時(shí)間:2023-08-04 16:47:38
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姆定律的推導(dǎo)過程,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。
關(guān)鍵詞:是對物理規(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,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們在一段較短的時(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。
“歐姆定律”是在學(xué)生學(xué)習(xí)了電流、電壓、電阻等概念以及使用電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器之后的內(nèi)容,這樣的安排既符合學(xué)生由易到難、由簡到繁的認(rèn)知規(guī)律,又保持了知識(shí)的結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性。通過學(xué)習(xí)“歐姆定律”,主要使學(xué)生掌握在同一電路中電學(xué)三個(gè)基本物理量之間的關(guān)系,初步掌握運(yùn)用歐姆定律解決簡單電學(xué)問題的思路和方法,同時(shí)也為下一步學(xué)習(xí)“電功率”以及“焦耳定律”等其他電學(xué)知識(shí)與電路分析和計(jì)算打下基礎(chǔ),起到了承上啟下的作用。
2.教學(xué)目標(biāo)
(1)知識(shí)與技能
通過實(shí)驗(yàn)探究電流跟電壓、電阻的定量關(guān)系,分析歸納得到歐姆定律。理解歐姆定律,能運(yùn)用歐姆定律分析解決簡單的電路問題。
(2)過程與方法
運(yùn)用“控制變量法”探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系,歸納得出歐姆定律。
(3)情感態(tài)度與價(jià)值觀
通過對歐姆定律的認(rèn)識(shí),體會(huì)物理規(guī)律的客觀性和普遍性,增強(qiáng)對科學(xué)和科學(xué)探究的興趣。
3.教學(xué)的重難點(diǎn)
重點(diǎn):理解歐姆定律,能運(yùn)用歐姆定律分析解決簡單的電路問題。
難點(diǎn):對歐姆定律的理解和應(yīng)用。
二、說教法
這節(jié)課可綜合應(yīng)用目標(biāo)導(dǎo)學(xué)、講授和討論等多種形式的教學(xué)方法,提高課堂效率,培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣,激發(fā)學(xué)生的求知欲望。充分體現(xiàn)以教師為主導(dǎo),以學(xué)生為主體的原則。
三、說學(xué)法
在物理教學(xué)中,應(yīng)該對學(xué)生進(jìn)行學(xué)法指導(dǎo),應(yīng)重視學(xué)情,突出自主學(xué)習(xí),鍛煉實(shí)驗(yàn)操作能力。在本節(jié)課的教學(xué)中,通過閱讀例題,讓學(xué)生在閱讀過程中進(jìn)行分析、推理,培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力與分析推理能力。
四、說教學(xué)設(shè)計(jì)
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在實(shí)驗(yàn)探究中讓學(xué)生學(xué)習(xí)歐姆定律
歐姆定律是電學(xué)重要內(nèi)容之一,也是中考重點(diǎn)考查內(nèi)容,所以能否教好歐姆定律關(guān)系到之后對中考的重點(diǎn)知識(shí)復(fù)習(xí),更有可能影響學(xué)生對于物理學(xué)的熱情。在實(shí)驗(yàn)探究的過程之中以學(xué)生為主,教師起引導(dǎo)作用,讓學(xué)生通過觀察電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的微量變化發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,他們對于自己發(fā)現(xiàn)的問題會(huì)比老師直接教導(dǎo)的印象深刻,從而達(dá)到了教學(xué)目的。
二、在歐姆定律的學(xué)習(xí)中最經(jīng)常遇到的問題
在實(shí)際的教學(xué)之中,教師要把電路的認(rèn)識(shí)與畫電路圖、連接電路作為主要的教學(xué)任務(wù),開闊學(xué)生的思維,加強(qiáng)對電路的認(rèn)識(shí)。物理是一門比較枯燥的課程,只有激發(fā)學(xué)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(dòng)變阻器的使用,是最基礎(chǔ)的概念。電流表測量電流、電壓表測量電壓、變阻器調(diào)節(jié)電路中的電流,這部分則比較重要,需要重點(diǎn)講解。電流、電壓、電阻的概念是基本的電學(xué)測量儀器,明確這些儀器的使用與操作,是非常重要的,關(guān)系到后期實(shí)驗(yàn)的正確性與對知識(shí)的理解。以上基礎(chǔ)知識(shí)的理解與運(yùn)用又是進(jìn)一步學(xué)習(xí)歐姆定律的基礎(chǔ)。
三、歐姆定律的主要內(nèi)容是電流、電壓、電阻的關(guān)系
這部分知識(shí)是在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上概括、歸納出了電路中電壓、電流、電阻三者相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。教師在實(shí)驗(yàn)中要讓學(xué)生理解電流隨電壓和電阻的變化而變化,對于多個(gè)變量問題的研究是采用固定一個(gè)量不變,研究其余兩個(gè)量的變化的處理方法,從而讓學(xué)生學(xué)會(huì)物理學(xué)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(xué)中的基本定律,是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)分析和進(jìn)行電路計(jì)算的基礎(chǔ),是初中電學(xué)的重點(diǎn)知識(shí)。
歐姆定律是初中物理學(xué)電學(xué)的重點(diǎn)、也是難點(diǎn),想要研究歐姆定律必須要建立電流、電壓、電阻的關(guān)系,并在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出歐姆定律,做好演示實(shí)驗(yàn),歸納、分析、概括實(shí)驗(yàn)結(jié)果,使學(xué)生正確理解歐姆定律的基礎(chǔ)。所以,使用電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器是這部分知識(shí)中的重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)。
電流、電壓、電阻的概念是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn),由于初中學(xué)生水平有限,對電流、電壓的概念要求較低,并沒有下準(zhǔn)確的定義。因此,電阻的概念就成了學(xué)生理解的難點(diǎn)。教師要多舉例子幫助學(xué)生理解電阻是導(dǎo)體本身的屬性,決定于導(dǎo)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(guān)。同時(shí),教師一定要糾正一些學(xué)生經(jīng)常出現(xiàn)的電阻隨電壓、電流的變化而變化的錯(cuò)誤概念,也就是對歐姆定律的錯(cuò)誤理解。歐姆定律在學(xué)生頭腦的建立過程是十分重要的,認(rèn)真做好演示實(shí)驗(yàn),用實(shí)驗(yàn)來探索一個(gè)量隨兩個(gè)量變化的定量關(guān)系是第一次。首先要向?qū)W生交代清楚實(shí)驗(yàn)的研究方法,本實(shí)驗(yàn)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(guān)系;固定電壓不變,研究電流跟電阻的關(guān)系”。在連接如圖(圖略)所示的實(shí)驗(yàn)電路時(shí),要將具體接法演示給學(xué)生看??梢韵葟碾娫凑龢O開始,按電流方向依次為電池、開關(guān)S、滑動(dòng)變阻器R′、定值電阻R、電流表串聯(lián)起來組成一個(gè)閉合回路,最后將電壓表并聯(lián)在定值電阻R兩端。同時(shí)提醒學(xué)生注意電流必須從電流表和電壓表的正接線柱流進(jìn)電表,負(fù)接線柱流出電表及量程選擇,電流表與R串聯(lián),其示數(shù)等于通過R的電流。電壓表與R并聯(lián)其數(shù)等于R兩端的電壓。
運(yùn)用歐姆定律可以推導(dǎo)串聯(lián)電路中的總電阻跟各串聯(lián)電阻之間的關(guān)系及電壓分配跟導(dǎo)體電阻的關(guān)系,具體推導(dǎo)如下:
在串聯(lián)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(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體的電阻之和。
在串聯(lián)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(lián)電路中,電壓分配跟導(dǎo)體電阻成正比。
四、結(jié)束語
通過對物理教學(xué)內(nèi)容的分析、思維方法、能力訓(xùn)練的具體研究,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行歸納總結(jié),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(xué)質(zhì)量,把重點(diǎn)真正落實(shí)在教學(xué)過程中,幫助學(xué)生提高實(shí)驗(yàn)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(yùn)用知識(shí)解決問題的能力,讓學(xué)生學(xué)會(huì)控制變量法研究多個(gè)變量的問題,學(xué)會(huì)用等效法分析復(fù)雜電路。因此,教師要注重培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度,從而有效培養(yǎng)學(xué)生的物理素質(zhì)。
《歐姆定律及其應(yīng)用》這一節(jié)在學(xué)生學(xué)習(xí)了電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器的使用方法及電流與電壓、電阻的關(guān)系之后才編排的。通過這一節(jié)的學(xué)習(xí),要求學(xué)生初步掌握和運(yùn)用歐姆定律解決實(shí)際電學(xué)問題的思路和方法,了解運(yùn)用“控制變量法”研究物理問題的實(shí)驗(yàn)方法,為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)內(nèi)容打下一定的基礎(chǔ)。
2.教學(xué)目標(biāo)
(1)知識(shí)目標(biāo)
理解掌握歐姆定律及其表達(dá)式,能用歐姆定律進(jìn)行簡單計(jì)算;根據(jù)歐姆定律得出串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系;通過計(jì)算,學(xué)會(huì)解答電學(xué)計(jì)算題的一般方法,培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。
(2)技能目標(biāo)
學(xué)習(xí)用“控制變量法”研究問題的方法,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用歐姆定律解決問題的能力。
(3)情感目標(biāo)
通過介紹歐姆的生平,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度和探索精神,學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)、勇于探索真理的精神。通過歐姆定律的運(yùn)用,幫助學(xué)生樹立物理知識(shí)普遍聯(lián)系的觀點(diǎn)以及科學(xué)知識(shí)在實(shí)際中的價(jià)值意識(shí)。
3.重點(diǎn)和難點(diǎn)
重點(diǎn):理解歐姆定律的內(nèi)容及其表達(dá)式和變換式的意義,并且能運(yùn)用歐姆定律進(jìn)行簡單的電學(xué)計(jì)算。
難點(diǎn):運(yùn)用歐姆定律探究串、并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系。
二、說學(xué)生
1.學(xué)生學(xué)情分析
在學(xué)習(xí)這節(jié)之前學(xué)生已經(jīng)了解了電流、電壓、電阻的概念,并且還初步學(xué)會(huì)了電壓表、電流表、滑動(dòng)變阻器的使用,具備了學(xué)習(xí)歐姆定律基礎(chǔ)知識(shí)的基本技能。但對電流與電壓、電阻之間的聯(lián)系的認(rèn)識(shí)是膚淺的、不完整的,沒有上升到理性認(rèn)識(shí),需要具體的形象來支持。所以在本節(jié)學(xué)習(xí)中應(yīng)結(jié)合實(shí)驗(yàn)法和定量、定性分析法。
2.知識(shí)基礎(chǔ)
要想學(xué)好本節(jié),需要學(xué)生應(yīng)具備的知識(shí)有:電流、電壓、電阻的概念,電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器使用方法,電流與電壓、電阻的關(guān)系。
三、說教法
結(jié)合學(xué)生情況和本節(jié)特點(diǎn)本人采取以下幾個(gè)教法:采用歸納總結(jié)法、采用控制變量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、說教學(xué)過程
1.課題導(dǎo)入(采用復(fù)習(xí)設(shè)置疑問的方式,時(shí)間3分鐘)
復(fù)習(xí):電流是如何形成的?導(dǎo)體的電阻對電流有什么作用?
設(shè)疑思考:電壓、電阻和電流這三個(gè)量之間有什么樣的關(guān)系呢?通過簡單的回顧、分析,使學(xué)生很快回憶起這三個(gè)量的有關(guān)概念,通過猜想使學(xué)生對這三個(gè)量的關(guān)系研究產(chǎn)生了興趣,達(dá)到引入新課的目的。
2.展開探究活動(dòng),自主總結(jié)結(jié)論(時(shí)間37分鐘)
根據(jù)上節(jié)探究數(shù)據(jù)的基礎(chǔ),讓學(xué)生自主總結(jié)出兩個(gè)結(jié)論:導(dǎo)體的電阻一定時(shí),通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比;導(dǎo)體兩端的電壓一定時(shí),通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻成反比。
為了進(jìn)一步得出歐姆定律的內(nèi)容,可采用以下幾點(diǎn)做法:各小組在教師指導(dǎo)下,對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)學(xué)處理,理解數(shù)學(xué)上“成正比關(guān)系”“成反比關(guān)系”的意思,從而引入歐姆定律的內(nèi)容;讓學(xué)生思考用一個(gè)什么樣的式子可以將這兩個(gè)結(jié)論所包含的意思表示出來,從而引入歐姆定律的表達(dá)式。
3.說明事項(xiàng)
在歐姆定律中有兩處用到“這段導(dǎo)體”,其意思是電流、電壓、電阻應(yīng)就同一導(dǎo)體而言,即同一性和同時(shí)性。
向?qū)W生介紹歐姆的生平,以達(dá)成教學(xué)目標(biāo)中的情感目標(biāo)。學(xué)習(xí)科學(xué)家獻(xiàn)身科學(xué)、勇于探索真理的精神,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。
歐姆定律應(yīng)用之一:通過課本第26頁例題和第29頁習(xí)題2和習(xí)題3,讓學(xué)生自己先試做,然后教師再加以點(diǎn)評和補(bǔ)充,使學(xué)生理解掌握歐姆定律表達(dá)式及變形式的應(yīng)用,達(dá)成教學(xué)目標(biāo)的知識(shí)目標(biāo),充分體現(xiàn)了課堂上學(xué)生的自主地位。
應(yīng)用歐姆定律解題時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)問題:
(1)同一性
即公式中的U、I,必須針對同一段導(dǎo)體而言,不許張冠李戴。
(2)統(tǒng)一性
即公式中的U、I、R的單位要求統(tǒng)一(都用國際主單位)。
(3)同時(shí)性
即公式中的U、I,必須是同一時(shí)刻的數(shù)值。
(4)規(guī)范性
解題時(shí)一定要注意解題的規(guī)范性(即按照已知、求、解、答四個(gè)步驟解題)。
歐姆定律應(yīng)用之二:探究串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系。
(1)實(shí)驗(yàn)分析
在演示實(shí)驗(yàn)之前,要鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行各種大膽的猜想,當(dāng)學(xué)生的猜想與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相同時(shí),他會(huì)在實(shí)驗(yàn)中體驗(yàn)到快樂與興奮,有利于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。
①演示實(shí)驗(yàn)
將兩個(gè)電阻串聯(lián)起來,讓學(xué)生觀察燈泡的亮度情況(變暗了),并說出原因(電路中的電流變小了,說明總電阻變大了)。
得出結(jié)論:串聯(lián)電阻的總電阻比任何一個(gè)分電阻的阻值都大。
②演示實(shí)驗(yàn)
將兩個(gè)電阻并聯(lián)起來,同樣讓學(xué)生觀察燈泡的亮度情況(變亮了),并說出原因(路中的電流變大了,說明總電阻變小了)。
得出結(jié)論:并聯(lián)電阻的總電阻比任何一個(gè)分電阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出問題)為什么串聯(lián)后總電阻會(huì)變大?并聯(lián)后總電阻會(huì)變???
得出結(jié)論:電阻串聯(lián)相當(dāng)于導(dǎo)體的長度變長了,所以串聯(lián)電阻的個(gè)數(shù)越多總電阻就越大;電阻并聯(lián)相當(dāng)于導(dǎo)體的橫截面積變粗了,所以并聯(lián)電阻的個(gè)數(shù)越多總電阻就越小。
(3)定量分析
利用歐姆定律公式以及前面學(xué)過的串并聯(lián)電路中電流和電壓的特點(diǎn)推導(dǎo)串并聯(lián)電路中總電阻的關(guān)系得出結(jié)論:(1)電阻串聯(lián)后的總電阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)電阻并聯(lián)后的總電阻=+…+。
4.小結(jié)(4分鐘)
(1)理解掌握歐姆定律的內(nèi)容及其表達(dá)式
(2)運(yùn)用歐姆定律解決有關(guān)電學(xué)的計(jì)算題以及探究串、并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系
5.布置作業(yè)(1分鐘)
本節(jié)作業(yè)的布置主要是針對歐姆定律表達(dá)式及其變形公式的運(yùn)用,并結(jié)合前面學(xué)習(xí)過的串并聯(lián)電路中電流、電壓的特點(diǎn)的一些常見題型加以知識(shí)的鞏固。
作業(yè):《課堂點(diǎn)睛》17頁至18頁的習(xí)題。
五、說板書設(shè)計(jì)
歐姆定律的內(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。
歐姆定律的表達(dá)式:I
在過去的教學(xué)過程中,按照教材提供的素材和呈現(xiàn)知識(shí)的順序進(jìn)行施教.在實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生就會(huì)出現(xiàn)以下的現(xiàn)象:(1)容易混淆電功和電熱這兩個(gè)物理概念.因?yàn)榻滩闹?,就是從電功公式推?dǎo)出焦耳定律.很容易讓學(xué)生認(rèn)為求電熱就用電功來計(jì)算,再遇到非純電阻電路不能清晰的區(qū)分開,要費(fèi)力抹掉前面的那些“深刻印象”,重新認(rèn)識(shí)問題,這樣的反復(fù)往往使學(xué)生感到比掌握新知識(shí)還要困難.(2)閉合電路歐姆定律各公式的適用范圍含糊不清.根據(jù)教材的設(shè)計(jì),從純電阻電路推導(dǎo)出了公式I=ER+r或E=IR+Ir,再把公式推導(dǎo)成E=U外+U內(nèi).這種從特殊到一般的推導(dǎo)順序違背了學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,學(xué)生不能理解E=U外+U內(nèi)適用于一切電路.
2 適當(dāng)調(diào)整教材中概念和規(guī)律的設(shè)計(jì)
在施教恒定電流的過程中,以電動(dòng)勢、電功兩個(gè)概念和焦耳定律為基礎(chǔ),貫徹能量轉(zhuǎn)化與守恒定律思想的講授順序,學(xué)生反映知識(shí)的系統(tǒng)是清晰的,掌握起來比較方便.
這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)一方面從理論分析的角度使學(xué)生對概念和規(guī)律有了更深刻的理解;另一方面使學(xué)生體會(huì)到,許多概念和規(guī)律都靠邏輯關(guān)系聯(lián)系著,物理學(xué)是一個(gè)自洽的體系.
2.1 電動(dòng)勢概念的建立
從非靜電力做功的角度引入電動(dòng)勢的概念,教學(xué)設(shè)計(jì)上要有層次,努力使學(xué)生經(jīng)歷一個(gè)理性的、邏輯的科學(xué)思維過程,并將其思維上的臺(tái)階搭建合理.
設(shè)計(jì)的幾個(gè)臺(tái)階:①電源能維持電荷逆勢而上,一定存在著“非靜電力”;②非靜電力一定要克服靜電力做功,靜電力做負(fù)功,所以電能在增加.從能量轉(zhuǎn)化的角度看,電源是把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,非靜電力做功的物理意義就是量度了產(chǎn)生多少電能.③把相同的正電荷從負(fù)極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極,非靜電力在不同的電源中做功不一樣,即不同的電源非靜電力做功的本領(lǐng)是不同的,引入電動(dòng)勢來表達(dá)電源的這種特性.
可以看出,以這樣方法引入電動(dòng)勢,的確要比直接給出一個(gè)名詞費(fèi)些時(shí)間,但這是值得,因?yàn)檫@里體現(xiàn)了物理學(xué)的基本思想之一,通過做功研究能量變化的思想,用比值定義物理量的思想.不僅如此,這樣的學(xué)習(xí)還有助于建立閉合電路中電荷運(yùn)動(dòng)的圖景.
2.2 焦耳定律的教學(xué)
教材中,根據(jù)功和能的關(guān)系,從電能的轉(zhuǎn)化引入電功的概念,然后根據(jù)靜電力做功知識(shí)和電流與電荷量的關(guān)系得到了電功的公式W=UIt.此處要強(qiáng)調(diào)電功的物理意義,功是能量轉(zhuǎn)化的量度,電流做了多少功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,即電功量度了電路中電能的減少,這是電路中能量轉(zhuǎn)化與守恒的關(guān)鍵.
焦耳定律的教學(xué),我們要?dú)w還焦耳定律的本來面貌,以物理學(xué)史的方式進(jìn)行教學(xué),更科學(xué)更合理.學(xué)生知道焦耳定律是一條實(shí)驗(yàn)規(guī)律,電流的熱效應(yīng)Q=I2Rt,反映了電流流經(jīng)電阻就產(chǎn)生Q=I2Rt電熱.通過電動(dòng)機(jī)電路,討論消耗的電能與產(chǎn)生電熱的關(guān)系,這樣學(xué)生對電功和電熱的關(guān)系就一目了然.
2.3 閉合電路歐姆定律的教學(xué)
教材的基本思路:電源所產(chǎn)生的電能即非靜電力做功等于內(nèi)外電路產(chǎn)生的電熱.即
EIt=I2Rt+I2rt,
可推導(dǎo)出
E=IR+Ir
或
要做好兩次演示實(shí)驗(yàn),這為學(xué)生實(shí)驗(yàn)“伏安法測電阻”打下基礎(chǔ)。并注意兩次演示實(shí)驗(yàn)的異同,講清實(shí)驗(yàn)過程中電流表、電壓表及滑動(dòng)變阻器的正確連法,以及滑動(dòng)變阻器在兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中作用的異同,以及注意事項(xiàng)。
讓學(xué)生感知實(shí)驗(yàn)探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系,經(jīng)歷科學(xué)探究的全過程,使學(xué)生感悟:“控制變量”來研究物理多因素問題,是一種有效的科學(xué)方法。
第二節(jié)“歐姆定律及其應(yīng)用”繼第一節(jié)后對數(shù)據(jù)的分析歸納,通過用列表法、觀察法、數(shù)學(xué)比例法、圖象法、類比法、分析、綜合與歸納等方法來對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究的一些科學(xué)方法。從而分析電流、電壓、電阻三者之間的定量關(guān)系——?dú)W姆定律及其表達(dá)式。最終培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用這些方法對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究、分析、歸納、概括物理規(guī)律的一些能力。
又通過實(shí)驗(yàn)探究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點(diǎn)”。歐姆定律是電學(xué)中最基本的定律,是分析解決電路問題的關(guān)鍵。
在教學(xué)中這一節(jié)可分為四課時(shí)教學(xué):
第一課時(shí)理解歐姆定律,進(jìn)行簡單計(jì)算(求電流、電壓和電阻的三種書寫格式),初步掌握運(yùn)用歐姆定律解決實(shí)際電學(xué)問題的思路和方法;可補(bǔ)充:有兩個(gè)用電器的簡單計(jì)算(注意強(qiáng)調(diào)用不同角碼區(qū)分不同用電器)。為下節(jié)課講串并聯(lián)電阻關(guān)系作鋪墊。
第二課時(shí)通過歐姆定律的推導(dǎo)定量研究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點(diǎn)”,得出:
串聯(lián)電路:R=R1+R2
并聯(lián)電路:1/R=1/R1+1/R2
第三課時(shí)運(yùn)用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點(diǎn)練習(xí)靜態(tài)固定電路的相關(guān)計(jì)算;培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力,注意教給學(xué)生解題思路、規(guī)范解題。
串聯(lián)電路的特點(diǎn):
①電流:I=I1=I2
②電壓:U=U1+U2
③電阻:R=R1+R2
④串聯(lián)分壓成正比,即
U1:U2=R1:R2
電阻變大分得的電壓變大,電阻變小分得的電壓變小。
并聯(lián)電路的特點(diǎn):
①電流:I=I1+I2
②電壓:U=U1=U2
③電阻:R=1/R1+1/R2
④并聯(lián)分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
電阻變大通過的電流變小,電阻變小通過的電壓變大。
第四課時(shí)運(yùn)用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點(diǎn),練習(xí)動(dòng)態(tài)電路的相關(guān)計(jì)算。
動(dòng)態(tài)電路------由于開關(guān)的通斷、滑動(dòng)變阻器滑片的移動(dòng)導(dǎo)致電路中的物理量發(fā)生變化的電路。
簡化電路的方法:
1、電流表看成導(dǎo)線,電壓表看成斷路。
2、短路和斷路的電路可以去掉。
3、閉合的開關(guān)看成導(dǎo)線
解決變化電路問題的關(guān)鍵是把動(dòng)態(tài)電路變成靜態(tài)電路(電路的識(shí)別),可以把電流表簡化成導(dǎo)線,將電壓表簡化成斷開的或干脆拿掉。把閉合的開關(guān)看成導(dǎo)線,把被局部短路的用電器拿掉;把開關(guān)斷開的支路去掉,來簡化電路。畫出每次變化后的等效電路圖,標(biāo)明已知量和未知量,再根據(jù)有關(guān)的公式和規(guī)律去解題。
第三節(jié)“測量小燈泡的電阻”是歐姆定律內(nèi)容的延續(xù),教學(xué)過程中以學(xué)生為主,本節(jié)主體內(nèi)容是利用電壓表、電流表測算出小燈泡的電阻,通過實(shí)驗(yàn)探究去發(fā)現(xiàn)燈絲電阻變化的規(guī)律,并最終找到影響燈絲變化的因素及它們之間的相互關(guān)系。注意多測幾組數(shù)據(jù),指明不能用平均法求電阻值(測量定值電阻的阻值用平均法求電阻值)。
通過本實(shí)驗(yàn),進(jìn)一步讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到導(dǎo)體的電阻大小是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),與導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體中的電流無關(guān),只與導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積有關(guān),此外跟溫度有關(guān)。這也為電功率中“測量小燈泡的電功率”作了鋪墊。
第四節(jié)“歐姆定律及其安全用電”:課前安排學(xué)生收集安全用電的常識(shí),課堂上進(jìn)行交流,教師進(jìn)行補(bǔ)充。再播放《安全用電》視頻。
節(jié)課從電壓的高低、電阻的大小對用電安全的影響入手,讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用已學(xué)的電學(xué)知識(shí),解決有關(guān)生活中的實(shí)際的問題,既增強(qiáng)自我保護(hù)意識(shí),又提高在幫助他人時(shí)講安全、講規(guī)則、講科學(xué)的意識(shí)。
另外本節(jié)涉及電路故障(斷路或短路),在教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)練習(xí),注意區(qū)分兩者對電路造成的影響,以及電路中電流表、電壓表的變化。要求學(xué)生懂得一些簡單的電路故障的問題,學(xué)會(huì)簡單的故障排除方法,目的是為了培養(yǎng)學(xué)生基本的生活技能。了解短路的知識(shí),使學(xué)生懂得安全用電的基本常識(shí),提高安全用電的意識(shí)。
教材中介紹了避雷針,使學(xué)生注意防雷的重要性,提高自我保護(hù)的意識(shí)。
2.理解串聯(lián)電路的等效電阻和計(jì)算公式.
3.會(huì)用公式進(jìn)行簡單計(jì)算.
能力目標(biāo)
1.培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力.
情感目標(biāo)
激發(fā)學(xué)生興趣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,加強(qiáng)思想品德教育.
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個(gè)10Ω的電阻入手引入課題,從實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論.串聯(lián)電路總電阻的計(jì)算公式是本節(jié)的重點(diǎn),用等效的觀點(diǎn)分析串聯(lián)電路是本書的難點(diǎn),協(xié)調(diào)好實(shí)驗(yàn)法和理論推導(dǎo)法的關(guān)系是本書教學(xué)的關(guān)鍵.
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實(shí)驗(yàn)和理論證明相結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí).
實(shí)驗(yàn)法和理論推導(dǎo)法并舉,不僅可以使學(xué)生對串聯(lián)電路的總電阻的認(rèn)識(shí)更充分一些,而且能使學(xué)生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些.
由于實(shí)驗(yàn)法放在理論推導(dǎo)法之前,因此該實(shí)驗(yàn)就屬于探索性實(shí)驗(yàn),是伏安法測電阻的繼續(xù).對于理論推導(dǎo)法,應(yīng)先明確兩點(diǎn):一是串聯(lián)電路電流和電壓的特點(diǎn).二是對歐姆定律的應(yīng)用范圍要從一個(gè)導(dǎo)體擴(kuò)展到幾個(gè)導(dǎo)體(或某段電路)計(jì)算串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻時(shí),常出現(xiàn)一個(gè)“總”字,對“總”字不能單純理解總和,而是“總代替”,即“等效”性,用等效觀點(diǎn)處理問題常使電路變成簡單電路.
--方案
1.引入課題
復(fù)習(xí)鞏固,要求學(xué)生思考,計(jì)算回答
如圖所示,已知,電流表的示數(shù)為1A,那么
電流表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表V的示數(shù)是多少?
通過這道題目,使學(xué)生回憶并答出串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系
(1)串聯(lián)電路中各處的電流相等.
(2)串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和.
在實(shí)際電路中通常有幾個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體組成電路,幾個(gè)導(dǎo)體串聯(lián)以后總電阻是多少?與分電阻有什么關(guān)系?例如在修理某電子儀器時(shí),需要一個(gè)10的電阻,但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻,而只有一些5的電阻,那么可不可以把幾個(gè)5的電阻合起來代替10的電阻呢?
電阻的串聯(lián)知識(shí)可以幫助我們解決這個(gè)問題.
2.串聯(lián)電阻實(shí)驗(yàn)
讓學(xué)生確認(rèn)待測串聯(lián)的三個(gè)電阻的阻值,然后通過實(shí)驗(yàn)加以驗(yàn)證.指導(dǎo)學(xué)生實(shí)驗(yàn).按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯(lián)入電路,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓表的讀數(shù)為一整數(shù)(如3V),電流表的讀數(shù)為0.6A,根據(jù)伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯(lián)起來接在電路的a、b兩點(diǎn)之間,提示學(xué)生,把已串聯(lián)的電阻與當(dāng)作一個(gè)整體(一個(gè)電阻)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時(shí)讀數(shù)為0.2A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果得出總電阻與、的關(guān)系.
再串入電阻,把已串聯(lián)的電阻當(dāng)作一個(gè)整體,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,使電壓表的示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時(shí)示數(shù)為0.1A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果,得出總電阻與的關(guān)系:.
3.應(yīng)用歐姆定律推導(dǎo)串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯(lián)電路中
所以
這表明串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體的電阻之和.
4.運(yùn)用公式進(jìn)行簡單計(jì)算
例一把的電阻與的電阻串聯(lián)起來接在6V的電源上,求這串聯(lián)
電路中的電流
讓學(xué)生仔細(xì)讀題,根據(jù)題意畫出電路圖并標(biāo)出已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經(jīng)比較得出第(3)種方法簡便,找學(xué)生回答出串聯(lián)電路的電阻計(jì)算
解題過程
已知V,求I
解
根據(jù)得
答這個(gè)串聯(lián)電路中的電流為0.3A.
強(qiáng)調(diào)歐姆定律中的I、U、R必須對應(yīng)同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發(fā)光時(shí)燈絲電阻為8.3,兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源,要使燈泡正常工作,需要串聯(lián)一個(gè)多大的電阻?
讓學(xué)生根據(jù)題意畫出電路圖,并標(biāo)明已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生分析得出
(1)這盞燈正常工作時(shí)兩端電壓只許是2.5V,而電源電壓是6V,那么串聯(lián)的電阻要分擔(dān)的電壓為
(2)的大小根據(jù)歐姆定律求出
(3)因?yàn)榕c串聯(lián),通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據(jù)求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號:1003-6148(2016)12-0060-3
1 P于閉合電路歐姆定律
1.定律內(nèi)容:在外電路為純電阻的閉合電路中,電流的大小跟電源的電動(dòng)勢成正比,跟內(nèi)、外電阻之和成反比。
2.定律的得出:仔細(xì)分析人教版和教科版教材,他們給出定律的過程是相同的。在電源外部,電流由電源正極流向負(fù)極,在外電路上有電勢降落,習(xí)慣上稱為路端電壓或外電壓U,在內(nèi)電路上也有電勢降落,稱為內(nèi)電壓U';在電源內(nèi)部,由負(fù)極到正極電勢升高,升高的數(shù)值等于電源的電動(dòng)勢。理論和實(shí)踐證明電源內(nèi)部電勢升高的數(shù)值等于電路中電勢降低的數(shù)值,即電源電動(dòng)勢E等于外電壓U和內(nèi)電壓U'之和,即E=U+ U'=U+Ir。若外電路為純電阻,則U=IR,所以E=IR+Ir,I=
從教學(xué)實(shí)際看,上述給出定律的方法很多同學(xué)并不能理解,只能生硬的接受,這給學(xué)生對定律的理解和運(yùn)用帶來困難。在教學(xué)中筆者嘗試從能量角度推導(dǎo)定律,效果較好,過程如下:從能量轉(zhuǎn)化觀點(diǎn)看,閉合電路中同時(shí)進(jìn)行著兩種形式的能量轉(zhuǎn)化:一種是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,另一種是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
設(shè)一個(gè)正電荷q,從正極出發(fā),經(jīng)外電路和內(nèi)電路回轉(zhuǎn)一周,其能量的轉(zhuǎn)化情況如下:
在外電路中,設(shè)外電路的路端電壓為U,那么正電荷由正極經(jīng)外電路移送到負(fù)極的過程中,電場力推動(dòng)電荷所做的功W=qU,于是必有qU的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(如化學(xué)能、機(jī)械能等)。在內(nèi)電路中,設(shè)內(nèi)電壓為U',那么正電荷由負(fù)極移送到正極的過程中,電場力所做的功W=qU',于是必有qU'的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若電源電動(dòng)勢為E,在電源內(nèi)部依靠非靜電力把電量為q的正電荷從負(fù)極移送到正極的過程中,非靜電力做的功W=qE,于是有qE的其他形式的能(化學(xué)能、機(jī)械能等)轉(zhuǎn)化為電能。
因此,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,在閉合電路中,由于電場力移送電荷做功,使電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(qU+qU'),應(yīng)等于在內(nèi)電路上由于非靜電力移送電荷做功,使其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能(qE),因而qE=qU+qU',即E=U+U'。若外電路為純電阻R,內(nèi)電路的電阻為r,閉合電路中的電流強(qiáng)度為I,則U=IR,U'=Ir,代入上式即得I=
E/(R+r)。
3.定律的理解:不論外電路是否為純電阻,E=U+ U'=U+Ir總是成立的,只有當(dāng)外電路為純電阻時(shí),才能成立。閉合電路歐姆定律的適用條件跟部分電路歐姆定律一樣,都是只適用于金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電。
2 不同的物理量間的圖像關(guān)系以及對圖像的理解(以外電路為純電阻為例)
圖像1 電路中的總電流與外電阻的關(guān)系即I-R圖像
圖像2 外電壓與外電阻的關(guān)系即U-R圖像
由閉合電路歐姆定律可得:
分析可得:R增大,U增大;R減小,U減小,但不成線性關(guān)系。R0,U0; R∞,UE。故U-R圖像如圖2所示。當(dāng)外電路短路(R=0),外電壓為0;當(dāng)外電路開路R∞,外電壓等于電動(dòng)勢E,即若題目中告訴某一電源的開路電壓,則間接告訴了電動(dòng)勢E的值。
圖像3 外電壓與總電流的關(guān)系即U-I圖像
由閉合電路歐姆定律可得:U=E-U'=E-Ir。
分析可得:由于E、r為定值,故U與I成線性關(guān)系,斜率為負(fù),故圖像應(yīng)如圖3所示。當(dāng)I=0,U=E,即圖像的縱截距表示電動(dòng)勢;當(dāng) 此時(shí)外電路短路,此電流即為短路電流,即橫截距表示短路電流。斜率k=-r,即斜率的絕對值表示內(nèi)電阻。
由上述分析可知,若給出了U-I圖像,則由圖像就可以知道電源電動(dòng)勢E和內(nèi)阻r這兩個(gè)重要的參量。若將不同電源的U-I圖像畫在同一個(gè)圖中,如圖4所示,則可以比較不同電源的電動(dòng)勢和內(nèi)阻的大小。由圖4可知E1=E2、r1
圖像4 電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系,即P-R圖像
圖像5 電路中的功率與總電流的關(guān)系,即P-I圖像
與閉合電路相關(guān)的功率有3個(gè):電源的總功率、電源內(nèi)部的熱功率、電源的輸出功率。
由P=IE可知P與I成正比,圖像應(yīng)為過原點(diǎn)的一條傾斜的直線。
由P=I2r可知圖像應(yīng)為頂點(diǎn)過原點(diǎn)的關(guān)于縱軸對稱的開口向上的拋物線的一半。
由P=P-P=IE-I2r可知圖像應(yīng)為過原點(diǎn)的開口向下的拋物線的一部分。
若將3個(gè)功率與電流的關(guān)系圖像畫在同一圖像中,則分別對應(yīng)著圖6中的圖線1、2、3。
利用圖線1可求電動(dòng)勢E,利用圖線2可求內(nèi)阻r,需要特別注意的是:此圖像中3條圖線不能隨意畫?!?”“2”交點(diǎn)說明此時(shí)P=P,即P=0,外電路短路,電流最大,此狀態(tài)下圖線“3”與橫軸交點(diǎn)值一定是“1”“2”交點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)值,否則就是錯(cuò)誤的?!?”“3”交點(diǎn)的含義為P=P,此狀態(tài)下R=r,則“2”“3”交點(diǎn)對應(yīng)的橫坐標(biāo)一定為 ,若不是則錯(cuò)誤。還必須注意的是“2”“3”的交點(diǎn)一定是“3”的最高點(diǎn),因?yàn)镽=r時(shí),P最大,若不是這樣則此圖畫錯(cuò)了。
案例 在圖7(a)所示電路中,R0是阻值為5 Ω的定值電阻,R1是一滑動(dòng)變阻器,在其滑片從最右端滑至最左端的過程中,測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖7(b)所示,其中圖線上的A、B兩點(diǎn)是滑片在變阻器的兩個(gè)不同端點(diǎn)時(shí)分別得到的,討論以下問題:
問題1 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電流表示數(shù)如何變化?
分析:滑片從最右端滑至最左端的過程中,由電路結(jié)構(gòu)可知外電阻R變小,由I-R圖像可知電流表示數(shù)變大。
問題2 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電壓表示數(shù)如何變化?
分析:滑片淖鈑葉嘶至最左端的過程中,由電路結(jié)構(gòu)可知外電阻R變小,電壓表測量的是外電壓,由U-R圖像可知電壓表示數(shù)變小。
問題3 電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻各為多大?
分析:圖7(b)給出的是外電壓與電流的關(guān)系,由圖可求得斜率絕對值為20,將圖線延長與縱軸相交,可得縱截距為20,由U-I圖像的物理含義可知電源電動(dòng)勢E=20 V,內(nèi)阻r=20 Ω。
問題4 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電源的輸出功率如何變化?最大輸出功率為多少?
分析:由題目所給條件可求得R1的最大阻值為75 Ω,滑片從最右端滑至最左端的過程中,外電阻的變化范圍為80 Ω~5 Ω,由P-R圖像可知P先變大再變小。調(diào)節(jié)過程中可以滿足R=r,則當(dāng)R1的有效阻值為15 Ω時(shí),電源輸出功率達(dá)最大 ,即為5 W。
問題5 若在上述條件下,僅將R0的阻值改為30 Ω,滑片從最右端滑至最左端的過程中,電源的輸出功率如何變化?電源的最大輸出功率為多少?
分析:滑片從最右端滑至最左端的過程中,外電阻的變化范圍為105 Ω~30 Ω,由P-R圖像可知P一直變小。由于無法滿足R=r,則電源輸出功率不可能為,則當(dāng)R與r最最接近即R1=0 Ω時(shí)電源輸出功率最大,計(jì)算可得為4.8 W。
與閉合電路歐姆定律應(yīng)用相關(guān)的題目較多,題型多種多樣,解決這類題目的關(guān)鍵是要搞清電路結(jié)構(gòu),搞清電表的測量對象,分清已知量與未知量,再運(yùn)用相應(yīng)規(guī)律求解則可。當(dāng)然,這也不是一蹴而就的,只有多做、多練、多思考才能達(dá)到較好的效果。在解答閉合電路問題時(shí),部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律經(jīng)常交替使用,這就要求我們認(rèn)清研究對象是全電路還是某一段電路,是這一段電路還是另一段電路,以便選用對應(yīng)的歐姆定律,并且要注意每一組物理量(I、U或I、E、R、r)的對應(yīng)關(guān)系是對同一研究對象的,不可“張冠李戴”。
物理概念是物理知識(shí)的核心內(nèi)容.著名科學(xué)家錢學(xué)森曾說過:“學(xué)習(xí)理科的關(guān)鍵是概念清,多練習(xí).”學(xué)生的物理概念是否清楚對學(xué)好物理至關(guān)重要.學(xué)習(xí)物理概念需要重視物理概念的形成過程.學(xué)習(xí)物理概念需要知道為什么要引入它,它是如何定義的,定義式是什么,單位是什么,如何測量(或測定),有什么應(yīng)用等.例如:密度是一個(gè)十分重要的物理概念,學(xué)習(xí)它要重視以下過程:在物理學(xué)中為了比較相同體積的不同物質(zhì)的質(zhì)量一般不同的特性引入了密度,單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度,定義式是ρ=m/V,國際單位是kg/m3,常用單位是g/cm3,測密度的方法很多,但基本方法是測質(zhì)量,測體積,再利用密度公式計(jì)算出密度,應(yīng)用有求密度,求質(zhì)量,求體積等等.速度、壓強(qiáng)、功率、比熱容、電功率等等都是重要的物理概念,望廣大師生重視其形成過程.
2學(xué)習(xí)物理規(guī)律需要重視規(guī)律的形成過程
物理規(guī)律是物理知識(shí)中的最核心內(nèi)容,多數(shù)是從物理事實(shí)的分析中直接概括出來的,學(xué)習(xí)物理規(guī)律更需要重視物理規(guī)律的形成過程.要知道物理規(guī)律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)、基本內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式、適用范圍、應(yīng)用等等.例如:歐姆定律是電學(xué)中最重要的規(guī)律之一,學(xué)習(xí)它,我們要知道歐姆定律的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ),歐姆定律是研究電流與電壓、電阻的關(guān)系,首先要用到控制變量法,電阻一定,研究電流與電壓的關(guān)系,電壓一定,研究電流與電阻的關(guān)系.電阻一定,可找一定值電阻(R=5 Ω),研究電流與電壓的關(guān)系,實(shí)際上要看電壓變,電流變不變,若變,如何變.如何改變定值電阻兩端的電壓呢?方法一:可以改變電源的電壓,方法二:可以通過滑動(dòng)變阻器來改變定值電阻兩端的電壓.通過探究實(shí)驗(yàn)得出電阻一定時(shí),電流與電壓成正比.電壓一定,可找一穩(wěn)壓電源,也可通過滑動(dòng)變阻器來保持電阻兩端的電壓不變,研究電流與電阻的關(guān)系,實(shí)際上是看電阻變,電流變不變,若變,怎么變?改變電阻,還要知道它的值,可以逐次更換定值電阻(5 Ω、10 Ω、15 Ω),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,保持電阻兩端的電壓(U=3 V)不變,從而測出相應(yīng)的電流值.分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出,電壓一定時(shí),電流與電阻成正比.
歐姆定律的基本內(nèi)容是:通過導(dǎo)體的電流,跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.數(shù)學(xué)表達(dá)式為I=U/R,歐姆定律是在金屬導(dǎo)體做實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,總結(jié)出來的,一定適用于金屬導(dǎo)體,對于其它的導(dǎo)體是否適用,要用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證,通過實(shí)驗(yàn)證明,歐姆定律還適用于電解液導(dǎo)電,不適用于氣體導(dǎo)電,可見歐姆定律的適用范圍是適用于金屬導(dǎo)體,電解液導(dǎo)電,不適用于氣體導(dǎo)電.應(yīng)用有三方面:(1)求電流,(2)求電壓,(3)求電阻.解題時(shí)要注意I、U、R三個(gè)物理量的對應(yīng)性、同時(shí)性、統(tǒng)一性,即對應(yīng)于同一導(dǎo)體、同一段電路,同一時(shí)刻、同一狀態(tài),單位要統(tǒng)一于國際單位.
3學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要重視實(shí)驗(yàn)過程
學(xué)習(xí)物理要以觀察、實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ),觀察自然界中的物理現(xiàn)象,進(jìn)行學(xué)生實(shí)驗(yàn),能夠使學(xué)生對物理事實(shí)獲得具體的明確認(rèn)識(shí),這種認(rèn)識(shí)是理解物理概念和規(guī)律的必要的基礎(chǔ).學(xué)生實(shí)驗(yàn)需要重視實(shí)驗(yàn)過程,如要了解每個(gè)學(xué)生實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)方法、需要測量的物理量、實(shí)驗(yàn)器材、實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)記錄、實(shí)驗(yàn)結(jié)論、必要的誤差分析等等都應(yīng)該清楚.
4科學(xué)探究需要重視探究過程
科學(xué)探究就是讓學(xué)生模擬科學(xué)家的工作過程,按照一定的科學(xué)思維程序探索學(xué)習(xí)的過程,從中學(xué)習(xí)科學(xué)方法、發(fā)展科學(xué)探究所需要的能力、增進(jìn)對科學(xué)探究的理解,體驗(yàn)探究過程的心理感受.科學(xué)探究需要重視探究過程.科學(xué)探究的過程是一個(gè)創(chuàng)造的過程,而創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)造性思維.因此,探究實(shí)質(zhì)是一個(gè)思維的過程,這個(gè)思維的過程是模擬科學(xué)工作者進(jìn)行科研的思維程序來進(jìn)行的,這種思維程序就是學(xué)生科學(xué)探究的程序步驟.即提出問題、猜想與假設(shè)、制定計(jì)劃與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作.
5做物理習(xí)題需要重視解題過程
學(xué)習(xí)物理要求概念清,多練習(xí).可見做物理習(xí)題很重要,做題可以幫助我們鞏固所學(xué)的知識(shí),檢驗(yàn)學(xué)習(xí)效果,錘煉思維的靈活性,全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),培養(yǎng)學(xué)生觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,分析概括能力,運(yùn)用物理知識(shí)解決簡單的實(shí)際問題的能力,以及創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力.物理題型很多,如填空題、選擇題、實(shí)驗(yàn)題、探究題、簡答題、計(jì)算題、作圖題、推理題等等.無論是做何種題型的物理習(xí)題,都需要重視解題過程.不同的題型,有不同的解題要求,不同的解題方法,不同的解題過程.一般來說,無論是做何種物理習(xí)題,都要正確理解題意,正確審題;明確相應(yīng)的物理過程,物理情景,建立物理模型;運(yùn)用相應(yīng)的物理概念、物理規(guī)律,直接得出結(jié)果或結(jié)論.稍微有點(diǎn)靈活性,有點(diǎn)難度的題目,要分清層次,理清思路,找出聯(lián)系,或進(jìn)行物理公式變換或公式推導(dǎo),或運(yùn)用數(shù)學(xué)思想(如列方程、列方程組)求解.最后就是檢查.
6學(xué)習(xí)物理需要重視有的物理量是過程量
物理學(xué)所研究的許多問題,都直接涉及到某一物理現(xiàn)象發(fā)生的整個(gè)過程,或者是過程中的某些狀態(tài).因此,相應(yīng)地就引人了許多關(guān)于描述某些物理過程的過程量和用來描述某些特定的物理狀態(tài)的狀態(tài)量.
1.如何方便地測定電源的電動(dòng)勢?
演示:用伏特表按圖(1)電路直接測電源的電動(dòng)勢,測得伏特表示數(shù)為2.9伏。
2.若電路中加接電阻R,閉合開關(guān)S,觀察此時(shí)伏特表的讀數(shù)。
演示:按圖(2)電路,測得伏特表的示數(shù)為2.1伏。
此時(shí)教師及時(shí)把握實(shí)驗(yàn)造成的認(rèn)識(shí)沖突進(jìn)行設(shè)問:此時(shí)電源電動(dòng)勢變化了嗎?為何第二次伏特表示數(shù)變小了呢?你能知道此時(shí)電源的內(nèi)電壓是多大嗎?
通過上述的問題情境,使學(xué)生的思維進(jìn)入專注的學(xué)習(xí)狀態(tài),隨之,通過學(xué)生的思維,有利于理解E=U外+U內(nèi)的關(guān)系式以及伏特表測量的物理意義,為閉合電路歐姆定律的教學(xué)埋下了伏筆。
3.若上述電路中再串聯(lián)一個(gè)安培表(圖3),當(dāng)電阻R發(fā)生變化時(shí),伏特表和安培表的示數(shù)將如何變化?
先讓學(xué)生進(jìn)行猜想,后演示,并運(yùn)用歐姆定律I=U/R進(jìn)行分析。猜想與實(shí)驗(yàn)結(jié)論形成了矛盾,使學(xué)生的認(rèn)知再次發(fā)生了沖突。接著,在教師的引導(dǎo)下,讓學(xué)生在矛盾的思索中,以直觀的形象進(jìn)入理性的頓悟,從而得出某部分電路R的變化對電路的影響,只用某部分電路的歐姆定律來分析已不適用,因而必須對整個(gè)電路進(jìn)行認(rèn)識(shí)把握。教師由此把握契機(jī),導(dǎo)出本堂課的研究課題。
接著,我通過設(shè)計(jì)以下教學(xué)程序,讓學(xué)生主動(dòng)參與探索規(guī)律的活動(dòng),使之身臨其境,再現(xiàn)了當(dāng)年科學(xué)家研究的思維方法和發(fā)現(xiàn)的過程。
1.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大膽猜想。
設(shè)問:閉合電路中的電流強(qiáng)度可能與哪些因素有關(guān)?
教師可啟發(fā)學(xué)生在歐姆定律中決定電流強(qiáng)度I的有關(guān)要素,從而通過思維方法的遷移、猜想得到:I與R、與E、與r、等因素有關(guān)。
2.引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述猜想。
設(shè)問:你能用什么方法驗(yàn)證上述猜想呢?(教師提示:物理學(xué)中最有說服力的武器――科學(xué)實(shí)驗(yàn)。)
設(shè)問:那么多變量之間的關(guān)系又如何處理?(教師啟發(fā)學(xué)生:探索牛頓第二定律時(shí)對那么多變量問題的處理――控制變量的方法。)
3.實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)及演示驗(yàn)證。
通過逐個(gè)控制變量的方法,討論、設(shè)計(jì)并演示如下實(shí)驗(yàn):
(1)用手搖直流發(fā)電機(jī)M作電源(圖4)。通過改變轉(zhuǎn)速來改變電動(dòng)勢的大小。(當(dāng)R、r一定時(shí),I與E關(guān)系?)
(2)選用可調(diào)電源(圖5),改變外電阻R,觀察安培表示數(shù)變化。(當(dāng)E、r一定時(shí),I與R的關(guān)系?)
(3)選用可調(diào)電源(圖6),改變電源內(nèi)阻,觀察安培表示數(shù)變化。(當(dāng)E、R一定時(shí),I與r的關(guān)系?)
通過上述教學(xué)程序,學(xué)生的思維實(shí)現(xiàn)了從猜想到實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證的探索過程。
4.引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行科學(xué)推理,使之由定性升華到定量。
設(shè)問:由E=U外+U內(nèi)能得出I與上述各量的定量關(guān)系嗎?
對于外電路U外=IR,那么內(nèi)電路U內(nèi)=Ir亦成立嗎?
再次引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證。如圖(6)所示,用探針接伏特表,可測得內(nèi)電壓,安培表可測得內(nèi)電路的電流。通過改變R,測得伏特表和安培表的示數(shù)如下:
分析上表所得的數(shù)據(jù),觀察得到U內(nèi)/I=定值,得出歐姆定律也同樣適用于內(nèi)電路,即U內(nèi)=Ir。由此,學(xué)生可推導(dǎo)出:E=IR+Ir。討論I的決定因素,將公式變換得I=E/(R+r),即閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
對閉合電路歐姆定律進(jìn)行剖析、運(yùn)用時(shí),好讓學(xué)生思考、觀察、分析、討論,增強(qiáng)課堂思維量,加深對規(guī)律的進(jìn)一步理解,我通過設(shè)計(jì)以下問題的思維階梯來拓展思維層次:
設(shè)問:1.請大家運(yùn)用此規(guī)律解釋前面導(dǎo)課中、的示數(shù)如何變化?
2.當(dāng)外電路處于斷路狀態(tài)時(shí),=E,為什么?
3.若電源兩端連接一根導(dǎo)線(即電路處于短路狀態(tài)),I=?短路狀態(tài)有何危害?(學(xué)生思考后,教師演示短路狀態(tài)時(shí)保險(xiǎn)絲熔斷實(shí)驗(yàn)。)
4.請大家根據(jù)U=E-I r關(guān)系式,畫出U-I函數(shù)圖線,并說明物理意義。
5.先通過實(shí)驗(yàn)演示,然后提出問題。
如圖(7)電路,已知電阻R1=5Ω,當(dāng)S閉合時(shí),讀出的讀數(shù)(I1=0.35A),據(jù)此數(shù)據(jù)能否求電源的E和r?
(2)如何想法求得?(提示:若再給一只R2 =10Ω的電阻,行嗎?)演示實(shí)驗(yàn)并測得的示數(shù)(I2 =0.22A),請學(xué)生列式求得(E=3V,r=3.5Ω)。
然后小結(jié),此題告訴了我們一種測量E、r的重要方法,即課本中例題解決的問題,并進(jìn)一步設(shè)問(留給學(xué)生課外思考):
①若把改成一只,如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量E、r?
②若只給一只和一只及一只可變電阻,又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測量E、r?
6.先給實(shí)物電路,讓學(xué)生運(yùn)用規(guī)律計(jì)算求解,后讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn),在發(fā)生認(rèn)知沖突中,使學(xué)生自悟自解,深化思維層次。
(1)圖(8)電路中,若把電阻R換成一只內(nèi)阻為1.5Ω的電動(dòng)機(jī),當(dāng)閉合開關(guān)S,的示數(shù)多大?(請學(xué)生求解。)