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關鍵詞:歐姆定律;教學設計;傳感器;DIS 線性元件;非線性元件;伏安特性;屏幕廣播
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2015)6-0073-6
1 教學內容分析
(1)教材分析:“人教版”高中物理(選修3-1)第二章《恒定電流》中的第3節《歐姆定律》,教材首先回顧了初中學過的電阻的定義式及歐姆定律,然后重點闡述了導體的伏安特性,并分別描繪了小燈泡、半導體二極管的伏安特性曲線,對比了它們的導電性能。
(2)《課程標準》要求:①觀察并嘗試識別常見的電路元器件,初步了解它們在電路中的作用;②分別描繪電爐絲、小燈泡、半導體二極管的I-U特性曲線,對比它們導電性能的特點。
2 教學對象分析
(1)學生在初中已經學習過的電阻的測量、電壓的調節等電路的相關基礎知識,為本節實驗方案設計打下了基礎;
(2)初中已經學習過的歐姆定律基礎知識,為歐姆定律的深化理解起了鋪墊作用;
(3)學生具備了一定的探究能力、邏輯思維能力和歸納演繹能力。
3 教學目標
3.1 知識與技能
(1)了解線性元件及其特點;
(2)理解歐姆定律及其適用條件;
(3)了解非線性元件及其特點。
3.2 過程與方法
(1)通過親歷“導體伏安特性曲線”描繪的全過程,進一步熟知科學探究的各環節;
(2)通過描繪導體伏安特性曲線,體會圖線法在物理學中的作用;
(3)初步掌握傳感器、DIS(數字化信息系統)的操作和使用方法。
3.3 情感態度與價值觀
(1)通過使用傳感器和DIS(數字化信息系統),增強數字化、信息化科學意識;
(2)通過與同學的討論、交流、合作,提高學生主動與他人合作的意識;
(3)通過多媒體教學網絡廣播系統共享實驗結果,享受分享和成功帶來的喜悅、提高學生合作共享意識。
4 教學重點
(1)線性元件與歐姆定律
(2)線性伏安特性曲線的理解與應用
5 教學難點
(1)實驗方案的設計與電路連接、DIS(數字化信息系統)的使用;
(2)非線性伏安特性曲線的理解與應用。
6 教學策略設計
6.1 《課程標準》要求
(1)觀察并嘗試識別常見的電路元器件,初步了解它們在電路中的作用;
(2)分別描繪電爐絲、小燈泡、半導體二極管的I-U特性曲線,對比它們導電性能的特點。
這是采用傳統的教學手段一課時不可能實現的教學目標!而采用傳感器和DIS(數字化信息系統)獲取導體的伏安特性曲線,利用現代化信息技術,不僅大大提高了課堂教學效率,而且增強了學生數字化、信息化科學意識。
6.2 本節課設計了四個探究環節
(1)探究環節一:描繪金屬導體(合金絲繞成的5 Ω、10 Ω電阻)伏安特性曲線
該環節包括實驗設計、電路連接、數據收集、數據的圖線法處理,得出金屬導體的伏安特性曲線是“過原點的直線”的實驗結論。其中,包含了科學探究的“提出問題、設計實驗、數據收集、分析論證、結論評估”諸多環節,使學生進一步熟知科學探究的各環節。
(2)探究環節二:線性元件與歐姆定律
(3)探究環節三:描繪小燈泡(二極管)的伏安特性曲線
(4)探究環節四:非線性元件與非線性伏安特性曲線的理解與應用
其中,環節一、三均采用兩組差異化的實驗器材――合金絲繞成的5 Ω與10 Ω電阻,小燈泡與二極管。這樣設計,既提高了實驗效率,又使實驗具有了普遍性。而通過尋找兩組不同曲線的異同,又能自然總結出線性元件、非線性元件的概念和特點。
6.3 本節課采用小組合作形式
使學生通過與同學的討論、交流、合作,提高學生主動與他人合作的意識;通過多媒體教學網絡廣播系統共享實驗結果,享受分享和成功帶來的喜悅,提高學生合作共享意識。
7 教學設備
25組描繪導體伏安特性曲線器材、“友高”數字化實驗系統、多媒體教學網絡廣播系統、多媒體課件展示、實物投影儀、半波全波整流、濾波線路板。
8 教學過程
引入新課
【教師】
實物投影:整流、濾波線路板,介紹元件、功能。
引入課題:該線路板為何能實現如此神奇的功能呢?那就要求設計者對各元件的性能非常了解,而導體的伏安特性就是其中一項重要的性能。
【學生】
觀察、思索、好奇、興奮。
【設計說明】
激發學生研究導體伏安特性的興趣。
新課教學
探究環節一:描繪金屬導體伏安特性曲線
(一)提出問題
【教師】
(1)今天我們就首先探究金屬導體(合金絲繞成的5 Ω、10 Ω電阻)的伏安特性。
(2)劃分四個研究小組,每組六臺電腦。
【學生】
熟悉小組成員,選出小組長。
【設計說明】
小組合作。
(二)設計實驗
(1)方案設計
【教師】
導體的伏安特性曲線――用橫軸表示電壓U,縱軸表示電流I,畫出的I-U圖線叫做導體的伏安特性曲線。
注意解決三個問題:
①如何測量導體的電流、電壓?
②如何改變導體的電流、電壓?
③怎樣描繪導體的伏安特性曲線?
【學生】
分組討論:
①達到實驗目的所需的實驗器材;
②畫出實驗電路圖、概述實驗方案。
【設計說明】
①提高學生的實驗設計能力;
②利用學生在初中已經學習過的電阻的測量、電壓的調節等電路的相關基礎知識。
(2)方案論證
【學生】
小組長說明實驗器材。
【教師】
展示實驗器材實物圖(圖1)。
【學生】
小組長投影實驗電路、簡述實驗方案。
【教師】
展示實驗電路(圖2)。
(3)方案改進
【教師】
在數字化時代,我們利用電壓傳感器、電流傳感器替代電壓表、電流表,利用“友高”數字化實驗系統替代手工記錄和坐標紙來完成此實驗探究(圖3)。
【學生】
閱讀《描繪導體伏安特性曲線》操作指南。
【設計說明】
采用傳感器和DIS,提高效率,完成傳統實驗器材不可能完成的任務。
(三)數據收集
(1)分組實驗
【學生】
分組實驗:1、2組10 Ω電阻;3、4組5 Ω電阻,同組成員相互協作。
【教師】
①指導學生打開軟件、實驗模板、傳感器調零,按操作指南要求收集數據、保存實驗,暫不關閉等待分享實驗數據(圖4)。
②巡回指導。
④利用多媒體網絡廣播系統了解各組實驗進度情況。
(2)成果分享
【教師】
通過廣播系統向全體同學展示4個小組的實驗結果。
【學生】
觀察、對比。
【設計說明】
采用兩組差異化的實驗器材,既提高了實驗效率,又使實驗具有了普遍性。而通過尋找兩組不同圖線的異同,又能自然總結出線性元件的概念。
(四)結論評估
【教師】
請分析兩圖線的異同。
【學生】
(1)兩圖線均為過原點的直線――線性元件。
(2)兩圖線的斜率不同――電阻值不相等。
探究環節二:線性元件與歐姆定律
(一)線性元件
【教師】
(1)金屬導體的伏安特性曲線是通過坐標原點的直線,具有這種伏安特性的元件稱為線性元件。
那么,線性元件有什么特點呢?
【學生】
觀察、思考后回答。
(2)通過同一線性元件的電流強度與加在導體兩端的電壓成正比。
【教師】
展示兩個電阻的伏安特性曲線(圖5)。
【學生】
觀察、思考后回答。
(3)電壓一定時,通過導體的電流強度與導體本身的電阻成反比。
【教師】
線性元件這兩大特點你聯想到哪條規律?
【學生】
齊答:歐姆定律。
【設計說明】
線性元件與歐姆定律兩知識點自然銜接。
(二)歐姆定律
【教師】
內容:通過導體的電流強度跟加在導體兩端的電壓成正比,跟導體本身的電阻成反比。
適用范圍線性元件金屬導體電解液純電阻電路
【學生】
回顧、歸納。
【教師】
情感教育:介紹歐姆及其實驗裝置(圖6),闡述原創性實驗的開拓性及對科學發展的重大影響!
【學生】
好奇、興奮。
探究環節三:描繪二極管小燈泡伏安特性曲線
(一)提出問題
【教師】
下面我們分四小組、兩大組分別描繪二極管和小燈泡的伏安特性曲線。
【學生】
更換器材、連接電路(圖7)。
(二)數據收集
(1)分組實驗
【學生】
分組實驗:1、2組二極管;3、4組小燈泡,同組成員相互協作。
【教師】
①指導學生打開軟件、實驗模板、傳感器調零,按操作指南要求收集數據、保存實驗,暫不關閉等待分享實驗數據。
②巡回指導。
③利用多媒體網絡廣播系統了解各組實驗進度情況。
(2)成果分享
【教師】
通過廣播系統向全體同學展示4個小組實驗結果。
【學生】
觀察、對比。
【設計說明】
采用兩組差異化的實驗器材,提高了實驗效率,而通過尋找兩組不同圖線的異同,又能自然總結出非線性元件的概念。
(三)結論評估
【教師】
請分析兩圖線的異同(圖8)。
【學生】
(1)兩圖線均為曲線――二極管為非線性元件。
(2)兩圖線的彎曲方向不同――二極管的電阻隨電壓升高而減小;鎢絲的電阻隨電壓升高而增大。
(四)知識點辨析
【教師】
鎢絲(小燈泡燈絲)屬于金屬導體,但其伏安特性曲線為何呈現曲線?(圖9)
【學生】
因為燈絲溫度變化范圍過大。
【教師】
動畫:手工繪制鎢絲伏安特性曲線。
可以看出:曲線起始端溫度變化很小,呈現線性。
探究環節四:非線性元件
(一)非線性元件的概念
【教師】
(1)氣態導體和二極管的伏安特性曲線不是直線,這種元件稱為非線性元件。
(2)對非線性元件,歐姆定律不適用。
(3)非線性元件的電阻除了由材料本身決定外,還與加在其兩端的電壓有關。
【學生】
觀察、思考。
【設計說明】
實驗與知識點自然銜接。
(二)非線性伏安曲線的理解與應用
(1)跟蹤練習――非線性伏安曲線的理解
【教師】
①小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖10所示,P為圖線上一點,PN為圖線在P點的切線,PQ為U軸的垂線,PM為I軸的垂線,則下列說法中正確的是( )
(2)拓展練習――非線性伏安曲線的應用
【教師】
②一小燈泡的伏安特性曲線如圖11所示,將該燈泡與一個R=6 Ω的定值電阻串聯,接入輸出電壓U=3 V的恒壓電源,如圖12所示,試求通過小燈泡的電流強度。
【學生】
解析:在小燈泡的伏安特性曲線中做出U=3-6I 的圖線(圖13)。
從兩圖線的交點求出通過小燈泡的電流強度為I = 0.22 A。
【設計說明】
拓展學生解題思路,增強學生圖線法解決問題的意識!
課堂小結
【教師】
引導學生回顧、歸納總結。
知識小結:線性元件、歐姆定律、非線性元件。
方法小結:實驗探究、圖線法、數字化。
【設計說明】
比知識更重要的是方法!
作業布置
【教師】
(1)課本P48頁2、3、4題。
(2)請你設計一套描繪二極管完整伏安特性曲線(含正、反向電壓)的方案。
(3)網上查閱歐姆定律的發現歷程。
【設計說明】
三道作業分別對應“知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀”三維目標。
參考文獻:
[1]張金權.DIS數字實驗系統與物理探究教學整合的策略[J].物理教學探討,2013,(11):56.
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______________。
關鍵詞:制定目標;回顧知識;方法指導;精選;培優補差
G633.7
復習是教學中的一個重要環節,其主要任務是使學生鞏固和加深理解所學基礎知識、使其系統化。還包括對各種能力進行訓練和再提高。鞏固掌握的知識是繼續學習和靈活運用知識的前提。要鞏固掌握的知識,必須跟遺忘作斗爭,教育心理學告訴我們,在認識新知識的時候,遺忘也就同進開始,而且在開始時,遺忘的分量多,速度快,以后則遺忘的分量少,速度變慢,所以學習不僅必須復習,而且還要及時復習。
復習課的困難在于教學內容基本上都是學生學過的,處理不好,就往往會乏味。如何復習,怎么有效地進行復習,才能使相關聯的知識進行很好的串聯與銜接,這直接關系到學生的中考成績。因此上好一堂復習課,必須從以下幾個方面入手:
一、認真鉆研新課程標準,制定合理的復習目標
新課程標準給教師提供了教學參考,在進行復習的同時,一定要緊扣課本,真正做到有的放失。復習目標要針對所學內容和學情來制定,不能太高,如果太高不適合學生的發展與認知水平,也不能太低,如果太低,學生的能力得不到提高。
二、根據設定的目標,回顧所學知識。
基礎知識是解決問題的基礎,如果對基礎知識不理解,或不了解,復習效果一定不理想,所以要想上好復習課,基礎知識的復習是缺少不了的。應根據自己所設定的目標及目標中所達的程度,合理的安排好基本概念的復習,公式的理解,各個知識點之間的聯系。例如,對歐姆定律復習時,需要讓學生了解電流、電壓和電阻的概念,以及三個物理量各自的符號、單位及單位的換算,包括這三個物理量在串、并聯電路中的規律等等。若將相關聯的知識串聯起來,還需要畫出與歐姆定律內容相關的思維導圖,它能幫助學生去理解與鞏固歐姆定律的知識。針對這一目標,學生所要掌握的內容比較多,例如,學生要會畫探究電流與電阻、電壓關系的電路圖,會連接實物圖,會選擇合適的方法進行研究,會使用電流表、電壓表和滑動變阻器,會用自己的語言描述所得出的結論,分清歐姆定律表達式及它的變形式,歐姆定律表達式中各個物理量的關系等。
三、注重知識的應用,注重解題方法的指導
物理解題是復習的有效手段之一,在這一過程中要讓學生的能力達到一定的程度,教師必須做到以下幾點:
1.精選練習
提高學生思維和解題能力是習題課的核心任務.要達到這個目的,習題的選擇是關鍵。選題前要做到“三了解”――了解課程標準,了解教材內容,了解學生。教師要參照新課程標準,認真鉆研教材,對課本或選出的題目進行分類,所選題目的形式要多樣,份量要恰當,難易程度要適宜,所選的題目要注意聯系實際,聯系社會,還要注意習題的一題多解,習題的變式,注重對學生能力的培養。同時所選習題既要照顧各個知識點,又要有梯度有層次,這樣才能調動各類學生的積極性。通過練習、講評、概括、歸納和總結。找出解決問題的思路和技巧,將知識轉化成能力,從而提高學生的綜合素質和應試能力。否則練習過繁、過多,會使學生陷于題海,難于應付。
2.精講練習
講解習題是整個課堂的主要過程,怎么講解習題,采用什么樣的方式講解,關系到課堂的效率,我覺得上好一節復習課必須要考慮以下幾點
首先,養成學生審題的習慣。通過解題可以使學生進一步掌握物理概念、定律及公式的意義。學生解好題,必須審好題,審題主要是弄清題意,明確題中已知是什么,要求是什么,題目中涉及哪些概念和規律,以及解答本題的基本途徑。通過審題學生可以從題目中找到一些有用的信息,特別是題目中存在的隱含條件,及找到解決問題的突破口。
其次,講解習題時,要形式多樣,方法多樣。每種教學方法就其本質來說都是相對辨證的,它們都既有優點又有缺點。每種方法都可能有效地解決某些問題,而相對于解決別的問題則不一定有效,每種方法都可能會有助于達到某種目的,卻妨礙達到別的目的。為適應不同學生的需要,教學方法應提倡多樣性,應根據不同的教學目標,不同學生的心理特征和學生的知識基礎,將題目分類,提高學生概括能力。v解題目時,重點要突出,難點要突破。只有精講,學生才有時間練習,切不可一講到底,導致學生的思維容易混亂,學生不容易概括出解某種題型所需的方法。講解每一個類型題目時,教師可以邊講邊練,講練結合的方式,讓學生熟悉一種解題方法,總結解決這類題目的方法,然后再利用自己總結的方法去解同樣類型題,提高自己的解題能力。
最后,樹立學生的自信心。初三學生面臨著中考,普遍學生感到中考高深莫測,是因為他們對中考題目的難易程度不了解,如果教師選擇與之相類似的中考題讓學生練習,他們會發現中考題不是難的,憑自己的能力完全可以解決這些題目,無形之中增強了他們的自信心。
四、培優補差
課堂復習要立足中等生,提高優等生,扶持學困生。復習進度和教法以中等學生水平為基點。要求中等學生按教師的安排進行系統的復習,注意能力方面的培養和提高。對優等學生要發揮他們的學習優勢;對差生發現閃光點,及時給予表揚和鼓勵,使他們增強學習物理的信心,提高復習物理的積極性和主動性。
五、重視物理實驗,將實驗探究引入復習課堂
下面就本人在教學中遇到的問題舉例分析.
一、動態電路問題
例1圖1所示電路,電源電壓不變.在滑動變阻器的滑片P移動的過程中,電壓表的示數變化范圍是0~5 V,電流表的示數相應的變化范圍是1.0~1.5A,求:(1)R2的阻值;(2)電源電壓是多少伏?
解析第一問,求R2的阻值.R2是滑動變阻器,所以第一問就是求滑動變阻器的最大阻值,那應該怎么辦呢?知道了滑動變阻器兩端的電壓,再知道通過它的電流,就可以求出來了.可是已知條件并不沒有給出,“在滑動變阻器的滑片P移動的過程中,電壓表的示數變化范圍是0~5 V,電流表的示數相應的變化范圍是1.0 A~1.5 A”,那么電壓表什么情況下是0 V,什么情況下是5 V呢?接下來我們首先要弄清楚這個電路是什么連接方式,通過判斷,這是一個串聯電路(R1與R2串聯),電流表測電路中的電流,電壓表測的是R2兩端的電壓.說到這,仔細的同學可能有疑問了,這個滑動變阻器連了3個接線柱呀,反復看電路后發現黑色部分被局部短路(即滑片P右邊的電阻被短路了),這里考查局部短路的連接,因此更準確的應該說電壓表測的是R2接入電路部分電阻的電壓U2.
既然是串聯電路,電路的總電阻就等于各個用電器電阻之和.當滑片P滑至最左端時,滑動變阻器接入電路中的電阻為0,所以此時的電流是最大的,即I=1.5 A;當滑片P滑至最右端時,滑動變阻器接入電路中的電阻為最大阻值,此時總電阻也增加了,電源電壓不變的情況下,根據歐姆定律,電路中的電流是最小的,即I′=1.0 A,又根據分壓規律可知,滑動變阻器兩端的電壓為最大U2=5 V,接下來根據歐姆定律可得出
R2max=U2 I′=5 V1.0 A=5 Ω.
第二問,求電源電壓U.根據上面的分析可知道,在滑片P滑至最左端時,電路中只有R1連入電路,所以電源電壓U=I?R1,因為R1未知,所以無法求解;在滑片P滑至最右端時,滑動變阻器是最大阻值,此時R總=R1+R2max,所以電源電壓U=I′R總= I′(R1+R2max),R1還是未知,還是沒法得出答案.所以只要求出R1就能得出.從上面的分類討論情況,我們可以知道I?R1= I′(R1++R2max),只有R1是未知,其他都是已知的,可以求出來R1=10 Ω,然后再代入任何一個求電源電壓的式子,就可以求出U=15 V.
二、串并聯電路的特點
例2如圖2所示,電源電壓12 V,R2=20 Ω,當S1、S2合上時,電流表示數為0.8 A,當S1、S2斷開時,電流表示數為0.2 A,求R1和Rs的阻值分別是多少?
解析電路題目首先第一步要做的就是分析電路的連接方式,即是串聯還是并聯.
第一問求R1的阻值
當S1、S2合上時,Rs被短路,此時R1和R2并聯,電流表測的是干路的電流,即I=0.8 A.
根據并聯電路電壓的規律,并聯電路中,各支路兩端的電壓相等.所以U=U1=U2=12 V,接著根據歐姆定律可得,通過R2的電流I2=U2R2=12 V20 Ω=0.6 A.
又根據并聯電路電流的規律,并聯電路干路中的電流等于各并聯支路中的電流之和,因此通過R1的電流
I1=I-I2=0.8 A-0.6 A=0.2 A.
最后根據歐姆定律的變形公式R=UI可得,
R1=U1I1=12 V0.2 A=60 Ω.
第二問求Rs的阻值
當S1、S2斷開時,R2和Rs串聯連接,電流表測電路中的電流,即I′=0.2 A.因為要求Rs的阻值,這里已知條件給出了電源電壓U,還通過分類分析,知道此時的電流I′,根據歐姆定律的變形公式R=UI可得出串聯電路的總電阻
R總=U I′=12 V0.2 A=60 Ω.
從串聯電路的電阻規律,我們知道
Rs=R總-R2=60 Ω-20 Ω=40 Ω.
三、物體的浮沉條件及應用
例3把一個小球輕輕放入盛滿水的容器中,溢出100 g水,則小球質量
A.一定等于100 gB.大于或等于100 g
C.小于或等于100 gD.一定大于100 g
解析很顯然這是一道考查阿基米德原理和物體浮沉條件的綜合應用題,從“盛滿”、“溢出”關鍵詞可以判斷出溢出的水就是排開的水,有阿基米德原理可知F浮=G排,但試題給出的提干中沒有說明小球的沉浮情況.
[關鍵詞]物理課 學生 主動性
[中圖分類號]G427[文獻標識碼]A[文章編號]1009-5349(2011)10-0165-01
在實施素質教育的今天,教師應大膽地放手,把學習的主動權交給學生。課堂是學生學習的主陣地,也是學生掌握知識,增強能力,完成個體社會化過程的重要場所。教師在課堂上扮演著怎樣的角色,極大地影響和制約著學生的整體素質。要充分發揮學生的主動性,全面提高學生的綜合素質。作為教師的我們,不妨嘗試著把課堂這塊學習的主陣地讓給學生。
一、把講臺讓給學生
初中物理新教材圖文并茂,貼近生活,非常適合學生閱讀自學。作為教師應該扮演好“引導者”的角色,在“引”字上下功夫,把課堂上更多的時間留給學生,誘發他們去思考、探索、發現、表現,以達到自我學習、自我教育的目的。如學習“歐姆定律”時,首先,讓學生閱讀有關歐姆發現歐姆定律的資料,激發學生的學習積極性;其次,引導學生結合實驗動手操作,利用小組合作學習,時機成熟后,請學生到講臺上演講,其他學生討論質疑,教師可幫助補充,以達到師生互動的目的;最后,教師要引導學生討論問題,體會實驗的內涵,如為什么實驗中用定值電阻而不用小燈泡?為什么使用滑動變阻器?實驗中要改變哪些量?在數據對比中理解記憶,效果會更佳。
認識自然是為了更好地改造自然。學習物理重在應用,教材中利用物理知識規律解釋自然現象的問題很多,要借用這類素材,讓學生登臺演講,培養學生的思維能力和語言表達能力。這樣,不僅能突出學生的主體意識,而且使學生從被動學習轉為主動參與。一旦學生對所學知識產生了濃厚的興趣,就不會感到學習是一種負擔。要讓學生愉快地學習物理,關鍵是激發學生的學習興趣,讓學習有動力。
二、把黑板讓給學生
幾十年來,黑板一直是為教師所用,學生只有擦黑板的份兒。課改后,我們倡導發揮學生的主體作用,講臺讓給了學生,黑板理所當然也得讓給學生。其實板演不僅是檢驗學生知識水平,應變機智的手段,也是教師了解學生,反饋信息的依據,教師在課堂板演中要持之以恒,以鞏固提高,激勵進步為目的,有針對性地為學生設計板演內容。具體方法有:同題異人板演,尋求最佳的解題方法,激勵學生的競爭意識;異人異題板演,為后進生創造成功的機會,從而實現分層次教學;分組板演,促進學生互幫互助的學習氛圍,從而培養學生的合作意識與集體榮譽感。俗話說的好“授之以魚,不如授之以漁”,結合學生的身心特點,利用不同的教學內容多方面刺激,激發他們的興趣,使他們產生高度集中的注意力和較為穩定的學習情感,讓學生自己去思考,去學習,去創造,充分發揮學生學習的主體作用,這也正是素質教育的精神所在。
三、把試卷讓給學生
評講試卷是物理教學中的重要環節。受傳統教育的影響,評閱試卷是教師的職責,講評試卷更是教師義不容辭的義務。因此,教師不厭其煩地考試后公布分數,分析試卷,然后逐題講評,這樣做有三大缺點:1.低分同學因受刺激,喪失學習信心和興趣,導致接受能力下降,分數越來越低;2.不能突出重點,費時費力,不能發揮學生的特長;3.不能充分發揮試卷的指導功能。怎樣講評試卷最為有效呢?不妨讓我們嘗試把試卷讓給學生自己;打亂試卷編排順序,歸納知識點,試卷重難點,由學生自選題目講評,老師做重要補充,對于學習能力較強的學生,要求其將一題多解,回顧類似習題,比較異同點,點明易疏漏之處或陷阱所在。這種講評方法能大大激發學生的參與意識和學習熱情,從而使講評成功。從考試到講評這段時間,學生一直動腦筋思考,這種講評沖動逐漸轉化為認識的內驅力,久而久之養成好的學習習慣,同時也能培養學生學習物理的興趣。
四、把實驗臺讓給學生
一、準備階段:
認真閱讀、分析題目,找出題目中所述電路的各種狀態。沒有電路圖的畫出電路圖。根據開關的閉合及斷開情況或滑動變阻器滑片的位置情況得出題目中電路共有幾種狀態,畫出每種狀態下的等效電路圖。
二、解答計算階段:
1、找電源及電源的正極。
2、看電流的流向。看電流時,要注意以下幾個問題:1、電路中的電流表和開關視為導線,電壓表視為斷路;2、要注意各個電鍵當前是處于斷開還是閉合;4、如果電流有分支,要特別注意電流是在什么地方分支,又是在什么地方匯合。
3、判斷電路的聯接方式。一般分為串聯和并聯,但也有些電路是既有串聯,又有并聯的混聯電路。若不是串聯的,一定要理清是哪幾個用電器并聯,如果還是混聯的,還要分清是以串聯為主體的混聯,還是以并聯為主體的混聯。
4、若電路中連有電壓表和電流表,判斷它們分別是測什么地方的電壓和電流強度,分別對應于外部關系中的哪個物理量。
5、找出已知量和未知量,利用電學中各物理量之間的關系:既我們平時所說的電路特點;歐姆定律;功率表達式;焦耳定律。充分利用這些關系和已知條件相結合的的方法求解。
三、誤區舉例
有一句話道出了理科各科的特點:“物理難,化學繁,數學習題做不完”,許多學生反映物理難學,特別是電學不好理解,面對物理就像是霧里看花一樣,總有不識廬山真面目之感。經過多年的教學實踐調查,發現有此感覺的學生在學習中都同樣走進了如下學習的誤區中,本文希望通過對誤區進行標識,幫助同學們走出學習的誤區,提供參考的方向。
誤區一:電阻不能做導線
這些同學認為平時使用的導線(銅線)電阻很小,實驗的電阻元件都是完成的,只需一個個連接入電路中就可以了,而且在電路圖中的符號是: ,于是普遍地認為“電阻不能做導線”致使不能正確判斷電路中的故障。
例1:兩個燈泡L1和L2串聯,電流表測電流,電壓表測燈L1的電壓,當開關S閉合后,若電壓表的示數為零,這可能是燈L1出現了 ,也可能是L2出現 故障,若電流表沒有示數,而電壓表有較大的示數,其故障可能是 。有此錯誤認識的同學解答為:斷路;短路;L2短路。
例2:如右圖是李華連接的“電流跟電壓、電阻關系”實驗的電路圖,閉合開關S、電流表、電壓表可能出現的現象是(
)。
A電流表和電壓表讀數為零
B電流表和電壓表指針迅速發生最大偏轉,電表損壞
C電流表示數為零,電壓表示數為2.8V
D電流表示數為0.4A,電壓表示數為2.8V
多數學生錯誤地選擇了A。因此,我們要正確認識到:一般情況下導線都是有電阻的,導線越長電阻就越大。
誤區二:斷章取義
在電學一章中,各種概念定律都是在大量的實驗基礎上總結歸納出來的,有些同學往往在學習中對概念定律的認識出現“斷章取義”的錯誤行為。
如:在學習焦耳定律的時候,先是通過電流的熱效應實驗再進行分析歸納推導。但是有的同學在實際應用中只記住了實驗時“電流產生的熱量與電阻R成正比,電阻越大,產生的熱量就越多”,忽略了它的前提條件“在通電電流和時間相同的情況下,……”
又如:在學習串并聯電路特點時,有串聯電路中電壓分配與電阻成正比(),到實際應用時就變成了“電壓跟電阻成正比”的錯誤認識。而對并聯電路中電流分配與電阻成反比()的認識到了實際應用時卻變成了“電阻跟電流成反比”了。最后干脆就一起推翻了歐姆定律,錯誤地認為:“電阻跟電壓成正比,跟電流成反比。”這是物理學發展史上多么悲慘的事呀!
因此,我們對電學中概念定律學習要實事求是不要斷章取義,同時還要學會對物理概念的反復分析、琢磨;學會對物理實驗的層層剖析;學會通過實踐加深對物理公式中各物理量含義的確切理解;學會對類似知識點的歸納、總結。
誤區三:死記公式
由于電學在初中物理中占的比例較大,知識面廣,公式比較多。學習中,很多同學都以為只要記住了電學公式就行了,往往忽略對公式表術定律的理解和應用。
例1:已知:電阻R1=10Ω,R2=20Ω,(1)先將兩電阻串聯,求串聯后電阻?(2)若將兩電阻并聯,并聯后的總電阻又為多少?
解錯過程:
已知R1=10Ω,R2=20Ω
(1)由,
R總==6.6Ω
(2)由R總=R1+R2
R總=10+20=30Ω
分析:本例題考查同學們對串并聯電路電阻特點的認識和應用,由于該生過分強調自己記住公式,但不理解公式所表述的內容,最后造成亂用公式的錯誤現象。
例2:小寧在“測量小燈泡功率”的實驗中所用的電源電壓為6V,滑動變阻器標有“20Ω2A”字樣,小燈光上面的字樣模糊,但已知其額定電壓是2.2V或3.8V。他按圖甲所示的電路進行實驗。實驗時,他調節滑動變阻器滑片P的位置,觀察小燈泡的發光情況。當他認為小燈泡接近正常發光時,再去觀察電壓表和電流表的示數,觀察到的現象如圖乙所示。小寧經過思考、分析后,重新實驗,使小燈泡正常發光,此時,滑片P的位置恰好在中點(即滑動變阻器連入電路的電阻為10Ω)。求出小燈泡的額定功率。
分析:本例考查同學們對電功率推導公式的理解應用能力,由于該生只記得電功率公式卻不理解公式的應用要求:“同一時刻,同一段電路”,造致在使用數據時出現“張冠李帶”的錯誤現象。
由此可見,在學習物理的時候不但要熟記公式,還注意如下幾點:
(1)會表述:能熟記并正確地敘述概念、規律的內容。
(2)會表達:明確概念、規律的表達公式及公式中每個符號的物理意義。
(3)會理解:能掌握公式的應用范圍和使用條件。
(4)會變形:會對公式進行正確變形,并理解變形后的含義。
題型一:有關電功率的計算
此類問題多以基本公式和基礎知識為考查目標,有時以圖象為載體,有時以具體的電路圖為載體,綜合考查公式的選擇和靈活應用,以及相應的計算。
例1 (2012年襄陽中考)右圖所示的是電阻甲和乙的U-I圖象。若將甲、乙串聯在某一電路中,當電流為0.1A時,電源電壓為_______V;若將甲、乙并聯在電源電壓為1.5V的電路中,電路消耗的總功率為_______W。(2V,0.6W)
分析:①電阻甲、乙串聯在電路中,因此通過它們的電流相等,從U-I圖象中讀出當電流為0.1A時電阻甲和乙對應的電壓值,再根據串聯電路電壓的特點,計算出電源電壓。②電阻甲、乙并聯在電路中,因此它們兩端的電壓等于電源電壓,從U-I圖象中讀出當電壓為1.5V時,電阻甲和乙對應的電流值,再根據并聯電路電流的特點,計算出電路中的總電流,再根據P=UI即可求出電路消耗的總功率。(詳解略)
例2 (2012年泰州中考)下圖是某電熱器的原理簡圖,它有高溫、低溫兩擋,發熱體由R1和R2兩個電熱絲構成,阻值分別為110Ω、220Ω。
(1)S1閉合、S2開時,求電熱器的功率;(440W)
(2)S1,S2都閉合時,求電熱器的工作電流;(3A)
(3)S1,S2都閉合時,電熱器是處于“高溫擋”還是處于“低溫擋”,通過有關計算證明你的結論。(“高溫擋”)
分析:(1)S1閉合、S2開時,只有電阻R1接入電路,由功率公式P=■可以求出此時電熱器的功率;(2)S1,S2都閉合時,兩電阻并聯,由并聯電路特點及功率公式P=■可以求出此時電熱器的功率;(3)求出S1,S2都閉合時電熱器的功率,比較S1閉合、S2開與S1,S2都閉合時電熱器的功率大小,然后判斷S1,S2都閉合時,電熱器是處于什么擋。
點評:本題考查了并聯電路的特點和歐姆定律及電功率公式的應用;關鍵是電功率公式的靈活應用和加熱器狀態的判斷,以及電路圖的分析。
題型二:電功率的測量
此類問題多以基礎知識為出發點,綜合考查據實物圖畫電路圖、滑動變阻器的調節、分析電功率的測量值與真實值間的關系等問題;分析清楚電路結構、明確各電路元件的連接方式是正確解題的關鍵。
例3 (2012年天津市中考)現有A,B兩燈泡,分別標有“6V 6W”和“6V 8W”,先將燈A與定值電阻R0串聯接入電路中,A恰能正常發光,如圖。若用燈B替換燈A接在電路中,燈B的實際功率將_______(大于/小于)8W。
(電源電壓不變,不考慮溫度對燈絲電阻的影響)
解:根據公式RL=■可算得RA=6Ω,RB=4.5Ω,燈A與電阻R0串聯接入電路后正常發光,說明UA=6V。現在以電阻比A小的燈B替換A與R0串聯,根據歐姆定律I=■可知,電路中的電流必增大,U0=IR0增大,UB=U-U0減小,這樣UB必小于6V,燈B比正常發光時暗,P實B<P額B=8W。
點撥:在算得A,B兩燈的電阻后,也可以根據串聯電路的分壓特點推得,替換后燈泡B兩端的電壓小于6V。
題型三:電熱問題(例略)
題型四:家庭電路與安全用電
要想解決此類問題,需要讓學生知道在家庭電路中,輸電導線有一定的電阻,要分擔一部分電壓,從而導致用電器兩端的電壓發生變化,其電功率發生變化,并且用到并聯電路電流和電阻的特點。此類問題屬于應用實踐,以實際應用為主,如:以油量表、拉力器、光敏電阻等為平臺,考查應用電學解決實際問題的能力。
例4 (2012年通遼市中考)小明家電飯鍋有加熱和保溫兩種工作狀態(由機內溫控開關S0自動控制),從說明書上收集到如下數據與如右圖所示的原理圖。
說明:加熱功率:800W,保溫功率:44W。
(1)請說明此時該電飯鍋處于何種狀態?
(2)試求R1,R2的阻值;
(3)當電飯鍋正常加熱15min后,小明家的電能表表盤示數從329.4kWh會變成多少?
解析:(1)S閉合、S0斷開時,R1,R2串聯,根據公式P=■可推得U一定,R越大,P越小,此時處于保溫狀態。
(2)加熱時P加=■=■=800W,保溫時P保=■=■=44W,解得:R1=60.5Ω,R2=1039.5Ω。
所謂設計性實驗,就是要打破現成的實驗方案,在一些特定的要求和條件下自行設計新的實驗方案和步驟,完成其實驗要求。由于這種設計具有較大的靈活性,需要學生在牢固掌握基礎知識和基本方法的前提下富有創造力。在物理教學中,培養學生的發散思維能力,無疑是培養學生能力、開發學生智力的重要部分。在物理實驗教學中,如果能選擇典型的課題,通過多種實驗方案的設計和實施,實驗方案的多樣性就將有效地促進學生思維的發散。因此,以設計性實驗為載體,是培養學生創造性思維能力的一條重要途徑。本文結合歐姆定律的應用一課時的教學過程來談談如何通過設計性實驗培養學生的發散性思維。
1.分析教材,設計教學
本節內容的主要任務就是測量待測電阻的阻值,是初中物理最重要的一個實驗。由于它本身方法多樣,考試時命題者能夠不斷推陳出新,想出各種新的花樣對學生進行考查,因此它可以非常有效地對學生靈活運用物理知識解決實際問題的應變能力進行考查。為了激發學生的好奇心和對科學的求知欲,給學生一個寬松的思維空間,從而較好地培養學生的發散性思維,我對該課時的內容稍作修改。
針對學生在平時實驗活動中表現出的一定程度的無序性,我采取了印發學案的措施,讓學生了解自己在實驗中應該要干什么事,明確自己的目的。教師也在學生實驗過程中給學生一些方向性的提示,但這些提示應區別于傳統實驗課中的“實驗步驟”。在實驗分組方面,全班分成四個大組,每個大組分3個小組,每小組四人。
2.引入課題,激發學生的積極思維
教師引入課題:出示一待測電阻,要求學生想辦法測出它的阻值?
由于前面學過測電流有電流表,測電壓有電壓表,因此學生馬上會提出用電阻表測量。此時我馬上予以肯定,用萬用表中的電阻檔或歐姆表直接測量電阻,并出示萬能表給學生看。有同學會興奮地提出修理電器的爸爸也有。此時我會及時表揚他的細心。同時馬上設疑,不用萬能表可不可以用我們所學的知識測出未知阻值的電阻來?
3.充分挖掘教材內容,誘發發散性思維
學生馬上就會想到,不能直接測量,就可用公式來計算,即用歐姆定律的變形公式來計算。教師就進一步引導學生在學案上設計方案,畫出電路圖,并請學生把設計的電路圖用實物投影給大家看。一開始許多學生只會想到用電壓表測電壓,用電流表測電流,而不會想到要用一個滑動變阻器。也有思維比較嚴密的同學會想到要用滑動變阻器,但其作用主要是為了保護電路。因此此時教師要引導學生思考,滑動變阻器除了保護電路的作用外,主要是為了多次測量,從而減少誤差。
在此基礎上讓學生開始測待測電阻的值,并把結果寫于學案上自己設計的表格中,并計算出其阻值,最后撕開原先封著的橡皮膠,看看自己組有沒有做對。若錯誤則同組同學分析討論并找出原因。教師歸納,這就是我們教材上的伏安法測電阻。
4.精心設計練習,發展學生的發散性思維
接著我沒有照著課本上去讓學生測量小燈泡的電阻,而是提出去掉一個電流表,外加那個阻值已測出的電阻,選擇剩余的實驗器材能不能測出實驗桌上的未知阻值的電阻?開始比賽,看哪一組設計的多且好,問題剛提出,學生臉上有點迷茫,經過我的指點后,即少了電流表,又多了一個電阻,那么,該電阻是起到了電流表的作用,應該與待測電阻怎樣連接?于是,有些學生就有點思路,各組也就討論開來。沒過多久,就有小組設計出如下方案,并正確測量結果,此時我心中比較開心,但我沒有馬上表揚,而是提出有沒有更好的方案,學生一開始以為這已經很好,但經過我這樣一講,又開始討論。于是又有小組設計出幾種不同方法。
接著,我讓學生比較這幾種方法的優點和缺點,學生得出,三種方法都可行,只是圖1需要兩次接線,相對而言,圖二比較巧妙,而圖三的方案可以,寫表達式時沒有1、2來得簡單。
于是,趁著學生思維正活躍,我及時提出若把電壓表拿掉,而只給電流表能否測出未知阻值的電阻。此時學生已具備一定經驗,經過一番討論,各組歸納后設計出了許多方案,最后總結出較好的方案如下。
整節課,學生的思維都相當活躍,相當發散,從而也發揮了一定的創造性,這就是本節課的最終目的,不是教會學生一個知識點,而是教會學生思考問題的方法,當然,學生的思維不能一直發散。最后,我給學生對本節課作了一個歸納,即收斂思維的培養,雖然測電阻的方法多種,但其原理相當,運用了歐姆定律及串、并聯電路的特點。
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.