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一、牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的含義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當做第二定律的特例;慣性不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以......”教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應注意公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬有引力定律。教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力常量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
四、機械能守恒定律。這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不做功或所做的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
五、動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
六、歐姆定律。中學物理課本中歐姆定律是通過實驗得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學時應注意:①“電流強度跟電壓成正比”是對同一導體而言;“電流強度跟電阻成反比”是對不同導體說的。②I、U、R是同一電路的三個參量。③閉合電路的歐姆定律的教學難點和關鍵是電動勢的概念,并用實驗得到電源電動勢等于內、外電壓之和。然后用歐姆定律導出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉化和守恒定律推導)。④閉合電路的歐姆定律公式可變換成多種形式,要明確它們的物理意義。⑤教師應明確,普通物理學中的歐姆定律公式多數是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導體就不服從歐姆定律。但不論導體服從歐姆定律與否,R=U/I這個關系式都可以作為導體電阻的一般定義式。中學物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學生把歐姆定律公式跟電阻的定義式混淆。這樣處理似乎欠妥。
一、寓培養學生實事求是的科學態度于學生實驗操作之中
歐姆定律是一個實驗定律,因此在教學“歐姆定律”一節時,教師必須在學生對“電流與電壓、電阻”之間關系進行猜想假設的基礎上,引導學生設計實驗方案,精心組織學生進行實驗。在實驗前指導學生:(1)根據電路圖準確連接電路;(2)仔細檢查電路及電表、滑動變阻器等連接是否準確;(3)在確認無誤時,動手實驗,并認真觀察、精確記錄數據;(4)明確滑動變阻器在兩次實驗中的作用:使定值電阻兩端電壓成整數倍變化和保持電阻兩端電壓不變;(5)分析實驗中可能出現的數據差異原因,重復實驗,直至準確。對于在實驗中怕麻煩、湊數據的學生及時用科學家尊重事實、刻苦鉆研及時教育他們,端正他們態度,幫助他們用實驗得出準確結果。通過實驗,使學生得到了歐姆定律實驗所需要的數據,也培養了學生觀察實驗能力和實事求是、客觀、細致的科學態度,從而激發學生勤奮求真的熱情。
二、寓培養學生科學方法于分析實驗數據和歸納出實驗結論之中
在得出實驗數據之后,就著手組織學生分析數據、歸納出結論。在引導時,引導學生回憶“探究影響導體電阻大小的因素”的實驗方法,并要學生用之中方法研究電流跟電壓、電阻兩個因素的關系,即(1)固定電阻不變時,研究電流跟電壓的關系;(2)固定電壓不變時,研究電流跟電阻的關系。最后將兩次結論綜合起來,應用數學函數知識得出電流跟電壓、電阻的關系。接著,根據學生實驗數據組織討論,并分析歸納實驗結論。(1)分析“研究電流跟電壓關系”表格:電流隨電壓增大而增大,且電壓增大幾倍電流也增大幾倍。得出結論1:當電阻一定時,電流與電壓成正比。(2)分析“電流與電阻關系”表格:電流隨電阻的增大而減小,且電阻增大幾倍,電流就減小到原來的幾分之一。得出結論2:當電壓一定時,電流與電阻成反比。歸納結論1、2,即得歐姆定律。在整個研究、分析、抽象,歸納過程中,使學生潛移默化地學會了:(1)研究問題的方法――控制變量法;(2)對實驗數據的綜合――分析――抽象――歸納的處理方法,從而學到了由特殊、個別推到一般的邏輯推理方法。這些方法都是學生終生受益的科學研究方法。在得出實驗結論――歐姆定律后,教師接著就組織學生用他們已學過的數學知識推導歐姆定律的計算公式:(1)把電流與電壓成正比表達成I∝U;(2)把電流與電阻成反比表達成I∝1/R,把(1)、(2)結合起來得出計算公式:I=U/R;通過公式推導使學生了解到不同學科之間的聯系,它不僅開闊了學生的視野,也可使學生學到物理公式常用的科學的數學方法。
三、寓培養學生科學思想于理解、應用定律之中
對于實驗定律――歐姆定律,在理解其內容時,引導學生討論:能不能把定律敘述的導體的電流與導體兩端電壓成正比、與導體兩端電阻成反比改敘述成導體兩端電壓與導體電流成正比、導體電阻與導體電流成反比?讓學生在討論中明白:敘述定律時只能按課本那樣敘述,否則是錯誤的。這是因為事物內部矛盾的雙方有主有次,這里電壓、電阻是矛盾的主要方面,是事物變化的依據,對事物變化起決定作用的;而電流則是矛盾的次要方面,它是隨電壓、電阻變化而變化的,在事物變化中處于服從地位;這樣使敘述在討論中理解了定律,在理解定律過程中獲得了一次科學的認識教育。
在講解定律公式的應用時,如教師通過P111教材例1的講解,強調了定律的應用是有條件的,即(1)同體性:只能適用于同一段電路中的電流、電壓以及電阻之間的關系的運算;(2)同時性;(3)計算時數字代入單位必須是國際單位制中主單位。引導學生認識到真理是有局限性的,是離不開特定條件的。又如教師通過課本例2講解,強調了定律的應用性,即通過歐姆定律可以求出導體的電阻值,也就是可用伏安法測未知電阻,使學生體會到:理論的實踐性以及理論與實踐的一致性。此外取平均值可以減小實驗誤差;表格可以得到實驗結論1等。
四、寓培養學生的科學精神于介紹科學家的事例之中
結合課本中“信息庫”介紹,使學生了解德國的物理學家歐姆發現了電路中遵循的基本“交通規則”,但他幼年家貧,曾中途輟學,后全憑自己努力,完成學業。他為了得到歐姆定律,花費了十年心血。當時的實驗條件非常差,他自制了測電流的電流扭秤,花五年時間才找到電壓穩定的電源。經過長期細致的研究,終于取得了成果。在教學中把歐姆的對學習勤奮刻苦,對科學知識的執著追求,在科學研究道路上勇于探索、百折不撓的獻身精神及對人類社會的貢獻,展現在學生面前,使學生從中接受了熱愛科學、追求真理的科學接受教育。
教育者在實施科學素養教育時不是生硬的說教,應有機結合教材適時適量地滲透;科學素養教育是素質教育的核心,在實施時教師還應當有意識、有目的地進行,同時聯系教材中其他素質教育因素如能力、智力、科學美等全方位地開展,并做到主、次得當,這就需要安排好教學過程和節奏,從而使素質教育得到全面培養。
【參考文獻】
關鍵詞:電動機;純電阻與非純電阻;電路分析
在直流電路中,通過電阻的電流產生的能量轉化是能量計算的重點知識,但由于不能夠正確區分純電阻與非純電阻,導致求解中出現問題,特別含有電動機的相關計算。下面以電動機為例,來解決純電阻與非純電阻應用中的區別與聯系。
一、過程再現及分析
含有電動機電路,有電流通過電動機時,線圈消耗電能,產生其他形式能量(內能、機械能等),該能量轉化過程為電流做功的過程,即消耗電功W=UIt,電流通過線圈產生的焦耳熱Q=I2Rt,那么,兩者之間有何關系呢?
解決方案:假如Q=W,則UIt=I2Rt,推導出I=,即歐姆定律,而歐姆定律是需在純電阻情況下才成立的。
分析:根據歐姆定律的適用條件,電流通過電阻產生的電能全部轉化為內能,即電功等于電熱,此時由歐姆定律適用的電路叫做純電阻電路;歐姆定律不適用的電路叫做非純電阻電路。
問題設計1:電機在受阻不轉動的情況下,電壓、電流和電阻的存在的何種關系,消耗的電能和產生的電熱有何關系?
問題設計2:電動機在轉動的狀態下,電壓、電流和電阻的關系有何特點,消耗的電能和產生的電熱有何關系?
問題設計意圖:明確辨別純電阻電路與非純電阻電路。
問題設計3:進一步探究電機在受阻不轉動的情況下,電壓、電流和熱功率、總功率的有何關系?
探究結果:在純電阻電路中,熱功率在總功率中所占比重大,純電阻電路產生的電熱近似等于消耗的電功,即W=Q。
問題設計4:探究電動機在正常轉動的情況下,電壓、電流和熱功率、總功率之間有何關系?
探究結果:在非純電阻電路中,熱功率在總功率中所占比重小。根據能量守恒,W=E+Q,即電動機消耗的電能等于產生的機械能及產生的熱量的總和。
二、例題分析
工地經常用電動機提升重物,其裝置如圖所示,電動機兩端電壓為5V,電路中的電流為1A,物體A重20N,電動機線圈的電阻為r=1Ω。求:
(1)電動機正常工作時,線圈電阻消耗的熱功率為多少?
(2)電動機正常工作時,電動機輸入功率和輸出功率各是多少?
(3)如果接上電源后,線圈被卡住,不能轉動,這時通過電動機的電流,以及電動機消耗的電功率和發熱功率是多少?
解析:電動機正常工作時,其電路為非純電阻電路,其中消耗的電功率一部分轉化為線圈的熱功率,另一部分轉化為電動機的機械功率。
(1)電動機線圈上消耗的熱功率為
P熱=I2r=12×1W。
(2)電動機的輸入功率為消耗的電功率
P入=UI=5×1W=5W
電動機的輸出功率
P出=P入-P熱=5W-1W=4W。
(3)線圈被卡住后電動機不轉時可視為純電阻,通過電動機的電流
I==5A
電動機消耗的電功率
P=UI=5×5W=25W
電動機發熱功率
P內=I2R=52×1W=25W
小結:由例題中不難看出U、R、P三個物理量的數值并不滿足歐姆定律,而根據對電路能量轉化分析,解決有關純電阻電路和非純電阻電路的問題,就比較清楚了。
從上面的實驗探究與例題可見,含有電動機工作過程中的能量的計算,關鍵是要正確區分是純電阻還是非純電阻電路,其能量關系是:電流通過非純電阻時,E總=Q熱+E其他;電流通過純電阻時,E總=Q熱。
參考文獻:
難點;關鍵點;關系
〔中圖分類號〕 G633.7
〔文獻標識碼〕 C
〔文章編號〕 1004—0463(2013)
06—0039—02
“三個焦點”是指在課堂教學中的三個主要因素,即重點、難點、關鍵點。下面筆者就以初中物理課堂教學為例來談談這“三個焦點”及相互關系和處理方法。
一、課堂教學中的“三個焦點”
1.重點。教學重點即課堂教學中的知識重點,是最基本、最重要也是學生應該掌握的教學內容,是一節課中要解決的主要矛盾。抓住了教學重點,就抓住了課堂教學中的關鍵。
2.難點。教學難點指學生在學習知識過程中難以理解和掌握的內容,是在完成“重點”教學任務或對教學內容進行提升和發展、延伸與拓展,以及理解、分析和解決問題時難以逾越的思維障礙。
3.關鍵點。教學關鍵點指解決好重點、難點的關鍵措施,它往往是學生的易錯點、易混點、易忽略點。
例如,《密度》一節教學的重點是:(1)通過實驗探究,學會用比值的方法定義密度的概念。(2)理解密度的概念、公式。(3)用密度知識解決簡單的實際問題。難點是:在實驗探究的基礎上利用“比值”定義密度的概念。關鍵點是:做好實驗探究,用“比值”建立密度的概念。
二、“三個焦點”之間的關系
教學重點、難點和關鍵點之間既相互獨立又相互關聯。任何學科的教學內容都有一定的知識結構,是一張相互聯系的網。重點是這張網上的“綱”,難點是這張網上的“結”,關鍵點是理“綱”解“結”的方法措施。三者關系有全部重疊、部分重疊、非重疊三種。全部重疊時只要抓住關鍵點,重點、難點也就解決了;部分重疊時,抓住關鍵點就意味著突出重點或排除難點;非重疊時要精心設計和安排關鍵點去解決重點和難點。難點解決不好會影響整個課堂的教學效果,如果只注重教學難點,而未能較好地抓住教學重點和關鍵點,不但難點難以突破,而且教學任務也難以完成。關鍵點是突破重點、攻克難點的突破口,抓住關鍵點,才能更好地掌握重點和突破難點。
三、教學過程中如何處理好“三個焦點”
1.備好課。備好課是上好課的前提和保證,在備課過程中應注意以下幾點:
(1)找準重點。備課時必須依據教學大綱的要求,認真研究教材或參閱有關資料,正確分析教材的重點,考慮好在教學中如何突出重點。例如,歐姆定律是反映電學中三個重要的物理量,是電流、電壓、電阻關系的一個重要定律,是進一步學習電學知識和分析電路的基礎,因此通過實驗探究得出歐姆定律,掌握和理解歐姆定律的內容和公式,并用歐姆定律進行分析和解決簡單的電路問題是教學的重點。
(2)找到難點。要找到難點,就要聯系學生的實際情況,根據他們的知識基礎和思維能力,分析和找到學生難于理解的地方,即內容比較抽象、深奧、復雜或學生接受起來比較困難的知識和技能,并且為在課堂上解決這個難點,可以提供適當的措施和方法。例如,歐姆定律教學的難點是設計實驗過程和對歐姆定律的理解,其中學生對實驗方法的掌握是重點也是難點。
(3)找出關鍵點。教學關鍵點突出反映了學生在新知識學習過程中認識上的矛盾性,體現了已學知識與新知識的聯系,展示了教學過程中由感知教材向理解教材的合理過渡。因此,確定與處理教學關鍵點,對于順利學習新知識起決定性的作用。 要確定與處理好關鍵點,就要深入鉆研教材,弄清教材內容的內在聯系。要對教材的內容作深入剖析,理出知識的層次,找出已學知識和后續知識與這些內容的聯系,找出解決重點及難點的關鍵所在。例如,歐姆定律教學的關鍵點是:通過對實驗數據的分析,概括出電流與電壓、電流與電阻的關系。
2.上好課。上好課是提高教學質量的關鍵和保證,因此要做到以下幾點:
(1)突出重點。教授重點是一節課的中心任務,課堂中的所有教學活動都必須緊緊圍繞教學重點進行,在教學結束時應及時歸納總結,以突出重點。例如,牛頓第一定律中“一切物體在沒有受到外力作用時總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”是教學的重點,教學時應著重講解。
(2)突破難點。難點是課堂教學中應集中解決的問題。對于難點,可采用“溫故知新法”、 “循序漸進法”、 “類比法”、 “難點分散法”、“情境引導法”、“討論交流法”等各種方法和措施,使難點得到解決。此外,還要了解學生對難點的掌握情況,并及時采取有效的解決措施。例如,牛頓第一定律的難點是對定律的理解,“一切”是指范圍,即該定律對所有物體都普遍適用;“沒有力的作用”是指定律成立的條件,它包含兩層意思,一是理想情況,即物體確實沒有受到外力作用,二是物體所受合力為零;“或”即兩種狀態居其一,不能同時存在。定律表明:物體不受力時,原來靜止的物體將永遠保持靜止狀態;原來運動的物體將永遠做勻速直線運動。并根據“牛頓第一定律”理解慣性(物體保持運動狀態不變的性質)以及運動和力的關系(力不是維持物體運動的原因,而是改變物體運動狀態的原因)。
2008年各地中考試卷中,電學板塊常考的知識點有:識別串并聯電路、串并聯電路中電流的特點、有關電壓表的使用及讀數和串并聯電路電壓的特點、決定電阻大小的因素、滑動變阻器的原理及應用等。其中,電流表、電壓表的作用及串并聯電路電流、電壓的特點等內容在中考中所占比例較大,這些知識點常會與歐姆定律、電功率的計算綜合起來考查。
電功和電功率部分的常考知識點有:電功和電功率的概念、公式、單位、計算以及電功率的測量;額定功率與實際功率的概念及應用;電流的熱效應及其在電熱器上的利用和防止。
電和磁部分除了考查磁場、磁感線等簡單知識點外,還考查電流的磁場、影響電磁鐵磁性強弱的因素、電磁感應現象、電動機和發電機的原理以及磁場對電流的作用等知識。從2008年各地的中考試卷可以看出,試題多聯系生活實際,注重對能力的考查和研究問題的方法的考查。對于簡單電路和歐姆定律的考查在各地中考中均有體現,難點出現在識別串并聯電路和電流表、電壓表的示數變化。預計2009年中考對本部分知識的考查不會出現較大的變化,但可能會稍稍增大探究題和創新題的分量。有關電功、電功率的考試命題將在繼承2008命題特點上有所創新。如從電器的銘牌上獲取信息、利用電能表計算家庭用電器使用的電費來考查節能、電器使用時的安全問題、電功率的測量、電器在使用時有關電熱、電能及效率的問題等。其中,采用伏安法測電功率、電與熱相結合的計算以及節能問題是中考中的重中之重,注重考查實際情境中解決問題的能力。如圍繞電冰箱、電吹風、洗衣機、電水壺、電磁爐等家用電器展開的電功、電功率、電熱的應用計算尤為重要,特別是在減少環境污染和建設節能型社會的今天,電能和太陽能相結合的題目更要引起我們重視。
隨著常規能源的日益匱乏,有關用電器的效率考題也是中考的一個新亮點,預計2009年中考出現的幾率會加大。
在中考復習中,基本知識忘記得比較快,所以復習時要注重基礎。電路部分的知識單獨考的并不多,對很多知識點的考查是隱藏在對歐姆定律、電功率的綜合考查中的,復習的關鍵在于靈活掌握知識,理解題目意思,應對具體問題,努力嘗試知識的總結和遷移。
考點一:電路設計與電路故障
沖刺點金設計簡單的電路是目前中考中經常出現的題型,特別是與生活實際相結合的電路設計題已成為中考的熱點。其形式有:根據具體的要求設計出電路圖;給出電路圖判斷哪一個比較適用;既要設計電路圖,又要連實物圖等等。在畫電路圖時一定要規范:元件位置安排要適當,分布要均勻,元件不要畫在拐角處,整個電路圖最好呈矩形,圖要完整美觀,橫平豎直,簡潔工整。
電路故障通常有以下幾種情況:串聯電路或并聯電路的干路出現斷路故障,用電器不能工作,電流表沒有示數;若電流表有示數,串聯電路或并聯電路的干路肯定是通路。
電路在教材中所占篇幅較多,匯集了基本電路、電路的連接、電流的測量等問題。中考出現的題型較多,主要有電路的設計、分析、連接實物、故障判斷、電流和電壓的規律研究等問題,難度以中、低擋為主,在近幾年中考中已經大量涉及生產、生活中實際電路的應用及探究,這種趨勢預計在2009年的中考還會得到更多的體現。
預測1:(素材來自于生活實際,主要考查電路的應用及電路設計)
投影儀用強光燈泡作為光源,發光時必須用風扇降溫。為了保證燈泡不被燒壞,只有當帶動風扇的電動機工作后,燈泡才能發光;風扇不轉,燈泡不能發光。則在圖1所示的四個電路圖中符合要求的是()
預測2:(考查電路設計,串并聯電路的特點及開關的作用)
2008奧運會男子佩劍決賽中,我國選手仲滿不負眾望,以15比9擊敗法國選手贏得冠軍。如圖2所示,在擊劍比賽中,要求劍身連著導線,導線一頭連通著電子計分器,一頭連接著特制衣服,形成一個環形電路。比賽過程中,運動員(甲)沒有刺到對方(乙)的時候就是斷電的過程(對方的燈不亮同時計分器不計分),刺到對方的過程就是按下開關的過程(對方的燈亮同時計分器計分)。根據所學的物理知識,小明設計了如圖3所示的幾種電路圖。能正確判斷選手成功地擊中對手的有效部位并顯示得分的電路是()
預測3:(考查串聯電路的特點,以及電路分析、故障判斷)
圖4所示的電路中,電源電壓不變,閉合開關S,電路正常工作。一段時間后,發現其中一個電壓表示數變大,則()
A. 電流表的示數也增大
B. 電流表的示數可能不變
C. 電阻R可能斷路
D. 電阻R可能短路
考點二:歐姆定律
沖刺點金歐姆定律是初中電學部分最基礎的內容。探究歐姆定律和伏安法測電阻體現了電學部分最基本的實驗技能,同時也體現了物理學最基本的研究方法――控制變量法,有很強的綜合性,是歷年來各地中考試題的必考內容。通過以上分析,我們可以看出,2009年中考也將是如此。隨著新課程改革的深入,命題在聯系實際,突出物理方法,考查實驗的過程性方面會有所側重,純模型式串并聯電路的計算會降低難度,創新題會增多。探究歐姆定律、伏安法測電阻在中考中必有一者出現,滑動變阻器的創新應用也有可能成為大題。
歐姆定律的內容是:一段導體中的電流,跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。用公式表示為:I=。
由歐姆定律可導出R=,它表示導體的電阻可由計算出,即R與U、I的比值有關,但R與外加電壓U和通過電流I無關。
在運用歐姆定律進行計算時,要注意公式中的I、U、R是對同一段電路同一時刻而言的,三者單位依次是A、V、Ω。有些試題通常會給出幾組電壓值和幾組電流值,這些數值有時并不是相對應的,我們要從中選出具有對應關系的數值,如開關的閉合與斷開、滑片的移動前后,會出現不同的電流、電壓值,要能判斷哪些數據是這個用電器或電阻在相同的狀態下所擁有的。
從新課程改革的進程看,有關歐姆定律的命題形式將更加新穎靈活,重在考查知識的靈活應用及激發學生進一步學習物理的潛能。如電壓表內阻的測量、不滿足歐姆定律的非線性元件電壓、電流關系的探究、水果導電性能的探究、伏安法測電阻系統誤差的討論、歐姆表的改裝、壓敏電阻、油量表、全電路歐姆定律,均很有創意,要注意消化吸收,推陳出新,做到舉一反三。
預測1:(考查對導體的電阻和歐姆定律的正確理解)
由歐姆定律可以得出導體的電阻公式R=。下面幾位同學對此公式的理解,其中正確的是()
A. 當電壓為零時,導體的電阻也為零
B. 當電流減小時,電阻增大
C. 當電壓減小時,電阻也減小
D. 電阻是導體本身的一種性質,與電流、電壓無關
預測2:(結合歐姆定律,考查串聯電路電流、電壓的特點)
如圖5所示,電源電壓不變,當開關S閉合,滑動變阻器滑片從a向b移動的過程中()
A. 電壓表示數變大,電壓表示數變大,電流表的示數變大
B. 電壓表示數不變,電壓表示數變大,電流表的示數變小
C. 電壓表示數不變,電壓表示數變小,電流表的示數變大
D. 電壓表示數變大,電壓表示數變小,電流表的示數變小
預測3:(考查用歐姆定律分析變化電路中電表的變化情況)
如圖6所示的電路中,電源電壓不變。在滑動變阻器的滑片P移動的過程中,電流表示數變化范圍是1.5~1.0 A,電壓表的示數相應的變化范圍是0~5 V,求R的阻值和電源電壓。
考點三:電功
沖刺點金電功比較抽象,不像機械功那么直觀,我們可以從能量轉化的角度去理解電功的意義:電流做了多少功就消耗了多少電能,就有多少電能轉化為其他形式的能。電功公式W=UIt是計算電功普遍適用的公式,對任何類型的用電器(或電路)都適用。結合歐姆定律I=,可推出電功公式的變換式W=t和W=I2Rt,這兩個式子不適用于電動機以及蓄電池電路,只適用于純電阻電路,即電能全部轉化為熱能的電路。
電能表是測量電能或電功的儀器。把電能表接在電路中,電能表計數器上前后兩次讀數之差就是這段時間內用電的度數,要弄清楚電能表銘牌上幾個參數的含義。
從2008年的中考試卷可以看出,中考試題在考查基礎知識和基本技能的同時,更注重考查學生應用知識的能力和實踐探究的能力。而以能源開發和利用為背景來考查電功知識的應用則是近年來中考命題的新亮點,這類試題知識跨度大,更能綜合考查學生應用電學知識的能力。
預測1:(考查對電功公式的理解和靈活應用)
燈泡L和L并聯在電路中,L的電阻比L大,在相同的時間里,電流做功的情況為()
A. 對L燈做的功多B. 對L燈做的功多
C. 對兩燈做的功一樣多D. 無法確定
預測2:(考查學生是否會讀家用電能表,會用電能表測量用電器在某段時間內所消耗的電能)
在家庭電路中,電能表是測量用戶在某段時間內所消耗的電能的儀器。如果表面盤上標有“3 000 r/kW•h”字樣,表示的意思是每消耗_________的電能,它的轉盤轉3 000轉。把這個電能表接入家庭電路中,通過某用電器的電流使電能表在3 min內轉了60轉,那么,此時通過用電器的電流做功為_________J。
預測3:(考查光能與電能的轉化,以及對電功公式的理解和應用)
太陽能汽車是用太陽能電池將所接收到的太陽光能轉化為電能提供給電動機來驅動的。如圖7所示。已知一種太陽能汽車,太陽光照射到電池板上的輻射總功率為1.2×104 W,且電池板對著太陽時產生的電壓為240 V,并對車上的電動機提供10 A的電流。問:
(1)若通電1 min,車上電動機消耗的電能是多大?
(2)太陽能電池將太陽能轉化為電能的效率是多少?
考點四:電功率
沖刺點金電功率是描述電流做功快慢的物理量,它是指電流在單位時間內所做的功。電功率的定義式是P=,常用公式是P=UI,表明電功率跟電壓、電流兩個因素有關。電功率大的用電器消耗電能快,但不能說明電流做的功多。電功率公式的變換式W=和W=I2R只適用于純電阻電路,對于電動機、電風扇等用電器來說,這兩個公式都不適用。
用電器正常工作時的電壓叫額定電壓,在額定電壓下的電功率叫額定功率。一個用電器一旦生產出來,其額定電壓和額定功率就確定了。實際功率是用電器在實際工作時的電功率,是不確定的。用電器的實際功率不一定與額定功率相同,小燈泡的亮度是由其實際功率決定的。
電功率的計算是中考命題的熱點,壓軸題基本都在此出現,命題時常將歐姆定律、電功率、串并聯電路結合起來出綜合計算,并且分值多,難度較大。其內容主要為:①密切聯系生活實際,如電熱水壺、飲水機、居民用電等,真正體現“從生活走向物理,從物理走向社會”的新課程理念。②注重對能力的考查和研究問題的方法的考查,如從電器的銘牌上獲取信息的能力、探究電流做功快慢需采用控制變量法等。
預測1:(考查串聯電路中各用電器功率的分配關系)
有兩個電阻,R的阻值為2 Ω,R的阻值為8 Ω,把它們串聯起來接在某電源的兩極上,R的電功率為2 W,則此時R的電功率是_______W。
預測2:(考查對電功率公式的理解和應用)
圖8所示為一玩具汽車上的控制電路,其電動機的線圈電阻為2 Ω,保護電阻R為8 Ω,當閉合開關S后,兩電壓表的示數分別為12 V和4 V,求:
(1)電路中的電流。
(2)電動機的功率。
預測3:(考查用電器額定功率與實際功率的關系)
某品牌電熱水壺的銘牌上標著如右表所示的數據。根據表格中的數據,可知此電熱水壺的電阻為多少?若在用電高峰時期用該電熱水壺燒水,電壓只有200 V,此時電熱水壺發熱時的功率為多大?
考點五:電熱及其作用
沖刺點金電流在電路中做功,電能轉化為內能的那一部分,稱為電熱,其公式Q=I2Rt適用于任何電路。注意兩點:①在電流所做的功全部用來產生熱量的情況下,Q=W=UIt=t。這里的條件是電功全部用來產生電熱,而電流所做的功全部用來轉化成熱的情況,也只有純電阻電路才成立,故上述導出公式只適用于純電阻電路。②在電流所做的功只有一部分用來產生熱量的情況下,如電動機正常工作時消耗的電能為W=UIt,產生的電熱為Q=I2Rt,則轉化為機械能的那部分能量為W-Q。若知道用電器將電能轉化為熱能的效率η(η
電與熱相結合的計算是近年來中考命題的主要方向,以日常生活中電和熱現象的實例為載體,將電學和熱學結合在一起是中考命題的熱點,是中考中的重中之重。隨著常規能源的日益匱乏,有關用電器的效率考題也正在成為中考出現的一個新亮點,預計2009年中考出現的幾率可能會進一步加大。
預測1:(考查電能與內能的轉化,在不計熱損失的情況下,消耗的電能等于產生的內能,即Q=W)
一電飯煲銘牌上標有“220 V1 100 W”的字樣,其原理圖如圖9所示。它有高溫燒煮和燜飯、保溫兩擋,通過單刀雙擲開關S進行調節,R為電熱絲。當開關S接高溫燒煮擋時,電路的功率為1 100 W;當開關S接燜飯、保溫擋時,電路的總功率為22 W。
(1)電飯煲在高溫燒煮擋時,開關S應與哪個觸點連接?
(2)電熱絲R的阻值多大?
(3)電飯煲燜飯、保溫1 min,電熱絲R產生的熱量為多少?
預測2:(考查電能與內能的轉化,在有熱損失的情況下,消耗電能的一部分等于產生的內能,即Q=ηW)
電視節目主持人,衣著光鮮,時尚靚麗,令人羨慕,其背后的艱辛卻鮮為人知。由于演播室燈光密集,室內氣溫往往很高,在炙熱燈光的“燒烤”下,看似風光無限的主持人其實也很不好受,幾個小時的節目下來,主持人往往會大汗淋漓。若一個高3 m,面積為40 m2的演播室,燈的總功率為20 kW,燈將電能的80%轉化為熱能,且熱能的10%被空氣吸收。查閱資料得知,空氣的密度約為1.3 kg/m3,空氣的比熱容約為103 J/(kg•℃)。現錄制一個0.5 h的節目,求:
(1)演播室內所有燈消耗的電能。
(2)演播室內所有燈散發出的熱量。
(3)演播室內空氣升高的溫度。
預測3:(通過電動機做功,考查電能與其他能量的轉化及能量守恒定律)
從能量轉化的角度看,電動機主要是把電能轉化為機械能,同時還有一部分能量在線圈中以熱量的形式散失掉。現實驗室有一個微型電動機,如圖10所示,銘牌上標有“12 V 3 W”的字樣。問:
(1)每分鐘該微型電動機消耗的電能是多少?
(2)若該微型電動機線圈的電阻是4 Ω,則線圈每分鐘產生的熱量是多少?
(3)這臺電動機每分鐘所做的機械功是多少?
考點六:生活用電
沖刺點金家庭電路由電能表、總開關、保險絲、插座、用電器及其開關幾部分組成。插座和各用電器之間是并聯,用電器和控制它們的開關之間是串聯,且開關應一端連火線一端連用電器,螺旋口燈座的螺旋套只能接在零線上。三孔插座比兩孔插座多出的那個孔要接地,通過三腳插頭與用電器的外殼相連,保證外殼與火線接通時的人體安全。生活中安全用電的原則是:不接觸低壓帶電體,不靠近高壓帶電體。不用濕手觸摸開關,不用濕抹布擦電器,不在電線上晾曬濕衣服,不在高壓線附近放風箏,電視天線不要靠近樹木,及時檢查電器的絕緣皮是否有破損等。發現有人觸電后,要切斷電源或用絕緣的東西把電線挑開;電路著火時,必須先切斷電源,切不可潑水救火。高大建筑要安裝避雷針,雷雨天不能在大樹下避雨,防止雷擊。家庭電路中電流過大的原因有兩個:①用電器的總功率過大;②發生短路。
以往的中考,重點考查生活中的安全用電原則、家庭中基本的電路連接和日常生活中用電事故的處理以及家庭電路中的故障分析。由于家庭電路與我們的生活息息相關,讓學生掌握安全用電知識,提高安全用電的意識,具有實際意義。預計今年的中考熱點是家庭電路中用電器的正確連接、生活中安全用電的知識和生活中出現用電事故的分析和處理。
預測1:(考查安全用電的原則)
用電安全是保證人民生命財產安全的基本原則。如圖11所示的現象中,符合安全用電原則的是()
預測2:(考查學生對家庭電路中開關、電燈、帶金屬外殼的用電器連接的掌握情況)
請在如圖12所示的家庭電路中,按照安全用電的原則,以筆畫線代替導線,將一個帶按鈕開關的螺口燈泡、一個電熱水壺接入電路。
預測3:(考查學生對用電器工作時的能量轉化問題的理解,明確家庭電路中發生火災的原因及發生電器火災時應怎么做)
洗衣機是我們日常生活中最常用的電器之一,如圖13所示。它工作時把電能轉化為______和______,在使用洗衣機洗滌時,要注意掏清衣褲口袋里的物品,并在投放衣物時控制合理的投放量。若洗衣機一次性投入衣物過多,渦輪被繩、帶、發卡等小物件卡住,會使洗衣機負荷過大甚至停止轉動,進而導致電線過熱,可能發生_________而起火。起火時應先________,再滅火。
考點七:電和磁
沖刺點金物體能吸引鐵、鈷、鎳等物質的性質叫磁性,具有磁性的物質叫磁體。磁體上磁性最強的部分叫做磁極,分別為南極(S)和北極(N)。同名磁極相互排斥,異名磁極相互吸引。
磁感線是形象地研究磁場的一種方法,它不是真實存在的線,是人們為形象地描述磁場而假想的一些曲線。磁體周圍的磁感線都是從磁體的北極出來回到磁體的南極。
奧斯特實驗表明通電導線周圍存在著磁場,且磁場方向與電流方向有關。通電螺線管的磁場和條形磁鐵的磁場一樣,其極性可以由安培定則來判定:先辨清繞線方向,標出螺線管上電流的環繞方向;用右手握住螺線管,讓四指彎向電流的方向;此時大拇指所指的一端即為通電螺線管的N極。將鐵芯插入螺線管中就做成了電磁鐵,螺線管的磁性強弱與通入電流的大小、線圈匝數的多少及是否插入鐵芯有關。電磁鐵的優點是磁性有無可以通過通斷電來控制;磁性強弱可以由電流的大小來控制;磁極方向可以由電流的方向來控制。
讓一個磁體接近一個通電導體就會產生磁力的作用。電動機就是利用通電線圈在磁場里受力轉動的原理制成的,在工作中把電能轉化為機械能。
閉合電路的一部分導體,在磁場中做切割磁感線運動時,導體中就產生感應電流,這種現象叫做電磁感應,產生感應電流的條件:第一,導體是閉合電路中一部分。第二,導體在磁場中做切割磁感線的運動。當導體平行于磁感線運動時,不產生感應電流;當導體放入磁場中不運動時,也不會產生感應電流。產生感應電流的方向和磁場方向、導體運動方向有關。發電機就是根據電磁感應現象制成的,工作時將機械能轉化為電能。
根據近幾年的中考題分析,這部分知識主要考查的是磁現象、電流對磁場的作用、電磁鐵、電磁感應。隨著人類社會的發展,能源危機和污染的日漸加劇,利用電磁感應知識產生清潔的電能將成為以后能源利用的一個重點方向。預計今年的中考熱點可能在磁現象、電流的磁場和電磁感應及應用上。
預測1:(考查磁化現象、利用安培定則判斷通電螺線管的磁場方向、磁感線方向的規定、影響電流的磁場的因素及磁極間的相互作用)
如圖14所示,在螺線管中插入一根鐵棒,通電后,鐵棒被_________________,請在圖中畫出磁感線的方向。當變阻器向左滑動時,彈簧的長度將________。(選填“伸長”或“縮短”)
預測2:(考查發電機的原理是電磁感應,明確什么是電磁感應現象)
據分析,由于中國經濟仍將保持高速增長,因此電力供需矛盾在近幾年將非常突出。為確保生產生活中用水、用電需求,許多單位、賓館飯店、居住小區甚至家庭都備起了發電機。圖15所示為一款家用小型發電機,其原理是___________________________________。它是由軸承及端蓋將發電機的定子和轉子連接組裝起來,使轉子能在定子中旋轉,做_______運動,從而產生______________。
課本對焦耳定律推導過程如下:
焦耳定律:電流做功時,消耗的是電能。究竟電能會轉化為哪種形式的能,要看電路中具有哪種類型的元件。
只含白熾燈、電爐等電熱元件的電路是純電阻電路。電流通過純電阻電路做功時,電能全部轉化為導體的內能。電流在這段電路中做的功W就等于這段電路發出的熱量Q,即
Q=W=IUt
由歐姆定律 U=IR
代入上式后可得熱量Q的表達式
Q=I2Rt (4)
如此引入,Q=W=IUt,U=IR兩式成立均需要條件:純電阻電路。學生很容易順理成章地認為焦耳定律的表達式Q=I2Rt,也是只適用于純電阻電路。雖然課本中對此表達式做了一些解釋:
在推導(4)式的過程中,我們用到了“Q=W”這個條件,它要求電流做的功“全部變成了熱”,也就是電能全部轉化為導體的內能。因此,(4)式中的“P”專指發熱的功率。
但仍不能讓初學者明顯地看出此式適用于任何電路。學生很容易去想既然Q=W=IUt,U=IR兩式成立均需要純電阻電路,那么對于非純電阻電路,為什么熱量的表達式仍然是Q=I2Rt?如何推導?教學中雖再三強調,和學生一起分析教材,學生還是很難正確理解。
當然課本中有從特殊到一般推廣的例子,比如靜電力做功只跟初末位置有關與路徑無關的特點。先讓學生研究勻強電場中靜電力做功的特點,進而告訴學生在一切電場中靜電力做功有相同的特點。如此處理是因為學生的數學知識跟不上,無法研究非勻強電場中靜電力做功的特點,不得不如此處理。并且有重力做功特點做對比,把靜電力做功特點由勻強電場推廣到一切電場,學生是容易接受的。而本節中,學生對于純電阻電路與非純電阻電路是有能力去研究的,哪些公式適用于純電阻電路哪些適用于一般電路學生是有明確認識的,再由純電阻電路推廣到一般電路學生接受起來比較困難,肯定會有一些疑問。
電學部分的計算在中考中的比重與力學部分相當,只要能夠充分理解并熟練運用相關公式及其原理就可以解決.不過,對于電學中的基本計算,同學們還應該認真對待、仔細體會,因為它不僅是中考直接考查的內容之一,也是解決復雜電學計算題的基礎.
復雜的電學計算題很令人頭痛,一般情況下,都需要首先分析電路,弄清電路連接的實質,然后再設法依據各種等量關系,列出相應的算式或方程式,最終解出要求的物理量.
(一) 有關歐姆定律的綜合計算
例5 一個電阻為20Ω的用電器正常工作時,兩端的電壓是12V,如果要使用電器在18V的電源上仍能正常工作,則:
(1)應在電路中串聯一個電阻,還是并聯一個電阻?畫出電路圖;
(2)這個電阻的阻值是多少?
解析:(1)應串聯一個電阻R2分壓,其電路如圖4所示;
點撥:歐姆定律是電學的基本定律和核心內容,在歷年中考試卷中所占比例都很大,是中考考查的重中之重.掌握歐姆定律及其公式和熟練運用歐姆定律分析解決簡單的串、并聯電路問題是中考命題的重點.伏安法測電阻實驗是這部分的一個主要基礎實驗,也是歷年中考的重要考查點.
(二)有關電能、電功率、電熱的綜合計算
例6電飯鍋的原理如圖5所示,煮飯時按下溫控開關S,使之與a、b接觸,紅色指示燈亮;飯熟后,溫控開關S自動斷開;當飯的溫度低于68℃時,開關S自動上升與觸點c接觸,電飯鍋處于低溫加熱狀態,黃色指示燈亮;溫度升至68℃時,溫控開關S自動斷開,如此反復.(紅、黃指示燈的電阻很小,計算時可忽略不計)
(1)試分析R1、R2各起什么作用.
(2)若煮飯時發熱板的功率為484W,而低溫加熱時發熱板的功率為4.84W,求R2的阻值.
解析:此題通過溫控開關的上下移動來改變電路的連接情況,以達到加熱、保溫的目的.可分別畫出等效電路圖,然后分別在各圖中進行分析、求解.電飯鍋的工作原理圖略顯復雜,解題時可根據電路情況適當簡化,使之方便解題.
(1)當S與a、b接通時,等效電路如圖6所示,R1跟紅燈串聯,然后與發熱板并聯,紅燈所在的支路不影響發熱板的功率.紅燈起煮飯狀態的指示作用,本身電阻很小,必須串聯一個較大的電阻R1,所以R1起分壓限流保護紅燈的作用.
當S與c接觸時,等效電路如圖7所示.R2、黃燈、發熱板串聯,R2分去一部分電壓,使發熱板的功率減小,電飯鍋處于低溫加熱狀態,所以R2起分壓降低發熱板功率的作用.
點撥:這是一道典型的應用類計算題.應用類計算題信息量大,內容豐富,給出信息的形式多種多樣,既可以是文字,也可以是圖表、圖像等.題中的物理過程、已知條件以及要解決的問題往往具有隱蔽性,因此,要解決這類問題首先要認真讀題,理解題意,了解問題的背景,挖掘隱含條件,抓住問題的實質,然后再運用學過的物理知識去解決問題.
三、熱學部分
中考中熱學計算的比例較之力學、電學部分要小一些,但是,同樣不可忽視.熱學計算主要依據的公式有:
(1)燃料燃燒放熱:Q=qm(q表示熱值)
(2)物質升溫吸熱: Q吸=cm(t-t0)=cmt升
(3)物質降溫放熱: Q放=cm(t-t0)=cmt降
(4)熱平衡方程: Q吸=Q放
例7 賣火柴的小女孩在嚴寒中只能靠點燃火柴取暖.一根火柴的質量約為0.065g,火柴的熱值平均為1.2×107J/kg,求一根火柴完全燃燒能使1m3的空氣溫度升高多少攝氏度?〔已知空氣的密度為1.3kg/m3,比熱容為1×103J/(kg?℃)〕
解析:設火柴完全燃燒釋放的熱量全部被空氣吸收,由Q吸=Q放得:
Q放=qm2
=1.2×107J/kg×6.5×10-5 kg
=7.8×102J
完全燃燒一根火柴能使1m3的空氣升高的溫度:
根據Q吸=cm(t-t0),Q吸=Q放得
點撥:本題把燃料燃燒的放熱公式、熱量的計算公式與密度知識結合起來,具有一定的綜合性.應用公式時要注意其適用條件和范圍.
四、綜合計算
例8圖8是一種測量小汽車油量裝置的原理圖.壓力傳感器R的電阻會隨所受壓力大小發生變化,油量表(由電流表改裝而成)指針能指示出油箱里油的多少.已知:壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表3所示.
若壓力傳感器R的上表面面積為5cm2,汽油熱值為4.6×107J/kg,汽油密度為0.71×103kg/m3,電源電壓為6V,g=10N/kg.請回答:
(1)當油與油箱總重為600N時,壓力傳感器R受到的壓強多大?
(2)若油箱內的油為10kg時,汽油完全燃燒放出的熱量是多少?
(3)如果空油箱的質量為5.8kg,油量表指針指向2×10-2m3時,電路中電流是多少?
解析:(1)(2)兩問較簡單,(1)p=1.2×106Pa;(2)Q=4.6×108J.
(3)油量表指針指向2×10-2m3時,箱內汽油質量為:m油=ρV=0.71×103kg/m3×2×10-2m3=14.2kg,
油和箱的總質量:m=m油+m箱=14.2kg+5.8kg=20kg,
總壓力F=20kg×10N/kg=200N.
近幾年來,中考物理計算題的形式越來越多,但是任何形式的題都不能脫離相關的基礎知識,因此,希望同學們能夠腳踏實地地學好基礎知識,并盡可能地把基礎知識運用于現實生活中,實現知識的飛躍.最后祝同學們在中考中取得理想的成績.
一、創設情境,激發體驗
學生在此前沒有接觸過有關控制變量的內容。在正式講解用控制變量法掌握歐姆定律之前,教師可以在教學的開始階段開展比較淺顯的探究活動,通過調動學生們的積極性,成功引入這種新的思想。這樣的方法,可以給學生提前創設出應用的氛圍,提前感知,在大腦中形成淺顯的印象,激發學生體驗。
在引入歐姆定律的時候,我訓練學生運用控制變量法,通過教師的簡單引導,讓學生們自己設計,培養學生探究科學方法的意識。在課堂上,我首先展示了一個簡單的發光小燈泡電路,讓學生去改變電路中的某個條件讓燈泡變暗。有學生們說減少電池的數量,這樣通過改變小燈泡的電壓U進而讓燈泡變暗。我問學生們在這種情況下,電路中還有什么發生了變化,學生回答:電壓U變小了,在電路中電阻R不變的情況下就會讓電流I變小。也就是說,在其他條件不變的情況下,改變小燈泡兩端的電壓U就會影響燈泡兩端的電流I,進而改變燈泡的亮度。我讓學生們再想想其他的方法,有學生說在電路中加一個滑動變阻器,這樣通過改變電路中的總電阻R,從而改變電流。學生說的這兩種方法都是正確的,教師就應該讓學生在課堂上多發言,提高他們在課堂的主體地位。學生其實已經有控制變量法的思想了,只是還沒有進行系統的認識,不懂得在其他方面應用。教師先提供給學生新的探究情景,讓學生開動腦筋,既能訓練他們的思維,還能激發他們對之后探究的熱情。
學生通過探究電阻R和電壓U對電流I的影響,逐漸的萌生出控制變量的思想。在此種情景中,雖然只是簡單的認識,但是已經提高了學生的思維活躍性,讓學生認識到物理實驗的有趣,產生參與的想法。學生從熟悉的電路入手,積極地參與到課堂教學中,有利于活躍課堂氣氛。
二、演繹探究,形成認知
學生了解了控制變量法的使用情況,教師就可以在實際操作中引導學生運用控制變量法,去研究各項因素是怎樣影響物理量的。教師通過在課堂上設計探究實驗,讓學生體驗控制變量法,進一步深入了解這個科學方法。
在探究歐姆定律的時候,我進一步問學生:“小燈泡的電阻會改變嗎?”學生回答:“小燈泡是白熾燈,它的電阻R會隨著溫度的變化而變化。”這是我讓學生提前閱讀教材的結果。這樣做能夠讓學生在聽講的時候變輕松。所以我讓學生選用定值電阻,來探究定值電阻I和導體兩端電壓U之間的關系。為了不老是換電池,有學生提出在電路中加一個滑動變阻器,這樣既可以保護電路還能改變定值電阻兩端的電壓U。學生自己動手實驗,及時記錄電流表和電壓表的數據I1,U1,教師在旁邊指導。學生每改變一次滑動變阻器的阻值,都可以得到一組新的數據。學生記錄完數據之后,根據剛才的實驗,我讓他們用圖像法來研究,畫出I-U的圖像,得到了當電阻不變時,電流I和導體兩端的電壓U是成正比的結論。在整個探究的過程中,首先要讓學生考慮影響整個實驗的其他因素,排出了這些因素,然后進行研究,再通過記錄數據進行分析,最終通過圖像等輔助工具來得出結論。
歐姆定律是電學的一個基本規律,學生在探究的時候正確地運用了滑動變阻器,大大降低了實驗的難度。學生和老師一起合作完成實驗設計,學生既動手又動腦,課堂變得生動活潑,教學的效率大大提高。
三、建立概念,引導歸納
在學習了控制變量法之后,為了能讓學生進一步的深化理解、建立控制變量法的概念,教師可以讓學生使用這種方法去驗證其他的公式。我突破教材的限制,增加了一個補充實驗:讓學生探究電阻的計算公式R= ,來加深他們對這種方法的印象。
這次我讓學生自己去設計實驗,學生你一言我一語的積極發言,基本把實驗的步驟說全了。之后我讓學生用實驗來檢測,學生借助之前研究歐姆定律的電路圖,這次通過更換定值電阻的電阻絲,得到幾組電壓表和電流表的示數IX、UX。我給學生提供了相同電阻率,不同橫截面積的電阻絲,通過在課堂上隨機剪斷電阻絲來改變長度L。有的學生研究的是保持電阻的長度不變探究橫截面積和電阻之間的關系,有的學生研究的是保持電阻的橫截面積相同探究電阻的長度和電阻之前的關系。在學生將得到的數據IX、UX進行整理,算出電阻絲的電阻R之后,再去做R-S和R-L的圖像,就可以去檢測公式R=的正確性。學生運用控制變量法,發現電阻絲的電阻R和長度L成正比,和橫截面積S成反比。通過檢測,驗證了控制變量法的必要性,學生就可以通過這兩個實驗去體會控制變量法在探究實驗中的應用,將這個方法融入到自己的思想中去。
最后我告訴同學們,要在實驗中正確地找到自變量和因變量,就必須理清哪個量的改變是由于誰的變化而變化的。只要學生們掌握了這樣的邏輯關系,分清自變量和因變量,就能很好地運用控制變量法了。
四、開放試題,學以致用
物理知識不是只靠教師的講解就能讓學生掌握的,要想讓學生將這些知識真正地內化,做題是唯一的途徑。在做題的過程中,學生才能發現自己的問題,在聽講的過程中并不一定能夠發現這些問題,通過練習才可以提高運用知識的能力。
控制變量法的考查多設置在實驗題中,我以“密度”為載體,讓學生進行練習。物體的密度公式為p=―,不難發現:同種物質組成的物體,質量與體積成正比;不同種物質組成的不同物體,質量一定時,密度與體積是成反比的。就通過這一結論來做題。首先題目中給出了四個物塊,鋁塊1的質量為54g,體積為20cm3,密度為2.7g/cm3,鋁塊2的質量為108g,體積為40cm3,松木1的質量為108g,體積為216 cm3,密度未知,松木2的質量為10g,體積為20 cm3,密度為0.5 g/cm3。松木的密度很容易就能求得,為0.5 g/cm3。通過比較兩個鋁塊,可以發現質量和體積有什么關系?不難發現,兩個物塊的密度是相同的,根據公式m=pV,可知兩者是呈正比關系的。通過比較鋁塊2和松木1,質量相同的不同物質,密度和體積是什么關系?顯然體積是不同的,因為密度不同,在質量相等的情況下,密度越大,體積越小。通過比較鋁塊和松木,可以得出什么結論?這兩種物體的質量、體積、密度都不一定相同,完全可以寫“同種物質的密度是一樣的”“不同物質的密度一般是不一樣的”。就這道題來說,就是運用了控制變量法,鋁塊1、鋁塊2的密度是相同的,當質量增大一倍,體積也會相應的增大一倍。而對于鋁塊2和松木1,兩者的質量是相同的,根據對應關系m=pV,就可知松木的密度會小。這道題雖然簡單,學生通過觀察數據,已經慢慢地在接觸這種研究方法。在之后練習到難的問題時,就會有堅實的基礎,比如探究壓強、液體?炔康難骨康奈侍猓?學生必須分析不同的數據,然后進行整合,才能解決問題。
一、電磁學教材的整體結構
電磁運動是物質的一種基本運動形式.電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用.其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等.為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的.透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學.對此,應從以下三個方面來認真分析教材.
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來.只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力.
場的方法是研究電磁學的一般方法.場是物質,是物質的相互作用的特殊方式.中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容.
“路”是“場”的一種特殊情況.中學教材以“路”為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等.
“場”和“路”之間存在著內在的聯系.麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的.“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法.
2.物理知識規律物
理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系.
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來.物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的.但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性.
第二冊第一章“電潮重要的物理規律是庫侖定律.庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小.其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的.歐姆定律的運用有對應關系.電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體.
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念.
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律.在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線.本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎.電磁感應的重點和核心是感應電動勢.運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步.麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步.
3.通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的.大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著.電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用.運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場.磁體的周圍也存在著磁場.磁場也是一種客觀存在的物質.磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用.現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態.
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用.所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的.麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場.電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.
從場的觀點來闡述路.電荷的定向運動形成電流.產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場.導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處.導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷.當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止.
二、以“學科體系的系統性”貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題.第一章“電潮是學好電磁學的基礎和關鍵.電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念.電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段.要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解.
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用.在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等.場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度.在電場中用電場力做功,說明場具有能量.通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了.
3.認真做好演示實驗和學生實驗,使“潮抽象的概念形象化,通過演示實驗是非常重要的措施.把各種實驗做好,不僅使學生易于接受知識和掌握知識,也是基本技能的培養和訓練.安排學生自己動手做實驗,加強對實驗現象的分析,引導學生從實驗觀察和現象分析中來發展思維能力.從物理學的特點與對中學物理教學提出的要求來看,應著力培養學生的獨立實驗能力和自學能力,使知識的傳授和能力的培養統一在使學生真正掌握科學知識體系上.