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一、牛顿第一定律。采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的含义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当做第二定律的特例;惯性不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以......”教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
二、牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应注意公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
三、万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力常量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
四、机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
五、动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
六、欧姆定律。中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I=U/R或U=IR。教学时应注意:①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言;“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的三个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念,并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I=ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式,要明确它们的物理意义。⑤教师应明确,普通物理学中的欧姆定律公式多数是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否,R=U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义式。中学物理课本不把 R=U/R列入欧姆定律公式,是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
一、寓培养学生实事求是的科学态度于学生实验操作之中
欧姆定律是一个实验定律,因此在教学“欧姆定律”一节时,教师必须在学生对“电流与电压、电阻”之间关系进行猜想假设的基础上,引导学生设计实验方案,精心组织学生进行实验。在实验前指导学生:(1)根据电路图准确连接电路;(2)仔细检查电路及电表、滑动变阻器等连接是否准确;(3)在确认无误时,动手实验,并认真观察、精确记录数据;(4)明确滑动变阻器在两次实验中的作用:使定值电阻两端电压成整数倍变化和保持电阻两端电压不变;(5)分析实验中可能出现的数据差异原因,重复实验,直至准确。对于在实验中怕麻烦、凑数据的学生及时用科学家尊重事实、刻苦钻研及时教育他们,端正他们态度,帮助他们用实验得出准确结果。通过实验,使学生得到了欧姆定律实验所需要的数据,也培养了学生观察实验能力和实事求是、客观、细致的科学态度,从而激发学生勤奋求真的热情。
二、寓培养学生科学方法于分析实验数据和归纳出实验结论之中
在得出实验数据之后,就着手组织学生分析数据、归纳出结论。在引导时,引导学生回忆“探究影响导体电阻大小的因素”的实验方法,并要学生用之中方法研究电流跟电压、电阻两个因素的关系,即(1)固定电阻不变时,研究电流跟电压的关系;(2)固定电压不变时,研究电流跟电阻的关系。最后将两次结论综合起来,应用数学函数知识得出电流跟电压、电阻的关系。接着,根据学生实验数据组织讨论,并分析归纳实验结论。(1)分析“研究电流跟电压关系”表格:电流随电压增大而增大,且电压增大几倍电流也增大几倍。得出结论1:当电阻一定时,电流与电压成正比。(2)分析“电流与电阻关系”表格:电流随电阻的增大而减小,且电阻增大几倍,电流就减小到原来的几分之一。得出结论2:当电压一定时,电流与电阻成反比。归纳结论1、2,即得欧姆定律。在整个研究、分析、抽象,归纳过程中,使学生潜移默化地学会了:(1)研究问题的方法――控制变量法;(2)对实验数据的综合――分析――抽象――归纳的处理方法,从而学到了由特殊、个别推到一般的逻辑推理方法。这些方法都是学生终生受益的科学研究方法。在得出实验结论――欧姆定律后,教师接着就组织学生用他们已学过的数学知识推导欧姆定律的计算公式:(1)把电流与电压成正比表达成I∝U;(2)把电流与电阻成反比表达成I∝1/R,把(1)、(2)结合起来得出计算公式:I=U/R;通过公式推导使学生了解到不同学科之间的联系,它不仅开阔了学生的视野,也可使学生学到物理公式常用的科学的数学方法。
三、寓培养学生科学思想于理解、应用定律之中
对于实验定律――欧姆定律,在理解其内容时,引导学生讨论:能不能把定律叙述的导体的电流与导体两端电压成正比、与导体两端电阻成反比改叙述成导体两端电压与导体电流成正比、导体电阻与导体电流成反比?让学生在讨论中明白:叙述定律时只能按课本那样叙述,否则是错误的。这是因为事物内部矛盾的双方有主有次,这里电压、电阻是矛盾的主要方面,是事物变化的依据,对事物变化起决定作用的;而电流则是矛盾的次要方面,它是随电压、电阻变化而变化的,在事物变化中处于服从地位;这样使叙述在讨论中理解了定律,在理解定律过程中获得了一次科学的认识教育。
在讲解定律公式的应用时,如教师通过P111教材例1的讲解,强调了定律的应用是有条件的,即(1)同体性:只能适用于同一段电路中的电流、电压以及电阻之间的关系的运算;(2)同时性;(3)计算时数字代入单位必须是国际单位制中主单位。引导学生认识到真理是有局限性的,是离不开特定条件的。又如教师通过课本例2讲解,强调了定律的应用性,即通过欧姆定律可以求出导体的电阻值,也就是可用伏安法测未知电阻,使学生体会到:理论的实践性以及理论与实践的一致性。此外取平均值可以减小实验误差;表格可以得到实验结论1等。
四、寓培养学生的科学精神于介绍科学家的事例之中
结合课本中“信息库”介绍,使学生了解德国的物理学家欧姆发现了电路中遵循的基本“交通规则”,但他幼年家贫,曾中途辍学,后全凭自己努力,完成学业。他为了得到欧姆定律,花费了十年心血。当时的实验条件非常差,他自制了测电流的电流扭秤,花五年时间才找到电压稳定的电源。经过长期细致的研究,终于取得了成果。在教学中把欧姆的对学习勤奋刻苦,对科学知识的执著追求,在科学研究道路上勇于探索、百折不挠的献身精神及对人类社会的贡献,展现在学生面前,使学生从中接受了热爱科学、追求真理的科学接受教育。
教育者在实施科学素养教育时不是生硬的说教,应有机结合教材适时适量地渗透;科学素养教育是素质教育的核心,在实施时教师还应当有意识、有目的地进行,同时联系教材中其他素质教育因素如能力、智力、科学美等全方位地开展,并做到主、次得当,这就需要安排好教学过程和节奏,从而使素质教育得到全面培养。
【参考文献】
关键词:电动机;纯电阻与非纯电阻;电路分析
在直流电路中,通过电阻的电流产生的能量转化是能量计算的重点知识,但由于不能够正确区分纯电阻与非纯电阻,导致求解中出现问题,特别含有电动机的相关计算。下面以电动机为例,来解决纯电阻与非纯电阻应用中的区别与联系。
一、过程再现及分析
含有电动机电路,有电流通过电动机时,线圈消耗电能,产生其他形式能量(内能、机械能等),该能量转化过程为电流做功的过程,即消耗电功W=UIt,电流通过线圈产生的焦耳热Q=I2Rt,那么,两者之间有何关系呢?
解决方案:假如Q=W,则UIt=I2Rt,推导出I=,即欧姆定律,而欧姆定律是需在纯电阻情况下才成立的。
分析:根据欧姆定律的适用条件,电流通过电阻产生的电能全部转化为内能,即电功等于电热,此时由欧姆定律适用的电路叫做纯电阻电路;欧姆定律不适用的电路叫做非纯电阻电路。
问题设计1:电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和电阻的存在的何种关系,消耗的电能和产生的电热有何关系?
问题设计2:电动机在转动的状态下,电压、电流和电阻的关系有何特点,消耗的电能和产生的电热有何关系?
问题设计意图:明确辨别纯电阻电路与非纯电阻电路。
问题设计3:进一步探究电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和热功率、总功率的有何关系?
探究结果:在纯电阻电路中,热功率在总功率中所占比重大,纯电阻电路产生的电热近似等于消耗的电功,即W=Q。
问题设计4:探究电动机在正常转动的情况下,电压、电流和热功率、总功率之间有何关系?
探究结果:在非纯电阻电路中,热功率在总功率中所占比重小。根据能量守恒,W=E+Q,即电动机消耗的电能等于产生的机械能及产生的热量的总和。
二、例题分析
工地经常用电动机提升重物,其装置如图所示,电动机两端电压为5V,电路中的电流为1A,物体A重20N,电动机线圈的电阻为r=1Ω。求:
(1)电动机正常工作时,线圈电阻消耗的热功率为多少?
(2)电动机正常工作时,电动机输入功率和输出功率各是多少?
(3)如果接上电源后,线圈被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流,以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
解析:电动机正常工作时,其电路为非纯电阻电路,其中消耗的电功率一部分转化为线圈的热功率,另一部分转化为电动机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为
P热=I2r=12×1W。
(2)电动机的输入功率为消耗的电功率
P入=UI=5×1W=5W
电动机的输出功率
P出=P入-P热=5W-1W=4W。
(3)线圈被卡住后电动机不转时可视为纯电阻,通过电动机的电流
I==5A
电动机消耗的电功率
P=UI=5×5W=25W
电动机发热功率
P内=I2R=52×1W=25W
小结:由例题中不难看出U、R、P三个物理量的数值并不满足欧姆定律,而根据对电路能量转化分析,解决有关纯电阻电路和非纯电阻电路的问题,就比较清楚了。
从上面的实验探究与例题可见,含有电动机工作过程中的能量的计算,关键是要正确区分是纯电阻还是非纯电阻电路,其能量关系是:电流通过非纯电阻时,E总=Q热+E其他;电流通过纯电阻时,E总=Q热。
参考文献:
难点;关键点;关系
〔中图分类号〕 G633.7
〔文献标识码〕 C
〔文章编号〕 1004—0463(2013)
06—0039—02
“三个焦点”是指在课堂教学中的三个主要因素,即重点、难点、关键点。下面笔者就以初中物理课堂教学为例来谈谈这“三个焦点”及相互关系和处理方法。
一、课堂教学中的“三个焦点”
1.重点。教学重点即课堂教学中的知识重点,是最基本、最重要也是学生应该掌握的教学内容,是一节课中要解决的主要矛盾。抓住了教学重点,就抓住了课堂教学中的关键。
2.难点。教学难点指学生在学习知识过程中难以理解和掌握的内容,是在完成“重点”教学任务或对教学内容进行提升和发展、延伸与拓展,以及理解、分析和解决问题时难以逾越的思维障碍。
3.关键点。教学关键点指解决好重点、难点的关键措施,它往往是学生的易错点、易混点、易忽略点。
例如,《密度》一节教学的重点是:(1)通过实验探究,学会用比值的方法定义密度的概念。(2)理解密度的概念、公式。(3)用密度知识解决简单的实际问题。难点是:在实验探究的基础上利用“比值”定义密度的概念。关键点是:做好实验探究,用“比值”建立密度的概念。
二、“三个焦点”之间的关系
教学重点、难点和关键点之间既相互独立又相互关联。任何学科的教学内容都有一定的知识结构,是一张相互联系的网。重点是这张网上的“纲”,难点是这张网上的“结”,关键点是理“纲”解“结”的方法措施。三者关系有全部重叠、部分重叠、非重叠三种。全部重叠时只要抓住关键点,重点、难点也就解决了;部分重叠时,抓住关键点就意味着突出重点或排除难点;非重叠时要精心设计和安排关键点去解决重点和难点。难点解决不好会影响整个课堂的教学效果,如果只注重教学难点,而未能较好地抓住教学重点和关键点,不但难点难以突破,而且教学任务也难以完成。关键点是突破重点、攻克难点的突破口,抓住关键点,才能更好地掌握重点和突破难点。
三、教学过程中如何处理好“三个焦点”
1.备好课。备好课是上好课的前提和保证,在备课过程中应注意以下几点:
(1)找准重点。备课时必须依据教学大纲的要求,认真研究教材或参阅有关资料,正确分析教材的重点,考虑好在教学中如何突出重点。例如,欧姆定律是反映电学中三个重要的物理量,是电流、电压、电阻关系的一个重要定律,是进一步学习电学知识和分析电路的基础,因此通过实验探究得出欧姆定律,掌握和理解欧姆定律的内容和公式,并用欧姆定律进行分析和解决简单的电路问题是教学的重点。
(2)找到难点。要找到难点,就要联系学生的实际情况,根据他们的知识基础和思维能力,分析和找到学生难于理解的地方,即内容比较抽象、深奥、复杂或学生接受起来比较困难的知识和技能,并且为在课堂上解决这个难点,可以提供适当的措施和方法。例如,欧姆定律教学的难点是设计实验过程和对欧姆定律的理解,其中学生对实验方法的掌握是重点也是难点。
(3)找出关键点。教学关键点突出反映了学生在新知识学习过程中认识上的矛盾性,体现了已学知识与新知识的联系,展示了教学过程中由感知教材向理解教材的合理过渡。因此,确定与处理教学关键点,对于顺利学习新知识起决定性的作用。 要确定与处理好关键点,就要深入钻研教材,弄清教材内容的内在联系。要对教材的内容作深入剖析,理出知识的层次,找出已学知识和后续知识与这些内容的联系,找出解决重点及难点的关键所在。例如,欧姆定律教学的关键点是:通过对实验数据的分析,概括出电流与电压、电流与电阻的关系。
2.上好课。上好课是提高教学质量的关键和保证,因此要做到以下几点:
(1)突出重点。教授重点是一节课的中心任务,课堂中的所有教学活动都必须紧紧围绕教学重点进行,在教学结束时应及时归纳总结,以突出重点。例如,牛顿第一定律中“一切物体在没有受到外力作用时总保持静止状态或匀速直线运动状态”是教学的重点,教学时应着重讲解。
(2)突破难点。难点是课堂教学中应集中解决的问题。对于难点,可采用“温故知新法”、 “循序渐进法”、 “类比法”、 “难点分散法”、“情境引导法”、“讨论交流法”等各种方法和措施,使难点得到解决。此外,还要了解学生对难点的掌握情况,并及时采取有效的解决措施。例如,牛顿第一定律的难点是对定律的理解,“一切”是指范围,即该定律对所有物体都普遍适用;“没有力的作用”是指定律成立的条件,它包含两层意思,一是理想情况,即物体确实没有受到外力作用,二是物体所受合力为零;“或”即两种状态居其一,不能同时存在。定律表明:物体不受力时,原来静止的物体将永远保持静止状态;原来运动的物体将永远做匀速直线运动。并根据“牛顿第一定律”理解惯性(物体保持运动状态不变的性质)以及运动和力的关系(力不是维持物体运动的原因,而是改变物体运动状态的原因)。
2008年各地中考试卷中,电学板块常考的知识点有:识别串并联电路、串并联电路中电流的特点、有关电压表的使用及读数和串并联电路电压的特点、决定电阻大小的因素、滑动变阻器的原理及应用等。其中,电流表、电压表的作用及串并联电路电流、电压的特点等内容在中考中所占比例较大,这些知识点常会与欧姆定律、电功率的计算综合起来考查。
电功和电功率部分的常考知识点有:电功和电功率的概念、公式、单位、计算以及电功率的测量;额定功率与实际功率的概念及应用;电流的热效应及其在电热器上的利用和防止。
电和磁部分除了考查磁场、磁感线等简单知识点外,还考查电流的磁场、影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁感应现象、电动机和发电机的原理以及磁场对电流的作用等知识。从2008年各地的中考试卷可以看出,试题多联系生活实际,注重对能力的考查和研究问题的方法的考查。对于简单电路和欧姆定律的考查在各地中考中均有体现,难点出现在识别串并联电路和电流表、电压表的示数变化。预计2009年中考对本部分知识的考查不会出现较大的变化,但可能会稍稍增大探究题和创新题的分量。有关电功、电功率的考试命题将在继承2008命题特点上有所创新。如从电器的铭牌上获取信息、利用电能表计算家庭用电器使用的电费来考查节能、电器使用时的安全问题、电功率的测量、电器在使用时有关电热、电能及效率的问题等。其中,采用伏安法测电功率、电与热相结合的计算以及节能问题是中考中的重中之重,注重考查实际情境中解决问题的能力。如围绕电冰箱、电吹风、洗衣机、电水壶、电磁炉等家用电器展开的电功、电功率、电热的应用计算尤为重要,特别是在减少环境污染和建设节能型社会的今天,电能和太阳能相结合的题目更要引起我们重视。
随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也是中考的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率会加大。
在中考复习中,基本知识忘记得比较快,所以复习时要注重基础。电路部分的知识单独考的并不多,对很多知识点的考查是隐藏在对欧姆定律、电功率的综合考查中的,复习的关键在于灵活掌握知识,理解题目意思,应对具体问题,努力尝试知识的总结和迁移。
考点一:电路设计与电路故障
冲刺点金设计简单的电路是目前中考中经常出现的题型,特别是与生活实际相结合的电路设计题已成为中考的热点。其形式有:根据具体的要求设计出电路图;给出电路图判断哪一个比较适用;既要设计电路图,又要连实物图等等。在画电路图时一定要规范:元件位置安排要适当,分布要均匀,元件不要画在拐角处,整个电路图最好呈矩形,图要完整美观,横平竖直,简洁工整。
电路故障通常有以下几种情况:串联电路或并联电路的干路出现断路故障,用电器不能工作,电流表没有示数;若电流表有示数,串联电路或并联电路的干路肯定是通路。
电路在教材中所占篇幅较多,汇集了基本电路、电路的连接、电流的测量等问题。中考出现的题型较多,主要有电路的设计、分析、连接实物、故障判断、电流和电压的规律研究等问题,难度以中、低挡为主,在近几年中考中已经大量涉及生产、生活中实际电路的应用及探究,这种趋势预计在2009年的中考还会得到更多的体现。
预测1:(素材来自于生活实际,主要考查电路的应用及电路设计)
投影仪用强光灯泡作为光源,发光时必须用风扇降温。为了保证灯泡不被烧坏,只有当带动风扇的电动机工作后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在图1所示的四个电路图中符合要求的是()
预测2:(考查电路设计,串并联电路的特点及开关的作用)
2008奥运会男子佩剑决赛中,我国选手仲满不负众望,以15比9击败法国选手赢得冠军。如图2所示,在击剑比赛中,要求剑身连着导线,导线一头连通着电子计分器,一头连接着特制衣服,形成一个环形电路。比赛过程中,运动员(甲)没有刺到对方(乙)的时候就是断电的过程(对方的灯不亮同时计分器不计分),刺到对方的过程就是按下开关的过程(对方的灯亮同时计分器计分)。根据所学的物理知识,小明设计了如图3所示的几种电路图。能正确判断选手成功地击中对手的有效部位并显示得分的电路是()
预测3:(考查串联电路的特点,以及电路分析、故障判断)
图4所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S,电路正常工作。一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则()
A. 电流表的示数也增大
B. 电流表的示数可能不变
C. 电阻R可能断路
D. 电阻R可能短路
考点二:欧姆定律
冲刺点金欧姆定律是初中电学部分最基础的内容。探究欧姆定律和伏安法测电阻体现了电学部分最基本的实验技能,同时也体现了物理学最基本的研究方法――控制变量法,有很强的综合性,是历年来各地中考试题的必考内容。通过以上分析,我们可以看出,2009年中考也将是如此。随着新课程改革的深入,命题在联系实际,突出物理方法,考查实验的过程性方面会有所侧重,纯模型式串并联电路的计算会降低难度,创新题会增多。探究欧姆定律、伏安法测电阻在中考中必有一者出现,滑动变阻器的创新应用也有可能成为大题。
欧姆定律的内容是:一段导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。用公式表示为:I=。
由欧姆定律可导出R=,它表示导体的电阻可由计算出,即R与U、I的比值有关,但R与外加电压U和通过电流I无关。
在运用欧姆定律进行计算时,要注意公式中的I、U、R是对同一段电路同一时刻而言的,三者单位依次是A、V、Ω。有些试题通常会给出几组电压值和几组电流值,这些数值有时并不是相对应的,我们要从中选出具有对应关系的数值,如开关的闭合与断开、滑片的移动前后,会出现不同的电流、电压值,要能判断哪些数据是这个用电器或电阻在相同的状态下所拥有的。
从新课程改革的进程看,有关欧姆定律的命题形式将更加新颖灵活,重在考查知识的灵活应用及激发学生进一步学习物理的潜能。如电压表内阻的测量、不满足欧姆定律的非线性元件电压、电流关系的探究、水果导电性能的探究、伏安法测电阻系统误差的讨论、欧姆表的改装、压敏电阻、油量表、全电路欧姆定律,均很有创意,要注意消化吸收,推陈出新,做到举一反三。
预测1:(考查对导体的电阻和欧姆定律的正确理解)
由欧姆定律可以得出导体的电阻公式R=。下面几位同学对此公式的理解,其中正确的是()
A. 当电压为零时,导体的电阻也为零
B. 当电流减小时,电阻增大
C. 当电压减小时,电阻也减小
D. 电阻是导体本身的一种性质,与电流、电压无关
预测2:(结合欧姆定律,考查串联电路电流、电压的特点)
如图5所示,电源电压不变,当开关S闭合,滑动变阻器滑片从a向b移动的过程中()
A. 电压表示数变大,电压表示数变大,电流表的示数变大
B. 电压表示数不变,电压表示数变大,电流表的示数变小
C. 电压表示数不变,电压表示数变小,电流表的示数变大
D. 电压表示数变大,电压表示数变小,电流表的示数变小
预测3:(考查用欧姆定律分析变化电路中电表的变化情况)
如图6所示的电路中,电源电压不变。在滑动变阻器的滑片P移动的过程中,电流表示数变化范围是1.5~1.0 A,电压表的示数相应的变化范围是0~5 V,求R的阻值和电源电压。
考点三:电功
冲刺点金电功比较抽象,不像机械功那么直观,我们可以从能量转化的角度去理解电功的意义:电流做了多少功就消耗了多少电能,就有多少电能转化为其他形式的能。电功公式W=UIt是计算电功普遍适用的公式,对任何类型的用电器(或电路)都适用。结合欧姆定律I=,可推出电功公式的变换式W=t和W=I2Rt,这两个式子不适用于电动机以及蓄电池电路,只适用于纯电阻电路,即电能全部转化为热能的电路。
电能表是测量电能或电功的仪器。把电能表接在电路中,电能表计数器上前后两次读数之差就是这段时间内用电的度数,要弄清楚电能表铭牌上几个参数的含义。
从2008年的中考试卷可以看出,中考试题在考查基础知识和基本技能的同时,更注重考查学生应用知识的能力和实践探究的能力。而以能源开发和利用为背景来考查电功知识的应用则是近年来中考命题的新亮点,这类试题知识跨度大,更能综合考查学生应用电学知识的能力。
预测1:(考查对电功公式的理解和灵活应用)
灯泡L和L并联在电路中,L的电阻比L大,在相同的时间里,电流做功的情况为()
A. 对L灯做的功多B. 对L灯做的功多
C. 对两灯做的功一样多D. 无法确定
预测2:(考查学生是否会读家用电能表,会用电能表测量用电器在某段时间内所消耗的电能)
在家庭电路中,电能表是测量用户在某段时间内所消耗的电能的仪器。如果表面盘上标有“3 000 r/kW•h”字样,表示的意思是每消耗_________的电能,它的转盘转3 000转。把这个电能表接入家庭电路中,通过某用电器的电流使电能表在3 min内转了60转,那么,此时通过用电器的电流做功为_________J。
预测3:(考查光能与电能的转化,以及对电功公式的理解和应用)
太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的。如图7所示。已知一种太阳能汽车,太阳光照射到电池板上的辐射总功率为1.2×104 W,且电池板对着太阳时产生的电压为240 V,并对车上的电动机提供10 A的电流。问:
(1)若通电1 min,车上电动机消耗的电能是多大?
(2)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少?
考点四:电功率
冲刺点金电功率是描述电流做功快慢的物理量,它是指电流在单位时间内所做的功。电功率的定义式是P=,常用公式是P=UI,表明电功率跟电压、电流两个因素有关。电功率大的用电器消耗电能快,但不能说明电流做的功多。电功率公式的变换式W=和W=I2R只适用于纯电阻电路,对于电动机、电风扇等用电器来说,这两个公式都不适用。
用电器正常工作时的电压叫额定电压,在额定电压下的电功率叫额定功率。一个用电器一旦生产出来,其额定电压和额定功率就确定了。实际功率是用电器在实际工作时的电功率,是不确定的。用电器的实际功率不一定与额定功率相同,小灯泡的亮度是由其实际功率决定的。
电功率的计算是中考命题的热点,压轴题基本都在此出现,命题时常将欧姆定律、电功率、串并联电路结合起来出综合计算,并且分值多,难度较大。其内容主要为:①密切联系生活实际,如电热水壶、饮水机、居民用电等,真正体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的新课程理念。②注重对能力的考查和研究问题的方法的考查,如从电器的铭牌上获取信息的能力、探究电流做功快慢需采用控制变量法等。
预测1:(考查串联电路中各用电器功率的分配关系)
有两个电阻,R的阻值为2 Ω,R的阻值为8 Ω,把它们串联起来接在某电源的两极上,R的电功率为2 W,则此时R的电功率是_______W。
预测2:(考查对电功率公式的理解和应用)
图8所示为一玩具汽车上的控制电路,其电动机的线圈电阻为2 Ω,保护电阻R为8 Ω,当闭合开关S后,两电压表的示数分别为12 V和4 V,求:
(1)电路中的电流。
(2)电动机的功率。
预测3:(考查用电器额定功率与实际功率的关系)
某品牌电热水壶的铭牌上标着如右表所示的数据。根据表格中的数据,可知此电热水壶的电阻为多少?若在用电高峰时期用该电热水壶烧水,电压只有200 V,此时电热水壶发热时的功率为多大?
考点五:电热及其作用
冲刺点金电流在电路中做功,电能转化为内能的那一部分,称为电热,其公式Q=I2Rt适用于任何电路。注意两点:①在电流所做的功全部用来产生热量的情况下,Q=W=UIt=t。这里的条件是电功全部用来产生电热,而电流所做的功全部用来转化成热的情况,也只有纯电阻电路才成立,故上述导出公式只适用于纯电阻电路。②在电流所做的功只有一部分用来产生热量的情况下,如电动机正常工作时消耗的电能为W=UIt,产生的电热为Q=I2Rt,则转化为机械能的那部分能量为W-Q。若知道用电器将电能转化为热能的效率η(η
电与热相结合的计算是近年来中考命题的主要方向,以日常生活中电和热现象的实例为载体,将电学和热学结合在一起是中考命题的热点,是中考中的重中之重。随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也正在成为中考出现的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率可能会进一步加大。
预测1:(考查电能与内能的转化,在不计热损失的情况下,消耗的电能等于产生的内能,即Q=W)
一电饭煲铭牌上标有“220 V1 100 W”的字样,其原理图如图9所示。它有高温烧煮和焖饭、保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R为电热丝。当开关S接高温烧煮挡时,电路的功率为1 100 W;当开关S接焖饭、保温挡时,电路的总功率为22 W。
(1)电饭煲在高温烧煮挡时,开关S应与哪个触点连接?
(2)电热丝R的阻值多大?
(3)电饭煲焖饭、保温1 min,电热丝R产生的热量为多少?
预测2:(考查电能与内能的转化,在有热损失的情况下,消耗电能的一部分等于产生的内能,即Q=ηW)
电视节目主持人,衣着光鲜,时尚靓丽,令人羡慕,其背后的艰辛却鲜为人知。由于演播室灯光密集,室内气温往往很高,在炙热灯光的“烧烤”下,看似风光无限的主持人其实也很不好受,几个小时的节目下来,主持人往往会大汗淋漓。若一个高3 m,面积为40 m2的演播室,灯的总功率为20 kW,灯将电能的80%转化为热能,且热能的10%被空气吸收。查阅资料得知,空气的密度约为1.3 kg/m3,空气的比热容约为103 J/(kg•℃)。现录制一个0.5 h的节目,求:
(1)演播室内所有灯消耗的电能。
(2)演播室内所有灯散发出的热量。
(3)演播室内空气升高的温度。
预测3:(通过电动机做功,考查电能与其他能量的转化及能量守恒定律)
从能量转化的角度看,电动机主要是把电能转化为机械能,同时还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现实验室有一个微型电动机,如图10所示,铭牌上标有“12 V 3 W”的字样。问:
(1)每分钟该微型电动机消耗的电能是多少?
(2)若该微型电动机线圈的电阻是4 Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少?
(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
考点六:生活用电
冲刺点金家庭电路由电能表、总开关、保险丝、插座、用电器及其开关几部分组成。插座和各用电器之间是并联,用电器和控制它们的开关之间是串联,且开关应一端连火线一端连用电器,螺旋口灯座的螺旋套只能接在零线上。三孔插座比两孔插座多出的那个孔要接地,通过三脚插头与用电器的外壳相连,保证外壳与火线接通时的人体安全。生活中安全用电的原则是:不接触低压带电体,不靠近高压带电体。不用湿手触摸开关,不用湿抹布擦电器,不在电线上晾晒湿衣服,不在高压线附近放风筝,电视天线不要靠近树木,及时检查电器的绝缘皮是否有破损等。发现有人触电后,要切断电源或用绝缘的东西把电线挑开;电路着火时,必须先切断电源,切不可泼水救火。高大建筑要安装避雷针,雷雨天不能在大树下避雨,防止雷击。家庭电路中电流过大的原因有两个:①用电器的总功率过大;②发生短路。
以往的中考,重点考查生活中的安全用电原则、家庭中基本的电路连接和日常生活中用电事故的处理以及家庭电路中的故障分析。由于家庭电路与我们的生活息息相关,让学生掌握安全用电知识,提高安全用电的意识,具有实际意义。预计今年的中考热点是家庭电路中用电器的正确连接、生活中安全用电的知识和生活中出现用电事故的分析和处理。
预测1:(考查安全用电的原则)
用电安全是保证人民生命财产安全的基本原则。如图11所示的现象中,符合安全用电原则的是()
预测2:(考查学生对家庭电路中开关、电灯、带金属外壳的用电器连接的掌握情况)
请在如图12所示的家庭电路中,按照安全用电的原则,以笔画线代替导线,将一个带按钮开关的螺口灯泡、一个电热水壶接入电路。
预测3:(考查学生对用电器工作时的能量转化问题的理解,明确家庭电路中发生火灾的原因及发生电器火灾时应怎么做)
洗衣机是我们日常生活中最常用的电器之一,如图13所示。它工作时把电能转化为______和______,在使用洗衣机洗涤时,要注意掏清衣裤口袋里的物品,并在投放衣物时控制合理的投放量。若洗衣机一次性投入衣物过多,涡轮被绳、带、发卡等小物件卡住,会使洗衣机负荷过大甚至停止转动,进而导致电线过热,可能发生_________而起火。起火时应先________,再灭火。
考点七:电和磁
冲刺点金物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性,具有磁性的物质叫磁体。磁体上磁性最强的部分叫做磁极,分别为南极(S)和北极(N)。同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
磁感线是形象地研究磁场的一种方法,它不是真实存在的线,是人们为形象地描述磁场而假想的一些曲线。磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出来回到磁体的南极。
奥斯特实验表明通电导线周围存在着磁场,且磁场方向与电流方向有关。通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场一样,其极性可以由安培定则来判定:先辨清绕线方向,标出螺线管上电流的环绕方向;用右手握住螺线管,让四指弯向电流的方向;此时大拇指所指的一端即为通电螺线管的N极。将铁芯插入螺线管中就做成了电磁铁,螺线管的磁性强弱与通入电流的大小、线圈匝数的多少及是否插入铁芯有关。电磁铁的优点是磁性有无可以通过通断电来控制;磁性强弱可以由电流的大小来控制;磁极方向可以由电流的方向来控制。
让一个磁体接近一个通电导体就会产生磁力的作用。电动机就是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的,在工作中把电能转化为机械能。
闭合电路的一部分导体,在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生感应电流,这种现象叫做电磁感应,产生感应电流的条件:第一,导体是闭合电路中一部分。第二,导体在磁场中做切割磁感线的运动。当导体平行于磁感线运动时,不产生感应电流;当导体放入磁场中不运动时,也不会产生感应电流。产生感应电流的方向和磁场方向、导体运动方向有关。发电机就是根据电磁感应现象制成的,工作时将机械能转化为电能。
根据近几年的中考题分析,这部分知识主要考查的是磁现象、电流对磁场的作用、电磁铁、电磁感应。随着人类社会的发展,能源危机和污染的日渐加剧,利用电磁感应知识产生清洁的电能将成为以后能源利用的一个重点方向。预计今年的中考热点可能在磁现象、电流的磁场和电磁感应及应用上。
预测1:(考查磁化现象、利用安培定则判断通电螺线管的磁场方向、磁感线方向的规定、影响电流的磁场的因素及磁极间的相互作用)
如图14所示,在螺线管中插入一根铁棒,通电后,铁棒被_________________,请在图中画出磁感线的方向。当变阻器向左滑动时,弹簧的长度将________。(选填“伸长”或“缩短”)
预测2:(考查发电机的原理是电磁感应,明确什么是电磁感应现象)
据分析,由于中国经济仍将保持高速增长,因此电力供需矛盾在近几年将非常突出。为确保生产生活中用水、用电需求,许多单位、宾馆饭店、居住小区甚至家庭都备起了发电机。图15所示为一款家用小型发电机,其原理是___________________________________。它是由轴承及端盖将发电机的定子和转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做_______运动,从而产生______________。
课本对焦耳定律推导过程如下:
焦耳定律:电流做功时,消耗的是电能。究竟电能会转化为哪种形式的能,要看电路中具有哪种类型的元件。
只含白炽灯、电炉等电热元件的电路是纯电阻电路。电流通过纯电阻电路做功时,电能全部转化为导体的内能。电流在这段电路中做的功W就等于这段电路发出的热量Q,即
Q=W=IUt
由欧姆定律 U=IR
代入上式后可得热量Q的表达式
Q=I2Rt (4)
如此引入,Q=W=IUt,U=IR两式成立均需要条件:纯电阻电路。学生很容易顺理成章地认为焦耳定律的表达式Q=I2Rt,也是只适用于纯电阻电路。虽然课本中对此表达式做了一些解释:
在推导(4)式的过程中,我们用到了“Q=W”这个条件,它要求电流做的功“全部变成了热”,也就是电能全部转化为导体的内能。因此,(4)式中的“P”专指发热的功率。
但仍不能让初学者明显地看出此式适用于任何电路。学生很容易去想既然Q=W=IUt,U=IR两式成立均需要纯电阻电路,那么对于非纯电阻电路,为什么热量的表达式仍然是Q=I2Rt?如何推导?教学中虽再三强调,和学生一起分析教材,学生还是很难正确理解。
当然课本中有从特殊到一般推广的例子,比如静电力做功只跟初末位置有关与路径无关的特点。先让学生研究匀强电场中静电力做功的特点,进而告诉学生在一切电场中静电力做功有相同的特点。如此处理是因为学生的数学知识跟不上,无法研究非匀强电场中静电力做功的特点,不得不如此处理。并且有重力做功特点做对比,把静电力做功特点由匀强电场推广到一切电场,学生是容易接受的。而本节中,学生对于纯电阻电路与非纯电阻电路是有能力去研究的,哪些公式适用于纯电阻电路哪些适用于一般电路学生是有明确认识的,再由纯电阻电路推广到一般电路学生接受起来比较困难,肯定会有一些疑问。
电学部分的计算在中考中的比重与力学部分相当,只要能够充分理解并熟练运用相关公式及其原理就可以解决.不过,对于电学中的基本计算,同学们还应该认真对待、仔细体会,因为它不仅是中考直接考查的内容之一,也是解决复杂电学计算题的基础.
复杂的电学计算题很令人头痛,一般情况下,都需要首先分析电路,弄清电路连接的实质,然后再设法依据各种等量关系,列出相应的算式或方程式,最终解出要求的物理量.
(一) 有关欧姆定律的综合计算
例5 一个电阻为20Ω的用电器正常工作时,两端的电压是12V,如果要使用电器在18V的电源上仍能正常工作,则:
(1)应在电路中串联一个电阻,还是并联一个电阻?画出电路图;
(2)这个电阻的阻值是多少?
解析:(1)应串联一个电阻R2分压,其电路如图4所示;
点拨:欧姆定律是电学的基本定律和核心内容,在历年中考试卷中所占比例都很大,是中考考查的重中之重.掌握欧姆定律及其公式和熟练运用欧姆定律分析解决简单的串、并联电路问题是中考命题的重点.伏安法测电阻实验是这部分的一个主要基础实验,也是历年中考的重要考查点.
(二)有关电能、电功率、电热的综合计算
例6电饭锅的原理如图5所示,煮饭时按下温控开关S,使之与a、b接触,红色指示灯亮;饭熟后,温控开关S自动断开;当饭的温度低于68℃时,开关S自动上升与触点c接触,电饭锅处于低温加热状态,黄色指示灯亮;温度升至68℃时,温控开关S自动断开,如此反复.(红、黄指示灯的电阻很小,计算时可忽略不计)
(1)试分析R1、R2各起什么作用.
(2)若煮饭时发热板的功率为484W,而低温加热时发热板的功率为4.84W,求R2的阻值.
解析:此题通过温控开关的上下移动来改变电路的连接情况,以达到加热、保温的目的.可分别画出等效电路图,然后分别在各图中进行分析、求解.电饭锅的工作原理图略显复杂,解题时可根据电路情况适当简化,使之方便解题.
(1)当S与a、b接通时,等效电路如图6所示,R1跟红灯串联,然后与发热板并联,红灯所在的支路不影响发热板的功率.红灯起煮饭状态的指示作用,本身电阻很小,必须串联一个较大的电阻R1,所以R1起分压限流保护红灯的作用.
当S与c接触时,等效电路如图7所示.R2、黄灯、发热板串联,R2分去一部分电压,使发热板的功率减小,电饭锅处于低温加热状态,所以R2起分压降低发热板功率的作用.
点拨:这是一道典型的应用类计算题.应用类计算题信息量大,内容丰富,给出信息的形式多种多样,既可以是文字,也可以是图表、图像等.题中的物理过程、已知条件以及要解决的问题往往具有隐蔽性,因此,要解决这类问题首先要认真读题,理解题意,了解问题的背景,挖掘隐含条件,抓住问题的实质,然后再运用学过的物理知识去解决问题.
三、热学部分
中考中热学计算的比例较之力学、电学部分要小一些,但是,同样不可忽视.热学计算主要依据的公式有:
(1)燃料燃烧放热:Q=qm(q表示热值)
(2)物质升温吸热: Q吸=cm(t-t0)=cmt升
(3)物质降温放热: Q放=cm(t-t0)=cmt降
(4)热平衡方程: Q吸=Q放
例7 卖火柴的小女孩在严寒中只能靠点燃火柴取暖.一根火柴的质量约为0.065g,火柴的热值平均为1.2×107J/kg,求一根火柴完全燃烧能使1m3的空气温度升高多少摄氏度?〔已知空气的密度为1.3kg/m3,比热容为1×103J/(kg・℃)〕
解析:设火柴完全燃烧释放的热量全部被空气吸收,由Q吸=Q放得:
Q放=qm2
=1.2×107J/kg×6.5×10-5 kg
=7.8×102J
完全燃烧一根火柴能使1m3的空气升高的温度:
根据Q吸=cm(t-t0),Q吸=Q放得
点拨:本题把燃料燃烧的放热公式、热量的计算公式与密度知识结合起来,具有一定的综合性.应用公式时要注意其适用条件和范围.
四、综合计算
例8图8是一种测量小汽车油量装置的原理图.压力传感器R的电阻会随所受压力大小发生变化,油量表(由电流表改装而成)指针能指示出油箱里油的多少.已知:压力传感器R的电阻与所受压力的关系如表3所示.
若压力传感器R的上表面面积为5cm2,汽油热值为4.6×107J/kg,汽油密度为0.71×103kg/m3,电源电压为6V,g=10N/kg.请回答:
(1)当油与油箱总重为600N时,压力传感器R受到的压强多大?
(2)若油箱内的油为10kg时,汽油完全燃烧放出的热量是多少?
(3)如果空油箱的质量为5.8kg,油量表指针指向2×10-2m3时,电路中电流是多少?
解析:(1)(2)两问较简单,(1)p=1.2×106Pa;(2)Q=4.6×108J.
(3)油量表指针指向2×10-2m3时,箱内汽油质量为:m油=ρV=0.71×103kg/m3×2×10-2m3=14.2kg,
油和箱的总质量:m=m油+m箱=14.2kg+5.8kg=20kg,
总压力F=20kg×10N/kg=200N.
近几年来,中考物理计算题的形式越来越多,但是任何形式的题都不能脱离相关的基础知识,因此,希望同学们能够脚踏实地地学好基础知识,并尽可能地把基础知识运用于现实生活中,实现知识的飞跃.最后祝同学们在中考中取得理想的成绩.
一、创设情境,激发体验
学生在此前没有接触过有关控制变量的内容。在正式讲解用控制变量法掌握欧姆定律之前,教师可以在教学的开始阶段开展比较浅显的探究活动,通过调动学生们的积极性,成功引入这种新的思想。这样的方法,可以给学生提前创设出应用的氛围,提前感知,在大脑中形成浅显的印象,激发学生体验。
在引入欧姆定律的时候,我训练学生运用控制变量法,通过教师的简单引导,让学生们自己设计,培养学生探究科学方法的意识。在课堂上,我首先展示了一个简单的发光小灯泡电路,让学生去改变电路中的某个条件让灯泡变暗。有学生们说减少电池的数量,这样通过改变小灯泡的电压U进而让灯泡变暗。我问学生们在这种情况下,电路中还有什么发生了变化,学生回答:电压U变小了,在电路中电阻R不变的情况下就会让电流I变小。也就是说,在其他条件不变的情况下,改变小灯泡两端的电压U就会影响灯泡两端的电流I,进而改变灯泡的亮度。我让学生们再想想其他的方法,有学生说在电路中加一个滑动变阻器,这样通过改变电路中的总电阻R,从而改变电流。学生说的这两种方法都是正确的,教师就应该让学生在课堂上多发言,提高他们在课堂的主体地位。学生其实已经有控制变量法的思想了,只是还没有进行系统的认识,不懂得在其他方面应用。教师先提供给学生新的探究情景,让学生开动脑筋,既能训练他们的思维,还能激发他们对之后探究的热情。
学生通过探究电阻R和电压U对电流I的影响,逐渐的萌生出控制变量的思想。在此种情景中,虽然只是简单的认识,但是已经提高了学生的思维活跃性,让学生认识到物理实验的有趣,产生参与的想法。学生从熟悉的电路入手,积极地参与到课堂教学中,有利于活跃课堂气氛。
二、演绎探究,形成认知
学生了解了控制变量法的使用情况,教师就可以在实际操作中引导学生运用控制变量法,去研究各项因素是怎样影响物理量的。教师通过在课堂上设计探究实验,让学生体验控制变量法,进一步深入了解这个科学方法。
在探究欧姆定律的时候,我进一步问学生:“小灯泡的电阻会改变吗?”学生回答:“小灯泡是白炽灯,它的电阻R会随着温度的变化而变化。”这是我让学生提前阅读教材的结果。这样做能够让学生在听讲的时候变轻松。所以我让学生选用定值电阻,来探究定值电阻I和导体两端电压U之间的关系。为了不老是换电池,有学生提出在电路中加一个滑动变阻器,这样既可以保护电路还能改变定值电阻两端的电压U。学生自己动手实验,及时记录电流表和电压表的数据I1,U1,教师在旁边指导。学生每改变一次滑动变阻器的阻值,都可以得到一组新的数据。学生记录完数据之后,根据刚才的实验,我让他们用图像法来研究,画出I-U的图像,得到了当电阻不变时,电流I和导体两端的电压U是成正比的结论。在整个探究的过程中,首先要让学生考虑影响整个实验的其他因素,排出了这些因素,然后进行研究,再通过记录数据进行分析,最终通过图像等辅助工具来得出结论。
欧姆定律是电学的一个基本规律,学生在探究的时候正确地运用了滑动变阻器,大大降低了实验的难度。学生和老师一起合作完成实验设计,学生既动手又动脑,课堂变得生动活泼,教学的效率大大提高。
三、建立概念,引导归纳
在学习了控制变量法之后,为了能让学生进一步的深化理解、建立控制变量法的概念,教师可以让学生使用这种方法去验证其他的公式。我突破教材的限制,增加了一个补充实验:让学生探究电阻的计算公式R= ,来加深他们对这种方法的印象。
这次我让学生自己去设计实验,学生你一言我一语的积极发言,基本把实验的步骤说全了。之后我让学生用实验来检测,学生借助之前研究欧姆定律的电路图,这次通过更换定值电阻的电阻丝,得到几组电压表和电流表的示数IX、UX。我给学生提供了相同电阻率,不同横截面积的电阻丝,通过在课堂上随机剪断电阻丝来改变长度L。有的学生研究的是保持电阻的长度不变探究横截面积和电阻之间的关系,有的学生研究的是保持电阻的横截面积相同探究电阻的长度和电阻之前的关系。在学生将得到的数据IX、UX进行整理,算出电阻丝的电阻R之后,再去做R-S和R-L的图像,就可以去检测公式R=的正确性。学生运用控制变量法,发现电阻丝的电阻R和长度L成正比,和横截面积S成反比。通过检测,验证了控制变量法的必要性,学生就可以通过这两个实验去体会控制变量法在探究实验中的应用,将这个方法融入到自己的思想中去。
最后我告诉同学们,要在实验中正确地找到自变量和因变量,就必须理清哪个量的改变是由于谁的变化而变化的。只要学生们掌握了这样的逻辑关系,分清自变量和因变量,就能很好地运用控制变量法了。
四、开放试题,学以致用
物理知识不是只靠教师的讲解就能让学生掌握的,要想让学生将这些知识真正地内化,做题是唯一的途径。在做题的过程中,学生才能发现自己的问题,在听讲的过程中并不一定能够发现这些问题,通过练习才可以提高运用知识的能力。
控制变量法的考查多设置在实验题中,我以“密度”为载体,让学生进行练习。物体的密度公式为p=―,不难发现:同种物质组成的物体,质量与体积成正比;不同种物质组成的不同物体,质量一定时,密度与体积是成反比的。就通过这一结论来做题。首先题目中给出了四个物块,铝块1的质量为54g,体积为20cm3,密度为2.7g/cm3,铝块2的质量为108g,体积为40cm3,松木1的质量为108g,体积为216 cm3,密度未知,松木2的质量为10g,体积为20 cm3,密度为0.5 g/cm3。松木的密度很容易就能求得,为0.5 g/cm3。通过比较两个铝块,可以发现质量和体积有什么关系?不难发现,两个物块的密度是相同的,根据公式m=pV,可知两者是呈正比关系的。通过比较铝块2和松木1,质量相同的不同物质,密度和体积是什么关系?显然体积是不同的,因为密度不同,在质量相等的情况下,密度越大,体积越小。通过比较铝块和松木,可以得出什么结论?这两种物体的质量、体积、密度都不一定相同,完全可以写“同种物质的密度是一样的”“不同物质的密度一般是不一样的”。就这道题来说,就是运用了控制变量法,铝块1、铝块2的密度是相同的,当质量增大一倍,体积也会相应的增大一倍。而对于铝块2和松木1,两者的质量是相同的,根据对应关系m=pV,就可知松木的密度会小。这道题虽然简单,学生通过观察数据,已经慢慢地在接触这种研究方法。在之后练习到难的问题时,就会有坚实的基础,比如探究压强、液体?炔康难骨康奈侍猓?学生必须分析不同的数据,然后进行整合,才能解决问题。
一、电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式.电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用.其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等.为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的.透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学.对此,应从以下三个方面来认真分析教材.
1.电磁学的两种研究方式
整个电磁学的研究可分为以“场”和“路”两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来.只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力.
场的方法是研究电磁学的一般方法.场是物质,是物质的相互作用的特殊方式.中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容.
“路”是“场”的一种特殊情况.中学教材以“路”为线的大骨架可理顺为:静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等.
“场”和“路”之间存在着内在的联系.麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律,是以“场”为基础的.“场”是电磁运动的实质,因此可以说“场”是实质,“路”是方法.
2.物理知识规律物
理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系.
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来.物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的.但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性.
第二册第一章“电潮重要的物理规律是库仑定律.库仑定律的实验是在空气中做的,其结果跟在真空中相差很小.其适用范围只适用于点电荷,即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况.
“恒定电流”一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律.欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的.欧姆定律的运用有对应关系.电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体.
“磁场”这一章阐明了磁与电现象的统一性,用研究电场的方法进行类比,可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念.
“电磁感应”这一章,重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律.在这部分知识中,能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线.本章以电流、磁场为基础,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面,是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础.电磁感应的重点和核心是感应电动势.运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“电磁振荡和电磁波”一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践,进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场,对场的认识又上升了一步.麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律,同时也把波动理论从机械波推进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步.
3.通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立“世界是物质的”的观点
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的.大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着.电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用.运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种唱—磁场.磁体的周围也存在着磁场.磁场也是一种客观存在的物质.磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用.现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形态.
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对其它运动的电荷(电流)有磁场力的作用.所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间是通过磁场而发生作用的.麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象,得出结论:任何变化的磁场能够在周围空间产生电场,任何变化的电场能够在周围空间产生磁场.按照这个理论,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一场,这就是电磁场.电磁场由近及远的传播就形成电磁波.
从场的观点来阐述路.电荷的定向运动形成电流.产生电流的条件有两个:一是存在可自由移动的电荷;二是存在电场.导体中电流的方向总是沿着电场的方向,从高电势处指向低电势处.导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例,即导体中形成电流时,它的本身要形成电场又要提供自由电荷.当导体中电势差不存在时,电流也随之而终止.
二、以“学科体系的系统性”贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
1.场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题.第一章“电潮是学好电磁学的基础和关键.电场强度、电势、磁尝磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念.电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段.要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解.
2.电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用.在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别,比如,场不是力,电势不是能等.场中不同位置场的强弱不同,可用受场力者受场力的大小(方向)跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度.在电场中用电场力做功,说明场具有能量.通常说“电荷的电势能”是指电荷与电场共同具有的电势能,离开了电场就谈不上电荷的电势能了.
3.认真做好演示实验和学生实验,使“潮抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施.把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练.安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力.从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上.