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【關(guān)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(xué)部分的核心內(nèi)容,也是高考的重難點內(nèi)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(jìn)行鞏固,以取得更高的分?jǐn)?shù)。
1在歐姆定律的學(xué)習(xí)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(xiàn)忽略導(dǎo)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(dǎo)電金屬和導(dǎo)電液體,對于氣體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)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(yīng)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(jìn)行了請教并查閱了相關(guān)資料,許多資料上說歐姆定律的應(yīng)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(tài)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(tài)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(xué)習(xí)我們會發(fā)現(xiàn)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(dǎo)致導(dǎo)體的電阻實際上不可能是穩(wěn)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(dāng)通電導(dǎo)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(chǔ)的概念,也是我最容易混淆的內(nèi)容。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,而電流、電壓、電阻的概念是基本的電學(xué)測量儀器,另外,歐姆定律只是用來研究電路內(nèi)部系統(tǒng),不包括電源內(nèi)部的電阻、電流等,在學(xué)習(xí)歐姆定律的過程中,電流表、電壓表、導(dǎo)線等電子元器件的影響常常是不考慮在內(nèi)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(tǒng)中,且是同一時刻的數(shù)值。
2歐姆定律學(xué)習(xí)中需要掌握的內(nèi)容
本人在基于電學(xué)的基礎(chǔ)之上,通過對歐姆定律的解題方式進(jìn)行分析,個人認(rèn)為我們需掌握以下內(nèi)容:了解產(chǎn)生電流的條件;理解電流的概念和定義式I=q/t,并能進(jìn)行相關(guān)的計算;熟練掌握歐姆定律的表達(dá)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(guān)的電路問題;知道什么是導(dǎo)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(jìn)行實驗、設(shè)計實驗,能根據(jù)實驗分析、計算、統(tǒng)計物理規(guī)律,并能運用公式法和圖像法相結(jié)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(nèi)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(xué)習(xí)難度較大,但我通過相關(guān)教學(xué)短片的學(xué)習(xí),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(dǎo)體自身的特有屬性,其大小是受溫度、導(dǎo)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(guān),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(xí)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(xué)有關(guān)的知識,我一般會利用歐姆定律解決電生磁現(xiàn)象與電功率計算問題。例如:某人做驗時把兩盞電燈串聯(lián)起來,燈絲電阻分別為R1=30Ω,R2=24Ω,電流表的讀數(shù)為0.2A,那么加在R1和R2兩端的電壓各是多少?我可以根據(jù)兩燈串聯(lián)這一關(guān)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(jié)論。
3.2利用電路圖進(jìn)行進(jìn)行計算
在解有關(guān)歐姆定律的題時,以前直接把不同導(dǎo)體上的電流、電壓和電阻代入表達(dá)式I=U/R及導(dǎo)出式U=IR和R=U/I進(jìn)行計算,并把同一導(dǎo)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(dá)式及導(dǎo)出式進(jìn)行計算,因此經(jīng)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(jù)題意畫出電路圖,并在圖上標(biāo)明已知量、數(shù)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(lián)還是并聯(lián),以抓住電流、電壓、電阻在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的特征進(jìn)行解題。同時,我還會注意開關(guān)通斷引起電路結(jié)構(gòu)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(biāo),其中需注意單位的統(tǒng)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(jìn)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(jìn)行計算,再擴(kuò)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(xué)習(xí)的目標(biāo)以及方法。比如遇到當(dāng)定值電阻接在電源兩端后電壓由U1變?yōu)閁2,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(dāng)難度增加由一個電阻變?yōu)閮蓚€電阻時,定值電阻與滑動變阻器串聯(lián)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(shù)為ΔI,在這樣的問題上可將變化的問題轉(zhuǎn)化為固定的關(guān)系之間的數(shù)值,就可簡化許多變量問題的計算。當(dāng)變量變?yōu)槿齻€電阻時難度會進(jìn)一步的增大,我起初認(rèn)為這是一項不可能完成的任務(wù),所以放棄了這類題,而在經(jīng)過詢問成績優(yōu)秀的同學(xué)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(jìn)行合并,以此簡化題目。
4總結(jié)
簡言之,歐姆定律是物理教材中最為重要的電學(xué)定律之一,是電學(xué)內(nèi)容的重要知識,也是我們學(xué)習(xí)電磁學(xué)最基礎(chǔ)的知識。當(dāng)然,對于歐姆定律的學(xué)習(xí)與解題方法,自然不止以上所述方法,因而在具體的學(xué)習(xí)中,我們要立足于自身實際學(xué)習(xí)情況來進(jìn)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(xiàn):
[1]高飛.歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用技巧[J].才智,2009(27)
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)方法;物理問題;分析
一、數(shù)學(xué)知識的應(yīng)用能力在物理學(xué)習(xí)中占據(jù)著重要的地位
首先,數(shù)學(xué)是物理的語言,它以簡潔精確的特點描述物理概念和規(guī)律。例如,物理量的定義,像加速度、電阻、電場強度、磁感應(yīng)強度等物理量的定義均用了比值定義。在物理規(guī)律的表達(dá)如牛頓第二定律、歐姆定律等都體現(xiàn)了函數(shù)關(guān)系自變量與函數(shù)的關(guān)系。在運動學(xué)中如v-t圖像更能形象地描述運動特點、運動過程。所以在物理概念規(guī)律時正是體現(xiàn)了數(shù)學(xué)的邏輯性。所以,對學(xué)生來說,需要有良好的數(shù)學(xué)基礎(chǔ),如公式變形、比例運算、三角函數(shù)、函數(shù)方程、圖象、對數(shù)、數(shù)列……
其次,分析和解決物理問題的過程,就是應(yīng)用所學(xué)物理知識和原理,將問題給出的物理情景,抽象或簡化成各種概念模型和過程模型,用數(shù)學(xué)化的公式或方程表達(dá)出來,最后用數(shù)學(xué)知識解得結(jié)果。在高中物理學(xué)習(xí)中,除了要掌握概念、規(guī)律,更重要的是應(yīng)用規(guī)律概念解決問題。在高中物理的學(xué)習(xí)中,解決力學(xué)、電磁學(xué)的三種途徑;牛頓第二定律、能量、動量貫穿了整個高中物理的始終。從平衡等式到牛頓第二定律到動能定理機(jī)械能守恒定律,到動量定理,到動量守恒定律,無不是列方程去解決物理問題。
二、高中物理學(xué)習(xí)中數(shù)理結(jié)合的具體體現(xiàn)
高中物理“培養(yǎng)學(xué)生運用數(shù)學(xué)處理物理問題的能力”的要求是:學(xué)生能理解公式和圖象的物理意義,能運用數(shù)學(xué)進(jìn)行邏輯推理,得出物理結(jié)論,要學(xué)會用圖象表達(dá)和處理問題;能進(jìn)行定量計算,也能進(jìn)行定性和半定量分析。要實現(xiàn)上述目標(biāo),必須在物理學(xué)習(xí)中注重數(shù)理結(jié)合。在中學(xué)階段,運用數(shù)學(xué)工具解決物理問題的學(xué)習(xí)主要表現(xiàn)在以下兩個方面:
1.運用數(shù)理結(jié)合進(jìn)行物理概念和物理規(guī)律的學(xué)習(xí)
物理概念是對物理現(xiàn)象的概括,是從個別的物理現(xiàn)象、具體過程和狀態(tài)中抽象出的具有相同本質(zhì)的物理實體。它反映的是物理現(xiàn)象的本質(zhì)屬性,是構(gòu)成物理知識的最基本的單位。如:加速度定義式、電場強度的定義式、磁感應(yīng)強度定義式、歐姆定律,電容的定義式、決定式等,動能定理表達(dá)式、機(jī)械能守恒定律表達(dá)式、動量定理表達(dá)式、動量守恒表達(dá)式等,在抽象出一類物理現(xiàn)象和物理過程的共同特征和本質(zhì)屬性之后,用簡潔的文字語言、數(shù)學(xué)式子或圖表表達(dá)物理概念。
2.運用數(shù)理結(jié)合進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)的處理
應(yīng)用準(zhǔn)確的實驗方法得出實驗數(shù)據(jù)后,從實驗數(shù)據(jù)中分析、計算得出實驗結(jié)論,是實驗?zāi)芰Φ闹饕矫妗T趯嶒灁?shù)據(jù)的處理中,數(shù)學(xué)工具的應(yīng)用使得處理過程顯得特別簡捷、直觀。例如:驗證勻變速實驗中求解加速度我們可以用逐差法,還可用v-t圖象斜率球加速度。再有在電學(xué)實驗中描繪小燈泡的伏安特性曲線通過圖線的變化趨勢判斷電阻的變化。在測電源電動勢和內(nèi)阻的實驗中閉合電路的伏案特性曲線的截距、斜率的值各是我們沿得到的電動勢和內(nèi)阻值,這比列方程就解更準(zhǔn)些。
三、物理解題中常用的數(shù)學(xué)知識
物理解題運用的數(shù)學(xué)方法通常包括方程(組)法、比例法等。
1.方程法
在物理計算題中是通過物理方程求解物理未知量的,方程組是由描述物理情景中的物理概念,物理基本規(guī)律,各種物理量間數(shù)值關(guān)系,時間關(guān)系,空間關(guān)系的各種數(shù)學(xué)關(guān)系方程組成的。
2.比例法
比例計算法可以避開與解題無關(guān)的量,直接列出已知和未知的比例式進(jìn)行計算,使解題過程大為簡化。應(yīng)用比例法解物理題,要討論物理公式中變量之間的比例關(guān)系,清楚公式的物理意義,
每個量在公式中的作用,所要討論的比例關(guān)系是否成立。同時,要注意比例條件是否滿足:物理過程中的變量往往有多個。討論某兩個量比例關(guān)系時要注意只有其他量為常量時才能成比例。
人教版新教材《物理》選修3-1第二章第六節(jié)中電阻定律的編排確實是無違初衷。為了讓學(xué)生能容易理解和掌握電阻定律,教材編置了兩個探究實驗:1. 探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系;2. 探究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系。兩個探究以第一個為主要,它得出的數(shù)據(jù)正確并準(zhǔn)確時,定律的架構(gòu)就已經(jīng)在學(xué)生的頭腦中搭建并確立起來;再通過探究實驗2的測量比較得出表達(dá)式中的比例常數(shù),從而導(dǎo)出電阻定律及表達(dá)式。
由于配課實驗欠缺科學(xué)性,誤導(dǎo)了任課教師,致使新課材使用以來,該節(jié)課時上課的效果欠佳。究其原因應(yīng)為:探究實驗1的定位欠缺科學(xué)依據(jù),也就是說單純用電壓表不可能直測導(dǎo)體電阻;用比較的方法也不可能比出電阻與其影響因素的定量關(guān)系。因此,課堂上想用配課實驗提供的裝置,按照實驗的定位完成電阻與影響其因素的定量關(guān)系是不可能的;只能用直測電壓比較量值來引導(dǎo)學(xué)生從定性方面認(rèn)識和掌握導(dǎo)體電阻與長度及截面的比例關(guān)系。或者,從另一角度來看,能按示圖裝置多個電阻線串聯(lián)的大規(guī)模裝置,設(shè)定按歐姆定律定量解釋――整個串聯(lián)外電路的電流強度相等,由于電源的不穩(wěn)定性等系統(tǒng)原因,也不可能得到電阻與影響其因素的定量關(guān)系。再者,按《教師用書》中提供的方案,讓學(xué)生參與,達(dá)到探究的目標(biāo),由于儀表內(nèi)阻的因素及其他人為的原因,也不能實現(xiàn)定量分析(以下是相關(guān)實驗過程及實測數(shù)值)。
實驗(1),按下圖,以電阻定律演示器(T2359),演示電表(T0401)1臺,低壓電源(T1201或1201-1)1臺,滑動變阻器(T2354-1.50Ω,1A)一個,連接電路(說明: A、B、C為同規(guī)格的鎳鉻絲,D為同規(guī)格的鐵絲),完成演示實驗。
1. 導(dǎo)體的電阻和長度的關(guān)系。
(1)測量取值:電源是直流2伏檔,調(diào)節(jié)滑動變阻器,使A~D的兩端接近2伏,改變鎳鉻絲的長度,取值。
(2)列表
(3)作圖
從圖像出現(xiàn)的偏差可以看出:測量過程中,電壓出現(xiàn)波動不可預(yù)知,也不可能調(diào)整使其始終保持一定量值不變,所以出現(xiàn)測量值的誤差。
2. 導(dǎo)體的電阻與截面的關(guān)系。
用連接片把其中兩條鎳鉻絲并接起來,保持原來的串聯(lián)電路。此時,長度同樣1m,截面面積是原來的兩倍。再進(jìn)行測量,結(jié)果由于儀表內(nèi)阻標(biāo)準(zhǔn)的問題,加上表頭的最小量值為1伏,表針滿度偏轉(zhuǎn),得不到測量數(shù)據(jù)。
結(jié)論:只能理論解釋。
幾年來,由于教材是新課程配備的教本,其權(quán)威效應(yīng)可想而知;每到課期,任課教師都要求按照教材提供規(guī)格準(zhǔn)備實驗裝置,并期望以定量方式來完成電阻定律的授課過程,結(jié)果總是事與愿違。
本人認(rèn)為,該節(jié)課時的配課實驗的定位存在一定的問題,可以不予以采用。可以另選用《高中物理實驗大全》推介的間接測量法――“伏安法測電阻”來完成引導(dǎo)教學(xué)過程。其效果眾所周知,并且此演示實驗真正實現(xiàn)定量確立定律的不同物理量之間的關(guān)系,既簡潔又明了,也不乏學(xué)生參與探究的環(huán)節(jié)。
實驗(2),器材:電阻定律演示器(T2359),演示電表(J0401)2臺,低壓電源(J120或J1201-1)1臺,滑動變阻器(J2354-4,50Ω,3A)1個,單刀開關(guān)等。
方法:
1. 導(dǎo)體電阻跟長度的關(guān)系(鎳鉻絲),始終保持電壓為2伏不變,改變長度,測得:
明確立論:證明R與L成正比。
作圖(如下圖)
2. 跟截面面積的關(guān)系。
用連接片把鎳鉻絲并聯(lián)起來接入電路,長為1m,截面面積為原來的兩倍,保持電壓2伏不變。
測得:
比較并明確立論:R與S成反比。
3. 金屬導(dǎo)體的電阻跟材料的關(guān)系。
方法同上(注意:銅線的良導(dǎo)性能),A用0~5A,電壓要求小于0.45V。測出量值,列表如下:
明確立論:長度及截面面積均相同的金屬導(dǎo)體,因材料不同,其電阻也不相同。
1 知識目標(biāo)
1.1 知道電動勢的定義.
1.2 理解閉合電路歐姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意義,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題。
1.3 知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和。
1.4 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計算有關(guān)問題。
1.5 理解閉合電路的功率表達(dá)式。
1.6 理解閉合電路中能量轉(zhuǎn)化的情況。
2 能力目標(biāo)
2.1 培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力,會用閉合電路歐姆定律分析外電壓隨外電阻變化的規(guī)律。
2.2 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計算有關(guān)問題。
2.3 通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析問題能力。
3 情感目標(biāo)
3.1 通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學(xué)生普遍聯(lián)系觀點。
3.2 通過分析外電壓變化原因,了解內(nèi)因與外因關(guān)系。
3.3 通過對閉合電路的分析計算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒思想。
3.4 知道用能量的觀點說明電動勢的意義。
教學(xué)建議
1 電源電動勢的概念在高中是個難點,是掌握閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ),在處理電動勢的概念時,可以根據(jù)教材,采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負(fù)極將正電荷運送到正極,克服電場力做功,非靜電力搬運電荷在兩極之間產(chǎn)生電勢差的大小,反映了電源做功的本領(lǐng),由此引出電動勢的概念;也可以按本書采取討論閉合電路中電勢升降的方法,給出電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和的結(jié)論.教學(xué)中不要求論證這個結(jié)論.教材中給出一個比喻(兒童滑梯),幫助學(xué)生接受這個結(jié)論。
需要強調(diào)的是電源的電動勢反映的電源做功的能力,它與外電路無關(guān),是由電源本生的特性決定的。 電動勢是標(biāo)量,沒有方向,這要給學(xué)生說明,如果學(xué)生程度較好,可以向?qū)W生說明,做為電源,由正負(fù)極之分,在電源內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極,為了說明問題方便,也給電動勢一個方向,人們規(guī)定電源電動勢的方向為內(nèi)電路的電流方向,即從負(fù)極指向正極。
2 路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,是一個難點.希望作好演示實驗,使學(xué)生有明確的感性認(rèn)識,然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關(guān)系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關(guān)系,務(wù)必使學(xué)生熟悉這個圖線。
學(xué)生應(yīng)該知道,斷路時的路端電壓等于電源的電動勢.因此,用電壓表測出斷路時的路端電壓就可以得到電源的電動勢.在考慮電壓表的內(nèi)阻時,希望通過第五節(jié)的“思考與討論”,讓學(xué)生自己解決這個問題。
3 最后講述閉合電路中的功率,得出公式 , .要從能量轉(zhuǎn)化的觀點說明,公式左方的 表示單位時間內(nèi)電源提供的電能.理解了這一點,就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內(nèi)阻上,其余部分輸出到外電路中。
教學(xué)設(shè)計方案
閉合電路的歐姆定律
1 教育目標(biāo)
1.1 知識教學(xué)點
1.1.1 初步了解電動勢的物理意義。
1.1.2 了解電動勢與內(nèi)外電壓的關(guān)系。
1.1.3 理解閉合電路歐姆定律及其公式,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題。
1.1.4 理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達(dá)和圖線表達(dá),并能用來分析、計算有關(guān)問題。
1.1.5 理解閉合電路的功率表達(dá)式,理解閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。
1.2 能力訓(xùn)練點
通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻變化而變化的規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方法分析問題的能力。
1.3 德育滲透點[來源:高考資源網(wǎng)]
1.3.1 通過外電阻的改變而引起I、U變化的深入分析,樹立事物之間存在普遍的相互聯(lián)系的觀點。
1.3.2 通過對閉合電路的分析計算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒的思想。
2 重點、難點、疑點及解決辦法
2.1 重點
①正確理解電動勢的物理意義。[來源:高考資源網(wǎng)]
②對閉合電路歐姆定律的理解和應(yīng)用。
2.2 難點
路端電壓、電流隨外電阻變化規(guī)律。
2.3 疑點
路端電壓變化的原因(內(nèi)因、外因)。
2.4 解決辦法
制作多媒體課件,采用類比分析、動態(tài)畫面、圖像等幫助同學(xué)增強感性認(rèn)識,逐步了解電動勢的含義,推導(dǎo)閉合電路歐姆定律公式,分析各項的意義,使學(xué)生有初步整體感知,精選運用閉合電路歐姆定律分析路端電壓隨外電阻改變而改變的規(guī)律的典型例題,結(jié)合圖像分析突破難點。
3 教學(xué)過程設(shè)計
引入新課:
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動形成電流.那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢差)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差.當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力的作用下通過導(dǎo)線產(chǎn)生定向移動而形成電流,但這是一瞬間的電流.因為兩極板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減少為零,所以電流減小為零,因此只有電場力的作用是不能形成持續(xù)電流的。
教師:為了形成持續(xù)的電源,必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負(fù)電荷來補充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢差,從而在導(dǎo)線中維持恒定的電流,能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時,電源中的非靜電力將不斷做功,從而把已經(jīng)流到低電勢處的正電荷不斷地送回到高電勢處.使它的電勢能增加。
4 課時安排[來源:高考資源網(wǎng)][來源:高考資源網(wǎng)]
1課時
5 教具學(xué)具準(zhǔn)備
不同型號的干電池若干、小燈泡(3.8V)、電容器一個、紐扣電池若干、手搖發(fā)電機(jī)一臺、可調(diào)高內(nèi)阻蓄電池一個、電路示教板一塊、示教電壓表(0~2.5V)兩臺、10Ω定值電阻一個、滑線變阻器(0~50Ω)一只、開關(guān)、導(dǎo)線若干。
6 學(xué)生活動設(shè)計
學(xué)生觀察、動手測電源電動勢,并邊觀察邊思考,逐步推導(dǎo)閉合電路歐姆定律,在教師的啟發(fā)下逐漸理解公式含義,引導(dǎo)學(xué)生用公式法和圖像法去分析同一問題。
7 教學(xué)過程
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動形成電流。那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢差。)
演示:將小燈泡接在充電后的電容器兩端,會看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅。)為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差。當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力作用下沿導(dǎo)線定向移動形成電流,但這是一瞬間的電流。因為兩極板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減小為零,所以電流減小為零,因此要得到持續(xù)的電流,就必須有持續(xù)的電勢差。
教師:能夠產(chǎn)生持續(xù)電勢差的裝置就是電源。那么,如何描述電源的特性?電源接入電路,組成閉合電路,閉合電路中的電流有什么規(guī)律呢?這節(jié)課我們就來學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律。
8 板書設(shè)計
8.1 電源電動勢:等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓。
8.2 閉合電路歐姆定律。
閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。
8.3 路端電壓跟負(fù)載的關(guān)系。
路端電壓隨外電阻增大而增大。
說課是把執(zhí)教者的教學(xué)設(shè)想,教學(xué)思想及其理論依據(jù)說出來,供同行商榷和交流。今天“說課”的內(nèi)容是“歐姆定律”一節(jié)。下面介紹說這節(jié)課的過程。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過,高中選修教材安排這節(jié)課的目的,主要是讓學(xué)生通過課堂演示實驗再次增加感性認(rèn)識;體會物理學(xué)的基礎(chǔ)研究方法(即通過實驗來探索物理規(guī)律);學(xué)習(xí)分析實驗數(shù)據(jù),得出實驗結(jié)論的兩種常用方法——列表對比法和圖像法;再次領(lǐng)會定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節(jié)課的教學(xué)目的和教學(xué)要求。這節(jié)課不全是為了讓學(xué)生知道實驗結(jié)論及定律的內(nèi)容,重點在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;在得出結(jié)論時用了什么樣的科學(xué)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(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會科學(xué)家的思維方法。
本節(jié)課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識的作用,另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定基礎(chǔ)。本節(jié)課分析實驗數(shù)據(jù)的兩種基本方法,也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用。因此也可以說,本節(jié)課是后續(xù)課程的知識準(zhǔn)備階段。
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要讓學(xué)生記住歐姆定律的內(nèi)容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學(xué)會分析實驗數(shù)據(jù)的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。本節(jié)課的重點是成功進(jìn)行演示實驗和對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,這是本節(jié)課的核心,是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵,是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ)。
本節(jié)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(jīng)接觸過,但學(xué)生由于缺乏較多的感性認(rèn)識,對此還是比較生疏。從教學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)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(dá)式,從教學(xué)角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。
二、關(guān)于教法和學(xué)法
根據(jù)本節(jié)課有演示實驗的特點,本節(jié)課采用以演示實驗為主的啟發(fā)式教學(xué)法。教師邊演示、邊提問,讓學(xué)生邊觀察、邊思考,最大限度地調(diào)動學(xué)生積極參與教學(xué)活動。在教材難點處適當(dāng)放慢節(jié)奏,給學(xué)生充分的時間進(jìn)行思考和討論,教師可給予恰當(dāng)?shù)乃季S點撥,必要時可進(jìn)行課堂提問,讓學(xué)生充分發(fā)表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要使學(xué)生領(lǐng)會物理學(xué)的研究方法,領(lǐng)會怎樣提出研究課題,怎樣進(jìn)行實驗設(shè)計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進(jìn)行實驗操作,怎樣對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及通過分析得出實驗結(jié)論和總結(jié)出物理規(guī)律。同時要讓學(xué)生知道,物理規(guī)律必須通過實驗的檢驗,從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的思維習(xí)慣。
三、對教學(xué)過程的構(gòu)想
為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和自覺性,對一些主要教學(xué)環(huán)節(jié),有以下構(gòu)想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發(fā)學(xué)生思考:物理學(xué)的基本研究方法是什么?這樣既對學(xué)生進(jìn)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(shè)計可先啟發(fā)學(xué)生思考回答,這樣使學(xué)生既鞏固實驗知識,又調(diào)動學(xué)生積極參與。
3. 在進(jìn)行演示實驗時可請兩位學(xué)生上臺協(xié)助,同時讓其余學(xué)生注意觀察,也可調(diào)動全體學(xué)生都來參與,積極進(jìn)行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,提出問題讓學(xué)生思考回答:為了更直觀地顯示物理規(guī)律,還可以用什么方法對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?目的是更加突出方法教育,使學(xué)生對分析實驗數(shù)據(jù)的兩種最常用的基本方法有更深刻的認(rèn)識。到此應(yīng)該達(dá)到本節(jié)課的第一次,通過提問和畫圖像使學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒轉(zhuǎn)向高漲。
5. 在得出電阻概念時,要引導(dǎo)學(xué)生從分析實驗數(shù)據(jù)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(xué)生結(jié)論,而應(yīng)給予充分的時間,啟發(fā)學(xué)生積極思考,并給予適當(dāng)?shù)乃季S點撥。此處節(jié)奏應(yīng)放慢,可提請學(xué)生展開討論,讓學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學(xué)生對電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實驗結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步總結(jié)歐姆定律,這實際是認(rèn)識上的又一次升華。要注意闡述實驗結(jié)論的普遍性,在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生先行總結(jié),以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力。
7. 為檢驗教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,可自編若干概念題進(jìn)行反饋練習(xí),達(dá)到鞏固之目的。然后結(jié)合教材練習(xí)題,熟悉歐姆定律的應(yīng)用,時間不宜過長,以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數(shù)規(guī)則進(jìn)行介紹。
2.注意正確規(guī)范地進(jìn)行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
4. 定義電阻及總結(jié)歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節(jié)奏混亂。
5.所編反饋練習(xí)題應(yīng)重點放在概念辨析和方法訓(xùn)練上,不能把套公式計算作為重點。
關(guān)鍵詞:物理;規(guī)律教學(xué);思維
物理規(guī)律(包括定律、定理、原理、公式等)反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律,反映了物質(zhì)運動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系,揭示了物理事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系,是物理學(xué)科結(jié)構(gòu)的核心。整個中學(xué)物理是以為數(shù)不多的基本概念和基本規(guī)律為主干的一個完整體系,物理基本概念是基石,基本規(guī)律是中心,基本方法是紐帶。要使學(xué)生掌握學(xué)科的基本結(jié)構(gòu),就必須讓學(xué)生學(xué)好基本規(guī)律。
縱觀整個初中物理,可以將物理規(guī)律分為以下三類:
1.實驗規(guī)律
物理學(xué)中的很多規(guī)律都是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上,通過分析歸納總結(jié)出來的。我們把它們叫做實驗規(guī)律。如杠杠平衡原理、歐姆定律、阿基米德原理等。
2.理想規(guī)律
有些物理規(guī)律不能直接用實驗來證明,但是具有足夠數(shù)量的經(jīng)驗事實。如果把這些經(jīng)驗事實進(jìn)行整理分析,抓住主要因素,忽略次要因素,推理到理想的情況下,總結(jié)出來的規(guī)律,這樣的規(guī)律我們把它叫做理想規(guī)律,如牛頓第一定律、真空不能傳聲等。
3.理論規(guī)律
有些物理規(guī)律是以已知的事實為根據(jù),通過推理總結(jié)出來的,我們把它叫做理論規(guī)律。如并聯(lián)電路中電阻大小的計算等。
怎樣才能搞好規(guī)律教學(xué)呢?
1 聯(lián)系新舊知識、收集事實依據(jù),學(xué)會研究物理規(guī)律的方法
物理規(guī)律本身反映了物理現(xiàn)象中的相互聯(lián)系、因果關(guān)系和有關(guān)物理量間的嚴(yán)格數(shù)量關(guān)系。因此在物理規(guī)律的教學(xué)中必須將原來分散學(xué)習(xí)的有關(guān)概念綜合起來。只有用聯(lián)系的觀點來引導(dǎo)學(xué)生研究新課題提出新問題才能激發(fā)學(xué)生新的求知欲與新的興趣。另一方面物理規(guī)律本身總是以一定的物理事實為依據(jù)的。因此學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律也必須在認(rèn)識、分析和研究有關(guān)的物理事實的基礎(chǔ)上來進(jìn)行。尤其是初中學(xué)生他們的抽象思維能力不強理解和掌握物理規(guī)律更需要有充分的感性材料為基礎(chǔ)。
2 建立思維方法,理解物理規(guī)律
初中階段所研究的物理規(guī)律一般著重于用文字語言加以表達(dá)即用一段話把某一規(guī)律的物理意義表述出來,有些規(guī)律還用公式加以表達(dá)。對于物理規(guī)律的文字表述要認(rèn)真加以分析,使學(xué)生真正理解它的含義而不是讓學(xué)生去死記結(jié)論。例如牛頓第一定律這一理想規(guī)律的教學(xué)就可采用“合理推理法”,即在實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)行推理想象,由有摩擦的情況推想到無摩擦?xí)r的運動情況,最后把這一規(guī)律的內(nèi)容表述出來。在理解時要弄清定律的條件是“物體沒有受到外力作用”。還要正確理解“或”這個字的含義,“或”不是指物體有時保持勻速直線運動狀態(tài)有時保持靜止?fàn)顟B(tài),而是指如果物體原來是靜止它就保持靜止?fàn)顟B(tài),如果物體原來是運動的它就保持勻速直線運動狀態(tài);許多理論物理規(guī)律的內(nèi)容可以用數(shù)學(xué)形式表達(dá)出來就是公式。要使學(xué)生從物理意義上去理解公式中所表示的物理量之間的數(shù)量關(guān)系而不能從純數(shù)學(xué)的角度加以理解。例如:對于歐姆定律的表達(dá)式應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解這一公式表達(dá)了電流的強弱決定于加在導(dǎo)體兩端電壓的大小和導(dǎo)體本身電阻的大小,即某段電路中電流的大小與這段電路兩端的電壓成正比與這段電路中的電阻成反比,公式中的I、U、R三個物理量是對同一段電路而言的。把公式進(jìn)行變換得到電阻的定義式R=U/I。如果不理解公式的物理意義就可能得出“電阻與電壓成正比”這一錯誤的結(jié)論。
3 明確物理規(guī)律的適用條件和范圍
每一個物理規(guī)律都是在一定的條件下反映某個物理現(xiàn)象或物理過程的變化規(guī)律,而規(guī)律的成立是有條件的。因此每一規(guī)律的適用條件和范圍也是一定的。學(xué)生只有明確規(guī)律的適用條件和范圍才能正確地運用規(guī)律來解決問題才能避免亂用規(guī)律、亂套公式的現(xiàn)象。例如,歐姆定律I=U/R,適用于金屬導(dǎo)體,不適用于高電壓的液體導(dǎo)電,不適用于氣體導(dǎo)電,不適用于含源電路或含有非線性元件的電路。而且I、U、R必須是同一段電路上的三個物理量。
4 認(rèn)清關(guān)系,加以區(qū)別
物理規(guī)律總是與許多物理概念緊密聯(lián)系在一起的,與某些物理規(guī)律也是互相關(guān)聯(lián)的,應(yīng)當(dāng)使學(xué)生把物理規(guī)律與同它相關(guān)的物理概念和物理規(guī)律之間的關(guān)系搞清楚。如:牛頓第一定律與物體的慣性雖有聯(lián)系但二者有本質(zhì)的區(qū)別不能混為一談。在教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生把慣性與運動狀態(tài)等同起來,把物體不受外力作用保持原來的運動狀態(tài)說成是“保持物體的慣性”。我們知道慣性是物體的固有屬性,物體無論是靜止還是運動、是否受力,任何時候都有慣性。而牛頓第一定律是一個反映這些客觀事實的物理規(guī)律,兩者不能混為一談。
5 聯(lián)系實際應(yīng)用,掌握物理規(guī)律
1.發(fā)現(xiàn)問題作出猜想
生活中的電熱油汀、“熱得快”、電暖器、電水壺、電爐等都是利用電流做功將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的裝置,這類裝置統(tǒng)稱電熱器.電流通過電熱器時會產(chǎn)生熱量,這種通電導(dǎo)體發(fā)熱的現(xiàn)象稱為電流的熱效應(yīng).在發(fā)現(xiàn)電流熱效應(yīng)時,我們同時還會發(fā)現(xiàn):①電熱器只有通電時才發(fā)熱,因此我們猜想它們產(chǎn)生的熱量可能與電流的大小有關(guān);②電爐是通過銅導(dǎo)線接入電路,通電時電爐絲熱得發(fā)紅,而銅導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱,我們猜想它們產(chǎn)生的熱量可能與電阻的大小有關(guān);③同樣的電熱水壺裝滿水,必須有足夠的通電時間吸收了到一定的熱量時才能將水燒開,因此我們猜想電熱器產(chǎn)生的熱量是否與通電時間有關(guān).由此,我們對影響電流熱效應(yīng)的因素作出如下猜想:電流、電阻、通電時間.
2.巧妙運用研究方法
為了對上述猜想作出系統(tǒng)的正誤判定,我們需要設(shè)計實驗來驗證.在電流、電阻、通電時間都不同的情況下,實驗必須采用控制變量法,即:①保持電流和通電時間不變,研究通電導(dǎo)體電阻的大小對產(chǎn)生熱量的影響;②保持電阻和通電時間不變,研究電流的大小對產(chǎn)生熱量的影響;③保持電流和電阻不變,研究通電時間對產(chǎn)生熱量的影響.
在實驗過程中,通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少是如何得知的呢?我們沒有一個專門的儀器去測量,所以我們用轉(zhuǎn)換法來獲知通電導(dǎo)體產(chǎn)生熱量的多少.將一段電阻絲浸沒在一定質(zhì)量的液體(如煤油)中,通電時電阻絲產(chǎn)生的熱量被液體吸收,液體的溫度就會升高,導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量越多,液體吸熱后溫度的升高也越大,因此我們可以通過比較相等質(zhì)量的同種液體溫度的升高來比較電阻絲發(fā)熱的多少,即把電阻絲發(fā)熱的多少轉(zhuǎn)換成液體上升的高度.
3.動手實踐發(fā)現(xiàn)規(guī)律
(1)實驗裝置如圖1所示,在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油,瓶中各裝一根電阻絲,甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大,串聯(lián)起來,通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高,體積膨脹,煤油在玻璃管里會上升.電流產(chǎn)生的熱量越多,煤油上升得越高.觀察煤油在玻璃管里上升的情況,就可以比較電流產(chǎn)生的熱量.
(2)實驗步驟
①保持電流和通電時間不變,研究通電導(dǎo)體電阻的大小對產(chǎn)生熱量的影響
兩個電阻串聯(lián),它們的電流相等,加熱的時間相同,甲瓶相對乙瓶中的電阻較大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:電流和通電時間相同時,電阻越大,電流產(chǎn)生的熱量越多.
②保持電阻和通電時間不變,研究電流的大小對產(chǎn)生熱量的影響
在兩玻璃管中的液柱降回原來的高度后,調(diào)節(jié)滑動變阻器,加大電流,重做實驗,讓通電的時間與前次相同,比較兩次實驗中甲瓶(或乙瓶)前后兩次煤油上升的高度,第二次煤油上升得高.表明:電阻和通電時間相同時,電流越大,電流產(chǎn)生的熱量越多.
③保持電流和電阻不變,研究通電時間對產(chǎn)生熱量的影響
加長通電的時間,瓶中煤油上升越高,表明:電流和電阻相同時,通電時間越長,電流產(chǎn)生的熱量越多.
(3)實驗結(jié)論
綜合上述實驗的結(jié)果得出結(jié)論:
電流通過導(dǎo)體時產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比,與導(dǎo)體的電阻成正比,與通電的時間成正比,這個規(guī)律叫做焦耳定律.
數(shù)學(xué)表達(dá)式為Q=I2Rt,其中電流的單位是安(A),電阻的單位是歐(Ω),時間的單位是秒(s),則電流產(chǎn)生熱量的單位是焦(J).
4.拓展延伸聯(lián)系實際
焦耳定律是一個實驗定律,它的適用范圍很廣.遇到電流熱效應(yīng)的問題時,例如要計算電流通過某一電路時放出的熱量,比較某段電路或?qū)w放出熱量的多少,即從電流熱效應(yīng)角度考慮對電路的要求時,都可以使用焦耳定律.
例1電爐絲通過銅導(dǎo)線接入電路通電時,電爐絲熱得發(fā)紅,而與電爐相連的銅導(dǎo)線卻幾乎不發(fā)熱,,這是為什么?
因為電爐絲的電阻遠(yuǎn)大于銅導(dǎo)線的電阻,而電爐絲和銅導(dǎo)線是串聯(lián)在一起的,所以電流相等,根據(jù)焦耳定律Q=I2Rt,相等時間內(nèi)電爐絲產(chǎn)生的熱量更多.
由例1我們聯(lián)想到電路中出現(xiàn)火災(zāi)的原因與焦耳定律是否有關(guān)呢?請同學(xué)們自行解答.
5.注意電功、電熱的區(qū)別
把歐姆定律的表達(dá)式I=U/R代入電功的表達(dá)式W=UIt,就可以得到電熱的表達(dá)式:
Q=(U2/R)t,Q=I2Rt.初學(xué)者很容易將電功電熱視為等同的兩個物理量,其實這種理解是片面的.電流通過一段電路所做的功叫做電功,電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量叫做電熱.
如圖2所示,電流通過含有一臺電動機(jī)的電路時,這段電路的電功是W=UIt,由于電動機(jī)有電阻R′,電阻上產(chǎn)生的電熱是Q=I2R′t,所以在這段電路中電能通過電流做功轉(zhuǎn)化成了兩部分,一部分驅(qū)動電動機(jī)轉(zhuǎn)動,轉(zhuǎn)化成了機(jī)械能,另一部分通過電阻R′時轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能.電路中含有洗衣機(jī)、電風(fēng)扇、電吹風(fēng)、電視機(jī)等用電器時,電能除一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,還會轉(zhuǎn)化為其他形式的能(如機(jī)械能、光能等),這樣的電路叫做非純電阻電路.非純電阻電路中用電器消耗的電功W=UIt大于電熱Q=I2R′t,即W>Q.
如圖3所示,電路中只有電阻R,電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,此時電功等于電熱W=Q=UIt=I2Rt=(U2/R)t.電路中只有電水壺、電飯鍋、熱水器等用電器時,電流做功將電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,這樣的電路叫做純電阻電路.
由此可見,電功是電路上消耗的總能量,包括內(nèi)能和其他形式的能;電熱僅是電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的這部分能量.在非純電阻電路中,電功大于電熱;在純電阻電路中,電功等于電熱.
6.串聯(lián)并聯(lián)選擇不同
計算純電阻電路的電熱有兩個表達(dá)式:Q=I2Rt與Q=(U2/R)t(U是電阻R兩端的電壓),前一個表達(dá)式表明在I、t一定時,Q與R成正比,所以在串聯(lián)電路中,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越多;后一個表達(dá)式表明在U、t一定時,Q與R成反比,所以在并聯(lián)電路中,電阻越大,產(chǎn)生的熱量越少.這兩個表達(dá)式中,由于它們的成立條件不同,因而Q與R的關(guān)系也不同.
例2甲乙兩條電熱絲,甲的電阻大于乙的電阻.將它們分別串聯(lián)在同一電路中,在相同的時間內(nèi),_______產(chǎn)生的熱量更多.將它們并聯(lián)在同一電路中,在相同的時間內(nèi),________產(chǎn)生的熱量更多.
新課程實施以來,湖北省宜昌市物理教師在市教科院熊春玲老師的主持下,吸取目標(biāo)評價教學(xué)、建構(gòu)主義學(xué)習(xí)、探究式教學(xué)、活動單導(dǎo)學(xué)等教學(xué)經(jīng)驗,總結(jié)出“目標(biāo)導(dǎo)學(xué)、學(xué)法導(dǎo)引、自主評價”的物理課堂教學(xué)模式,由于這個教學(xué)模式的推行和實施,老師們的課堂教學(xué)結(jié)構(gòu)日趨成熟穩(wěn)定.
為了把課程改革引向深入,探索更為科學(xué)有效的教學(xué)方法,筆者所在的長陽縣,廣大物理教師在實施市教科院教學(xué)模式的過程中,在縣研訓(xùn)中心劉開雙老師的帶領(lǐng)下,結(jié)合我縣的實際,經(jīng)過創(chuàng)新發(fā)展,總結(jié)探索出“三環(huán)六步導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式.并堅持在課堂教學(xué)中推行教學(xué)模式.經(jīng)教學(xué)實踐證明,該模式簡潔易行,能有效促進(jìn)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),有利于提高教學(xué)效率.
2教學(xué)模式的解讀
“三環(huán)六步導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式的基本構(gòu)想是,一節(jié)課由不同類型和形式的學(xué)習(xí)活動單元及過程組成,讓學(xué)生在目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)下,自主合作學(xué)習(xí),探究、體驗、領(lǐng)悟?qū)W習(xí)內(nèi)容,展示、交流學(xué)習(xí)結(jié)果,教師通過講授、指導(dǎo)、評價等方式引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí).
2.1“三環(huán)六步”教學(xué)模式的框架
[TP1CW36.TIF,BP#]
該模式體現(xiàn)創(chuàng)設(shè)情境、目標(biāo)(或問題)引導(dǎo)、任務(wù)驅(qū)動、學(xué)生自學(xué)、活動探究、交流討論、自主評價、師生互動、應(yīng)用反饋等多種學(xué)習(xí)方式綜合運用的一種教學(xué)模式(圖1).
2.2“三環(huán)”的涵義
“三環(huán)”是指 “目標(biāo)導(dǎo)引、活動探究、評價應(yīng)用 ” 三個環(huán)節(jié).教學(xué)過程運用三個環(huán)節(jié)交替遞進(jìn),有效解決教學(xué)過程中目標(biāo)不明、方法不清、評價滯后的問題.這三個環(huán)節(jié)的構(gòu)想在筆者所在區(qū)域得以廣泛實踐.
2.2.1目標(biāo)導(dǎo)引
我們到超市購物,如果沒有明確的目標(biāo),就會漫無目的地閑逛,如果有目標(biāo),購物效率會大大提高.學(xué)習(xí)活動也是如此,若是學(xué)生對學(xué)習(xí)目標(biāo)是模糊的,學(xué)習(xí)效果就會打折扣.所以學(xué)習(xí)目標(biāo)不單是教學(xué)設(shè)計的一個要素,不僅是教師要明白,也應(yīng)該讓學(xué)生明白,讓學(xué)習(xí)活動有的放矢.一個好的學(xué)習(xí)目標(biāo)的要[LL]素應(yīng)該是:學(xué)習(xí)內(nèi)容+學(xué)習(xí)方法+預(yù)期達(dá)到的學(xué)習(xí)水平和要求.這樣的學(xué)習(xí)目標(biāo)不僅讓學(xué)生明確了學(xué)什么,而且讓學(xué)生明確怎么學(xué),知道可以通過哪種學(xué)習(xí)方式達(dá)到目標(biāo),就能引導(dǎo)學(xué)生自主開展學(xué)習(xí)活動,也能引導(dǎo)學(xué)生自主開展評價活動.
2.2.2活動探究
活動探究是在學(xué)習(xí)目標(biāo)的導(dǎo)引下進(jìn)行的一系列學(xué)習(xí)活動和方法的總稱.通過問題引導(dǎo)、學(xué)法指導(dǎo),一步i引導(dǎo)學(xué)生按具體的學(xué)習(xí)方式進(jìn)行自主學(xué)習(xí),進(jìn)而達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo),提高學(xué)習(xí)效率,同時培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力,促進(jìn)學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí).對于每一個學(xué)習(xí)活動,教學(xué)內(nèi)容、方式是具體的,需要到達(dá)的水平和要求是明確的,這樣學(xué)生就可以在目標(biāo)和學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)下,自主合作學(xué)習(xí),探究、體驗、領(lǐng)悟?qū)W習(xí)內(nèi)容.
2.2.3評價應(yīng)用
在教學(xué)過程中,每個學(xué)習(xí)活動結(jié)束時,都安排相應(yīng)的學(xué)生自主評價,及時檢查評價學(xué)習(xí)效果.在一節(jié)新課結(jié)束后,也要安排課堂小結(jié)、當(dāng)堂演練、拓展延伸,對學(xué)生進(jìn)行形成性評價,檢驗學(xué)生對所學(xué)知識應(yīng)用情況.通過及時評價、形成性評價使自主評價緊隨教學(xué)活動的展開而展開,貫穿于教學(xué)活動的始終,通過評價促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展.
2.3“六步”的涵義
“六步”是指對于某一課時或某個學(xué)習(xí)活動采取的六個基本步驟,即“情景問題探究評價應(yīng)用反饋”.“六i”是基于“以學(xué)定教”提出的一種范式,對于某個教學(xué)內(nèi)容,并非要面面俱到,可以是全部,也可以側(cè)重其中的部分步驟.
2.3.1情境
新課程強調(diào)學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè).情境創(chuàng)設(shè)的途徑很多,如利用實驗創(chuàng)設(shè),聯(lián)系社會生活現(xiàn)象和素材創(chuàng)設(shè),利用新舊知識的聯(lián)系創(chuàng)設(shè),通過實踐體驗創(chuàng)設(shè),利用現(xiàn)代信息技術(shù)創(chuàng)設(shè)等.情境創(chuàng)設(shè)的作用是巨大的,能引發(fā)認(rèn)知沖突,激發(fā)興趣,喚起主動學(xué)習(xí)的欲望,矯正前概念的偏差,做好思維鋪墊,活躍課堂氛圍.情境可以在引入課題時創(chuàng)設(shè),也可以在每個學(xué)習(xí)活動單元過程中進(jìn)行創(chuàng)設(shè).
2.3.2問題
探究始于問題,沒有問題就沒有探究.針對學(xué)習(xí)目標(biāo)而設(shè)計的一個個學(xué)習(xí)活動單元,是圍繞問題展開的,為解決這些問題,根據(jù)問題的特征而預(yù)設(shè)了多樣化的學(xué)習(xí)方法,讓學(xué)生在解決問題的過程中學(xué)習(xí).對有的問題,可采取自主學(xué)習(xí)解決;有的問題,可采取小組合作學(xué)習(xí)解決;有的問題,可采用實驗法;還有的問題,需要進(jìn)一步猜想與假設(shè),設(shè)計實驗,進(jìn)行實驗探究;
對教學(xué)過程中生成的問題,還要突破預(yù)設(shè)的束縛,靈活加以處理.總之,問題的設(shè)計是關(guān)鍵,問題設(shè)計得合理,解決問題的方法科學(xué),就會有效驅(qū)動學(xué)生的整個學(xué)習(xí)過程,取得良好的學(xué)習(xí)效果.
2.3.3探究
新課程提倡探究式教學(xué).廣義地講,學(xué)生或通過自己的活動,或在老師的引導(dǎo)下,通過各種方式的主動學(xué)習(xí),從未知到已知的過程,都是探究過程.所以,如上所述,針對具體問題而采取的自學(xué)指導(dǎo)、合作探究、理論推理、實驗探究,以及精講點撥、師生對話、演示操作、小組討論、體驗、展示等學(xué)習(xí)活動,都是為了讓學(xué)生建構(gòu)形成自己理解的知識和方法而采取的探究活動,這是教學(xué)過程的重頭戲.
2.3.4評價
新課倡導(dǎo)“立足過程,促進(jìn)發(fā)展”的學(xué)生學(xué)習(xí)評價,促進(jìn)學(xué)生全面富有個性的發(fā)展,促進(jìn)教師反思和改進(jìn)教學(xué).這里的評價可以是對學(xué)生學(xué)習(xí)過程的及時評價,對自學(xué)效果的檢查,也可以是對整堂課的學(xué)習(xí)情況的檢測,還包括老師對學(xué)生的課堂表現(xiàn)進(jìn)行的口頭點評、學(xué)生互評和學(xué)生對課堂收獲的自我總結(jié).通過評價幫助學(xué)生認(rèn)識自我,發(fā)展自我.同時,通過學(xué)生之間開展自主評價活動,從而使學(xué)生學(xué)會評價.
2.3.5應(yīng)用
在學(xué)習(xí)過程中,應(yīng)用指在一定情境下展示和表達(dá)學(xué)生所理解的知識,這個步驟貫穿于課堂提問、課堂練習(xí)、課外實踐和測驗考試之中,所以在上述“三環(huán)”的基礎(chǔ)上,還應(yīng)注重當(dāng)堂演練、拓展延伸等環(huán)節(jié),既加強對知識的理解,也可初步檢驗學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成情況.
2.3.6反饋
反饋指教師利用課堂觀察、自主評價、當(dāng)堂演練、拓展訓(xùn)練和形成評價等環(huán)節(jié),與學(xué)習(xí)目標(biāo)中的水平和要求對照,提供反饋信息,發(fā)現(xiàn)學(xué)生理解概念和規(guī)律 上的差異,采取措施,修正教學(xué)素材或過程,修正偏差,進(jìn)而進(jìn)行釋疑解難、變式訓(xùn)練,使盡可能多的學(xué)生達(dá)成學(xué)習(xí)目標(biāo).
綜上所述,“三環(huán)六步學(xué)導(dǎo)”教學(xué)模式以學(xué)習(xí)活動為中心,通過學(xué)生的自主、探究、合作學(xué)習(xí),實現(xiàn)“以學(xué)定教、以教導(dǎo)學(xué)”的目的,不僅學(xué)會知識、技能和方法,而且學(xué)會學(xué)習(xí),充分體現(xiàn)了“雙主”――教師的主導(dǎo)性和學(xué)生的主體性,使主導(dǎo)性和主體性和諧統(tǒng)一,發(fā)揮最大效益.能將課堂真正還給學(xué)生,使學(xué)生學(xué)會學(xué)習(xí),學(xué)會評價,從而提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力和評價能力.
3“三環(huán)六步導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式課例
本文以人教版第十七章第二節(jié)《歐姆定律》為例,依據(jù)“三環(huán)六步導(dǎo)學(xué)”教學(xué)模式,具體地介紹.
3.1目標(biāo)導(dǎo)引
(1)通過看書、討論,理解歐姆定律的內(nèi)容、公式、單位及適用的條件.
(2)通過閱讀例題、老師講授、同步練習(xí),學(xué)會運用歐姆定律進(jìn)行簡單的計算及一般方法.
3.2活動探究
情景上節(jié)課,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了電流跟電壓和電阻的關(guān)系,請同學(xué)們回顧一下并表述出來.
活動1:閱讀課本78頁,然后回答下面的問題.
活動2:討論電流、電壓、電阻之間的因果關(guān)系.
活動3:閱讀課本78、79頁的例題1和例題2,思考用公式進(jìn)行計算的一般步驟和規(guī)范要求.
[BP(]活動4:例題講析
例3在如圖所示的電路中,調(diào)節(jié)滑動變阻器 R′,使燈泡正常發(fā)光,用電流表測得通過它的電流值是0.6 A.已知該燈泡正常發(fā)光時的電阻是20 Ω,求燈泡兩端的電壓.[BP)]
活動4:例題講析,點撥電阻與電壓、電流無關(guān),歐姆定律的[HJ1.45mm]另一個適用條件是同一時刻(同一狀態(tài)).
例1加在某一電阻器兩端的電壓為5 V時,通過它的電流是0.5 A,則該電阻器的電阻應(yīng)是多大?如果兩端的電壓增加[JP3]到20 V,此時這個電阻器的電阻值是多大?通過它的電流是多大?
3.3評價應(yīng)用
3.3.1自主評價
評價1:請你口頭表達(dá)歐姆定律的內(nèi)容.
評價2:請你說出歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式.
評價3:公式中各物理量的單位是什么?(提示區(qū)分物理量的符號和單位符號)
評價4:歐姆定律的適用條件是什么?
評價5:下列關(guān)于歐姆定律說法中正確的是
A.導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比
B.導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比
C.電壓一定時,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體中的電流成反比
D.電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),與電流、電壓無關(guān)
評價6:歸納用歐姆定律公式進(jìn)行計算的一般步驟.
3.3.2當(dāng)堂演練
(1)關(guān)于電流跟電壓和電阻的關(guān)系,下列說法正確的是
A.導(dǎo)體的電阻越大,通過導(dǎo)體的電流越小
B.導(dǎo)體的電阻越大,通過導(dǎo)體的電流越大
C.導(dǎo)體兩端的電壓越大,導(dǎo)體的電阻越大,通過導(dǎo)體的電流也越大
D.在導(dǎo)體兩端的電壓一定的情況下,導(dǎo)體的電阻越小,通過導(dǎo)體的電流越大
(2)一條鎳鉻合金線的兩端加上4 V電壓時,通過的電流是0.2 A,則它的電阻是[CD#3]Ω.若合金線的兩端電壓增至16 V時,它的電阻是[CD#3]Ω,這時若要用電流表測量它的電流,應(yīng)選用量程為[CD#3]A的電流表.
(3)關(guān)于歐姆定律,下列敘述中不正確的是
A.在相同電壓下,導(dǎo)體的電流和電阻成反比
B.對同一個導(dǎo)體,導(dǎo)體中的電流和電壓成正比
C.因為電阻是導(dǎo)體本身的性質(zhì),所以電流只與導(dǎo)體兩端的電壓成正比
D.導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓有關(guān),也與導(dǎo)體的電阻有關(guān)
[TP1CW37.TIF,Y#]
(4)在探究電阻兩端的電壓跟通過電阻的電流的關(guān)系時,小東選用了甲、乙兩個定值電阻R甲、R乙分別做實驗,他根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出了如圖2所示的圖像,請根據(jù)圖像比較電阻R甲與R乙的大小,R甲[CD#3]R乙.(選填“大于”、“等于”或“小于”)
3.3.3拓展延伸
我國刑法規(guī)定,從2011年5月1日起,駕駛員醉酒后駕車要負(fù)刑事責(zé)任.目前大多數(shù)國家都采用呼氣式酒精測試儀,對駕駛員進(jìn)行現(xiàn)場檢測.
在中學(xué)物理教學(xué)中常用的教學(xué)方法有講授法、實驗法、討論法、探索發(fā)現(xiàn)法。教學(xué)方法有多種多樣,每一種方法都有自己的特點,各有其適用條件和適用范圍,也就是說,每種方法都有各自的局限性。把某一種方法說成是放之四海而皆準(zhǔn)的最佳方法,過份地強調(diào)其作用,或把某一種教學(xué)方法說得一無是處,過份貶低其作用,都是錯誤的。
我今天要說的類比教學(xué)法應(yīng)屬于講授法中的一種常用方法,講授法的特點就是通過教師的語言,適當(dāng)輔以其他手段(利用實物、掛圖、類比、演示實驗等),使學(xué)生掌握知識,啟發(fā)學(xué)生思維,發(fā)展學(xué)生能力。講授法要求物理教師通過各種直觀演示,或以生動形象的事例喚起學(xué)生已有的感性認(rèn)識,系統(tǒng)地講解物理知識,揭示事物的矛盾,講解問題的關(guān)鍵、要害,教給學(xué)生處理問題的方法,引導(dǎo)學(xué)生積極思考,學(xué)會掌握物理知識的特點。類比的教學(xué)法就是把學(xué)生不容易理解的問題通過類比后變得容易理解,把學(xué)生容易混淆的知識點通過類比變得清晰,把學(xué)生難于記憶的知識通過類比后變得容易記憶,通過比較、分析、綜合、概括、推理等思維過程和形式,把科學(xué)的客觀性、邏輯性與一些藝術(shù)手法結(jié)合起來,使學(xué)生在學(xué)習(xí)知識的過程中,掌握發(fā)現(xiàn)問題、處理問題、解決問題的方法,從而發(fā)展學(xué)生分析問題和解決問題的能力。
在中學(xué)物理的教學(xué)中,能夠應(yīng)用類比方法教學(xué)的地方很多,如講靜電力學(xué)的問題時,我們就可以用類比的方法,通過學(xué)生已知的“重力勢能”來類比“電勢能”。在重力場中,物體因受重力作用而相對于某點(參考點)具有重力勢能,而在電場中,電荷因受電場力作用而相對于某點(參考點)具有電勢能;在重力場中,物體在重力作用下從高處向低處移動時,重力做功,對同一物體,高度差越大,重力做功越多。與此類似,電荷在電場中移動時,電場力做功,同一個電荷從一點移動到另一點時,電場力做功越多,就說這兩點間的電勢差越大,從而講清楚“電勢差”(即電壓)的概念;另外,說“電勢”和說“高度”一樣,得選一個高度的起點,即電勢零點和高度的起點是可類比的,選好高度的起點就可以測量物體的高度了,如選海平面為高度的起點,就可以測量各地的海拔高度,選人的腳底為高度的起點就可以測量人的身高等等,同理,選了電勢零點即可用電勢差(電壓)測量電場中各點電勢的高低了。
在學(xué)生剛接觸“電壓”這一概念時是比較抽象和難于理解的,電壓即“電位差”,如果用“水位差”來類比不就可以把抽象的問題變得形象化了嗎?,以U形管為例,當(dāng)兩端水位高度一致時,U形管中的水是不會流動的,只有當(dāng)兩端的水位高度不一致時,即有水位差時,U形管中的水才會流動,且水流方向是從高水位端流向低水位端。同理,在電路中,沒有電位差就不會形成電流,在電阻電路中,電流方向也總是從高電位端流向低電位端;在特殊情況下,水流可以從低水位端流向高水位端,如抽水機(jī)抽水時,那是外力對水做了功。類似的,電流也可以從低電位端流向高電位端,如電源內(nèi)部,那是非靜電力做功的結(jié)果。相似嗎?
在講庫侖定律時,我們常把萬有引力定律拿來對比講解,因為庫侖定律的公式和萬有引力的公式真是有著驚人的相似,庫侖力和萬有引力的大小都與兩個物體之間距離的二次方成反比,與兩個物體的質(zhì)量或電荷量的乘積成正比,力的方向都在兩個物體的連線上。利用這種相似性的類比,可以使學(xué)生更好地記住這兩個公式,這種相似性也可以啟發(fā)人們思考這樣的問題:庫侖力和萬有引力之間有沒有內(nèi)在聯(lián)系?從更深層次上看,會不會是同一種相互作用的不同的表現(xiàn)呢?從而激發(fā)學(xué)生的求知欲。
在講到磁路歐姆定律時,我們往往用電路歐姆定律來類比,因為磁路和電路也有很多相似之處,如電路有電阻,磁路有磁阻;電路有電動勢,磁路有磁動勢;電路有電流,磁路有磁通;電路中的電流跟電動勢成正比,而磁路中的磁通跟磁動勢成正比;電路中電流跟電阻成反比,而磁路中磁通跟磁阻成反比;磁路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為:磁通=磁動勢?M磁阻。電路歐姆定律:電流=電動勢?M電阻。可見他們非常相似,故教學(xué)時宜采用類比的方法進(jìn)行教學(xué)。
在講電場、磁場時,當(dāng)我們講完了左手定則,右手定則,右手螺旋定則和楞次定律時,學(xué)生對這幾個定則的應(yīng)用是模湖的,混淆的,常常是該用左手定則的地方用右手定則,該用右手定則的地方又用左手定則,為消除學(xué)生的這種模湖和混淆,我們就必須把這幾個定則放到一起進(jìn)行比較,比較他們有哪些相似處和異同點,比較他們各自的用途和注意事項,從而使學(xué)生能準(zhǔn)確地應(yīng)用這幾個定則。