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關鍵詞:歐姆定律;教學思考;教學研究
一、在歐姆定律教學過程當中,學生經常會遇到的問題
物理學科作為一門科學類學科,其教學內容通常比較枯燥,部分學生表示學習比較費勁,如何能讓學生徹底明白和消化歐姆定律,是教師需要考慮的問題。教師可制訂相關學習計劃,針對不同層次的學生制訂適合的學習計劃。教學中的重點:電流、電壓、電阻等相關知識點,一定要重點講解以便學生掌握,將理論知識與動手實踐結合起來,讓學生在實踐中加強對實驗中的儀器和知識點的把握。
二、讓學生明白歐姆定律的主要內容即電流、電壓、電阻三者之間的關系
歐姆定律作為初中物理電學的基礎,在初中教學之中只涉及部分電路,只有充分掌握了歐姆定律才能進一步學習電學部分的相關理論分析和計算。歐姆定律即闡述電流、電壓、電阻三者之間相互關聯的關系,教師在實驗當中引導學生自己推算出電壓、電阻、電流三者之間的關系,從而引出歐姆定律,讓學生的記憶更加清楚。演示實驗完成后要讓學生自己動手,加深理解。
掌握基礎定律知識后,教師則應當引導學生分析三者之間變化的問題,即電流是隨著電阻與電壓的變化而改變。在歐姆定律例題分析中比較常見的問題是多個變量的問題分析,教師要引導學生分析,運用一不變二變的方法來進行問題分析。由于初中學生的理解水平有限,且電壓、電流、電阻的概念比較抽象,教師可借助多媒體教學工具,利用相關教學短片幫助學生理解。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”,并且引導學生明白電阻是導體自身的特有屬性,電阻的大小是受到溫度、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,電阻不會隨著電流或者電壓的大小改變而改變,只是運用電壓和通過的電流比例數值表達起來比較方便。
很多學生在學習歐姆定律之后,錯誤地以為電阻是受電流與電壓影響的。相關教師一定要及時糾正學生的錯誤理解,教師在做演示實驗時,需要讓學生明白研究方法。運用控制變量法來研究,如電阻不變,研究電流與電壓之間的數量關系;電壓不變,來分析電阻與電流之間的量變關系,并且要直接將實驗方法演示給學生看,從而加深學生的理解。
三、讓學生一帶一,提高學生掌握程度
不同的學生對歐姆定律的掌握程度不盡相同,教師可將成績優秀的學生與成績較差的學生進行分組,形成學習氛圍較好的學習小組。采取團體合作的方式來幫助學生學習,有些學生面對老師和面對同學學習效果也不同。學生相互之間的溝通比較方便,理解能力也大體相同,進步速度也相對較快,教師從一旁進行指導。讓學生在掌握了基礎的相關知識以后,教師再進行分析,讓學生充分掌握后再進行鞏固提高,能提高舉一反三采取多方面思維的能力。學生之間相互討論,也能形成良性的競爭式學習,另外樹立學習的榜樣,也能從心理上鼓勵學生主動學習,幫助學生產生學習興趣和學習積極性。并且讓學生不定期進行交換學習,以促進學生的整體學習水平。這樣既能促進學生相互之間學習進步,又能培養學生團結合作的精神。
總之,歐姆定律作為電學的基礎,學生必須真正掌握該定律,教師在實際教學過程當中,應該對物理教學內容進行細化和具體化,讓不同層次的學生群體都能充分掌握。此外,還要引導學生在思維方面和動手實踐方面進行改進,并且從中歸納出一些行之有效的教學方法,從而讓學生更好地掌握歐姆定律的基礎理論,為以后的學習做好鋪墊,提高相關教學任務的質量,在實際教學過程當中,注重培養學生的動手實踐能力、案例分析和其他方面解決問題的能力,讓學生能夠掌握控制變量法。同時要培養學生積極探索事物本質的科學精神,切實提高學生的物理綜合素質。
參考文獻:
[1]宣小東.對現行教材中歐姆定律教學設計的一些思考[J].物理教學探討,2005(3).
[2]許忠林.初中物理歐姆定律教學中常見的問題及對策研究[J].成才之路,2015(9).
[3]符東生.關于初中“歐姆定律”教學的思考[J].物理教學,2014(8).
[4]王存香.《歐姆定律》教學思考[J].數理化解題研究,2014(5).
關鍵詞:理解;歐姆定律;電流;電壓;電阻
歐姆定律是初中物理電學部分的核心內容,也是中考中考點的重點內容、難點內容。歐姆定律掌握的好壞直接影響學生的考試成績,要多用時間將這塊知識夯實,才能取得高考的勝利。
一、明確歐姆定律的內容
1、實驗思想和方法
歐姆定律在教材上是通過在“控制變量法”的實驗思想基礎上歸納總結出來的:即在控制電阻不變,得到通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比;控制導體兩端的電壓不變,得到通過導體的電流跟導體的電阻成反比。由此得到了電路中電流與電壓、電阻之間的關系。
2、歐姆定律的表達式
由實驗總結和歸納出歐姆定律:通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。
表達式為:I=U/R;I的單位是安(A),U的單位是伏(V),R的單位是歐(Ω);導出式:U=IRR=U/I
注意表達式中的三個物理量之間的關系式是一一對應的關系,即具有同一時間,同一段導體的關系。
3、歐姆定律的應用條件
(1).歐姆定律只適用于純電阻電路;
(2).歐姆定律只適用于金屬導電和液體導電,而對于氣體、半導體導電一般不適用;
(3).歐姆定律表達式I=U/R表示的是研究不包含電源在內的“部分電路”;
(4).歐姆電律中“通過”的電流I、“兩端”的電壓U及“導體”的電阻R都是同一個導體或同一段電路上對應的物理量,不同導體之間的電流、電壓和電阻間不存在上述關系。
4.區別I=U/R和R=U/I的意義
歐姆定律中I=U/R表示導體中的電流的大小取決于這段導體兩端的電壓和這段導體的電阻。當導體中的U或R變化時,導體中的I將發生相應的變化。可見,I、U、R都是變量。另外,I=U/R還反映了導體兩端保持一定的電壓,是導體形成持續電流的條件。若R不為零,U為零,則I也為零;若導體是絕緣體R可為無窮大,即使它的兩端有電壓,I也為零。因此,在歐姆定律I=U/R中,當R一定時I與U成正比;當U一定時I與R成反比。
R=U/I是歐姆定律推導得出的,表示一段導體兩端的電壓跟這段導體中的電流之比等于這個導體的電阻。它是電阻的計算式,而不是它的決定式。導體的電阻反映了導體本身的一種性質,因此,在導出式R=U/I中R與I、U不成比例。
對于給定的一個導體,比值U/I是個定值;而對于不同的導體,這個比值是不同的。不能認為導體的電阻跟電壓和電流有關。
二、歐姆定律的應用
在運用歐姆定律,分析、解決實際問題,進行有關計算時應注意以下幾方面的問題:
1.要分析清楚電路圖,搞清楚要研究的是哪一部分電路。這部分電路的連接方式是串聯,還是并聯,這是解題的關鍵。
2.利用歐姆定律解題時,不能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,也不能把同一導體不同時刻、不同情況下的電流、電壓和電阻代入歐姆定律的表達式及導出式進行計算。為了避免混淆,便于分析問題,最好在解題前先根據題意畫出電路圖,在圖上標明已知量的符號、數值和未知量的符號。同時要給“同一段電路”同一時刻的I、U、R加上同一種腳標;不能亂套公式,并注意單位的統一。
3.要搞清楚改變和控制電路結構的兩個基本因素:一是開關的通、斷情況;二是滑動變阻器連入電路中的阻值發生變化時對電路的影響情況。因此,電路變化問題主要有兩種類型:一類是由于變阻器滑片的移動,引起電路中各個物理量的變化;另一類是由于開關的斷開或閉合,引起電路中各個物理量的變化。解答電路變化問題的思路為:先看電阻變化,再根據歐姆定律和串、并聯電路的特點來分析電壓和電流的變化。這是電路分析的基礎。
三、典型例題剖析
例1 在如圖所示的電路中,R=12Ω,Rt的最大阻值為18Ω,當開關閉合時,滑片P位于最左端時電壓表的示數為16V,那么當滑片P位于最右端時電壓表的示數是多少?
解析:分析本題的電路得知是定值電阻R和滑動變阻器Rt 串聯的電路,電壓表是測R兩端電壓的。當滑動變阻器的滑片P位于最左端時電壓表的示數為6V,說明電路中的總電壓(電源的電壓)是6V,而當滑動變阻器的滑片P位于最右端時,電壓表僅測R兩端的電壓,而此時電壓表的示數小于6V。
滑片P位于變阻器的最右端時的電流為I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此時電壓表的示數為U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如圖所示,滑動變阻器的滑片P向B滑動時,電流表的示數將;電壓表的示數將。(填“變大”、“變小”或“不變”)如此時電壓表的示數為2.5V,要使電壓表的示數變為3V,滑片P應向端滑動。
圖1
分析:根據歐姆定律I=UR,電源電壓不變時,電路中的電流跟電阻成反比。此電路中滑動變阻器接入電路的電阻是AP段,動滑片P向B滑動時,AP段變長,電阻變大,所以電流變小。電壓表是測Rx兩端的電壓,根據Ux=IRx可知,Rx不變,I變小,電壓表示數變小。反之,要使電壓表示數變大,滑片P應向A端滑動。
答案:變小;變小;A。
參考文獻:
內容看起來很少,本節還要花不少時間進行電流、電壓、電阻以及電流表、電壓表、滑動變阻器使用方法的復習。必須具有一定的知識儲備才能學好“歐姆定律”。
要做好兩次演示實驗,這為學生實驗“伏安法測電阻”打下基礎。并注意兩次演示實驗的異同,講清實驗過程中電流表、電壓表及滑動變阻器的正確連法,以及滑動變阻器在兩個實驗中作用的異同,以及注意事項。
讓學生感知實驗探究電流跟電壓、電阻的關系,經歷科學探究的全過程,使學生感悟:“控制變量”來研究物理多因素問題,是一種有效的科學方法。
第二節“歐姆定律及其應用”繼第一節后對數據的分析歸納,通過用列表法、觀察法、數學比例法、圖象法、類比法、分析、綜合與歸納等方法來對實驗數據進行研究的一些科學方法。從而分析電流、電壓、電阻三者之間的定量關系——歐姆定律及其表達式。最終培養學生運用這些方法對實驗數據進行研究、分析、歸納、概括物理規律的一些能力。
又通過實驗探究“串聯電路與并聯電路中電阻的特點”。歐姆定律是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的關鍵。
在教學中這一節可分為四課時教學:
第一課時理解歐姆定律,進行簡單計算(求電流、電壓和電阻的三種書寫格式),初步掌握運用歐姆定律解決實際電學問題的思路和方法;可補充:有兩個用電器的簡單計算(注意強調用不同角碼區分不同用電器)。為下節課講串并聯電阻關系作鋪墊。
第二課時通過歐姆定律的推導定量研究“串聯電路與并聯電路中電阻的特點”,得出:
串聯電路:R=R1+R2
并聯電路:1/R=1/R1+1/R2
第三課時運用歐姆定律及串并聯電路的特點練習靜態固定電路的相關計算;培養學生分析問題、解決問題的能力,注意教給學生解題思路、規范解題。
串聯電路的特點:
①電流:I=I1=I2
②電壓:U=U1+U2
③電阻:R=R1+R2
④串聯分壓成正比,即
U1:U2=R1:R2
電阻變大分得的電壓變大,電阻變小分得的電壓變小。
并聯電路的特點:
①電流:I=I1+I2
②電壓:U=U1=U2
③電阻:R=1/R1+1/R2
④并聯分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
電阻變大通過的電流變小,電阻變小通過的電壓變大。
第四課時運用歐姆定律及串并聯電路的特點,練習動態電路的相關計算。
動態電路------由于開關的通斷、滑動變阻器滑片的移動導致電路中的物理量發生變化的電路。
簡化電路的方法:
1、電流表看成導線,電壓表看成斷路。
2、短路和斷路的電路可以去掉。
3、閉合的開關看成導線
解決變化電路問題的關鍵是把動態電路變成靜態電路(電路的識別),可以把電流表簡化成導線,將電壓表簡化成斷開的或干脆拿掉。把閉合的開關看成導線,把被局部短路的用電器拿掉;把開關斷開的支路去掉,來簡化電路。畫出每次變化后的等效電路圖,標明已知量和未知量,再根據有關的公式和規律去解題。
第三節“測量小燈泡的電阻”是歐姆定律內容的延續,教學過程中以學生為主,本節主體內容是利用電壓表、電流表測算出小燈泡的電阻,通過實驗探究去發現燈絲電阻變化的規律,并最終找到影響燈絲變化的因素及它們之間的相互關系。注意多測幾組數據,指明不能用平均法求電阻值(測量定值電阻的阻值用平均法求電阻值)。
通過本實驗,進一步讓學生認識到導體的電阻大小是導體本身的一種性質,與導體兩端的電壓和導體中的電流無關,只與導體的材料、長度、橫截面積有關,此外跟溫度有關。這也為電功率中“測量小燈泡的電功率”作了鋪墊。
第四節“歐姆定律及其安全用電”:課前安排學生收集安全用電的常識,課堂上進行交流,教師進行補充。再播放《安全用電》視頻。
節課從電壓的高低、電阻的大小對用電安全的影響入手,讓學生學會運用已學的電學知識,解決有關生活中的實際的問題,既增強自我保護意識,又提高在幫助他人時講安全、講規則、講科學的意識。
另外本節涉及電路故障(斷路或短路),在教學中應加強練習,注意區分兩者對電路造成的影響,以及電路中電流表、電壓表的變化。要求學生懂得一些簡單的電路故障的問題,學會簡單的故障排除方法,目的是為了培養學生基本的生活技能。了解短路的知識,使學生懂得安全用電的基本常識,提高安全用電的意識。
教材中介紹了避雷針,使學生注意防雷的重要性,提高自我保護的意識。
通過學習本節教材的知識,學生能了解日常安全用電常識,規范日常用電行為,了解家庭電路中常見故障,提高了學生利用知識解決實際問題的能力。通過學習,使學生認識到電給人類社會帶來了材富,改善了人民的生活。但是,有生產和生活中,如果不注意安全用電,電也會給人類帶來災害。
題目 提供:一節新干電池、一只未知電壓電源、一只已知阻值電阻、一只未知阻值的電阻Rx、一只電流表、一只電壓表、一只有銘牌的滑動變阻器、三只開關、導線若干、你能用哪些方法測出未知電阻Rx的阻值?
方法一:使用未知阻值電阻、一節新干電池、一只電流表、一只開關、導線,如圖1連接,測出電流值I,則:Rx=。
評論:本法電路結構簡單,復習了干電池電壓值,練習使用了歐姆定律。
方法二:使用未知阻值電阻、電源、一只電流表、一只電壓表、一只開關,導線若干,如圖2連接,讀出電流表的讀數I和電壓表的讀數U,則Rx=。
評論:本法復習歐姆定律,電流表、電壓表的連接方法和讀數。
方法三:在方法二的前提下增加滑動變阻器,如圖3連接,移動滑動變阻器分別讀出滑片在幾個位置時相應的電流表讀數和電壓表讀數。
評論:本法復習了滑動變阻器原理和使用。多次測量求平均值,提高了準確率。
方法四:使用未知阻值電阻Rx、已知阻值電阻Ro、電源、電流表、開關、導線,如圖4連接。讀出電流表讀數為Io。移動電流表,使電流表與Rx串聯,讀出電流表讀數為Ix
評論:本法復習鞏固了并聯電路電壓特點。
方法五:用方法四的元件,作如圖5連接,閉合S、S1,讀出電流表讀數I總,閉合S斷開S1,讀出電流表讀數I。
評論:本法只需連接一次電路,綜合復習了歐姆定律,并聯電路電流、電壓特點,并聯電路分流規律,并聯電路總電阻跟各并聯電阻的關系。
方法六:使用未知阻值電阻Rx、已知阻值電阻Ro、電源、電壓表,一只開關、導線,如圖6連接,讀出電壓表讀數Uo。移動電壓表,使電流表與Rx并聯,讀出電壓表讀數Ux。
評論:本法復習歐姆定律,串聯電路電流特點及串聯分壓規律。
方法七:使用未知阻值電阻Rx,滑動變阻器(最大值值Ro)電源、電流表、開關、導線。如圖7連接,讀出滑片P在b端時電流表讀數Ib,將滑片P滑到a端讀出讀數Ia。
評論:本法靈活地將滑動變阻器改為定值電阻使用,復習了歐姆定律,電源電壓保持不變,串聯電路電阻特點。
方法八:將方法七中的電流表換成電壓表,如圖8連接,分別讀出P在a點和b點的讀數Ua、Ub則:Ux=Ua,Uo=Ub-Ua
串聯電路電流不變
評論:本法復習了串聯電路電流特點及串聯分壓規律。
例題如圖1所示,用粗細相同導線繞制的邊長為L閉合導體線框,以v勻速進入右側磁感應強度為B的勻強磁場,如圖所示.在線框進入磁場的過程中,M、N兩點間的電勢差大小為U,下列判斷中正確的是( ).
A.U=14BLv
B. U=34BLv
C. U=BLv
D. U=12BLv
易錯解法
同學在剛開始學習時,經常這樣解題:
解根據導體平動切割磁感線產生感應電動勢
E=BLv①
設每邊的電阻為R,根據閉合電路歐姆定律
I=E4R②
根據部分電路歐姆定律,MN邊的電阻為R,
兩端電壓為U=IR③
由以上三式解得 U=14BLv
最后選A.
正確的解法:
解根據導體平動切割磁感線產生感應電動勢
E=BLv①
設每邊的電阻為R,根據閉合電路歐姆定律:
I=E4R ②
根據部分電路歐姆定律.MN兩端電壓為路端電壓,U=3IR③
由以上三式解得: U=34BLv
最后選B
分析過程
第一、從兩種解法對比分析,可以很明顯地看出,同學對路端電壓的理解不到位,路端電壓應該是外電路的總電壓,而不是內電阻的電壓,在本題中,MN邊切割磁感線產生感應電動勢,則MN邊就是電路中的電源,它本身的電阻就是內電阻,所以要想做對本題,需要理解好電路中電源和內阻由什么充當,內電壓和外電壓怎么求.這樣才能做對.
第二、從含源電路歐姆定律角度進一步分析.從上邊的分析來看,學生能夠理解上邊的基本概念和計算方法,但是學生還是不理解直接從MN求為什么不對,問題出在了哪里.
補充知識
一段含源電路歐姆定律:電路中任意兩點間的電勢差等于連接這兩點的支路上各電路元件上電勢降落的代數和,其中電勢降落的正、負符號規定如下:
a.當從電路中的一點到另一點的走向確定后,如果支路上的電流流向和走向一致,該支路電阻元件上的電勢降取正號,反之取負號.
b.支路上電源電動勢的方向和走向一致時,電源的電勢降為電源電動勢的負值(電源內阻視為支路電阻).反之,取正值.
如圖2所示,對某電路的一部分,由一段含源電路歐姆定律可求得
UA-UB=I1R1-ε1+I1r1+ε2-I2r2-I2R2-ε3-I2R3
根據以上知識能很好地解決同學的疑問,可以解釋為什么直接計算MN邊的電壓U=IR不對.正確的計算,應該是一段含源的歐姆定律,MN本身就是一個電源,它兩端的電壓應該除了內阻電壓降之外,還要加上產生的感應電動勢,所以直接從MN邊計算的方程應該是U=-IR+E,就可以得出正確答案.
鞏固練習
例(選自2007年,山東理綜卷)用相同導線繞制的邊長為L或2L的四個閉合導體線框,以相同的速度勻速進入右側勻強磁場,如圖所示.在每個線框進入磁場的過程中,M、N兩點間的電壓分別為Ua、Ub、Uc和Ud.下列判斷正確的是( ).
A. Ua
B.Ua
C.Ua=Ub
D.Ub
答案B
本文就一道路端電壓問題,分析了學生易出現的錯誤,并從一段含源電路歐姆定律進一步分析了產生錯誤的原因.從正反兩面的分析過程、補充知識點的講解再加上鞏固練習,因此夯實了學生的相關知識,分析與解決問題的能力都得到相應的提高.
如圖1所示,取小車和砝碼(包括砝碼盤)組成的系統為研究對象,由牛頓第二定律得 a=mgM+m=mg1M+m=
F1M+m(前提條件:平衡了小車的摩擦力)
說課是把執教者的教學設想,教學思想及其理論依據說出來,供同行商榷和交流。今天“說課”的內容是“歐姆定律”一節。下面介紹說這節課的過程。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學生在初中階段已經學過,高中選修教材安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基礎研究方法(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——列表對比法和圖像法;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。從教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,從教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。
二、關于教法和學法
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,必要時可進行課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于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,怎樣進行實驗操作,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,物理規律必須通過實驗的檢驗,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前,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么?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,這樣使學生既鞏固實驗知識,又調動學生積極參與。
3. 在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余學生注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出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,通過提問和畫圖像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印象。
6. 在得出實驗結論的基礎上,進一步總結歐姆定律,這實際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。
7. 為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合教材練習題,熟悉歐姆定律的應用,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、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
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。
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。
一、建模的理論基礎及過程
1.電功知識
學生在電功知識的學習過程中,已經知道電流做功的過程實質上就是電能不斷轉化為其它形式的能的過程,同時知道了電流做功的多少即電功的大小,跟下面這三個因素的大小有關:電壓U、電流I、時間t,計算公式為W=UIt,并且,對運用這個公式計算出的結果,學生們也能理解成電能轉化為其它形式能之和的一個總量。
2.焦耳定律
電流通過導體會產生熱量,這個熱量的多少,跟電流I、電阻R、時間t有關,計算公式為Q=I2Rt,這就是焦耳定律。由這個定律計算出的數值,物理老師要引導學生把它理解為僅是電流做功轉化為內能的一部分,為下面進行歐姆定律成立條件的理論模型構建做好鋪墊。
3.引線搭橋之一
老師:當電流通過電扇時,電流在做功過程中會將電能轉化為哪些形式的能呢?
學生:機械能和內能。
老師:此時電功W與內能Q誰大誰小呢?
學生:電能W大于內能Q,即W>Q。
老師:將上式W>Q中的W和Q,分別用公式W=UIt,Q=I2Rt進行替換,不就成了UIt>I2Rt嗎?請同學們注意觀察這個不等式它是不是一個最簡式?
學生:不是。
老師:請同學們化簡,并研究一下化簡后所得的新的不等式會給我們怎樣的啟示?
學生:不等式兩邊同時約去It這個正數值,不等號的方向仍不會改變,即U>IR,這與我們前面學習過的歐姆定律I=不相符合。這就表明前面我們所學的歐姆定律,其成立是有條件限制的,這個限制條件為什么教科書的前前后后都沒有說明呢?難道說我們找到了一個教科書上應該有的卻不曾有的“新發現”?同學們興奮不已,教室里的氣氛頓時活躍了起來。
老師:同學們,你們的分析是有根有據的,做出歐姆定律成立是有條件的,判斷也是正確的。因為我們所依據的物理公式W=UIt、Q=I2Rt,電扇工作時電能轉化為機械能和內能的物理事實,以及運用不等式進行變形的數學知識都正確無疑。
老師:接下來我們就自然要追問:什么條件下U=IR呢?這個條件也就是歐姆定律成立的限制條件,請同學們再接再厲。
4.引線搭橋之二
老師:當電流通過哪種或哪類用電器做功時,它們兩端的U才會等于流過的電流I與其自身的電阻R的乘積呢?請從電能轉化的角度,列舉實例進行分析。
學生:電流通過電飯煲、電水壺、電熨斗等用電器做功時,電能會全部轉化為內能,即有W=Q。再將此式中的W和Q,分別用公式W=UIt,Q=I2Rt進行替換,得UIt=I2Rt,最后化簡得U=IR。
老師:請同學們在你們的筆記本上寫出這個理論的推導過程,好嗎?
學生:對電飯煲、電水壺、電熨斗有W=Q
UIt=I2Rt 則U=IR
電能全部轉化為內能的用電器,歐姆定I=就一定成立。
二、建模的功效
1.正確理解和區分電功或電熱計算公式的多樣性
對于電能全部轉化為內能的用電器來說,U=IR,W=UIt都成立,因此,在計算電功W=UIt公式的四個量中,除時間t這一個物理量外,其它的三個物理量電壓U、電流I、電阻R,任一個量可由公式U=IR用另外兩個量求出,所以,可推出W=UIt=I2Rt=t三個計算公式,同理可得Q=UIt=I2Rt=t。而對于電扇、電動機等這類用電器,由于U>IR,計算電功只能用W=UIt,計算電熱只能用Q=I2Rt了。
2.減輕學生在學習過程中理解和記憶知識所造成的心理負擔,增強學生學習物理知識的理論水平和理解能力
比起借用“純電阻”這個初中學生根本模糊不清的物理概念來理解和區分電功和電熱計算公式的多樣性來說,學生少吃了一知半解的虧,并且能在老師的引導下,從自己所理解的電功和電熱的計算公式中,經歷發現兩者的區別和聯系的數理推導過程,于自然的融合中,增強了學生的理論水平,深化了學生理解知識的能力。
3.為初中教師鉆研教材、用好教材提供了一種方向
關鍵詞:探究性實驗教學; 閉合電路歐姆定律; 模擬實驗; 學生實驗
中圖分類號:G642.0 文獻標識碼:A文章編號:1006-3315(2014)05-155-002
在科學技術快速發展的今天,實施以創新精神和實踐能力為重點的素質教育,重要的著眼點是轉變學生的學習習慣和學習方式。大多數民考民預科生模仿性學習心理是構成接受知識的主要因素。這種依賴性強,靠模仿去接受知識的習慣,是一種較為簡單的學習心理,民考民預科生普遍認為物理難學。究其原因難在學生各方面能力與預科物理學習要求的差距大。預科階段,乃至大學階段,要求自主學習物理。不同于自學,它是指學生在教師的指導下,以學生自己的體驗、參與和探究為主,從自身社會生活實踐中獲取物理知識,并創造性地解決生活中的問題的一種學習方法。怎樣才能把課堂教學與探究性學習、發現性學習和自主性學習相結合?在大力倡導探究性實驗教學的今天,迫切需要大量優秀的、具有創新性的探究實驗來豐富我們的課堂教學。為此,我們立足民考民預科生學習特點,對探究式實驗教學作一些有益的嘗試,希望能夠引領學生較為深入地學習物理的相關理論、方法、技能;提高學生的科學素養,激發學生實驗探究的興趣;增強學生的創新意識;培養學生實事求是,嚴謹認真的科學態度;養成交流與合作的良好習慣;發展學生的實踐能力。本文就《閉合電路歐姆定律》一節做探究性實驗教學設計。
一、教材和教學對象分析
閉合電路的歐姆定律主要分為電動勢和閉合電路的歐姆定律兩部分。電動勢的概念是閉合電路歐姆定律的關鍵和基礎。其基本內容有兩個方面:電源電動勢由電源本身性質決定的,它表征了電源將其他形式的能轉化成電能本領的大小。電源電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,在閉合電路里電源電動勢等于內外電壓之和。本節難點是路端電壓和外電阻之間的關系。學生通過多媒體的仿真實驗記錄數據,導出規律,使學生有感性的認識,課后讓學生進入實驗室,在做好仿真實驗的前提下,進行實驗,驗證結論,減少盲目性。
二、教學目標
1.知識目標
理解電動勢的定義。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的電路問題。理解路端電壓隨電流(或外電阻)關系的公式表達和圖象表達,并能用來分析、計算有關問題。知道閉合電路中能量的轉化。
2.能力目標
通過路端電壓與外電阻的關系實驗探究,培養學生利用“實驗研究,得出結論”的科學思路和方法。研究路端電壓與電流的關系公式、圖象及圖象的物理意義,培養學生應用數學工具解決物理學問題的能力,培養學生運用物理知識解決實際問題的能力。
3.情感態度與價值觀
通過多媒體仿真探究實驗和課后的學生探究實驗,激發學生求知欲和學習興趣,享受成功的樂趣,體會物理學研究的科學性。通過分析路端電壓與電流(外電阻)的關系,培養學生嚴謹的科學態度,感受物理之美。通過學生之間的討論、交流與協作探究,培養團隊合作精神。
三、教學重點
閉合電路歐姆定律。路端電壓與電流(外電阻)關系的公式表示及圖象表示。
四、教學難點
電動勢的概念。路端電壓與電流(外電阻)關系。
五、教學思路
《閉合電路歐姆定律》是學生感到較為難以理解的知識點,電動勢的物理意義的理解是掌握閉合電路歐姆定律的關鍵和基礎。首先讓學生課前感受生活中的一些電源,初步明確電源是將其他形式的能轉化成電能的裝置,讓學生自己用電壓表測量不同類型的電源兩極間的電壓,為引入電動勢的概念作鋪墊。再讓學生在電腦上進行仿真實驗,學生通過連接不同的開關,改變外電阻阻值,內電阻阻值,記錄電流、電壓,分析數據,探究路端電壓與外電阻(電流)的關系,得出路端電壓與外電阻(電流)的關系。然后在課堂仿真實驗的基礎上進入實驗室實驗。避免了盲目性,引發學生學習的興趣,再進行討論,解釋現象原因。講授閉合電路中的功率,進一步從能量的轉化角度說明電源是將其他形式的能轉化成電能的裝置。最后,利用兩道例題來應用閉合電路歐姆定律,并適當地延伸拓展,通過課外思考題,使學生對電動勢的概念有更深刻的理解。
六、教學方法:探究性實驗教學法、多媒體仿真實驗探究,實驗室驗證、實驗分析、討論等方法
(一)電源。展示不同型號、種類電池、手搖發電機,對小燈泡供電。電源不同,結構不同,但有相同的規律。演示:1用小燈泡點觸干電池,點觸蓄電池,小燈泡發光。2將小燈泡與手機電池相接,小燈泡發光。3手搖發電機,同樣能夠使小燈泡發光。學生得出結論:干電池、蓄電池是將化學能轉化成電能;手搖發電機是將機械能轉化成電能。
(二)電源的電動勢:模擬實驗,介紹電路圖(如圖1),介紹實驗儀器。得出內、外電路,內、外電壓的概念,指出電源內部有電阻。看電池內部(如圖2),電荷定向移動形成電流,電荷電勢能減小.從能量轉化的角度初步理解電動勢的物理意義。觀察仿真實驗:電場中兩點間電勢差在數值上等于什么?利用計算機課件進行模擬實驗(如圖3)【模擬實驗一】:不閉合S2、S3,只閉合S1,觀察V1的大小。問題思考:(1)閉合開關S1后,此時伏特表V1測得的電壓?(2)此時外電阻多大?學生回答:電動勢越大,電源把其他形式的能轉化成電能的本領越強。學生模擬實驗,分析得出(1)伏特表測電源電動勢;(2)外電路電阻無窮大。E在數值上等于外電路斷開時電源兩端點壓。
圖1 圖2圖3
在“閉合電路歐姆定律”一節教學的導課中,我憑借上節課學習的電源及其特性等知識,運用演示實驗,并在演示實驗的前后以及過程中揭示矛盾、提出疑問,以激發學生思維的積極性,誘發學生的創造性思維。
1.如何方便地測定電源的電動勢?
演示:用伏特表按圖(1)電路直接測電源的電動勢,測得伏特表示數為2.9伏。
2.若電路中加接電阻R,閉合開關S,觀察此時伏特表的讀數。
演示:按圖(2)電路,測得伏特表的示數為2.1伏。
此時教師及時把握實驗造成的認識沖突進行設問:此時電源電動勢變化了嗎?為何第二次伏特表示數變小了呢?你能知道此時電源的內電壓是多大嗎?
通過上述的問題情境,使學生的思維進入專注的學習狀態,隨之,通過學生的思維,有利于理解E=U外+U內的關系式以及伏特表測量的物理意義,為閉合電路歐姆定律的教學埋下了伏筆。
3.若上述電路中再串聯一個安培表(圖3),當電阻R發生變化時,伏特表和安培表的示數將如何變化?
先讓學生進行猜想,后演示,并運用歐姆定律I=U/R進行分析。猜想與實驗結論形成了矛盾,使學生的認知再次發生了沖突。接著,在教師的引導下,讓學生在矛盾的思索中,以直觀的形象進入理性的頓悟,從而得出某部分電路R的變化對電路的影響,只用某部分電路的歐姆定律來分析已不適用,因而必須對整個電路進行認識把握。教師由此把握契機,導出本堂課的研究課題。
接著,我通過設計以下教學程序,讓學生主動參與探索規律的活動,使之身臨其境,再現了當年科學家研究的思維方法和發現的過程。
1.鼓勵學生進行大膽猜想。
設問:閉合電路中的電流強度可能與哪些因素有關?
教師可啟發學生在歐姆定律中決定電流強度I的有關要素,從而通過思維方法的遷移、猜想得到:I與R、與E、與r、等因素有關。
2.引導學生設計實驗驗證上述猜想。
設問:你能用什么方法驗證上述猜想呢?(教師提示:物理學中最有說服力的武器――科學實驗。)
設問:那么多變量之間的關系又如何處理?(教師啟發學生:探索牛頓第二定律時對那么多變量問題的處理――控制變量的方法。)
3.實驗的具體設計及演示驗證。
通過逐個控制變量的方法,討論、設計并演示如下實驗:
(1)用手搖直流發電機M作電源(圖4)。通過改變轉速來改變電動勢的大小。(當R、r一定時,I與E關系?)
(2)選用可調電源(圖5),改變外電阻R,觀察安培表示數變化。(當E、r一定時,I與R的關系?)
(3)選用可調電源(圖6),改變電源內阻,觀察安培表示數變化。(當E、R一定時,I與r的關系?)
通過上述教學程序,學生的思維實現了從猜想到實驗性驗證的探索過程。
4.引導學生根據已有知識進行科學推理,使之由定性升華到定量。
設問:由E=U外+U內能得出I與上述各量的定量關系嗎?
對于外電路U外=IR,那么內電路U內=Ir亦成立嗎?
再次引導學生運用實驗手段驗證。如圖(6)所示,用探針接伏特表,可測得內電壓,安培表可測得內電路的電流。通過改變R,測得伏特表和安培表的示數如下:
分析上表所得的數據,觀察得到U內/I=定值,得出歐姆定律也同樣適用于內電路,即U內=Ir。由此,學生可推導出:E=IR+Ir。討論I的決定因素,將公式變換得I=E/(R+r),即閉合電路歐姆定律的數學表達式。
對閉合電路歐姆定律進行剖析、運用時,好讓學生思考、觀察、分析、討論,增強課堂思維量,加深對規律的進一步理解,我通過設計以下問題的思維階梯來拓展思維層次:
設問:1.請大家運用此規律解釋前面導課中、的示數如何變化?
2.當外電路處于斷路狀態時,=E,為什么?
3.若電源兩端連接一根導線(即電路處于短路狀態),I=?短路狀態有何危害?(學生思考后,教師演示短路狀態時保險絲熔斷實驗。)
4.請大家根據U=E-I r關系式,畫出U-I函數圖線,并說明物理意義。
5.先通過實驗演示,然后提出問題。
如圖(7)電路,已知電阻R1=5Ω,當S閉合時,讀出的讀數(I1=0.35A),據此數據能否求電源的E和r?
(2)如何想法求得?(提示:若再給一只R2 =10Ω的電阻,行嗎?)演示實驗并測得的示數(I2 =0.22A),請學生列式求得(E=3V,r=3.5Ω)。
然后小結,此題告訴了我們一種測量E、r的重要方法,即課本中例題解決的問題,并進一步設問(留給學生課外思考):
①若把改成一只,如何設計實驗測量E、r?
②若只給一只和一只及一只可變電阻,又如何設計實驗測量E、r?
6.先給實物電路,讓學生運用規律計算求解,后讓學生觀察實驗,在發生認知沖突中,使學生自悟自解,深化思維層次。
(1)圖(8)電路中,若把電阻R換成一只內阻為1.5Ω的電動機,當閉合開關S,的示數多大?(請學生求解。)
(2)演示實驗:閉合S,讓學生觀察電動機轉動以及電動機不轉動,兩種情況下的示數。