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在電學的定律當中,歐姆定律是非常關鍵的一項,它貫穿于整個電學的始終。深入、系統和全面地理解歐姆定律是有效解決牽涉電學問題的基礎和前提條件,針對歐姆定律的教學,教師需要做好如下的兩個方面:
一、引導學生注重三個物理量之間的關系
“導體當中的電流,跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比”,這就是歐姆定律。在此,教師應當引導學生注重三個物理量之間的關系。(1)歐姆定律強調電壓與電阻決定了導體當中的電流,而不是由電源提供的電壓,這跟電阻和電流是毫無關系的,電阻屬于導體自身的性質,這跟電壓和電流也是毫無關系的,因此是電壓與電阻一起決定了電流。(2)注重計算關系。在公式:I= 當中,只要確定了任意的兩個物理量,就可以對另外的一個物理量進行計算,這就需要引導學生熟練地掌握公式的變化。(3)注重這三個物理量一定要根據同一段的導體,比如,將R1與R2進行串聯,接在30 V的電源上面,R1是10歐姆,經過R1的電流是0.2安,問R2的電阻與R2兩端的電壓是多少。教師在指導學生練習或者是講解的時候,需要將電路圖畫出來,注明相應的物理量,突出需要注意的問題,以實現理想的教學效果。
二、拓展和應用歐姆定律
教師在講解歐姆定律的時候,需要引導學生注重知識的應用和拓展。通過并、串聯電路的電壓和電流規律,對電阻規律進行推導,可以概括并聯電路的規律是:(1)電流I=I1+I2;(2)電壓U=U1=U2;(3)電阻 。可以概括串聯電路的規律是:(1)電流I=I1=I2;(2)電壓U=U1+U2;(3)電阻R=R1+R2,再應用電阻規律對一些實際問題進行解決。比如,教師在教學的過程中,可以提問學生下面的一些問題:為什么調節臺燈的亮度按鈕,燈泡能夠變亮或者是變暗?為什么手電筒當中的電池使用時間長了之后,燈泡會變暗?這兩個問題的原理是一樣的嗎?這樣,學生就能夠積極主動地探討,紛紛發表自己的看法,課堂氛圍頓時活躍起來。學生通過應用歐姆定律,對實際生活當中一些不好理解的問題進行了解釋,從而調動了學生的學習興趣。
總之,在初中物理教學當中,歐姆定律是非常重要的。教師一定要引起高度的重視,實施有效的教學策略,教授學生關于歐姆定律的知識。
參考文獻:
【關鍵詞】物理;歐姆定律;問題;解題思路
歐姆定律是高中物理電學部分的核心內容,也是高考的重難點內容,同時歐姆定律掌握的好壞會直接影響我們的考試成績,因此要多用時間將這塊知識進行鞏固,以取得更高的分數。
1在歐姆定律的學習中常遇到的問題
1.1歐姆定律的使用范圍問題
在電路的實驗過程中,我會出現忽略導線,電子元件與電源自身的電阻,將整個電路視為純電阻電路的問題。而歐姆定律通常只適用于導電金屬和導電液體,對于氣體、半導體、超導體等特殊電路元器件不適用,但我們知道,白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的,也就是說線性材料鎢制成的燈絲應是線性元件,但實踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件,因此這里的表述就不正確,本人為了弄清這里的問題,向老師進行了請教并查閱了相關資料,許多資料上說歐姆定律的應用有“同時性”與“歐姆定律不適用于非線性元件,但對于各狀態下是適合的”。但我自身總覺得這樣的解釋難以接受,有牽強之意,即個人理解為既然各個狀態下都是適合的,那就是適合整個過程。
1.2線性元件的存在問題
通過物理學習我們會發現材料的電阻率ρ會隨其它因素的變化而變化(如溫度),從而導致導體的電阻實際上不可能是穩定不變的,也就是說理想的線性元件并不存在。而在實際問題中,當通電導體的電阻隨工作條件變化很小時,可以近似看作線性元件,但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立,例如常用的炭膜定值電阻,其額定電流一般較小,功率變化范圍較小。
1.3電流,電壓與電阻使用的問題
電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動變阻器的使用,是最基礎的概念,也是我最容易混淆的內容。電流表測量電流、電壓表測量電壓、變阻器調節電路中的電流,而電流、電壓、電阻的概念是基本的電學測量儀器,另外,歐姆定律只是用來研究電路內部系統,不包括電源內部的電阻、電流等,在學習歐姆定律的過程中,電流表、電壓表、導線等電子元器件的影響常常是不考慮在內的,而對于歐姆定律的公式I=UR,I、U、R這三個物理量,則要求必須是在同一電路系統中,且是同一時刻的數值。
2歐姆定律學習中需要掌握的內容
本人在基于電學的基礎之上,通過對歐姆定律的解題方式進行分析,個人認為我們需掌握以下內容:了解產生電流的條件;理解電流的概念和定義式I=q/t,并能進行相關的計算;熟練掌握歐姆定律的表達式I=U/R,明確歐姆定律的適用條件范圍,并能用歐姆定律解決相關的電路問題;知道什么是導體的伏安特性,什么是線性元件與非線性元件;知道電阻的定義和定義式R=U/I;能綜合運用歐姆定律分析、計算實際問題;需要進行實驗、設計實驗,能根據實驗分析、計算、統計物理規律,并能運用公式法和圖像法相結合的方法解決問題。
3歐姆定律的解題思路及技巧
3.1加深對歐姆定律內容的理解
在歐姆定律例題分析中,我們比較常見的問題是多個變量的問題,以我自身為例,由于物理理解水平有限,且電壓、電流、電阻的概念比較抽象,所以學習難度較大,但我通過相關教學短片的學習,將電阻比喻成“阻礙電流通行的路障,電阻越大路越不好走,電阻越小通過速度則快”的方式,明白了電阻是導體自身的特有屬性,其大小是受溫度、導體的材料、長度等各方面因素影響的,與其兩端的電壓跟電流的大小無關,并且明白了電阻不會隨著電流或者電壓的大小改變而改變。同時我們每一個人都知道對于不同的習題,解決步驟都是不相同的,雖同一問題會有不同的解題方法,但總是離不開歐姆定律這個框架。因此對于一些與電學有關的知識,我一般會利用歐姆定律解決電生磁現象與電功率計算問題。例如:某人做驗時把兩盞電燈串聯起來,燈絲電阻分別為R1=30Ω,R2=24Ω,電流表的讀數為0.2A,那么加在R1和R2兩端的電壓各是多少?我可以根據兩燈串聯這一關建條件,與U=IR得出:U1=IR1=0.2A×30Ω=6V,U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V,故R1和R2兩端電壓分別為6V、4.8V的結論。
3.2利用電路圖進行進行計算
在解有關歐姆定律的題時,以前直接把不同導體上的電流、電壓和電阻代入表達式I=U/R及導出式U=IR和R=U/I進行計算,并把同一導體不同時刻、不同情況下的電流、電壓和電阻都代入歐姆定律的表達式及導出式進行計算,因此經常混淆,不便于分析問題。通過后期老師給予我的建議,在解題前我都會先根據題意畫出電路圖,并在圖上標明已知量、數值和未知量的符號,明確需分析的是哪一部分電路,這部分電路的連接方式是串聯還是并聯,以抓住電流、電壓、電阻在串聯、并聯電路中的特征進行解題。同時,我還會注意開關通斷引起電路結構的變化情況,并且回給“同一段電路”同一時刻的I、U、R加上同一種腳標,其中需注意單位的統一與電流表、電壓表在電路中的連接情況,以及滑動變阻器滑片移動時電流、電壓、電阻的變化情況。
3.3利用電阻進行知識拓展
本著從易到難的原則,我們可從一個電阻的問題進行計算,再擴展到兩個電阻、三個電阻,逐漸拓寬我們的思路,讓自己找到學習的目標以及方法。比如遇到當定值電阻接在電源兩端后電壓由U1變為U2,電路中的電流由I1增大到I2,這個定值電阻是多少的問題時,我們可利用歐姆定律的概念ΔU=ΔI?R得到電阻的值,而當難度增加由一個電阻變為兩個電阻時,定值電阻與滑動變阻器串聯在電壓恒定的電源兩端,電壓表V1的變化量為ΔU1,電壓表V2的變化量為ΔU2,電流表的示數為ΔI,在這樣的問題上可將變化的問題轉化為固定的關系之間的數值,就可簡化許多變量問題的計算。當變量變為三個電阻時難度會進一步的增大,我起初認為這是一項不可能完成的任務,所以放棄了這類題,而在經過詢問成績優秀的同學時,才知道可將三個電阻盡量化為兩個電阻,通過電壓表與電流表的位置將電阻進行合并,以此簡化題目。
4總結
簡言之,歐姆定律是物理教材中最為重要的電學定律之一,是電學內容的重要知識,也是我們學習電磁學最基礎的知識。當然,對于歐姆定律的學習與解題方法,自然不止以上所述方法,因而在具體的學習中,我們要立足于自身實際學習情況來進行方法的選取,突破重難點知識,以找到更好的解題思路。
參考文獻:
[1]高飛.歐姆定律在串并聯電路中的應用技巧[J].才智,2009(27)
關鍵詞:歐姆定律 高中物理教學方法
一、教材分析
《歐姆定律》的內容,在初中階段已經學過,高中階段《物理》安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基本研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法――列表對比法和圖象法;再次領會定義物理量的一種常用方法――比值法。這就決定了《歐姆定律》教學的教學目的和教學要求。教學不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
《歐姆定律》的內容在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定了基礎。《歐姆定律》實驗中分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,《歐姆定律》是后續課程的知識準備階段。
通過《歐姆定律》的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。《歐姆定律》內容的重點是進行演示實驗和對實驗數據進行分析。這是教學的核心,是教學成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。《歐姆定律》教學的難點是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從數學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從數學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。有些學生常將兩種表達式相混,對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清,要注意提醒和糾正。
二、關于教法和學法
《歐姆定律》教學采用以演示實驗為主的啟發式綜合教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行大面積課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,也有利于充分發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過《歐姆定律》的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實際操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須經過實驗的檢驗,不能任意外推,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:
1.在引入新課提出課題后,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起了承上啟下作用。
2.對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答。這樣既鞏固了他們的實驗知識,也調動他們盡早投入積極參與。
3.在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余同學注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4.在用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出下面的問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖象使學生的學習情緒轉向高漲。
5.在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提問請學生回答或展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻的印象。
6.在得出實驗結論的基礎上,進一步提出歐姆定律,這實際上是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行,以鍛煉學生的語言表達能力。教師重申時語氣要加重,不能輕描淡寫。要隨即強調歐姆定律是實驗定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推。
7.為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合課本練習題,熟悉歐姆定律的應用,但占時不宜過長,以免沖淡前面主題。
四、授課過程中幾點注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作,數據不能虛假拼湊。
3.注意演示實驗的可視度。可預先制作電路板,演示時注意位置要加高。有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學生都能清晰地看見。
4.定義電阻及歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。可把電阻的概念及定義在歸納實驗結論時提出,而歐姆定律在歸納完實驗結論后。這樣學生就不易將二者混淆。
5.所編反饋練習題應重點放在概念辨析和方法訓練上,不能把套公式計算作為重點。
6.注意調控課堂節奏,避免單調枯燥。
參考文獻:
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】
《歐姆定律》一課,學生在初中階段已經學過,高中必修本(下冊)安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基本研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖象法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法.這就決定了本節課的教學目的和教學要求.這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法.
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎.本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用.因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段.
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用.
本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析.這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎.
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義.盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏.從數學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度.對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從數學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義.有些學生常將兩種表達式相混,對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清,要注意提醒和糾正.
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式綜合教學法.教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動.在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行大面積課堂提問,讓學生充分發表意見.這樣既有利于化解難點,也有利于充分發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍.
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實際操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律.同時要讓學生知道,物理規律必須經過實驗的檢驗,不能任意外推,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣.
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:1.在引入新課提出課題后,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用.2.對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答.這樣使他們既鞏固了實驗知識,也調動他們盡早投入積極參與.3.在進行演示實驗時可請兩位同學上臺協助,同時讓其余同學注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考.4.在用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出下面的問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識.到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖象使學生的學習情緒轉向高漲.5.在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義.此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥.此處節奏應放慢,可提請學生回答或展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出實驗結論的基礎上,進一步總結出歐姆定律,這實際上是認識上的又一次升華.要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力.教師重申時語氣要加重,不能輕描淡寫.要隨即強調歐姆定律是實驗定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推.7.為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習,達到鞏固之目的.然后結合課本練習題,熟悉歐姆定律的應用,但占時不宜過長,以免沖淡前面主題.
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹.
2.注意正確規范地進行演示操作,數據不能虛假拼湊.
3.注意演示實驗的可視度.可預先制作電路板,演示時注意位置要加高.有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學生都能清晰地看見.
4.定義電阻及總結歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂.可把電阻的概念及定義在歸納實驗結論時提出,而歐姆定律在歸納完實驗結論后總結.這樣學生就不易將二者混淆.
每年的中考物理試題中,有關歐姆定律和焦耳定律這兩個知識點的題目都占有較大的比重,而且近兩年的中考物理試題在這兩個知識點上的難度有增加的趨勢,歐姆定律反映了導體中電流、電壓和電阻之間的關系,焦耳定律則說明了電流流過導體所產生的效果。
新課程下的中考的另一個特點,就是重視對實驗探究能力的考查,促使同學們用新視角重新思考實驗的過程,得到新的發現或收獲,設計有關“過程與方法”的試題,考查同學們提出問題、做出猜想和假設、設計研究計劃、分析處理數據、得出結論、學會評價的能力。
二、試題講析
例1 如圖l所示,電阻R1為12Ω,將它與R2串聯后接到8V的電源上,已知R2兩端的電壓是2V,請求出電路的總電阻。
講析 這是一道應用歐姆定律的基礎題,解題的方法有兩種:一種是從歐姆定律出發的分析法;一種是從電路的基本性質出發的綜合法。即:求總電阻可以將R2的值求出來再求R1和R2的和;也可以用總電壓除以總電流得總電阻;或根據電路的性質建立相應的關系式求解。
解法一:因為R1、R2串聯,U1=U-U2=8V-2V=6V,I1=U1/R1=6V/12Ω=0.5A,I2=I1=0.5A,R2=U2/I2=2V/0.5A=4Ω,R總=R1+R2=12Ω+4Ω=16Ω.
解法二:因為R1、R2串聯,I=I1=I2,則U/R1+R2=U-U2/R1,8V/R=8V-2V/12Ω,R總=16Ω.
解法三:因為R1、R2串聯I1=I2,則U1/R1=U2/R2變形得R1/R2=U1/U2,R/R1+R2=U-U2/U1+U2,U/R1+R2=U-U2/R1,R總=16Ω.
例2 如圖2所示,電源電壓不變,當開關S閉合時,電表示數的變化情況是( ).
A.電流表、電壓表示數均變大
B.電流表、電壓表示數均變小
C.電壓表示數變大,電流表示數變小
D.電壓表示數變小,電流表示數變大
講析 這是一道歐姆定律應用題,要判斷電表的示數如何變化,關鍵是要知道電路中的電表示數變化的實質,當開關s閉合后,電路的狀態由兩個電阻的串聯變為只有一個電阻R2的電路;原來電流表測的是R1和R2串聯時的電流,現在R1和電流表被短路,電流表的示數為0,示數變小;電壓表原來測的是R2上的電壓,它是電源的一部分電壓,而現在的電路中只有R2,則U2=U源,示數變大,本題選C.
本題的問題是有些同學看不懂電路狀態變化的實質,死摳歐姆定律,電流或電壓的變化是與電路的變化有關,但知道了現在的電路的變化特征就簡單多了,識別電路是我們解電學題的前提,如果電路的狀態不清,則應用的電路性質也就會出錯,這種能力要加強。
例3 在如圖3所示的電路中,電源電壓U=4.5V,且保持不變,電阻R1=4Ω,變阻器R2的最大阻值為15Ω,電流袁的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V,為了保護電表,變阻器接入電路的阻值范圍不能超出( ).
A.3.5Ω~8Ω
B.2Ω~3.5Ω
C.0~8Ω D.0~3.5Ω
講析 本題是歐姆定律的又一種應用形式,是狀態電路中的變阻器的取值范圍問題,解這類題目的關鍵是從電路的狀態出發,找出符合電路要求的電學關系式,題目中的兩個電表同時要滿足不超過量程的要求,即:串聯電路中的電流不大于0.6A,電阻R2兩端的電壓不少于3V,所以我們可以用歐姆定律,寫出符合電路要求的數學不等式組然后求解。
依題意,由歐姆定律可得
由①②兩式解得3.5Ω≤R2≤8Ω,所以應選A.
本題與物理上其他題目一樣,關鍵是理清電路的特征,能寫出符合電路特點和要求的數學關系式,然后通過數學的手段解出結果,所以僅有基本知識是不夠的,更要練就解相關問題的技能。
例4 小明利用如圖4所示的裝置探究電流產生的熱量與哪些因素有關?在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油,瓶中各放置一根電阻絲,且R甲大于R乙,通電一段時間后,甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,該現象能夠說明電流產生的熱量與下列哪個因素有關( )。
A.電荷量 B.電流 C.電阻 D.通電時間
講析 題目的表象是:甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,這與哪些因素有關?煤油是因為受熱膨脹,液面上升的;相同條件下,甲中的液面升得高,說明甲瓶中的電阻產生的熱量多R甲和R乙是串聯在電路中的,則電流、通電時間以及電荷量(電流和通電時間的乘積)相等,A、B、D選項都不是影響因素;根據焦耳定律甲的電阻大,甲放出的熱量多,則電流產生的熱量與電阻的大小有關,應選C.
本題實際上探究的是焦耳定律的影響因素,使同學們能進一步了解其內容、理解它的應用同時本題中也滲透了“控制變量法”的探究思想。
例5 一個電熱水壺,銘牌部分參數如下:額定電壓220V,額定功率模糊不清,熱效率為90%,正常工作情況下燒開滿壺水需要5min,水吸收的熱量為118800J,此時熱水壺消耗的電能為_______J,其額定功率為_______W,電阻是_________Ω.若實際電壓為198V,通過電熱水壺的電流是_________A,1min內
電熱水壺產生的熱量是________J.(假設電阻不隨溫度改變)
講析水所吸收的熱量已知,電熱的利用率知道,則消耗電能可以由熱量的利用率求出;用電時間已知,消耗的電能已求,則由電功率的定義求電功率,電水壺的電阻由R2=U2額/P額求出,在實際電壓下的電流I=U/R,實際電壓下的電熱水壺所產生的熱量Q=IRt.
答案:132000 440 110 1.8 21384
本題是歐姆定律和焦耳定律應用的基礎題,也是通過練習使同學們掌握基本知識的重要途徑,簡單的是這樣的填空題,復雜的可以演變成綜合應用題;這些題目也是中考中同學們易失分的地方。
例6 CFXB型“220V 1100W”電飯煲的原理圖如圖5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,R0為電熱絲,當開關S接高溫燒煮擋時,電路的功率為1100W,當開關S接燜飯、保溫擋時,電路的總功率為22W。
(1)電飯煲在高溫燒煮檔時,開關S應與哪個觸點連接?
(2)電熱絲R0的阻值多大?
(3)當電飯煲在正常燜飯、保溫時電路中的電流多大?燜飯、保溫10rain,電熱絲R0產生的熱量為多少?
講析 電飯煲在高溫燒煮擋時,電路中的功率是最大,在電壓一定時,要得到最大功率電路中的電阻應最小,由圖5可知,當R被短路時,電路中的電阻最小,電路中只有R0工作,則S應合到2位置,高溫擋時的功率已知,電壓為額定電壓,R0由R=U2/P等求得,當電飯煲在正常燜飯、保溫時,電飯煲的熱功率最小,電路中的電阻最大,則R0和R串聯,可求出此時的電流,再由Q=I2Rt求出R0產生的熱量,
答:(1)與觸點2連接。
(2)P=U2/R0,R0=U2/P=(220V)2/1100W=44Ω.
(3)P=IU,I=P/U=22W/22V=O.1A,Q0=I2R0t=(0.1A)2×44Ω×600s=264J.
本題是歐姆定律和焦耳定律應用的綜合題,同學們要能綜合考慮影響電路發熱的因素,也就是理解焦耳定律定義公式(Q=I2Rt)和各種變形公式(Q=U2/R(t)、Q=UIt)的應用,其中也涉及到歐姆定律的靈活應用。
三、鞏固練習
1.如圖6所示電路中,R1=10Ω.當開關S閉合時,電流表示數為0.2A,電壓表示數為4V.求:(1)電源電壓;(2)R2的阻值。
2.如圖7所示電路中,電源電壓恒定,R1為定值電阻,R2為滑動變阻器,閉合開關S后,滑動變阻器滑片P自b向a移動的過程中(
)。
A.電流表A的示數變大,電壓表V2的示數與電流表A的示數之比變小
B.電流表A的示數變大,電壓表V2的示數與電流表A的示數之比變大
c.電壓表V1的示數不變,電路消耗的總功率變大
D.電壓表V2的示數變小,電路消耗的總功率變小
3.一只電爐的電阻為48.4Ω,接在電壓為220V的電路中工作,它的功率是w,電爐絲工作時熱得發紅,而連接電爐絲的導線卻不怎么發熱,其原因是
4.在一次科技小組的活動中,同學們按照如圖8所示的電路在AB之間接入一根細銅絲,閉合開關S后,調節滑動變阻器,使電流表的讀數保持3A不變,過了一會兒,細銅絲熔斷,在AB之間換接一根同長度的較粗的銅絲,再調節滑動變阻器到某一固定值,經較長時間粗銅絲沒有熔斷,在此過程中,電流表的讀數保持3A不變小明同學針對所觀察到的現象提出了一個問題:造成細銅絲熔斷而粗銅絲沒有熔斷的原因是什么?(設電源電壓保持不變)
(1)你認為造成細銅絲熔斷而粗銅絲沒有熔斷的原因是什么?(請簡述理由)
(2)若粗銅絲電阻為0.01Ω,求:在5s內粗銅絲共產生的熱量。
(3)如果你家準備安裝一臺“220V 1500W”的電熱水器,你應用選用(較粗/較細)的銅導線用作連接線比較安全。
5.如圖9所示電路,電源兩端電壓保持不變,當開關S1閉合、S2斷開,滑動變阻器的滑片P移到B端時,燈L的電功率為PL,電流表的示數為I1;當開關S1斷開、S2閉合時,燈L的電功率為R1',電流表的示數為,I2,已知PL:P'L=9:25.
(1)求電流表的示數I1與I2的比值;
(2)當開關S1、S2又都斷開,滑動變阻器的滑片P在c點時,變阻器接入電路的電阻為Rc電壓表V1的示數為u1,電壓表V2的示數為U2,已知U1:U2=3:2,Rc的電功率為10W,這時燈L正常發光,通過閉合或斷開開關及移動滑動變阻器的滑片P,會形成不同的電路,在這些不同的電路中,電路消耗的最大功率與電路消耗的最小功率之比為3:1.求燈L的額定功率。
6.小明在研究性學習活動中,查閱到一種熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規律如下表,并將該型號的熱敏電阻應用于如圖10所示由“控制電路”和“工作電路”組成的恒溫箱電路中。
“控制電路”由熱敏電阻R1、電磁鐵(線圈阻值R0=50Ω)、電源U1、開關等組成,當線圈中的電流大于或等于20mA時,繼電器的銜鐵被吸合,右邊工作電路則斷開;
“工作電路”由工作電源U2(U2=10V)、發熱電阻R2(R2=50Ω)、導線等組成,問:
(1)工作電路工作時的電流為多大?電阻R2的發熱功率為多大?
(2)若發熱電阻R2需提供1.2×104J的熱量,則工作電路要工作多長時間(不計熱量的損失)?
(3)若恒溫箱的溫度最高不得超過50℃,則控制電路的電源電壓U1最小值為多大?
目前一些學生家長及學校老師認為要培養優秀的學生,主要靠的是個別輔導及課外小組的研究活動,與課堂教學并無多大關系。我認為這種觀點是片面的。實際上一切的研究活動都是以課堂教學為基礎的,所以對于課堂教學教師一定要盡心盡力做到最好。比如學生學習物理的時候,首先接觸到的就是物理定律,所以我們一定要首先搞好物理定律的教學。物理定律是我們以后做題、實驗、推理的主要依據。教學物理定律,不能只是簡單地依靠課本,課本上的知識往往比較注重結果,每一個物理定律的成立都有著一個復雜而漫長的過程。我們應該多講解一些這個定律成立的路程,以及成立的依據,這樣學生們會覺得這一個物理定律是活生生的,掌握和應用起來都會更加得心應手。學生掌握了這一物理定律就可以自如運用,能夠在實驗與試題中應用以后,我們就要引導學生思索這一物理定律之所以成功的原因。它之所以能夠確立起來,其中一定有著恰當的思維和推理方式,還有比較合理科學的探究方式,這種探究精神的學習才是最為重要的,才是物理學科教研活動中最重要的東西。這可以說是物理教學甚至是一切的學習活動中最根本的東西。
比如學生在學習電學當中最著名的歐姆定律這一物理定律時,預習以后會覺得歐姆定律非常簡單,僅僅認為就是研究通過導體的電流與導體兩端的電壓之間的關系而已,沒有什么困難,不就是運用一定的實驗器材,電壓表電流表可變電阻器、電源、導線若干、連接一個恰當的電路就可以了嗎?當然以一個現代的學生看一切都在情理之中,沒有非議。可是我給他們的講解是,在歐姆那個時代,不但沒有電流表、電壓表之類的儀器,而且連電壓、電流、電阻的定義和單位都沒有,歐姆在當時面臨的困難是我們無法想象的。他到底是通過什么樣的方式,經過什么樣的思索獲得這一物理定律的呢?這個時候學生的興趣就被調動起來了。在學習歐姆定律誕生的過程時,我通過電腦多媒體教室等先進的教學設施,大量搜集演示各種可能的實驗過程。在最后階段我根據歐姆的實驗方式,簡單介紹了可以用圖線探究新規律的方式。其實物理定律的教學與學習并不是我們想象的那么簡單的,如果記住物理定律只是學會了皮毛而已,能夠運用也只不過是為了取得高分,我們一定要讓學生們學會思考、學會探究,這種學習精神是物理學習中最為寶貴的,有了這種探究精神就可以不斷探索大自然的奧秘。
我聽過這樣一個笑話:有一位老師在參觀一所美國的學校以后對校長說:能否給我們一套你們的教材,以便我進一步了解美國課程的情況。當時校長很為難,沒有馬上回答。那位老師覺得這校長挺小氣的,幾本教材還舍不得。可是過了兩個星期,那校長突然打來電話說:“教材給你搞到了,馬上送去。”結果來的是一個貨運卡車,一共10大箱教材――從出版社直接運來的。里面不僅有學生和教師用書,還有光盤和圖片等。這時,這位老師才知道為什么那位校長當時沒有馬上答應。原來對于美國教師而言,一套教材意味著所有的教學用書和教學輔助資料。這是價值上千美元的財產,沒準兒經過學區董事會決議才能定。由此可以看出,我國的教育和美國的教育確實有很大區別,單單從觀念上來說也是有很大不同的。我們在備課的過程中,一定要把眼光放寬一些,深挖教學資源的潛力,運用優質的教學資源、參考補充。不能僅僅依靠一本教科書和教材,否則太狹隘、太片面。要想讓學生學好,我們一定要多參考多學習,一定要讓學生學好物理,學會探究性學習。
一、串并聯電路
學生在初中的學習當中已經了解了一些串并聯電路的知識,對于一些簡單的電路圖學生可以清楚地了解其中的串并聯關系,但是一些學生只是簡單地知曉在串聯電路當中的電流是相等的等知識,而對實驗操作當中的高低電勢等知識卻沒有清楚的認識,同時也很少知道儀器的負極和正極該如何進行接。為了解決這些問題,因此在進行物理教學的時候,常常會需要對一些物理規律進行解析。比如可以強調在遇到有多條支路的電路時,可以選擇一條比較容易的支路進行連接,其他支路可以逐漸連接到電路當中;在進行儀器聯連接的時候,可以根據正極接高勢,負極接低勢的規律進行操作;在有電流流經的時候,電路所含有的電勢會有不同程度的降低。這些內容具有一定的復雜性,老師需要進行重點強調,使學生進行分別記憶,不僅可以有效解放學生的固定思維,也可以有效提高學生的物理解題能力。
二、閉合電路歐姆定律
一些學生無法靈活運用閉合電路歐姆定律,這是由于學生只是記憶公司,而沒有了解公式當中所蘊含的規律,因此在實際教學過程中,需要使學生掌握物理公式出現的原因,才能有效應用公式進行解決實際問題。尤其是在學習閉合電路歐姆定律的時候,需要對電源電動勢進行準確理解。電動勢是電源的特性之一,具有較強穩定性;在進行測量電動勢大小的時候可以通過測量未接電源之前的電壓,其數值是相同的;在測量電阻的時候,如果電路處于串聯的狀態,則總電阻則與多個電阻保持一致。如果電路處于并聯的狀態,則總電阻為各個電阻相加的數值。另外根據歐姆定律I=E/(R+r)可以了解到電阻、電壓、電流變化的影響,并且從中可以了解到許多規律。比如在總電阻變大的時候,電路當中的電流減少,并且電壓增加;在串聯電路當中,電阻的變化和電流、電壓是相反的;在并聯電路當中,電阻的變化和電流、電壓的變化是相同的。通過這些規律的學習,可以有效幫助學生進行靈活應用歐姆定律解決所遇到的物理問題。
三、電荷在磁場中的運動
在進行學習電荷在磁場中的運動時,常常需要結合圓周運動以及其它數學知識進行解題。學生在處理這樣的物理題具有一定的難度,這是由于電荷的運動軌跡的圓心比較難找,而且邊界比較模糊不好確定。為了突破這一難關,需要在解題的時候進行建立物理情境,從而了解電荷在磁場內的運動范圍。同時在高漲階段,所給題目經常是均勻的磁場,因此可以根據題目的內容確定磁場的邊界。比如可以使用先補后去的解題方法,即先假設所遇到的磁場是均勻的,在可以準確確定電荷的運動軌跡和圓心。再按照題目所設立的情景進行,進行確定真正的磁場。最后再使用確定圓心的條件,如根據出射點、運動半徑、方向等因素,進行確定電荷運動軌跡的圓心。通過這些方法,不僅可以有效分析題目的重要條件,也可以有效解決復雜的求電荷運動軌跡圓心,降低學生解物理題的難度。
1 結合專業實際特點利用以下手段促進課程改革
1.1 貼近生活。各種家用電器的大量使用,為物理教學提供了豐富的感性材料。如電壓、電流、電磁爐等,學生在日常生活中,觀察和接觸的電現象和應用電的知識的事例,恰當地利用學生已有的感性認識及生活經驗,通過舉例引導學生提取儲存在頭腦中的印象。教師在課堂上應密切聯系生活實際,注意身邊的科學,如學生普遍對現代電子信息技術比較感興趣,教師可以針對這一問題,有意識地講述物理知識在電子信息技術中的重要作用等。以日常生活中的電學概念教學,可以增加學生學習的主動性。
1.2 注重實驗。物理學是一門以實驗為基礎的自然學科,物理規律和理論是以實驗為基礎并驗正的。在物理學里,某些性質不同的物理現象都是要通過實驗來驗證的,運用演示實驗或學生親自做實驗來獲得感性認識,容易更好的集中學生的注意力,培養學生的觀察力,激發學生的學習興趣。新穎的實驗往往更能吸引學生注意,恰當地將教材中的實驗加以發展、變化,可以增加學生的好奇心和求知欲。采用演示教學法,在整個教學過程中,教師邊演示、邊提問、邊解答,學生邊觀察,邊考慮問題,把抽象的理論變得具體、生動。使學生在愉悅的教學環境中,深深感受到學習的趣味性和有用性。
1.3 利用多媒體課件模擬演示。物理概念和原理是比較抽象的,有些現象在傳統的實驗中也是無法展示的,所以僅靠形象、表象和想象對初學者來說是不容易理解和掌握的。但是,利用多媒體課件可以較好地解決這一難點。例如“電流”概念比較抽象,可以利用多媒體模擬電路中電流的流動,看到正電荷從正極向負極運動,這樣將電流轉換成電荷的流動,讓本來看不見的電流變成動態的畫面,將課本中不動的圖形變為電荷不斷流動的動畫。遵循學生的思維由淺入深、由表及里,從具體到抽象,由現象到本質的循序漸進的思維過程,可以比較容易地解決這一教學難點。加深學生對電流的感觀認識,從而為建立電流概念打下基礎。
1.4 在公式分析。講解公式時,注重公式推理、得出過程,注重公式的使用條件,主要學習公式的如何使用。這是物理式正確使用的前提,前期學不好,后期無法正確應用。中職學生在初中物理中已學過的部分電路歐姆定律,它只適用于電路中某個導體或某一部分電路的電壓、電流和電阻三者之間的關系。《電工基礎》中引入了全電路歐姆定律新知識,進一步完善電路中內、外電路的電流、電壓(電動勢)和電阻間的關系,使知識由“部分電路”向“全電路”深化和發展。教學中可以充分利用部分電路歐姆定律的概念和相關知識,引入全電路歐姆定律的概念。如在課本電路中,將全電路分解為外電路和內電路兩部分,在外電路中,根據部分電路歐姆定律可知負載R兩端的電壓降為:U=IR.在內電路中,電源電動勢E與內阻r的電壓降Ur和電源端電壓的關系是:U=E-Ir。在全電路中,負載兩端電壓U與電源端電壓U相等,且內外電路電流相等,則可得:I=E/R+r即為全電路歐姆定律。通過實例的講解,注意強調部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律兩種概念的共同點、不同點以及相互聯系,使學生對新知識能進一步理解和掌握。
2 提高基礎學力,促進科學素養可持續發展
學力,是指通過學習獲得的能力。物理教育在提高學生科學素養的同時,還要提高學生的學力水平,并使更多的學生對物理產生興趣。學力是教育的內核,是學校課程設計的前提。任何一門學科教學的目標大體有四個組成部分:①知識、理解;②技能;③思考力、判斷力;④關系、動機、態度。前兩部分為顯性學力,后兩部分為隱形學力。就猶如浮在水面上的冰山,浮出水面的僅僅只是冰山一角,而更多的、隱匿在水面下的才是支撐浮出水面部分的基礎,四部分做為一個整體反映了一種學力觀。
3 結合學生、學校或專業的特定環境和特點,開展適合專業特點和學生實際的校本課程開發,是培養學生專業素養的必要補充