阻太小會隨燈絲溫度的升高而增大
安全用電
電壓越高越危險
斷路,短路的認識
注意防雷,正確使用避雷針
第八章知識總結與能力整合
本章是在學習歐姆定律長的基礎上,吧對于電學的研究擴展到電能和電功率,是初中物理的重點章節之一,也是難點之一,本章學習的主要目標是讓學生了解電能和電功率的概念,知道焦耳定律以及與電功率有關的安全用電方面的問題,整章教材的結構是圍繞電能的概念展開的。
電功率
電能
電能的獲得:電能是由自然界中各種其他形式的能轉化而來的,是由電源(發電機、電池等)提供的
單位:焦耳j、千瓦時kw•h,千瓦時在日常生活中也叫度
1kw•h=1度=3.6*10^6j
電能表
作用:用來測量用電器在一段時間內消耗的電能
測量方法:電能表的計數器上前后兩次讀數之差
表盤上參數的含義:例如,2500rews/kw•h表示每消耗1kw•h的電能,電能表轉盤轉2500轉
電功
實質:電流做功德過程實質上就是電能轉化成其他形式能的過程,有多少電能轉化成其他形式的能,電流就做了多少功。
單位:與電能的單位一樣,都是焦耳j
計算:w=p•t
電功率
物理意義:表示消耗電能的快慢,符號用p表示
定義:一個用電器功率的大小等于它在1秒內所消耗的電能,用公式p=w/t表示
單位:瓦特w、千瓦kw,1kw=10^3w(1w=1j/1s=1j/s)
千瓦時的來世:1千瓦時是功率為1kw的用電器使用1h所消耗的電能,1kw•h=1kw*1h
額定電壓及額定功率:用電器正常工作時的電壓叫做額定電壓,用電器在額定電壓下的功率叫用電器的額定功率。一般來說,在用電器銘牌上標明的電壓和電功率就是這個用電器的額定電壓和額定功率
測量:原理(p=ui),器材,電路圖
電流的熱效應
電流的熱效應:電流通過道題是,電能要轉化成熱,這種現象叫電流的熱效應,任何導體中有電流通過時,道題都要發熱
焦耳定律的內容及表達式:q=i^2rt
電熱的利用和防止
電功率和安全用電
電功率與電流的關系:根據公式p=ui得i=p/u可知,由于家庭電路中的電壓時一定的,即為220v,所以用電器功率越大,電路中的電流i就越大,為了安全用電,應注意不要讓干路中的電流超過家里供電線路和電能表所允許的最大電流值
保險絲
特點:保險絲是用鉛銻合金制作的,電阻率大而熔點低
作用:電路中的電流超過允許值時,保險絲能自動熔斷而自動切斷電路,以保證電路的安全。家庭電路中千萬不能用銅絲、鐵絲代替保險絲
第九章知識總結與能力整合
本章從生活中常見的磁現象出發,介紹磁的一些基本知識,通過各種探究活動讓學生感受到特殊物質“磁場”的存在,并探究“電生磁”和“磁生電”的辯證關系,了解電和磁的內在關系。通過探究活動了解物理學家研究問題的方法,獲取先關信息并掌握相關知識。
電和磁
磁現象
磁性:吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質
磁體吸鐵性指向性:指向南北方向
磁極
磁體上磁性最強的部分叫磁極
磁極:南極s、北極n,任何磁體都有兩個磁極
作用規律:同名磁極互相排斥,異名磁極互相吸引
磁場
存在于
磁體周圍空間
電流周圍空間
1電流的磁效應——奧斯特飾演
2通電螺線管(1)磁場與條形磁鐵相似
(2)極性與電流方向有關
(3)應用:電磁鐵(影響因素應用:電磁繼電器、揚聲器)
最基本性質
1對放入其中磁體有力的作用
2對放入其中電流有力的作用——電動機原理及能量轉化
方向規定:物理學中,把小磁針靜止時北極所指的方向規定為該點的磁場方向
描述——磁感線
特點:閉合曲線,在此題的外部從n極到s極,內部從s極到n極,磁感線不想交
功能:磁感線能反映磁場的強弱,密的地方磁場強,疏的地方磁場弱
磁生電
電磁感應現象:只有當閉合電路的一部分導體在磁場中做切割磁感線運動時,電路中才會產生電流,這種現象叫做電磁感應現象,得到的電流叫感應電流
應用:發電機
原理:電磁感應
能量轉化:機械能轉化為電能
補充發動機能量轉化是電能轉化為機械能
第十章知識總結與能力整合
本章主要講述電磁波以及信息的傳播。
信息傳播
固定電話
結構及原理:用簡單的電話是由話筒和聽筒組成。其基本原理:利用電流把信息傳到遠方。過程是振動——變化的電流——振動
電話交換機:一般電話之間是通過交換機來轉換的。可以提高線路利用率
模擬通信:信息電流的變化情況與聲音的變化情況一樣,這種信號叫模擬信號,使用模擬信號的通信方式叫模擬通信
數字通信:信號使用不同的符號的不同組合來表示,這種信號叫數字信號,使用數字信號的通信方式叫數字通信。數字信號形成簡單,抗干擾力強,失真小。
電磁波
產生:迅速變化的電流產生電磁波
傳播:電磁波可以在真空中傳播,傳播速度與光一樣
電磁波的波速、伯成河頻率
應用:廣播、電視、移動電話、通信
越來越寬的信息之旅
微波通信:用微波來傳遞信息的通信方式就是微波通信。微薄的波長在10m到1mm之間,頻率為30mhz到3*10^5mhz之間
衛星通信:是借助地球同步通信衛星來傳遞信息的,衛星通信可以克服微波不能沿著地球表面傳播的不足(微波只能沿著直線傳播)
光纖通信:通過光導纖維來傳遞信息叫光纖通信。光纖通信的特點是攜帶的信息量大
網絡通信:是通過計算機來完成的,其主要形式是電子郵件
高中物理教學工作總結
關鍵詞:物理 閉合電路 歐姆定律 實驗 改進
師范物理學電學部分閉合電路的歐姆定律教學的關鍵,是做好教材給出的學生實驗:研究閉合電路的歐姆定律。通常在教學中學生是在學習完理論課以后再去實驗室做該實驗。我們在教學過程中發現,這樣并不利于學生盡快理解和掌握所學內容,為此,我們可以把實驗稍加改造,在課堂教學中先進行演示實驗,本節課結束以后,再讓學生到實驗室進行分組實驗,獨立完成實驗,這樣教學效果將會更加理想。
實驗裝置如圖1所示,該裝置主要由一個實驗用電池、一個用來作為外電路的電阻箱R、兩個分別用來測量外電路和內電路上電壓即所謂外電壓(又叫做路端電壓)和內電壓的電壓表V1和V2組成。
這里用的實驗電池,要求既能看到它的結構,又能測量其內電壓,最好還能改變它的內電阻。這種電池實驗室中也曾有配備的,但是在使用中,許多教師反映效果不理想,只能看其結構,無法進行實驗。為此本人自制了一個實驗電池,經近年來多次試用,效果很好,能夠較準確地反映出電源本身的性質,并能定量地說明閉合電路中內電壓、外電壓與電源電動勢之間的關系。
該電池的構造如圖中下部所示,A、B分別是電池的正極和負極,C、D是電池的兩個探極,另外還有電解液和外殼等組成。
該電池的外殼,我們可以利用廢舊蓄電池的外殼改制。在實驗室中找一個報廢的蓄電池,一般是6V 3組極片結構,掏出內部的極板和隔板,其內部分成三個小容器。用清水沖洗干凈,再用彎頭電烙鐵從下半部,把每兩個小容器之間的塑料隔壁各燙一個小孔,使三個小容器互相連通,實驗電池的外殼就制成了。
該電池的正極板和負極板,我們可以從電瓶經營部購買兩塊電瓶用正、負極板代替,一般電瓶經營部中因為保修電瓶需要,都有銷售的正、負極板和電瓶液。如果所購買的極板過寬,可以把極板的一側(不引電極的一側)剪去一部分,使其寬度大約7.5cm(視舊蓄電池外殼的尺寸而定)以使電極能恰好立于所制外殼中。這種極板主要是鉛銻合金鑄成柵格狀。正極板涂四氧化三鉛為主的填料,負極板涂氧化鉛為主的填料。
探極的處理,我們選用直徑為3mm左右的銅條,剪成比極板稍長一點的兩段來代替。由于兩根探極放置的離正、負極板越近,它們所反映的內電路中正、負極板附近的電勢就越準確,因此通過兩根探極測得的內電壓就越準確,所以兩根探極要盡量靠近兩個極板放置。為此我們可以設法把兩根探極分別豎直地固定在正、負極板上,并保持探極與兩極板不相連。固定方法是:為了隔離極板和探極,在極板的中間先放上一條1cm寬適當長的塑料片,在塑料片中間沿塑料片方向放上探極,分兩處用絕緣漆包線穿過塑料片和極板,把塑料片和探極固定在極板上,塑料片下端要把探極下端包起固定,以防止探極向下滑動。這里要注意,絕對不能使探極與極板短路,否則就無法準確測出電池的內電壓。
把帶探極的正、負兩個極板,分別豎直插入已改制好的外殼中,使兩個極板分別處在兩端的小容器內,正極板上引出一個電極作為電池的正極,負極板上引出一個電極作為電池的負極,并在外殼上正、負電極處作出“+”、“”號標記,以表示該電池的極性。
蓄電池的電解液一般需用密度為1.20~1.30g/ml的稀硫酸溶液,這里用來配制電解液的濃硫酸雜質要少,必須用蒸餾水稀釋。另外,我們也可以直接用電瓶經營部出售的電瓶液,作為我們這個實驗電池的電解液,它是密度為1.10g/ml左右的稀硫酸。
將電解液倒人上述電池內,使液面離容器上口約2cm即可,放置4~8h,使電解液滲入極板。這時如果電解液液面下降過多,可以稍補充一些,一般可以直接進行充電使用,這樣電池就制成了。
充電時,電池的正極接充電器的正極,電池的負極接充電器的負極。連接好線路,打開充電器開關,調整充電器電流至0.5A,充電40h左右,停止充電。冷卻后再改用1A左右充電電流,充電大約24h停止。電壓穩定后,其正、負極間的電壓(即電源的電動勢E)在2.2V左右。
為使該電池的性能更穩定,第一次充電以后,應對電池放電,放電時可用小燈泡或電阻等作負載,當放電至1.7伏時,停止放電,再按上述方法充電。以后每次充電前或長時間不用時每隔一段時間,都要對電池進行正常充電。正常充電電流控制在1安左右。
本實驗由于是一個演示實驗,要求演示現象明顯,可視性強,因此我們選用兩臺大型演示電表來測量電池的電動勢、內電壓和外電壓。兩電表均選用直流2.5伏量程,表盤選用最大刻度為2.5伏的,這樣即使遠處的學生也能看清楚電表的示數。電阻箱R我們選用J2362型學生電阻箱來代替。根據上圖連接好電路,一個電壓表V1用來測量外電壓U外,其“+”、“”接線柱,分別與電池的正、負極連接。另一個電表V2用來測量內電壓U內,連接時需注意:電壓表的“+”接線柱,要與電池負極板上的探極上端連接;電壓表的“”接線柱,要與電池正極板上的探極上端連接。
改變電阻箱R的阻值,兩個電壓表的示數都改變。把它們的讀數記錄下來,并且進行比較分析,可以看出,在誤差允許的范圍內:
電源的電動勢E,等于外電壓U外和內電壓U內之和。即
E = U外+U內
同樣當電源的內電阻改變時,內電壓和外電壓均發生變化,但其和總是一個恒量,總等于電源的電動勢。
這里如果要改變電池的內電阻,只需要換用不同濃度的稀硫酸作電解液即可。電解液的濃度越高,電池的內電阻越小;電解液的濃度越低,電池的內電阻越大。