時(shí)間:2023-08-02 16:17:17
導(dǎo)言:作為寫作愛好者,不可錯(cuò)過為您精心挑選的10篇?dú)W姆定律的實(shí)驗(yàn)結(jié)論,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
一、教材分析
《歐姆定律》的內(nèi)容,在初中階段已經(jīng)學(xué)過,高中階段《物理》安排這節(jié)課的目的,主要是讓學(xué)生通過課堂演示實(shí)驗(yàn)再次增加感性認(rèn)識(shí);體會(huì)物理學(xué)的基本研究方法(即通過實(shí)驗(yàn)來探索物理規(guī)律);學(xué)習(xí)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的兩種常用方法――列表對(duì)比法和圖象法;再次領(lǐng)會(huì)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(xué)的教學(xué)目的和教學(xué)要求。教學(xué)不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容,重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段;在實(shí)驗(yàn)過程中是如何控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量的,從而讓學(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會(huì)科學(xué)家的思維方法。
《歐姆定律》的內(nèi)容在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識(shí)的作用,另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定了基礎(chǔ)。《歐姆定律》實(shí)驗(yàn)中分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法,也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用。因此也可以說,《歐姆定律》是后續(xù)課程的知識(shí)準(zhǔn)備階段。
通過《歐姆定律》的學(xué)習(xí),要讓學(xué)生記住歐姆定律的內(nèi)容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運(yùn)用?!稓W姆定律》內(nèi)容的重點(diǎn)是進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。這是教學(xué)的核心,是教學(xué)成敗的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)?!稓W姆定律》教學(xué)的難點(diǎn)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(chǎng)一章中已經(jīng)接觸過,但學(xué)生由于缺乏較多的感性認(rèn)識(shí),對(duì)此還是比較生疏。從數(shù)學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)識(shí)其代表一個(gè)新的物理量,還是存在著不小的思維臺(tái)階和思維難度。對(duì)于電阻的定義式和歐姆定律表達(dá)式,從數(shù)學(xué)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(xué)生常將兩種表達(dá)式相混,對(duì)公式中哪個(gè)是常量哪個(gè)是變量分辨不清,要注意提醒和糾正。
二、關(guān)于教法和學(xué)法
《歐姆定律》教學(xué)采用以演示實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式綜合教學(xué)法。教師邊演示、邊提問,讓學(xué)生邊觀察、邊思考,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng)。在教材難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏,給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論,教師可給予恰當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥,必要時(shí)可進(jìn)行大面積課堂提問,讓學(xué)生充分發(fā)表意見。這樣既有利于化解難點(diǎn),也有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過《歐姆定律》的學(xué)習(xí),要使學(xué)生領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法,領(lǐng)會(huì)怎樣提出研究課題,怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),怎樣合理選用實(shí)驗(yàn)器材,怎樣進(jìn)行實(shí)際操作,怎樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及通過分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論和物理規(guī)律。同時(shí)要讓學(xué)生知道,物理規(guī)律必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),不能任意外推,從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的思維習(xí)慣。
三、對(duì)教學(xué)過程的構(gòu)想
為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性,對(duì)一些主要教學(xué)環(huán)節(jié),有以下構(gòu)想:
1.在引入新課提出課題后,啟發(fā)學(xué)生思考:物理學(xué)的基本研究方法是什么(不一定讓學(xué)生回答)?這樣既對(duì)學(xué)生進(jìn)行了方法論教育,也為過渡到演示實(shí)驗(yàn)起了承上啟下作用。
2.對(duì)演示實(shí)驗(yàn)所需器材及電路的設(shè)計(jì)可先啟發(fā)學(xué)生思考回答。這樣既鞏固了他們的實(shí)驗(yàn)知識(shí),也調(diào)動(dòng)他們盡早投入積極參與。
3.在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)可請(qǐng)兩位學(xué)生上臺(tái)協(xié)助,同時(shí)讓其余同學(xué)注意觀察,也可調(diào)動(dòng)全體學(xué)生都來參與,積極進(jìn)行觀察和思考。
4.在用列表對(duì)比法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,提出下面的問題讓學(xué)生思考回答:為了更直觀地顯示物理規(guī)律,還可以用什么方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?目的是更加突出方法,使學(xué)生對(duì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認(rèn)識(shí)。到此應(yīng)該達(dá)到本節(jié)課的第一次,通過提問和畫圖象使學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒轉(zhuǎn)向高漲。
5.在得出電阻概念時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生從分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時(shí)不要急于告訴學(xué)生結(jié)論,而應(yīng)給予充分的時(shí)間,啟發(fā)學(xué)生積極思考,并給予適當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥。此處節(jié)奏應(yīng)放慢,可提問請(qǐng)學(xué)生回答或展開討論,讓學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學(xué)生對(duì)電阻的概念是如何建立的有深刻的印象。
6.在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步提出歐姆定律,這實(shí)際上是認(rèn)識(shí)上的又一次升華。要注意闡述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的普遍性,在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生先行,以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力。教師重申時(shí)語氣要加重,不能輕描淡寫。要隨即強(qiáng)調(diào)歐姆定律是實(shí)驗(yàn)定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推。
7.為檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,可自編若干概念題、辨析題進(jìn)行反饋練習(xí),達(dá)到鞏固之目的。然后結(jié)合課本練習(xí)題,熟悉歐姆定律的應(yīng)用,但占時(shí)不宜過長,以免沖淡前面主題。
四、授課過程中幾點(diǎn)注意事項(xiàng)
1.注意在實(shí)驗(yàn)演示前對(duì)儀表的量程、分度和讀數(shù)規(guī)則進(jìn)行介紹。
2.注意正確規(guī)范地進(jìn)行演示操作,數(shù)據(jù)不能虛假拼湊。
3.注意演示實(shí)驗(yàn)的可視度。可預(yù)先制作電路板,演示時(shí)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(xué)生都能清晰地看見。
4.定義電阻及歐姆定律時(shí),要注意層次清楚,避免節(jié)奏混亂??砂央娮璧母拍罴岸x在歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)提出,而歐姆定律在歸納完實(shí)驗(yàn)結(jié)論后。這樣學(xué)生就不易將二者混淆。
5.所編反饋練習(xí)題應(yīng)重點(diǎn)放在概念辨析和方法訓(xùn)練上,不能把套公式計(jì)算作為重點(diǎn)。
6.注意調(diào)控課堂節(jié)奏,避免單調(diào)枯燥。
關(guān)鍵詞:是對(duì)物理規(guī)律的一種表達(dá)形式。通過大量的觀察、實(shí)驗(yàn)歸納而成的結(jié)論。反映物理現(xiàn)象在一定條件下發(fā)生變化過程的必然關(guān)系。物理定律的教學(xué)應(yīng)注意:首先要明確、掌握有關(guān)物理概念,再通過實(shí)驗(yàn)歸納出結(jié)論,或在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)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式相同,就必須加以區(qū)別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關(guān)的物理定律之間的關(guān)系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實(shí)驗(yàn)的教法,回顧“運(yùn)動(dòng)和力”的歷史。消除學(xué)生對(duì)力的作用效果的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí);培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實(shí)驗(yàn)加外推法。教學(xué)時(shí)應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),不能簡單地按字面意義用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證。但大量客觀事實(shí)證實(shí)了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個(gè)力學(xué)的出發(fā)點(diǎn),不能把它當(dāng)作第二定律的特例;慣性質(zhì)量不是狀態(tài)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(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實(shí)際問題時(shí),應(yīng)使學(xué)生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對(duì)于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們?cè)谝欢屋^短的時(shí)間內(nèi)研究力學(xué)問題時(shí),常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈?dāng)好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時(shí)還應(yīng)請(qǐng)注意:公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時(shí)關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬有引力定律的過程,卡文迪許測(cè)定萬有引力恒量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯(cuò)誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)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(fā)現(xiàn)了它的局限性。
(4)機(jī)械能守恒定律這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不作功或所作的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實(shí)例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來解決問題時(shí),就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)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(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個(gè)定律不適用的問題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時(shí)還應(yīng)注意公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時(shí)關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬有引力定律。教學(xué)時(shí)應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬有引力定律的過程,卡文迪許測(cè)定萬有引力常量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點(diǎn)間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯(cuò)誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)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(fā)現(xiàn)了它的局限性。
四、機(jī)械能守恒定律。這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不做功或所做的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實(shí)例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來解決問題時(shí),就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)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(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個(gè)定律不適用的問題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。
五、動(dòng)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(rèn)為動(dòng)量守恒定律不能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出來,主張從實(shí)驗(yàn)直接總結(jié)。但是實(shí)驗(yàn)要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實(shí)驗(yàn)條件來說,多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準(zhǔn)確完成實(shí)驗(yàn)并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動(dòng)量和牛頓運(yùn)動(dòng)定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。中學(xué)階段有關(guān)動(dòng)量的問題,相互作用的物體的所有動(dòng)量都在一條直線上,所以可以用代數(shù)式替代矢量式。學(xué)生在解題時(shí)最容易發(fā)生符號(hào)的錯(cuò)誤,應(yīng)該使他們明確,在同一個(gè)式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動(dòng)量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態(tài)變化,表式中各項(xiàng)是過程始、末的動(dòng)量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實(shí)際問題時(shí),如果質(zhì)點(diǎn)系內(nèi)部的相互作用力遠(yuǎn)比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動(dòng)量守恒定律來處理。動(dòng)量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規(guī)律之一。無論是宏觀系統(tǒng)或微觀粒子的相互作用,系統(tǒng)中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統(tǒng)不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動(dòng)量守恒定律都是適用的。
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2016)12-0039-2
人教版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理選修3-1》《歐姆定律》一節(jié)內(nèi)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(dāng)金屬導(dǎo)體的電阻不變時(shí),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(gè)元件都是非線性元件。在遇到歐姆定律時(shí),不論是年輕教師還是學(xué)生常常感到疑惑:歐姆定律適用范圍究竟是金屬和電解質(zhì)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(dǎo)體的伏安特性曲線 在實(shí)際應(yīng)用中,常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U,這樣畫出的I-U圖象叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。對(duì)于金屬導(dǎo)體,在溫度沒有顯著變化時(shí),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(xué)元件叫做線性元件。圖2.3-2中導(dǎo)體A、B的伏安特性曲線如圖2.3-3所示。
歐姆定律是個(gè)實(shí)驗(yàn)定律,實(shí)驗(yàn)中用的都是金屬導(dǎo)體。這個(gè)結(jié)論對(duì)其他導(dǎo)體是否適用,仍然需要實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,除金屬外,歐姆定律對(duì)電解質(zhì)溶液也適用,但對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導(dǎo)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(xué)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(xué)家歐姆《由伽伐尼電力產(chǎn)生的電現(xiàn)象的理論》,提出歐姆定律:在同一電路中,通過某段導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比。歐姆實(shí)驗(yàn)中用八根粗細(xì)相同、長度不同的板狀銅絲分別接入電路,推導(dǎo)出 ,其中s為金屬導(dǎo)線的橫截面積,k為電導(dǎo)率,l為導(dǎo)線的長度,x為通過導(dǎo)線l的電流強(qiáng)度,a為導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差[2]。當(dāng)時(shí)只有電導(dǎo)率的概念,后來歐姆又提出 為導(dǎo)體的電阻,并將歐姆定律表述為“導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比?!?/p>
關(guān)于歐姆定律的m用范圍,一直存在爭(zhēng)議,筆者認(rèn)為可以從不同角度進(jìn)行陳述。
2 歐姆定律的適用范圍
2.1 從導(dǎo)電材料看適用范圍
歐姆當(dāng)年通過對(duì)金屬導(dǎo)體研究得出歐姆定律,后來實(shí)驗(yàn)得出歐姆定律也適用于電解質(zhì)溶液,但不適用于氣體導(dǎo)電和半導(dǎo)體元件。
從微觀角度分析金屬導(dǎo)體中的電流問題,金屬導(dǎo)體中的自由電子無規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度矢量平均為零,不能形成電流。有外電場(chǎng)時(shí),自由電子在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),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(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng),與金屬晶格碰撞后向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的可能性都有,因此失去定向運(yùn)動(dòng)的特征,又回歸無規(guī)則運(yùn)動(dòng),在電場(chǎng)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(dǎo)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(shè)平均時(shí)間為τ,則自由電子在下次碰撞前的定向移動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng),
2.2 從能量轉(zhuǎn)化看適用范圍
在純電阻電路中,導(dǎo)體消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱,由UIt=I2Rt,得出 在非純電阻電路中,導(dǎo)體消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,其余部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能(機(jī)械能、化學(xué)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(dǎo)體通電,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,是純電阻元件,滿足歐姆定律。小燈泡通電后,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,燈絲溫度升高導(dǎo)致發(fā)光,部分內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為光能,因此小燈泡也是純電阻,滿足歐姆定律。電解質(zhì)溶液,在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,也遵守歐姆定律。氣體導(dǎo)電是因?yàn)闅怏w分子在其他因素(宇宙射線或高電壓等條件)作用下,產(chǎn)生電離,能量轉(zhuǎn)化情況復(fù)雜,不滿足歐姆定律。半導(dǎo)體通電時(shí)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),電能少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,不滿足歐姆定律。電動(dòng)機(jī)通電但轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,遵從歐姆定律;轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)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(gè)量與另一個(gè)量按比例、成直線關(guān)系,非線性元件指兩個(gè)量不按比例、不成直線的關(guān)系。在電流與電壓關(guān)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(shí)通常借助其I-U圖像。
從 知導(dǎo)體的電阻與自由電子連續(xù)兩次碰撞的平均時(shí)間有關(guān),自由電子和晶格碰撞將動(dòng)能傳遞給金屬離子,導(dǎo)致金屬離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇,產(chǎn)生電熱。由 知導(dǎo)體的溫度升高,τ減小,電阻增大。因此,導(dǎo)體的電阻不可能穩(wěn)定不變。當(dāng)金屬導(dǎo)體的溫度沒有顯著變化時(shí),伏安特性曲線是直線,滿足“電阻不變時(shí),導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)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(shí),金屬導(dǎo)體的電阻減小,當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí),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(dāng)燈泡電阻變化時(shí),仍有I、U、R瞬時(shí)對(duì)應(yīng),滿足歐姆定律 如同滑動(dòng)變阻器電阻變化時(shí)也滿足歐姆定律[3]。
2.4 結(jié)論
綜上所述,從導(dǎo)電材料的角度看,歐姆定律適用于金屬和電解質(zhì)溶液(無化學(xué)反應(yīng));從能量轉(zhuǎn)化的角度看,歐姆定律適用于純電阻元件。對(duì)于線性元件,電阻保持不變,導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,歐姆定律適用。從物理學(xué)史推想,歐姆當(dāng)年用八根不同銅絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn),應(yīng)該是研究了電壓保持不變時(shí),電流與電阻的關(guān)系,以及電阻保持不變時(shí),電流與電壓的關(guān)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(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)。
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(guān)系寫成 上式可以表述為:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比。這就是我們?cè)诔踔袑W(xué)過的歐姆定律?!盵1]筆者以為,歐姆定律的內(nèi)容是 這個(gè)表達(dá)式最重要的意義是明確了電流、電壓、電阻三個(gè)量的關(guān)系,而不是其中的正比關(guān)系和反比關(guān)系,教材沒必要對(duì)歐姆定律進(jìn)行正比反比的表述。
“實(shí)驗(yàn)表明,除金屬外,歐姆定律對(duì)電解質(zhì)溶液也適用,但對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導(dǎo)體元件并不適用?!苯滩囊衙鞔_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(shí)明確線性、非線性不能作為歐姆定律是否適用的標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn):
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1992-7711(2014)02-0086
實(shí)驗(yàn)是從感性到理性認(rèn)識(shí)的過程,是從具體到抽象、從簡單到復(fù)雜的思維形成過程,符合學(xué)生的身心特點(diǎn)和認(rèn)識(shí)過程。因此,實(shí)驗(yàn)既是學(xué)習(xí)物理的重要基礎(chǔ),又是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段。利用實(shí)驗(yàn)可以培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力,通過對(duì)實(shí)驗(yàn)原理的理解、觀看或親自動(dòng)手進(jìn)行操作、信息(現(xiàn)象或數(shù)據(jù))的獲取、分析綜合等過程,可以培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。
歐姆定律是初中物理電學(xué)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(xué)中起到橋梁和紐帶的作用,同時(shí)歐姆定律的探究能力培養(yǎng)、考查學(xué)生的綜合能力,所以對(duì)歐姆定律的探究也是中考中的高頻考點(diǎn)。
例:某實(shí)驗(yàn)小組的同學(xué)探究電流與電壓的關(guān)系時(shí),用到如下器材:電源為2節(jié)干電池,電流表、電壓表各1只,定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑動(dòng)變阻器1只(標(biāo)有“10Ω,2A)字樣,開關(guān)1個(gè),導(dǎo)線若干(如圖1所示);設(shè)計(jì)的電路如圖2所示,
(1)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中,電壓表應(yīng)選用的量程為 ,電流表應(yīng)選用的量程為 。
(2)這個(gè)實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。
(3)實(shí)驗(yàn)中他們選用的定值電阻為 Ω。
(4)請(qǐng)?jiān)趫D3的坐標(biāo)系上畫出電流隨電壓變化的圖象。
(5)請(qǐng)根據(jù)電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖1中的元件連成電路.要求:滑動(dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí),電流表的示數(shù)變大。
(6)分析表中的數(shù)據(jù)或圖象,可得到的初步結(jié)論是:
解析:(1)根據(jù)題目中給定的條件可知:電路中的電源為2節(jié)干電池,所以最大電壓為3V,因此電壓應(yīng)選量程為0~3V(或3V);當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在最左端時(shí),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(yīng)選量程為0~0.6A(或0.6A)。
(2)由于電路中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)體兩端的電壓有關(guān),也和這段導(dǎo)體的電阻有關(guān),所以要探究電流與電壓、電阻三者關(guān)系時(shí)應(yīng)采用的探究方法是控制變量法。這個(gè)實(shí)驗(yàn)是探究電流與電壓的關(guān)系,所以應(yīng)控制的變量是電阻。
(3)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中所給的定值電阻有三個(gè),那究竟用的那個(gè)電阻呢?這就要根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),通過計(jì)算來確定。I=■,R=■=5Ω。所以他們選擇的定值電阻應(yīng)該為5Ω。
(4)根據(jù)表中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),在坐標(biāo)系上將對(duì)應(yīng)的電流值、電壓值進(jìn)行描點(diǎn),再用筆畫線將這些點(diǎn)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(dāng)電壓為0時(shí),電流也為0,所以坐標(biāo)原點(diǎn)為0。但根據(jù)電流、電壓值所描繪的線表示電阻,而電阻是導(dǎo)體的一種屬性,它的大小由導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度決定,而與電流、電壓無關(guān),所以這條線不能以過坐標(biāo)原點(diǎn),如果經(jīng)過坐標(biāo)原點(diǎn),那就會(huì)得出電壓為0,電流為0時(shí),電阻也為0的這種錯(cuò)誤結(jié)論。
(5)電流表要串聯(lián)在電路中,電壓表要并聯(lián)在被測(cè)電阻兩端,又因?yàn)榛瑒?dòng)變阻器的滑片向左移動(dòng)時(shí),電流表的示數(shù)變大,即說明當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),電路中的電阻減小。所以滑動(dòng)變阻器電阻絲上的兩個(gè)接線柱應(yīng)接左端那個(gè)(無論金屬桿上的兩個(gè)接線柱接哪個(gè)),金屬桿上的兩個(gè)接線柱可任意接,如圖答案⑸所示。
(6)不論是從表中的數(shù)據(jù)還是從圖象分析都可以得出結(jié)論:在電阻一定時(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)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(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)體端的電壓成正比。
閉合電路歐姆定律是電路中的一條重要規(guī)律,對(duì)于思維能力尚不是很完善的高中生來說,還是具有一定的難度。“知識(shí)不是被動(dòng)接受的,而是認(rèn)知主體積極建構(gòu)的”,因此在教學(xué)過程中教師應(yīng)積極的換位思考,針對(duì)學(xué)生的能力水平來嘗試多種教學(xué)方式方法,
使學(xué)生切實(shí)掌握相關(guān)知識(shí)。此知識(shí)點(diǎn)之所以成為難點(diǎn)的重要原因和問題主要為:概念抽象,理解困難;傳統(tǒng)教學(xué)方法單一;知識(shí)點(diǎn)容易混淆;應(yīng)試教育,不能活學(xué)活用。所以,對(duì)以上問題提出一些突破教學(xué)難點(diǎn)的思路和方法,以供參考。
一、激發(fā)興趣,打破抽象
在本章的教學(xué)內(nèi)容中,對(duì)這一定律的概念和相關(guān)知識(shí)較為抽象,偏重理論的數(shù)學(xué)分析和推理,并且缺少直觀的實(shí)驗(yàn),使學(xué)生學(xué)習(xí)和理解起來存在著很大的難度。只是一貫地依靠教師的講解難以達(dá)到良好的效果,反而有可能會(huì)適得其反,使學(xué)生感到枯燥乏味。因此,教師首先應(yīng)該通過巧妙有效地向?qū)W生導(dǎo)入學(xué)習(xí)內(nèi)容,最大限度地提高學(xué)生對(duì)新知識(shí)的好奇心和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),俗話說得好:“興趣是最好的老師”,營造一個(gè)可以使學(xué)生提出問題的學(xué)習(xí)情景。
通過簡單實(shí)驗(yàn)和提出問題,來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣,
為下面對(duì)此難點(diǎn)的講解分析做了良好的開頭。使學(xué)生能主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,在探索中產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,了解物理研究方法,增強(qiáng)綜合實(shí)踐能力。
二、分組實(shí)驗(yàn),總結(jié)結(jié)論
在傳統(tǒng)的教學(xué)中,常規(guī)的是先在之前所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上推理出閉合電路歐姆定律的公式,再以此對(duì)其進(jìn)行分析,得出變化規(guī)律。在此,應(yīng)大膽地打破這種常規(guī),這種方法只是簡單的數(shù)學(xué)演繹推理,無法讓學(xué)生感知認(rèn)識(shí)到物理的規(guī)律變化。所以,接下來就要以更為具體、多樣的實(shí)驗(yàn),探索其中的規(guī)律。讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),每組進(jìn)行多種不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,然后組員之間進(jìn)行自由討論,
再通過組員代表進(jìn)行發(fā)言,最后通過教師的總結(jié)得出結(jié)論。在這樣的通過分組實(shí)驗(yàn)、自主探索、合作交流、總結(jié)規(guī)律和解決問題的方法中,不但可以使學(xué)生深刻理解閉合電路歐姆定律的知識(shí)規(guī)
律,而且能提高學(xué)生的主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生敢于探索、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神,達(dá)到事半功倍的效果。
三、深入解析,避免混淆
通過以上的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí),學(xué)生基本掌握了閉合電路歐姆定律的基本知識(shí),由于在學(xué)習(xí)閉合回路歐姆定律之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過歐姆定律,這使得學(xué)生很容易產(chǎn)生概念混淆。所以,接下來教師應(yīng)該對(duì)此知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的分析,為學(xué)生講解電動(dòng)勢(shì)、外電壓、內(nèi)電壓、外電阻等概念,且其核心內(nèi)容是了解閉合電路與部分電路的不同,教師可以通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生實(shí)際的理解閉合電路以及分電路、
內(nèi)電路、外電路等等相關(guān)知識(shí)。這些內(nèi)容較為復(fù)雜,學(xué)生容易混淆,在有了前面一系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行這些知識(shí)的講解,學(xué)生可以更好地理解,避免了知識(shí)點(diǎn)的混淆。
四、領(lǐng)悟思想,學(xué)以致用
通過實(shí)驗(yàn)提出問題進(jìn)行導(dǎo)入,進(jìn)而通過學(xué)生主動(dòng)積極實(shí)驗(yàn)、觀察、交流和討論分析,加以教師的歸納總結(jié),對(duì)于閉合電路歐姆定律的知識(shí)學(xué)生基本已經(jīng)掌握,對(duì)課程的難點(diǎn)、重點(diǎn)也得到了直觀的分析和解答。在此之后教師應(yīng)該及時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的擴(kuò)展,結(jié)合到生活中,在課后作業(yè)中盡可能聯(lián)系到實(shí)際生活環(huán)境,家庭中常見電路現(xiàn)象,使學(xué)生更深入地理解并掌握相關(guān)知識(shí),領(lǐng)悟物理的思想方法和認(rèn)識(shí)規(guī)律的本質(zhì),將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活之中,達(dá)到活學(xué)活用、學(xué)以致用的效果。不僅及時(shí)鞏固知識(shí)、查漏補(bǔ)缺,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),從而保證了學(xué)生的學(xué)習(xí)速度和學(xué)習(xí)質(zhì)量。
隨著科技的發(fā)展,教學(xué)方式也在隨其變化。物理教學(xué)過程中不能只是一味地“灌輸式”的應(yīng)試教育,應(yīng)該讓學(xué)生主動(dòng)起來,把課堂歸還給學(xué)生,在學(xué)習(xí)活動(dòng)中提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí),在學(xué)生遇到問題時(shí)教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)撥、啟發(fā)和激勵(lì),這樣自然而然的突破教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn),找到解決問題有效的方法。盡管教學(xué)有一定的方法,但“教無定法”,怎么教學(xué),怎么上課,也視學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)生情況而定,更在于教師本人的長處和短處。所以,在教師教學(xué)過程中應(yīng)該因地制宜,因材施教,通過不斷地優(yōu)化教學(xué)方法,充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用及教師的主導(dǎo)作用。
歐姆定律探究電流與電壓、電阻的關(guān)系歐姆定律內(nèi)容、公式歐姆定律的應(yīng)用伏安法測(cè)電阻串聯(lián)、并聯(lián)電路電阻的特點(diǎn)
二、知識(shí)梳理
(一)歐姆定律的探究(探究電流與電壓、電阻的關(guān)系)
1.探究方法:控制變量.
2.實(shí)驗(yàn)電路圖:如圖1所示.
3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論:在電阻一定時(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比;在電壓一定時(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比.
(二)歐姆定律
1.內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.
2.表達(dá)式:I=■
3.適用范圍:歐姆定律所研究的電路是電源外部的一部分或全部電路;在非純電阻電路中(如含有電動(dòng)機(jī)的電路),公式中的U、I、R的關(guān)系不成立.
4.適用條件:歐姆定律公式中的各個(gè)物理量具有同一性,即I、U、R是對(duì)同一段電路(或?qū)w)、同一時(shí)刻(或狀態(tài))而言的.
5.公式變形:由歐姆定律數(shù)學(xué)表達(dá)式可得到公式R=■、U=IR,用于計(jì)算導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體兩端的電壓.
(三)歐姆定律的應(yīng)用
1.伏安法測(cè)電阻
伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)原理是R=■.用伏安法測(cè)量導(dǎo)體電阻的大小,即用電壓表測(cè)量導(dǎo)體兩端的電壓大小,用電流表測(cè)量導(dǎo)體中電流大小,根據(jù)公式R=■,即可得到導(dǎo)體電阻的大小.在用伏安法測(cè)電阻時(shí),要正確選擇電壓表與電流表的量程,同時(shí),要利用多次測(cè)量求平均值以減小實(shí)驗(yàn)誤差.
2.推導(dǎo)串聯(lián)電路的總電阻
如圖2,根據(jù)串聯(lián)電路中電流、電壓的特點(diǎn)可知:
I=I1=I2,U串=U1+U2
再根據(jù)歐姆定律變形公式可得:
IR串=I1R1+I2R2
所以,R串=R1+R2
結(jié)論:串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體電阻之和.(若有n個(gè)導(dǎo)體串聯(lián),其總電阻為R串=R1+R2……+Rn)
3.推導(dǎo)并聯(lián)電路的總電阻
如圖3,根據(jù)并聯(lián)電路中電流、電壓的特點(diǎn)可知:
I=I1+I2,U=U1=U2
再根據(jù)歐姆定律的變形公式可得:
■=■+■
所以,■=■+■
結(jié)論:并聯(lián)電路總電阻的倒數(shù)等于各并聯(lián)導(dǎo)體電阻倒數(shù)之和.(若有n個(gè)導(dǎo)體并聯(lián),其總電阻為■=■+■+……+■)
三、典型例題
例1 由歐姆定律數(shù)學(xué)表達(dá)式可以得出公式R=■.關(guān)于此表達(dá)式,下列說法正確的是( ).
A.當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓是原來的2倍時(shí),導(dǎo)體的電阻也是原來的2倍
B.當(dāng)導(dǎo)體中電流是原來的2倍時(shí),導(dǎo)體的電阻是原來的0.5倍
C.當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓增加幾倍,導(dǎo)體中的電流也增加幾倍,導(dǎo)體的電阻不變
D.當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓為零時(shí),導(dǎo)體的電阻也為零
解析 公式R=■是由歐姆定律數(shù)學(xué)表達(dá)式變形得到的,它表示一段導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體電流的比值是不變的,它反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用.電阻是導(dǎo)體本身的一種屬性,跟導(dǎo)體兩端電壓、電流均無關(guān).
答案 C.
例2 小明同學(xué)想探究“一段電路中的電流跟電阻的關(guān)系”,設(shè)計(jì)了如圖4所示的電路圖(電源電壓恒為6V).
(1)根據(jù)小明設(shè)計(jì)的圖4,用鉛筆將圖5的實(shí)物連接完整.
(2)小明將第一次實(shí)驗(yàn)得到的數(shù)據(jù)填入了下面表格中,然后將E、F兩點(diǎn)間的電阻由10Ω更換為20Ω,讓滑動(dòng)變阻器的滑片P向 移動(dòng)(選填“A”或“B”),直到電壓表的示數(shù)為 V.此時(shí)電流表的指針位置如圖6所示,請(qǐng)把測(cè)得的電流數(shù)值填入表格.
(3)小明根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到如下結(jié)論:導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比.請(qǐng)你對(duì)以上的探究過程和得出的結(jié)論做出評(píng)價(jià),并寫出兩點(diǎn)評(píng)價(jià)意見: ; .
解析 (1)連接實(shí)物圖時(shí),電壓表要并聯(lián)在定值電阻兩端,并注意選擇合適的量程;連接滑動(dòng)變阻器要注意連接“一上一下”兩個(gè)連接柱.
(2)因?yàn)閷?dǎo)體中的電流與導(dǎo)體電阻和導(dǎo)體兩端的電壓均有關(guān),所以探究“一段電路中的電流跟電阻關(guān)系”時(shí)應(yīng)控制定值電阻兩端電壓相同.當(dāng)E、F兩點(diǎn)間的電阻由10Ω更換為20Ω時(shí),如果滑動(dòng)變阻器滑片P不移動(dòng),則電壓表示數(shù)會(huì)變大,為了保持電壓表示數(shù)不變,滑片P應(yīng)向B端移動(dòng),直到電壓表示數(shù)與第一次實(shí)驗(yàn)時(shí)一樣,即4V.
(3)通過數(shù)據(jù)分析找出物理規(guī)律是研究物理問題的常用方法,但僅通過一兩次實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)就得到結(jié)論并不科學(xué),常常會(huì)使結(jié)果帶有偶然性,因此需要進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn);得出的結(jié)論是有條件限制的,結(jié)論缺少前提條件.
答案 (1)如圖7所示.
(2)B 電壓表的示數(shù)為4V 0.2
(3)實(shí)驗(yàn)次數(shù)太少(沒有進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn));結(jié)論缺少“電壓一定”的前提條件
例3 小華想測(cè)出一個(gè)電阻Rx的電阻值,將選用的器材連接成如圖8所示的電路,R0為已知阻值的定值電阻.由于電源電壓未知,所以,沒能測(cè)出電阻Rx的阻值.請(qǐng)你選添合適的器材,幫他完成這個(gè)實(shí)驗(yàn).要求:(1)用兩種不同的方法,分別畫出電路圖,簡要說明實(shí)驗(yàn)方法,并寫出電阻Rx的表達(dá)式.(2)每一種方法在不拆除原有電路接線的條件下,只允許選添一種器材和導(dǎo)線接入電路.
解析 方法1:如圖9,用電流表測(cè)出通過Rx的電流I,用電壓表測(cè)出Rx兩端的電壓U,則電阻Rx=■.
方法2:如圖10,用電流表測(cè)出通過Rx的電流為I,用電壓表測(cè)出Rx和R0兩端的總電壓為U,則電阻Rx=■-R0.
方法3:如圖11,先用電流表測(cè)出電路中的電流為I1,再將導(dǎo)線并聯(lián)在電阻Rx兩端,測(cè)出電流表為I2,則電阻Rx=■R0 .
點(diǎn)評(píng) 本題采用特殊方法測(cè)量電阻.因?yàn)橐延须娏鞅?,這樣就可以測(cè)出電阻Rx和已知電阻R0的電流值.但由于缺少電壓表,因此解決本題的關(guān)鍵是如何測(cè)量出電阻Rx兩端的電壓.解決本題的方法是開放性的,只要能測(cè)出電阻Rx兩端的電壓(或Rx和R0兩端的總電壓),即可利用R=■求出電阻Rx的阻值(或電阻器Rx與R0的總電阻,從而可求Rx的阻值).另外,將導(dǎo)線并聯(lián)在電阻Rx或已知電阻R0兩端,可使得電路中電流發(fā)生變化.根據(jù)電流表的數(shù)值,并利用歐姆定律即可求出電阻Rx的阻值.
例4 在學(xué)校舉行的物理創(chuàng)新大賽上,小明和小紅所在的科技小組分別設(shè)計(jì)了一種測(cè)量托盤所受壓力的壓力測(cè)量儀,如圖12、圖13所示.兩裝置中所用的器材與規(guī)格完全相同,壓力表是由電壓表改裝而成,R1為定值電阻,阻值為10Ω,R2為滑動(dòng)變阻器,規(guī)格為“10Ω 1A”.金屬指針OP可在金屬桿AB上滑動(dòng),且與它接觸良好,金屬指針和金屬桿電阻忽略不計(jì).M為彈簧,在彈性限度內(nèi)它縮短的長度與其所受的壓力大小成正比.當(dāng)托盤所受壓力為零時(shí),P恰好位于R2的最上端;當(dāng)托盤所受壓力為50N時(shí),P恰好位于R2的最下端,此時(shí)彈簧的形變?nèi)栽趶椥韵薅葍?nèi).
(1)圖12裝置中,當(dāng)P位于R2的最下端時(shí),電壓表的示數(shù)為3V,則電源電壓是多少?
(2)圖12裝置中,壓力25N的刻度位置標(biāo)在電壓表表盤多少伏的刻度線上?
(3)在圖12、圖13兩種裝置中,兩個(gè)壓力表的刻度特點(diǎn)有何不同?試說明理由.
解析 (1)圖12裝置中,當(dāng)P位于R2的最下端時(shí),
電路中的電流I=■=■=0.3A.
電源電壓U=I(R1+R2)=0.3A×(10Ω
+10Ω)=6V.
(2)圖12裝置中,當(dāng)托盤所受壓力為25N時(shí),P恰好位于R2的中點(diǎn),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻R2為5Ω.電壓表測(cè)R2兩端電壓.
電路中的電流I=■=■=0.4A.
電壓表的示數(shù)為U2=IR2=0.4A×5Ω=2V.
壓力25N的刻度位置標(biāo)在電壓表表盤2V的刻度線上.
(3)圖12裝置中壓力表的刻度是不均勻的,圖13裝置中壓力表的刻度是均勻的.
中圖分類號(hào):G712 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1672-5727(2012)08-0098-02
歐姆定律是《電工基礎(chǔ)》中最常用的基本定律之一,技工院校現(xiàn)在使用的《電工基礎(chǔ)》教材(中國勞動(dòng)社會(huì)保障出版社出版,第四版)中把歐姆定律分為部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律兩部分。對(duì)于部分電路歐姆定律,由于中學(xué)物理課本已作詳細(xì)介紹,學(xué)生容易接受,但對(duì)于全電路歐姆定律,由于其涉及的概念較多且各物理量之間的關(guān)系復(fù)雜,再加上教材未附相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí)。因此,學(xué)生很難理解和接受,也是其成為教師教學(xué)中重點(diǎn)和難點(diǎn)的原因。筆者針對(duì)學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生的困惑和疑問,借助實(shí)驗(yàn)來幫助學(xué)生理解,收到了較好的效果。
明確教學(xué)目標(biāo)是教師組織
全電路歐姆定律教學(xué)的關(guān)鍵
掌握全電路歐姆定律對(duì)于學(xué)好《電工基礎(chǔ)》這門課程來說至關(guān)重要。因?yàn)楹罄m(xù)章節(jié)中多處電路的分析和計(jì)算要應(yīng)用到這一定律。教學(xué)是一個(gè)教師與學(xué)生雙向互動(dòng)的過程,作為教師,要組織好全電路歐姆定律教學(xué),必須先明確教學(xué)目標(biāo),做到心中有數(shù),才能更好地開展教學(xué)。
知識(shí)目標(biāo):(1)理解電動(dòng)勢(shì)、內(nèi)電阻、外電阻、內(nèi)電壓、外電壓、端電壓、內(nèi)壓降等物理量的物理意義;(2)掌握全電路歐姆定律的表達(dá)形式,明確在閉合電路中電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和;(3)掌握端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律;(4)掌握全電路歐姆定律的應(yīng)用。
能力目標(biāo):(1)通過實(shí)驗(yàn)教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力,使學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探索科學(xué)規(guī)律的方法;(2)通過對(duì)端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律的討論,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和推理能力。
理解各物理量的物理意義是
學(xué)生掌握全電路歐姆定律的基礎(chǔ)
全電路歐姆定律的難點(diǎn)在于概念較多,且各物理量之間的關(guān)系復(fù)雜。因此,首先,應(yīng)讓學(xué)生準(zhǔn)確理解各物理量的含義。
全電路是指含有電源的閉合電路,如圖1所示。其中,R代表負(fù)載(即用電器,為簡化電路,只畫一個(gè)),r代表電源的內(nèi)電阻(存在于電源內(nèi)部),E代表電源的電動(dòng)勢(shì)。整個(gè)閉合電路可分為內(nèi)、外兩部分,電源外部的叫外電路(圖1中方框以外的部分),電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路。外電路上的電阻叫外電阻,內(nèi)電路上的電阻叫內(nèi)電阻。當(dāng)開關(guān)S閉合時(shí),電路中就會(huì)有電流產(chǎn)生,I=,該式表明:在一個(gè)閉合電路中,電流強(qiáng)度與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比,這個(gè)規(guī)律稱為全電路歐姆定律。
要理解這個(gè)定律,要先理解以下幾個(gè)物理量的物理意義:第一個(gè)是電動(dòng)勢(shì),它是指在電源內(nèi)部,電源力將單位正電荷從電源負(fù)極移到正極所做的功。這個(gè)概念比較抽象,涉及知識(shí)面較廣,要使學(xué)生全面、深刻地理解它是有困難的。考慮到學(xué)生的接受能力和滿足后續(xù)知識(shí)的需要,需向?qū)W生講清兩個(gè)問題:一是電動(dòng)勢(shì)的值可用電壓表測(cè)出——電動(dòng)勢(shì)等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓;二是電動(dòng)勢(shì)的物理意義是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),是由電源本身的性質(zhì)決定的。第二個(gè)是電源的端電壓(簡稱端電壓),它是指電源兩端的電位差(在圖1中指A、B兩點(diǎn)之間的電壓,也等于負(fù)載R兩端的電壓)。需要注意的是,端電壓與電動(dòng)勢(shì)是兩個(gè)不同的概念,它們?cè)跀?shù)值上不一定相等。第三個(gè)是內(nèi)壓降,它是指當(dāng)電流流過電源內(nèi)部時(shí),在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的電壓降。全電路歐姆定律也可表示為:“在閉合電路中,電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)、外電壓之和。”
掌握各物理量的變化規(guī)律是
掌握全電路歐姆定律的重點(diǎn)
全電路歐姆定律的難點(diǎn)在于各物理量之間的變化規(guī)律,也是學(xué)生容易產(chǎn)生疑惑的地方??梢岳醚菔緦?shí)驗(yàn)來驗(yàn)證各物理量之間的變化規(guī)律,以增加學(xué)生的感性認(rèn)識(shí),提高學(xué)生的邏輯推理能力。
第一,驗(yàn)證電源內(nèi)電阻的存在并計(jì)算其大小。對(duì)于電源的內(nèi)電阻,由于存在于電源的內(nèi)部,既看不見,也摸不著,學(xué)生對(duì)此存在質(zhì)疑。為此,可用圖2進(jìn)行實(shí)驗(yàn),不但可以證明內(nèi)電阻的存在,還可測(cè)出內(nèi)電阻的大小。在圖2中,用1節(jié)1號(hào)干電池作電源,電阻R為已知值(可根據(jù)實(shí)際情況選定)。開關(guān)閉合前,記下電壓表的讀數(shù)U1(此值即為干電池的電動(dòng)勢(shì)),開關(guān)閉合后,記下電壓表的讀數(shù)U2,發(fā)現(xiàn)U2比U1小(見表1),就是因?yàn)殡娫磧?nèi)部存在內(nèi)電阻的緣故。
根據(jù)公式r=R可算出該電池的內(nèi)電阻。再用不同型號(hào)的干電池(如5號(hào)干電池、7號(hào)干電池)進(jìn)行重復(fù)實(shí)驗(yàn),發(fā)現(xiàn)它們的電動(dòng)勢(shì)雖然相等(為了后面實(shí)驗(yàn)的需要,盡量選用電動(dòng)勢(shì)相等的電池,并保留這些電池),但內(nèi)電阻不一定相同。
第二,端電壓U跟外電阻R的關(guān)系。
實(shí)驗(yàn)電路如圖3所示,用1節(jié)1號(hào)干電池作為電源,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)片,觀察電流表和電壓表的讀數(shù)變化,并將它們的讀數(shù)記錄到表2中。通過觀察發(fā)現(xiàn):當(dāng)滑動(dòng)片從左向右移動(dòng)時(shí)(為保證實(shí)驗(yàn)設(shè)備安全,滑動(dòng)片不要移到最右端),電流表的讀數(shù)慢慢變大,電壓表的讀數(shù)慢慢變?。划?dāng)滑動(dòng)片從右向左移動(dòng)時(shí),電流表的讀數(shù)慢慢變小,電壓表的讀數(shù)慢慢變大。由此得出結(jié)論:端電壓隨外電阻上升而上升,隨外電阻下降而下降。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可繪成曲線(如圖4所示),即電源的端電壓特性曲線。從曲線上可以看出:電源端電壓隨著電流的大小而變化,當(dāng)電路接小電阻時(shí),電流增大,端電壓就下降;當(dāng)電路接大電阻時(shí)電流減少,端電壓就上升。
思考:如果滑動(dòng)片移到最右端,電壓表、電流表的讀數(shù)將為多少?
第三,端電壓與內(nèi)電阻r的關(guān)系。
根據(jù)公式U=E-Ir分析可知:當(dāng)電流I 不變時(shí),內(nèi)阻下降,端電壓就上升;內(nèi)阻上升,端電壓就下降。實(shí)驗(yàn)電路同圖3,只需將電路中的電源用前面已測(cè)過內(nèi)阻值的不同型號(hào)的電池代替即可,觀察電流表、電壓表的讀數(shù),上述結(jié)論即可得到驗(yàn)證。
應(yīng)用規(guī)律,解決實(shí)際問題
首先向?qū)W生提出問題:你是否注意到,電燈在深夜要比晚上七八點(diǎn)鐘亮一些?這個(gè)現(xiàn)象的原因何在?在回答這個(gè)問題之前,可先通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證這一現(xiàn)象的存在,如圖5所示。圖中5個(gè)燈泡完全相同,先將開關(guān)全合上,使燈泡發(fā)光,再逐個(gè)斷開開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈泡逐漸變亮,原因分析:隨著開關(guān)的斷開,外電阻增大,導(dǎo)致干路電流減小,使得內(nèi)壓降下降,從而端電壓增大,即燈泡兩端的實(shí)際電壓增大,故燈泡變亮了。上述問題也得到了解決。
在教學(xué)過程中,如果盡可能地增加一些實(shí)驗(yàn),通過生活中的實(shí)驗(yàn)記錄其數(shù)據(jù)并指導(dǎo)學(xué)生得出規(guī)律,提高感性認(rèn)識(shí),不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也會(huì)提高教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
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[2]畢淑娥.電工與電子技術(shù)基礎(chǔ)(第2版)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社,2004.
重點(diǎn)考點(diǎn)
歐姆定律是通過“探究導(dǎo)體的電流跟哪些因素有關(guān)”的實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論.應(yīng)注意以下考點(diǎn):(1)公式()說明導(dǎo)體中的電流大小與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻兩個(gè)因素有關(guān),其中I、U、R必須對(duì)應(yīng)于同一電路和同一時(shí)刻.(2)變形式()說明電阻R的大小可以由()計(jì)算得出,但與U、I無關(guān).因?yàn)殡娮枋菍?dǎo)體本身的一種性質(zhì),由自身的材料、長度和橫截面積決定.由此提醒我們,物理公式中各量都有自身的物理含義,不能單獨(dú)從數(shù)學(xué)角度理解.(3)串聯(lián)電路具有分壓作用,并聯(lián)電路具有分流作用.
中考常見題型
中考一般會(huì)從兩方面考查歐姆定律的應(yīng)用,一是對(duì)歐姆定律及變形公式的理解和簡單計(jì)算,一般不加生活背景,以純知識(shí)性的題目出現(xiàn)在填空題或選擇題中:二是應(yīng)用歐姆定律進(jìn)行簡單的串并聯(lián)的相關(guān)計(jì)算.
例1 (2014.南京)如圖1所示,電源電壓恒定,R1=20Ω,閉合開關(guān)S,斷開開關(guān)S1,電流表示數(shù)是0.3 A;若再閉合開關(guān)S1,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化了0.2 A.則電源電壓為____V,R2的阻值為____ Ω.
思路分析:閉合s,斷開S1時(shí),電路為只有R1的簡單電路,可知電源電壓U=U1=I1R1=0.3 Ax20 Ω=6 V;若再閉合S1時(shí),兩電阻并聯(lián),則U2=U=6 V,因?yàn)镽1支路兩端的電壓沒有變化,所以通過該支路的電流仍為0.3 A,電流表示數(shù)的變化量即為通過R2支路的電流,則I2=().
答案:6 30
小結(jié):本題考查了并聯(lián)電路的特點(diǎn)和歐姆定律的靈活運(yùn)用,關(guān)鍵是能判斷出閉合開關(guān)S1時(shí)電流表示數(shù)的變化即為通過R2支路的電流.每年的中招都有一個(gè)2分的這樣的純計(jì)算題目,以考查同學(xué)們對(duì)基礎(chǔ)知識(shí)的理解和掌握程度.
例2(2013.鄂州)如圖2甲所示的電路,電源電壓保持不變.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,兩電壓表的示數(shù)隨電路中電流變化的圖象如圖、2乙所示.根據(jù)圖象的信息可知____.(填“α”或“b”)足電壓表V2示數(shù)變化的圖象,電源電壓為____V,電阻R1____的阻值為____ Ω.
思路分析:國先分析電路的連接情況和電表的作用:電阻R1和滑動(dòng)變阻器R2串聯(lián),電壓表V1測(cè)的是R1兩端的電壓,電壓表V2測(cè)的是滑動(dòng)變阻器(左側(cè))兩端的電壓.因?yàn)镽1是定值電阻,通過它的電流與電壓成正比,所以它對(duì)應(yīng)的圖象應(yīng)是α,那么圖象b應(yīng)是電壓表V2的變化圖象,觀察圖象可知:當(dāng)電流都是0.3 A(找出任一個(gè)電流相等的點(diǎn),兩圖線對(duì)應(yīng)的電壓之和就是電源電壓)時(shí),U1=U2=3 V,根據(jù)串聯(lián)電路中電壓的關(guān)系可知,電源電壓為6V,由于R1是定值電阻,所以在圖象α上任找一點(diǎn),代入歐姆定律可知()
答案:b 6 10
小結(jié):歐姆定律提示了電流、電壓、電阻三者之間的數(shù)量關(guān)系和比例關(guān)系,三個(gè)比例關(guān)系分別為:(1)電阻一定時(shí),導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,即()(2)電流一定時(shí),導(dǎo)體兩端的電壓和它的電阻成正比,即().該規(guī)律又可描述為:串聯(lián)分壓,電壓的分配和電阻成正比,即電阻大的分壓多.(3)電壓一定時(shí),導(dǎo)體中的電流和導(dǎo)體的電阻成反比,即(),該規(guī)律又可描述為:并聯(lián)分流,電流的分配和電阻成反比,即電阻大的分流小.圖象可以很直觀地呈現(xiàn)這種關(guān)系,學(xué)會(huì)從圖象中找出特殊點(diǎn)足解決歐姆定律問題的一大技巧,
第2節(jié) 動(dòng)態(tài)電路中物理量的變化
重點(diǎn)考點(diǎn)
由于滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)或開關(guān)所處狀態(tài)的不同,使電路中電流和電壓發(fā)生改變,這樣的電路稱之為動(dòng)態(tài)電路.這類題目涉及電路的分析、電表位置的確定、歐姆定律的計(jì)算、串并聯(lián)電路中電流和電壓分配的規(guī)律等眾多知識(shí),因此同學(xué)們?cè)诜治鲞^程中容易顧此失彼,下面我們通過例題梳理一下解決這類問題的一般思路,
中考常見題型
題日常聯(lián)系生活實(shí)際,以尾氣監(jiān)控、超重監(jiān)控、溫度監(jiān)控、風(fēng)速監(jiān)控、身高測(cè)量等為背景,考查該部分知識(shí)的掌握情況,存中考題中常以選擇題的方式呈現(xiàn),注意:如果題目中沒有特別說明,可認(rèn)為電源電壓和定值電阻的阻值是不變的.
例3(2014.濟(jì)寧)小夢(mèng)為濟(jì)寧市2014年5月份的體育測(cè)試設(shè)計(jì)了一個(gè)電子身高測(cè)量儀.圖3所示的四個(gè)電路中,Ro是定值電阻,R是滑動(dòng)變阻器,電源電壓不變,滑片會(huì)隨身高上下平移.能夠?qū)崿F(xiàn)身高越高,電壓表或電流表示數(shù)越大的電路是().
思路分析:圖A中兩個(gè)電阻R。和R串聯(lián),電流表測(cè)量的是整個(gè)電路中的電流,當(dāng)身高越高時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值越大,電路中的電流越小,電流表的示數(shù)越小,圖B中身高越高時(shí),滑動(dòng)變阻器連人電路中的阻值越大,電壓表測(cè)量的是滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,根據(jù)串聯(lián)電路分壓的規(guī)律知道,R越大電壓表的示數(shù)越大,符合題意.圖B與圖C中滑動(dòng)變阻器的接法不同,圖C中身高越高,滑動(dòng)變阻器連入電路中的阻值越小,同理知道電壓表的示數(shù)越小.圖D是并聯(lián)電路,電流表測(cè)的是支路電流,根據(jù)并聯(lián)電路各支路互不影響的特點(diǎn)知道,不論人的身高如何變化,電流表的示數(shù)都不會(huì)發(fā)生變化,選B.
小結(jié):分析這類問題依據(jù)的物理知識(shí)是:(1)無論串并聯(lián)電路,部分電阻增大,總電阻隨之增大,而電源電壓不變,總電流與總電阻成反比.(2)分配關(guān)系:串聯(lián)分壓(電阻大的分壓多),并聯(lián)分流(電阻大的分流少).(3)在并聯(lián)電路中,各支路上的用電器互不影響,滑動(dòng)變阻器只影響所在支路電流的變化,從而引起干路電流的變化.解決這類問題的一般思維程序是:(1)識(shí)別電路的連接方式并確定電表位置.(2)判斷部分電阻的變化.(3)判斷總電阻及總電流的變化.(4)根據(jù)串并聯(lián)電路的分壓或分流特點(diǎn)進(jìn)行局部判斷.
例4如圖4所示電路,電源電壓不變,開關(guān)S處于閉合狀態(tài).當(dāng)開關(guān)S.由閉合到斷開時(shí),電流表示數(shù)將____.電壓表示數(shù)將 ________ .(均填“變大”“不變”或“變小”)
思路分析:當(dāng)開關(guān)S.閉合時(shí),電燈L被短路,電路如圖5所示,電壓表測(cè)的是電阻R兩端的電壓(同時(shí)也是電源電壓),電流表測(cè)的是通過電阻R的電流.當(dāng)開關(guān)S1斷開時(shí),電燈L和電阻R串聯(lián),電路如圖6所示,此時(shí)電壓表測(cè)電阻R兩端的電壓,它是總電壓的一部分,所以電壓表的示數(shù)變小;電流表測(cè)的是總電流,但跟S,閉合相比,這個(gè)電路的總電阻變大,總電壓不變,故電流表的示數(shù)變小.
答案:變小 變小
小結(jié):本題引起電表示數(shù)變化的原因是開關(guān)處于不同狀態(tài),解決本題的突破口是弄清楚當(dāng)開關(guān)處于不同狀態(tài)時(shí),電路的連接情況和電表的位置.
第3節(jié) 歐姆定律的探究及電阻的測(cè)量
重點(diǎn)考點(diǎn)
電學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題的考查比較常規(guī),有以下幾方面:(1)選取器材及連接電路:根據(jù)題目要求,分析或計(jì)算出電表的量程和滑動(dòng)變阻器的規(guī)格,連接電路時(shí)開關(guān)應(yīng)斷開,滑動(dòng)變阻器要“一上一下”接入,且滑片要放在阻值最大的位置.電表的量程和正負(fù)接線柱要正確.(2)滑動(dòng)變阻器的作用:保護(hù)電路,改變電路中的電流或用電器兩端的電壓,實(shí)現(xiàn)多次測(cè)量.(3)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論.怎樣分析數(shù)據(jù)才能得出結(jié)論是近年來考試的側(cè)重點(diǎn),要注意結(jié)論成立的條件和物理量的順序.(4)多次測(cè)量的目的有兩個(gè),如定值電阻的阻值不變,多次測(cè)量是為了求平均值減小誤差:燈絲電阻是變化的,多次測(cè)量是為了觀察在不同電壓下,電阻隨溫度變化的規(guī)律.難點(diǎn)是單表測(cè)電阻和創(chuàng)新型實(shí)驗(yàn)的探究與設(shè)計(jì).
中考常見題型 中考常以“探究電流與電壓或電阻的關(guān)系”“測(cè)小燈泡的電阻”和“測(cè)定值電阻的阻值”這三類題型,以實(shí)驗(yàn)探究的方式考查同學(xué)們的動(dòng)手能力和解決實(shí)際問題的能力,在常規(guī)的考查基礎(chǔ)上,近幾年又融人器材的選取、電路故障的處理、單表測(cè)電阻及如何分析數(shù)據(jù)才能得出結(jié)論等探究內(nèi)容的考查.
例5用“伏安法”測(cè)電阻,小華實(shí)驗(yàn)時(shí)的電路如圖7所示.
(1)正確連接電路后,閉合開關(guān)前滑片P應(yīng)置于滑動(dòng)變阻器的________(填“左”或“右”)端.
(2)測(cè)量時(shí),當(dāng)電壓表的示數(shù)為2.4V時(shí),電流表的示數(shù)如圖7乙所示,則,_____A,根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可得R2=____Ω.小華在電路中使用滑動(dòng)變阻器的目的除了保護(hù)電路外,還有____.
(3)如果身邊只有一只電流表或電壓表,利用一已知阻值為Ro的定值電阻、開關(guān)、導(dǎo)線、電源等器材也可以測(cè)出未知電阻Rx請(qǐng)仿照表1中示例,設(shè)計(jì)出測(cè)量Rx阻值的其他方法.
2.進(jìn)行新課
(1)歐姆定律
由實(shí)驗(yàn)我們已知道了在電阻一定時(shí),導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比,在電壓不變的情況下,導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。把以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合起來得出結(jié)論,即歐姆定律。
板書:〈第二節(jié)歐姆定律
1.內(nèi)容:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比?!?/p>
歐姆定律是德國物理學(xué)家歐姆在19世紀(jì)初期(1827年)經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)得出的一條關(guān)于電路的重要定律。
歐姆定律的公式:如果用U表示加在導(dǎo)體兩端的電壓,R表示這段導(dǎo)體的電阻,I表示這段導(dǎo)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(dāng)導(dǎo)體的電阻R一定時(shí),導(dǎo)體兩端的電壓增加幾倍,通過這段導(dǎo)體的電流就增加幾倍。這反映導(dǎo)體的電阻一定時(shí),導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比例關(guān)系(I∝U)。當(dāng)電壓一定時(shí),導(dǎo)體的電阻增加到原來的幾倍,則導(dǎo)體中的電流就減小為原來的幾分之一。反映了電壓一定時(shí),導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比例的關(guān)系(I∝U/R)。公式I=U/R完整地表達(dá)了歐姆定律的內(nèi)容。
板書:<2.公式:I=U/R
I-電流(安)U-電壓(伏)R-電阻(歐)>
有關(guān)歐姆定律的幾點(diǎn)說明:
①歐姆定律中的電流、電壓和電阻這三個(gè)量是對(duì)同一段導(dǎo)體而言的。
②對(duì)于一段電路,只要知道I、U和R三個(gè)物理量中的兩個(gè),就可以應(yīng)用歐姆定律求出另一個(gè)。
③使用公式進(jìn)行計(jì)算時(shí),各物理量要用所要求的單位。
(2)應(yīng)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)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(xué)生讀題,根據(jù)題意教師板演,畫好電路圖(如課本中的圖8-2)。說明某導(dǎo)體兩端所加電壓的圖示法。在圖上標(biāo)明已知量的符號(hào)、數(shù)值和未知量的符號(hào)。
解題過程要求寫好已知、求、解和答。解題過程寫出根據(jù)公式,然后代入數(shù)值,要有單位,最后得出結(jié)果。
板書:〈例題1:
已知:R=807歐,U=220伏。
求:I。
解:根據(jù)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(xué)生在筆記本上按例題1的要求解答。由一位同學(xué)到黑板上進(jìn)行板演。
學(xué)生板演完畢,組織全體學(xué)生討論、分析正誤。教師小結(jié)。
①電路圖及解題過程是否符合規(guī)范要求。
②答題敘述要完整。本題答:要使小燈泡正常發(fā)光,在它兩端應(yīng)加2.8伏的電壓。
③解釋U=IR的意義:導(dǎo)體兩端的電壓在數(shù)值上等于通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體電阻的乘積。不能認(rèn)為"電壓跟電流成正比,跟電阻成反比。"因?yàn)檫@樣表述顛倒了因果關(guān)系也不符合物理事實(shí)。
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(xué)生板演完畢,組織學(xué)生討論、分析正誤。教師小結(jié)。
①解釋R=U/I的物理意義:對(duì)同一段導(dǎo)體來說,由于導(dǎo)體的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比,所以i的比值是一定的。對(duì)于不同的導(dǎo)體,其比值一般不同。U和I的比值反映了導(dǎo)體電阻的大小。導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),它的大小決定于材料、長度和橫截面積,還跟溫度有關(guān)。不能認(rèn)為R=U/I表示導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體中的電流成反比。由于電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),所以某導(dǎo)體兩端的電壓是零時(shí),導(dǎo)體中的電流也等于零,而這個(gè)導(dǎo)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(cè)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(cè)電阻的方法叫做伏安法?!?/p>
3.小結(jié)
(1)簡述歐姆定律的內(nèi)容、公式及公式中各物理量的單位。
什么叫伏安法測(cè)電阻?原理是什么?
(2)討論:通過課本中本節(jié)的"想想議議",使學(xué)生知道:
①電流表的電阻很小(有的只有零點(diǎn)幾歐),因此實(shí)驗(yàn)中絕對(duì)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(xiǎn)。
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(cè)電壓時(shí),由于通過電壓表的電流很小,一般不會(huì)燒毀電壓表。
4.布置作業(yè)
課本本節(jié)后的練習(xí)1、4。
(四)說明:通過例題,要領(lǐng)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生在審題基礎(chǔ)上畫好電路圖,按規(guī)范化要求解題。
第四節(jié)電阻的串聯(lián)
(一)教學(xué)目的
1.通過實(shí)驗(yàn)和推導(dǎo)使學(xué)生理解串聯(lián)電路的等效電阻和計(jì)算公式。
2.復(fù)習(xí)鞏固串聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn)。
3.會(huì)利用串聯(lián)電路特點(diǎn)的知識(shí),解答和計(jì)算簡單的電路問題。
(二)教具
學(xué)生實(shí)驗(yàn):每組配備干電池三節(jié),電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器和開關(guān)各一只,定值電阻(2歐、4歐、5歐各一只)三個(gè),導(dǎo)線若干。
(三)教學(xué)過程
1.引入新課
(1)閱讀本節(jié)課文前的問號(hào)中提出的問題,由此引出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。
板書:〈第四節(jié)電阻的串聯(lián)〉
(2)問:什么叫串聯(lián)電路?畫出兩個(gè)定值電阻串聯(lián)的電路圖。(同學(xué)回答略,板演電路圖參見課本圖8-7)
(3)問:串聯(lián)電路電流的特點(diǎn)是什么?舉例說明。
學(xué)生回答,教師小結(jié),在板演電路圖上標(biāo)出I1、I2和I。
板書:〈1.串聯(lián)電路中各處的電流相等。I1=I2=I。〉
(4)問:串聯(lián)電路的總電壓(U)與分電壓(U1、U2)的關(guān)系是什么?舉例說明。
學(xué)生回答,教師小結(jié),在板演電路圖上標(biāo)出U1、U2和U。
板書:〈2.串聯(lián)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(gè)已知阻值的電阻串聯(lián)后,總電阻和各電阻之間有什么關(guān)系?這是本節(jié)課學(xué)習(xí)的主要內(nèi)容。
2.進(jìn)行新課
(1)實(shí)驗(yàn):測(cè)R1和R2(R3)串聯(lián)的總電阻。
問:實(shí)驗(yàn)的方法和原理是什么?
答:用伏安法測(cè)電阻。只要用電壓表測(cè)出R1和R2串聯(lián)電阻兩端的總電壓放用電流表測(cè)出通過串聯(lián)電阻的電流,就可以根據(jù)歐姆定律逄出R1和R2串聯(lián)后的總電阻。
要求學(xué)生設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)兩個(gè)定值電阻(R1=2歐、R2=4歐)串聯(lián)總電阻的實(shí)驗(yàn)電路。如課本圖8-5所示。
進(jìn)行實(shí)驗(yàn):
①按伏安法測(cè)電阻的要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
②測(cè)出R1(2歐)和R2(4歐)串聯(lián)后的總電阻R。
③將R1和R3串聯(lián),測(cè)出串聯(lián)后的總電阻R′。將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填在課文中的結(jié)論處。
討論實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出:R=R1+R2,R′=R1+R3。實(shí)驗(yàn)表明:串聯(lián)電路的總電阻,等于各串聯(lián)電阻之和。
(2)理論推導(dǎo)串聯(lián)電路總電阻計(jì)算公式。
上述實(shí)驗(yàn)結(jié)論也可以利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn),從理論上推導(dǎo)得出。
結(jié)合R1、R2的串聯(lián)電路圖(課本圖8-6)講解。
板書:〈設(shè):串聯(lián)電阻的阻值為R1、R2,串聯(lián)后的總電阻為R。
由于U=U1+U2,
因此IR=I1R1+I2R2,
因?yàn)榇?lián)電路中各處電流相等,I=I1=I2
所以R=R1+R2?!?/p>
請(qǐng)學(xué)生敘述R=R1+R2的物理意義。
解答本節(jié)課文前問號(hào)中提出的問題。
指出:把幾個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)起來,相當(dāng)于增加了導(dǎo)體的長度,所以總電阻比任何一個(gè)導(dǎo)體的電阻都大,總電阻也叫串聯(lián)電路的等效電阻。
板書:〈3.串聯(lián)電路的總電阻,等于各串聯(lián)電阻之和。R=R1+R2?!?/p>
口頭練習(xí):
①把20歐的電阻R1和15歐的電阻R2串聯(lián)起來,串聯(lián)后的總電阻R是多大?(答:35歐)
②兩只電阻串聯(lián)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(xí)
例題1:
出示課本中的例題1投影幻燈片(或小黑板)。學(xué)生讀題并根據(jù)題意畫出電路圖(如課本圖8-7)。標(biāo)出已知量的符號(hào)和數(shù)值以及未知量的符號(hào)。請(qǐng)一名學(xué)生板演,教師講評(píng)。
討論解題思路,鼓勵(lì)學(xué)生積極回答。
小結(jié):注意審題,弄清已知和所求。明確電路特點(diǎn),利用歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)求解。本題R1、R2串聯(lián),所以I=I1=I2。因U1、U2不知,故不能求出I1或I2。但串聯(lián)電路的總電壓知道,總電阻R可由R1+R2求出,根據(jù)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(lián),
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(gè)串聯(lián)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(xué)生讀題,畫電路圖(要求同例題1)。
討論解題思路,鼓勵(lì)學(xué)生積極參與。
①問:此題中要使小燈泡正常發(fā)光,串聯(lián)一個(gè)適當(dāng)電阻的意義是什么?
答:小燈泡正常發(fā)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(lián)一個(gè)適當(dāng)電阻R2,由于串聯(lián)電路的總電壓等于各部分電路電壓之和,即U=U1+U2。串聯(lián)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(fā)光。
②串聯(lián)的電阻R2,其阻值如何計(jì)算?
教師引導(dǎo),學(xué)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(lián),由于:I1=I2,
所以根據(jù)歐姆定律得:U1/R1=U2/R2,
整理為U1/U2=R1/R2。〉
3.小結(jié)
串聯(lián)電路中電流、電壓和電阻的特點(diǎn)。
4.布置作業(yè)
本節(jié)后的練習(xí):1、2、3。
(四)說明
1.本節(jié)測(cè)串聯(lián)電路總電阻的實(shí)驗(yàn),由于學(xué)生已學(xué)習(xí)了伏安法測(cè)電阻的知識(shí),一般掌握較好,故實(shí)驗(yàn)前有關(guān)要求的敘述可從簡。但在實(shí)驗(yàn)中教師要加強(qiáng)巡回指導(dǎo)。
2.從實(shí)驗(yàn)測(cè)出串聯(lián)電阻的總電阻和運(yùn)用歐姆定律推導(dǎo)出的結(jié)果一致。在此應(yīng)強(qiáng)調(diào)實(shí)踐和理論的統(tǒng)一。在推導(dǎo)串聯(lián)電阻總電阻公式時(shí),應(yīng)注意培養(yǎng)學(xué)生的分析、推理能力。
3.解答簡單的串聯(lián)電路計(jì)算問題時(shí)要著重在解題思路及良好的解題習(xí)慣的培養(yǎng)上下功夫。
第五節(jié)電阻的并聯(lián)
(一)教學(xué)目的
1.使學(xué)生知道幾個(gè)電阻并聯(lián)后的總電阻比其中任何一個(gè)電阻的阻值都小。
2.復(fù)習(xí)鞏固并聯(lián)電路電流、電壓的特點(diǎn)。
3.會(huì)利用并聯(lián)電路的特點(diǎn),解答和計(jì)算簡單的電路問題。
(二)教具
每組配備干電池二節(jié),電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器和開關(guān)各一只,定值電阻2只(5歐和10歐各一只),導(dǎo)線若干條。
(三)教學(xué)過程
1.復(fù)習(xí)
問:請(qǐng)你說出串聯(lián)電路電流、電壓和電阻的特點(diǎn)。(答略)
問:請(qǐng)解答課本本章習(xí)題中的第1題。
答:從課本第七章第一節(jié)末所列的數(shù)據(jù)表可以知道,在長短、粗細(xì)相等條件下,鎳鉻合金線的電阻比銅導(dǎo)線的電阻大;根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知,通過銅導(dǎo)線和鎳鉻合金中的電流一樣大;根據(jù)歐姆定律得U=IR,可得出鎳鉻合金導(dǎo)線兩端的電壓大于銅導(dǎo)線兩端的電壓。
問:請(qǐng)解本章習(xí)題中的第6題。(請(qǐng)一名學(xué)生板演,其他學(xué)生自做,然后教師講評(píng)。在講評(píng)中要引導(dǎo)學(xué)生在審題的基礎(chǔ)上畫好電路圖,按規(guī)范化要求求解。)
2.引入新課
(1)請(qǐng)學(xué)生閱讀本節(jié)課文前問號(hào)中所提出的問題,由此提出本節(jié)學(xué)習(xí)的內(nèi)容。
板書:〈第五節(jié)電阻的并聯(lián)〉
(2)問:并聯(lián)電路中電流的特點(diǎn)是什么?舉例說明。
學(xué)生回答,教師小結(jié)。
板書:〈1.并聯(lián)電路的總電流等于各支路中電流之和。即:I=I1+I2?!?/p>
(4)問:并聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)是什么?舉例說明。
學(xué)生回答,教師小結(jié)。
板書:〈2.并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等?!?/p>
(5)幾個(gè)已知阻值的電阻并聯(lián)后的總電阻跟各個(gè)電阻之間有什么關(guān)系呢?這就是本節(jié)將學(xué)習(xí)的知識(shí)。
3.進(jìn)行新課
(1)實(shí)驗(yàn):
明確如何測(cè)R1=5歐和R2=10歐并聯(lián)后的總電阻,然后用伏安法測(cè)出R1、R2并聯(lián)后的總電阻R,并將這個(gè)阻值與R1、R2進(jìn)行比較。
學(xué)生實(shí)驗(yàn),教師指導(dǎo)。實(shí)驗(yàn)完畢,整理好儀器。
報(bào)告實(shí)驗(yàn)結(jié)果,討論實(shí)驗(yàn)結(jié)論:實(shí)驗(yàn)表明,幾個(gè)電阻并聯(lián)后的總電阻比其中任何一個(gè)電阻都小。
板書:〈3.幾個(gè)電阻并聯(lián)后的總電阻比其中任何一個(gè)電阻都小。〉
問:10歐和1歐的兩個(gè)電阻并聯(lián)的電阻小于多少歐?(答:小于1歐。)
(2)推導(dǎo)并聯(lián)電路總電阻跟各并聯(lián)電阻的定量關(guān)系。(以下內(nèi)容教師邊講邊板書)
板書:〈設(shè):支路電阻分別是R1、R2;R1、R2并聯(lián)的總電阻是R。
根據(jù)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?yàn)椴⒙?lián)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(lián)電路的總電阻的倒數(shù),等于各并聯(lián)電阻的倒數(shù)之和?!?/p>
練習(xí):計(jì)算本節(jié)實(shí)驗(yàn)中的兩個(gè)電阻(R1=5歐,R2=10歐)并聯(lián)后的總電阻。
學(xué)生演練,一名學(xué)生板演,教師講評(píng),指出理論計(jì)算與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致。
幾個(gè)電阻并聯(lián)起來,總電阻比任何一個(gè)電阻都小,這是因?yàn)榘褜?dǎo)體并聯(lián)起來,相當(dāng)于增加了導(dǎo)體橫截面積。
(3)練習(xí)
例題1:請(qǐng)學(xué)生回答本節(jié)課文前問號(hào)中提出的問題。(回答略)
簡介:當(dāng)n個(gè)相同阻值的電阻并聯(lián)時(shí)總電阻的計(jì)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(gè)燈泡同時(shí)工作時(shí),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(xué)生讀題,討論此題解法,教師板書:
認(rèn)請(qǐng)此題中燈泡L1和L2是并聯(lián)的。(解答電路問題,首先要認(rèn)清電路的連接情況)。在電路圖中標(biāo)明已知量的符號(hào)和數(shù)值以及未知量的符號(hào)。解題要寫出已知、求、解和答。
(過程略)
問:串聯(lián)電路有分壓作用,且U1/U2=R1/R2。在并聯(lián)電路,全國公務(wù)員共同天地中,干路中電流在分流點(diǎn)分成兩部分,電流的分配跟電阻的關(guān)系是什么?此題中,L1、L2中電流之比是多少?
答:(略)
板書:〈在并聯(lián)電路中,電流的分配跟電阻成反比,即:I1/I2=R2/R1。〉
4.小結(jié)
并聯(lián)電跟中電流、電壓、電阻的特點(diǎn)。
幾個(gè)電阻并聯(lián)起來,總電阻比任何一個(gè)電阻都小。
5.布置作業(yè)
課本本節(jié)末練習(xí)1、2;本章末習(xí)題9、10。
參看課本本章的"學(xué)到了什么?,根據(jù)知識(shí)結(jié)構(gòu)圖寫出方框內(nèi)的知識(shí)內(nèi)容。