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关键词:欧姆定律 高中物理教学方法
一、教材分析
《欧姆定律》的内容,在初中阶段已经学过,高中阶段《物理》安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基本研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法――列表对比法和图象法;再次领会定义物理量的一种常用方法――比值法。这就决定了《欧姆定律》教学的教学目的和教学要求。教学不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。
《欧姆定律》的内容在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定了基础。《欧姆定律》实验中分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用。因此也可以说,《欧姆定律》是后续课程的知识准备阶段。
通过《欧姆定律》的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用。《欧姆定律》内容的重点是进行演示实验和对实验数据进行分析。这是教学的核心,是教学成败的关键,是实现教学目标的基础。《欧姆定律》教学的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏。从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从数学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义。有些学生常将两种表达式相混,对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清,要注意提醒和纠正。
二、关于教法和学法
《欧姆定律》教学采用以演示实验为主的启发式综合教学法。教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行大面积课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,也有利于充分发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃。
通过《欧姆定律》的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实际操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和物理规律。同时要让学生知道,物理规律必须经过实验的检验,不能任意外推,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。
三、对教学过程的构想
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:
1.在引入新课提出课题后,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么(不一定让学生回答)?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起了承上启下作用。
2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答。这样既巩固了他们的实验知识,也调动他们尽早投入积极参与。
3.在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余同学注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4.在用列表对比法对实验数据进行分析后,提出下面的问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨。
5.在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢,可提问请学生回答或展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象。
6.在得出实验结论的基础上,进一步提出欧姆定律,这实际上是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行,以锻炼学生的语言表达能力。教师重申时语气要加重,不能轻描淡写。要随即强调欧姆定律是实验定律,必有一定的适用范围,不能任意外推。
7.为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合课本练习题,熟悉欧姆定律的应用,但占时不宜过长,以免冲淡前面主题。
四、授课过程中几点注意事项
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。
2.注意正确规范地进行演示操作,数据不能虚假拼凑。
3.注意演示实验的可视度。可预先制作电路板,演示时注意位置要加高。有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上,使全体学生都能清晰地看见。
4.定义电阻及欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱。可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出,而欧姆定律在归纳完实验结论后。这样学生就不易将二者混淆。
5.所编反馈练习题应重点放在概念辨析和方法训练上,不能把套公式计算作为重点。
6.注意调控课堂节奏,避免单调枯燥。
参考文献:
张君甜
【摘 要】随着高中新课程改革的深入发展,教育教学大环境也随之悄然发生着。人们的教育理念发生了很大的变化,不仅改变了“老师教学生学,教师为主导”的片面教学观,还开始注重应用更好的引导方式来引导学生,倡导学习方式的多元化。哲学家狄德罗说过:“有了真正的方法,还是不够的;还要懂得运用它。至于如何去运用,这要我们不断从学习和反思中获取方法,做高效型教师,打造高效课堂。为此,根据我校实施“271”课程改革的大环境结合自己的教学实践和经验,推出了这种高中物理“合作讨论探究式小组学习法”,旨在转变教学过程中教师的教学行为和学生的学习方式。
关键词 高效课堂;高中物理的“有效教学”;物理教学;小组合作讨论探究式学习
在高中物理教学的课堂上,教师教得辛苦,学生学得痛苦。高耗低效,缺乏策略,成为教与学的阻碍。因此,教师应当充分利用好每一堂,特别是在新授内容的公式和规律的推导,教师要不断的有层次的向学生提出引导问题,有目的的引导学生去一层一层破解物理实质,让学生通过与小组成员合作讨论对新授进行的发散探究,学生因为自己积极参与了问题讨论,对问题的认识自然也就更深一个层次了这也就达到了深化知识目标目的。一堂好的物理课必然是一堂高效率的课堂教学,如何抓住课堂,开展高中物理的“有效教学”探索实践活动,这正是本文所要研究的内容。下面我们就于《闭合电路的欧姆定律》课题为例题探讨“271”讨论探究式学习高中物理的主要过程。
第一,教师课前要向学生详细解读教学目标:教学目标要明了,目标性强,教学前一定要让学生明确知道我们这节课的目标,学习起来才不会盲目,不会被动,也便于学生对学习的自我评价。
《闭合电路的欧姆定律》教学目标(部分展示):(1)经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,从而理解电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和。(2)熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式及其适用条件。
第二,预习自学、自主探究:这个环节最具挑战性的,必须保证学生有足够的兴趣,全身心地投入进去,所以预习案和探究案要精心设计,按照学生学习的最初状态,让兴趣和创造的欲望引领学生自主学习。学生以预习案和探究案为学习“路线图”,预习自学,解决了传统课堂学生被动学习、盲目学习的问题。
《闭合电路欧姆定律》预习案(部分展示):分为①知识点预习②知识点应用预练
①知识点预习(部分展示):
闭合电路是由哪几部分组成的_______,电动势E、外电压U外与内电压U内三者之间的关系________。电动势等于电源_______时两极间的电压。用电压表接在电源两极间测得的电压U外_______E。
第三,提出质疑,探究案二次探究:在自主学习的基础之上,学生通过完成探究案上的训练题目,检验自学效果,提出质疑。质疑的过程,实际上是一个积极思维的过程,是发现问题,提出问题的过程,质疑是创新的开始,也是创新的动力,创新来自质疑。该过程教师当适时的发挥引导作用,引领学生朝着目标研究、比较、创新。学生在探究案的引领下进行二次探究,对教材和知识的把握也提升到一个新的层次,很好地解决了传统课堂学生缺乏独立思考、深入探究的问题。
通过你的自主学习,你还有哪些疑惑?①疑惑点:________ ②疑惑内容:________
《闭合电路欧姆定律》探究案(部分展示):
探究:闭合电路的能量转化
某闭合电路,外电路有一电阻R,电源是一节电池,电动势为E,内电阻r,当电键闭合后,电路电流为I。①整个电路中在t时间内电能转化为什么能?各是多少?
(外电路中电流做功产生的热为:E外=I2Rt;内电路中电流做功产生的热为:E内=I2rt)
②电路中电能是什么能转化来的?在电源内部是如何实现的?(是有化学能转化而来的,依靠非静电力做功实现的。电池化学反应层非静电力做的功:W=Eq=EIt)
根据能量守恒定律可以得到怎样的一个等式:
(1)W=E外+E内(2)EIt=I2Rt+I2rt
(3)E=IR+Ir=U内+U外 或者(4)I=E/(R+r)
第四,①分组合作,讨论解疑:这个环节是高效课堂的重要组成部分,是课堂走向自主的基础。运用分组合作学习,在小组中学生能主动操作、观察、思考、讨论,学生参与教学活动的机会增多;分组合作学习有助于学生提高口头表达能力。在学习小组中学生相互启发、相互帮助、共同解决问题。这样更能能培养学生之间团结、协调的合作意识,提高学生的人际交往能力。②展示点评、拓展提升:这个过程可以让学生充分发挥初生牛犊不怕虎的精神,在黑板上展示疑难,展示困惑,展示方法,提高学生的思维水平和表达能力。
分小组讨论,展示点评:
(1)(2)两式反映了闭合电路中的什么规律?(能量守恒)
(3)式反映了闭合电路中的什么规律?(因消耗其他形式的能量而产生的电势升高E,通过外电路R和内电路r而降落。外电路电势降低,内电路电势升中有降)
(4)式反应了闭合电路中的什么规律?(电流与那些因素有关,这就是闭合电路的欧姆定律)
①内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。②公式:I=E/(R+r)③适用条件:外电路是纯电阻的电路。④根据欧姆定律,外电路两端的电势降落为U外=IR,习惯上成为路端电压,内电路的电势降落为U内=Ir,代入E=IR+Ir得E=U内+U外该式表明,电动势等于内外电路电势降落之和。
通过这样一次自主探究一次小组合作探究过程,学生通过功能关系的分析建立闭合电路欧姆定律学生应该感到熟悉并且容易理解,已经可能够娴熟地从做功的角度认识并理解电动势的概念了。
第五,清理过关,当堂检测:学生经过激烈的讨论,思维比较活跃,这时需要静心总结归纳,反思学习目标的达成情况,清理过关。最后一项是当堂内容检测,当堂检测可以分段讲授、讲练结合也可口笔结合、当堂训练等形式,让学生体验学习成就感。检测环节,教师也可以对例题进行开拓变形,将题目的已知条件作些变更,使一题变为多题,可使学生的思维得到充分发挥,也能较好地发挥例题的潜在功能,有助于培养学生思维的独创性和流畅性。
笔者在教学中意识到这个问题后,改变了原来的教学设计,并制作了电动机的非纯电阻特性演示器,其构造极简单,就是用一只定值电阻与一个玩具电动机串联,但其巧妙之处就在于电阻与电动机内阻相等,利用学生已掌握的串联电路知识,让学生通过观察并与纯电阻分压特性比较,从而得出电动机具有的非纯电阻特性如欧姆定律不适用于工作中的电动机的结论,以及其能量转化问题,如输出功率的求法等。在实际运用中,通过教师引导,学生的探究,再得出结论,收到了较好的教学效果。
一、教具设计
图1是教具的演示面板,一个定值电阻与玩具电动机(内阻约1欧姆)串联,定值电阻可用废旧的滑动变阻器上的电阻丝充当,但其电阻应严格与玩具电动机内阻相等,两块投影电压表分别测量定值电阻与玩具电动机两端电压,用3V直流电源供电。
图1 电动机非纯电阻特性演示仪器
二、探究过程
让学生观察面板上的器材,认识电路,回答电路组成。让学生操作如下:打开电源开关,这时由于电流较小且电机处于死点不会转动,电流流过电机线圈,由于线圈电阻的存在而产生压降,线圈的电阻即为电机的内阻,观察这时的两电压表示数相等,学生很容易从初中所学知识得到定值电阻与玩具电动机内阻相等。轻触电机轮子,让电机转动起来,这时,电动机两端的电压会高于电阻两端的电压即U机>U阻,学生会对这种现象产生强烈的好奇心,为什么会出现这种现象?是电机的电阻增大了吗?启发学生电机转动起来后线圈长短粗细没有变化,内阻未变,说明电压的变化并不是由线圈内阻变化引起。这时教师再引导学生如果按欧姆定律分析,电机的电压高则其电流大,而实际上电机与定值电阻串联在一起电流相等,也就是说由欧姆定律我们得出了与实际并不相符的结论,那么只能说明欧姆定律不再适用于工作中的电动机I≠U机/R。接着教师再引导学生从能量的角度,由电功率P=UI,电机的功率应大于外电阻的功率,而又由电热功率P热=I2R可知,外电阻与内阻消耗功率相等,因此电机的功率大于其内阻消耗的热功率,就是说电机的功率与其自身的热功率存在差值,由于电机输出机械能,由能量守恒其差值恰为电机输出的机械功率,因而电动机输出的机械功率P出=U机I-I2R。
三、结束语
这样设计的优点在于改变了原有的由教师单纯讲解灌输为所有结论完全由学生通过自己实验观察探究、教师的引导得出,充分发挥了学生的主体作用与教师的主导作用,充分调动了学生学习物理的积极性与主动性,提高了学生学习兴趣,体现了新课程的要求。
一、归纳对比,培养比较概括能力
归纳推理与演绎推理不同,演绎推理是由一般到个别,即从一般性的结论判断出发,推之于个别也具一般事物的那种特性;归纳推理是由个别到一般,由观察实验研究发现找到个别事物有某种特性,而这个别事物的同类,也具有那种特性,那么这同类事物就具有那种特性了。而对比(比较)是确定现实对象及其现象异同的一种思维过程;概括是把比较中抽取出来的本质特点进行综合。
物理教学中要善于从形式和本质两方面引导学生认知物理现象或物理知识的相似点与差异点,以培养对比、概括能力。我们在进行物理概念教学时,就常用异中求同法。如通过火车在轨道上行驶,飞机在高空飞行,虫子在地上爬行,人在路上行走等各种运动形式中,找出其共同点:一个物体相对另一物体的位置发生了变化,从而概括出“机械运动”的概念。亦可在学了有关时间与时刻,路程与位移,电压、路端电压、电势、平衡力、作用力与反作用力,动通定理、动量定律,机械守恒定律、动量守恒定律以后,用图表进行对比。
二、联系实际,培养分析综合能力
分析和综合是思维的基本过程。分析是把整体分解为部分,把复杂的事物分解为最简单的要素,然后分别加以研究的一种思维方法。综合则是把对象的各个部分、各个方面和各种因索联系起来的一种思维方法。例如在力学中,研究物体的运动状态和所受的外力(即与其他物体的相互作用)的关系时,问题就比较复杂,学生普遍感到很不易掌握。但如果用“隔离法”进行分解教学,首先把要研究的对象和其对象(物体)“隔离”开来,而后逐一分析,从各个侧面去分析该物体收到其他物体的作用力的性质(重力、弹力、摩擦力等),求出合力;再研究物体的质量和所受的合力与外力的关系,从而得到“一个物体运动的速度的变化率和外力成正比”的结论。这便是力学研究中常用的分析法。
分析和综合是相互联系的:分析是综合的基础,综合是分析的目的。没有分析就不能综合,没有综合分析就毫无意义。在认识物理现象的过程中,分析和综合总是交替进行的,二者相互依存,相互制约。如教学直流电规律时,先让学生学习电流、电压、电阻以及串并联电路的特征等,在此基础上学习部分电路的欧姆定律,这便是在分析基础上的第一次综合。这时学生对直流电规律的认识仍囿于部分电阻即一段电路上的。待学习电动势概念,分析电流通过内外电路电压降落的情况及能量变化情况,得到闭合电路欧姆定律,即全电路欧姆定律后,学生才对电路的部分和整体及各种因素的相互制约关系获得较为完整的认识。所以,对物理综合问题的教学,先要引导学生分析,研究复杂现象包含的物理过程,及其解决的方法,再引导学生综合,把各物理过程连成一个整体思考求解。从而使学生养成分析综合的良好习惯,培养运用数学解决物理问题的能力。
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.
重点设计简单的电路、串联和并联电路中的电流、电压关系、探究影响电阻大小的因素、滑动变阻器的使用方法和变阻的判断、欧姆定律、测量电阻的阻值等。
难点对知识的考查已经从知识型转向能力型,侧重于对科学探究过程、研究问题的科学方法的考查。从知识点看,围绕欧姆定律展开的各种题型仍是命题的焦点。
例1 (2007年浙江省丽水市)小雯设计了一个测量物体重力的“托盘秤”,如图甲是原理示意图,其中的托盘用来放置被测物体,OBA是可绕O点转动的杠杆,R1是压力传感器(其电阻值会随所受压力大小变化而变化,变化关系如下表),R0为定值电阻,V为显示重力大小的仪表(实质是一个量程为0~3V的电压表)。已知OB:OA=1:2,R0=100Ω,电源电压恒为3V(忽略托盘、杠杆及压杆的重力)。
(1)托盘上没放物体时,压力传感器R1的电阻值是Ω。
(2)当托盘上放被测物体时,电压表的示数如图乙所示,则此时压力传感器R1上的电压是多少?
(3)第(2)题中被测物体的重力是多少?
解析(1)由表中压力与电阻的关系可知,当托盘上没放物体,即压力为0时,R1的电阻值是300Ω。
(2)由图可知,R0和R1串联,电压表串联加在R0两端的电压,根据串联电路的电压关系知,加在R1两端的电压为:U1=U-U0=3V-2V=1V。
(3)根据串联电路的电流规律及欧姆定律,I1=I0=U0/R0=2V/100Ω=0.02A
R1=U1/I1=1V/0.02A=50Ω
查表得:F=250N
Gl×OB=Fl×OA
G=Fl×OA/l×OB=250N×2/1=500N
答案(1)200Ω (2)1V(3)500N
点评从近年中考命题来看,电学创新试题有以下特点:试题由知识立意转向能力立意;试题联系实际,设置的情景较新(如油量表、测风仪和压力秤的制作及使用等);重视知识形成过程和科学方法的考查。预计今后的中考仍将以能力考查为主,题型将会更灵活,开放设计性问题和联系实际的题目会增多。
二、电功、电功率和关系、电和热关系及其应用
重点 电能的意义、电能表的使用、电功与电功率的概念和单位、计算公式和应用、探究小灯泡电功率、电和热关系及其应用等。
难点试题情景性、灵活性较强,目的很明显,不要求同学们死记硬背,而是注重知识的灵活运用。对实验的考查也加大了力度,如探究方案设计和评价、数据的分析处理能力等要求较高;电力综合和电热综合,以往的中考试题中,这类题目的计算难度较大,主要是重计算。而近年来,这种命题思想已彻底改变,计算只是作为解决身边实际问题的过程中的一个方式而已。真正运用的知识并不难,难的是如何根据题目提供的信息去提取、收集、整理信息,并得出结论,对考生的创新能力和实践能力要求高。
例2 (2007年山东省济宁市)下图是家庭常用的电热水壶。
(1)结合你对电热水壶的了解,就电热水壶的结构和使用过程中出现的一些现象,提出一个与物理有关的问题,并给出简要回答。
示例:问题:用电热水壶烧水时,壶嘴为什么冒白汽?
答:是水蒸气从壶嘴冒出后,遇冷液化形成小水珠的缘故。
问题:
答:
(2)暑假里的一天,李红去商店购买电热水壶,售货员给他了一份推销××牌电热水壶的宣传广告,其内容如下:
请你根据上面提供的信息,计算:
①电热水壶正常工作时的电阻是多少?
②电热水壶正常工作3分钟消耗多少电能?
③请你估计本地夏季自然界中水的温度为_________℃ ,根据你的估计值,若将一壶水烧开需要吸收多少热量?[c水=4.2×103J/(kg・℃ )气压为1标准大气压]
④根据上述计算结果,请你对上述宣传广告中“电热水壶的优点”有关内容作出评价。并给消费者提一条有益的建议。
解析题目注重考查了同学们的开放性解题意识、利用所学知识辨别真伪、是非的能力。是一道既考查知识、又培养能力的综合试题。(1)围绕电热水壶的制作材料、使用注意事项等方面提问。(2)正确估计夏季水温是解答本题的难点与关键;作评价与提建议一定要注意有理有据、合理恰当。
答案⑴①用电热水壶烧水为什么不能灌的太满?因为水热胀冷缩,水受热膨胀溢出有危险。②电热水壶的提手为什么用胶木的?因为胶木是绝缘体和热的不良导体。③电源插头处为什么用较好的绝缘材料?防止漏电等。
⑵ ① 电热水壶的额定功率P=1000W额定电压U=220V由P=U2/R得:R=U2/P=(220V)2/1000W=48.4Ω
② 电热水壶工作3min消耗的电能:W=Pt=1000W×3×60s=1.8×105J
③ 估计的水温只要在10℃~35℃之间皆可
一壶水的体积V= 2L=2.0×10-3m3
水的密度ρ=1.0×103 kgm3
一壶水的质量m=ρV
=1.0×103kgm3×2.0×10-3m3
=2kg
若估计的水温按20℃,用这种电热水壶烧开一壶水需要吸收的热量为:
Q=cm(t2- t1)=4.2×103J(kg・℃) × 2 kg ×(100℃ - 20℃)= 6.72×105J(水的初温取值范围:10℃~35℃,吸收的热量范围:(7.56~5.46)×105J均为正确)
④ 评价电热水壶3min内产生的热量Q=W= 1.8×105J,该热量远远小于烧开一壶水所用的热量(或电热水壶3分钟消耗的电能远小于烧开一壶水需要的热量),所以3分钟不可能将水烧开,此宣传广告不可信。
建议请消费者慎对宣传广告,购买前要科学分析、充分了解后再买。答案合理即可。
1程序法
基本思路是“局部整体局部”.即从阻值变化的的入手,由串并联规律判知R总的变化情况再由欧姆定律判知I总和U端的变化情况最后由部分电路欧姆定律及串联分压、并联分流等规律判知各部分的变化情况.
动态分析问题的思路程序可表示为
R局R总I总U端I分
U分
例1如图1所示,电源电动势E=9 V,内阻r=1 Ω,外电阻R1=1 Ω,R2=6 Ω,滑动变阻器R3的总阻值是6 Ω,闭合开关S,当滑动变阻器R3的滑片K由N向M端滑动时,各电压表和电流表示数如何变化?
解析当滑动变阻器R3的滑片K由N向M端滑动时,
R3R总I总U端
由I总A1示数;
由U端V1示数;
R1处在干路,从电流入手分析,
由U1=I总・R1U1V2;
由UMN=U端-U2UMNV3.
R2处在支路,从电压入手分析,
由I2=UMN/R2I2A2;
由I3=I总-I2I3A3.
闭合电路动态分析的一般顺序是:先电阻后干路电流;先内电压,后外电压;先固定电阻的电压,后变化电阻的电压;先干电流后并联支路上的电流.
这一过程分析,环环相扣,需要做题者首先要对电路结构了如指掌,其次要对闭合电路欧姆定律运用娴熟,此外还要有清醒的大脑.解题时,注意力要高度集中,稍有疏乎,就会前功尽弃,满盘皆输.那么对于此类问题有没有简便易行、快捷、稳妥的解题方法呢?
2“并同串反”
①“并同”:是指某一电阻增大时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将增大;某一电阻减小时,与它并联或间接并联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小.
②“串反”:是指某一电阻增大时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率都将减小;某一电阻减小时,与它串联或间接串联的电阻中的电流、两端电压、电功率将增大.
U串
I串
P串RU并
I并
P并
例2如图2所示的电路中,R1、R2、R3和R4皆为定值电阻,R5为可变电阻,电源的电动势为E,内阻为r,设电流表A的读数为I,电压表V的读数为U,当R5的滑动触点向图中a端移动时
A.I变大,U变小B.I变大,U变大
C.I变小,U变大D.I变小,U变小
解析本题中变量是R5,由题意知,R5的等效电阻变小.
简化电路结构可各知,电压表V,电流表A均与R5间接并联,根据“串反并同”的原则,电压表V,电流表A的读数均与R5的变化趋势相同,即两表示数均减小.答案:选D.
注意“串反并同”法则的应用条件:单变量电路.
对于多变量引起的电路变化,若各变量对同一对象分别引起的效果相同,则该原则的结果成立;若各变量对同一对象分别引起的效果相反,则“串反并同”法则不适用.
例3如图3(a)所示电路中,闭合电键S,当滑片P向右移动时,灯泡L1、L2的亮度变化如何?
解析本题中滑动变阻器左右两部分都接入电路,等效电路如图3(b)所示,变阻器R分解得到两变量R1、R2,由图可知:滑片P向右移R1(),R2()
由上述分析可知:
对L1,变量R1、R2变化均引起L1变亮,故L1将变亮;
对L2,变量R1、R2变化引起L2的亮度变化不一致,故此法不宜判断L2的亮度变化.但若把变阻器R与L1的总电阻合成一个变量R合,则由上述结论可知,P右移时,R合减小,L2与R合串联,由“串反并同”法则可知,L2亮度变大.
3特殊值法与极限法
①极限法:即因滑动变阻器滑片滑动引起电路变化的问题,可将变阻器的滑动端分别滑至两个极端去讨论.
②特殊值法:对于某些双臂环路问题,可以采取代入特殊值去判定,从而找出结论.
例4在图4所示的四个电路中,当分别闭合开关S,移动滑动变阻器触头从左端至右端时,能使其中一个灯由暗变亮同时,另一个灯由亮变暗,则符合要求的电路是
解析A图:对灯L1,可由“串反并同”法则判断其变亮;而对L2由于两个变量引起它亮度变化不一致,故“串反并同”不适用.现取特殊值法:取L1、L2的阻值均为10 Ω,变阻器总阻值也为10 Ω,电源电动势为6 V;然后取极限值:取滑片P置于最左端和最右端时分别两灯实际工作时的电压即可判断两灯均变亮.
B图:对L1,可由“串反并同”法则判断其变亮;对L2,采用合成变量法,再根据“串反并同”法则可判断其变亮.
C图:采用极限值法.滑片P置于最左端时,L1被短路,不发光,而L2两端电压最大,亮度最大;滑片P置于最右端时,L1两端电压最大,亮度最大,而L2被短路,不发光.由此分析可知,该电路符合题目要求.
D图:灯L1一直被短路,不发光,不合要求.
综上分析有:符合要求的电路是C.
4等效电源法
只把被判断的变化支路作为总外电路,其余的恒定电路划入电源内,作一个新的电源――等效电源,把被判断电路的电流变为等效电源的干路电流,把被判断电路的电压变为等效电源的路端电压,这样就可以根据当外电阻R增大(或减小)时,由I=ER+r可知电流减小(或增大),由U=E-Ir可知路端电压随之增大(或减小)的结论直接判断变化支路的电压或电流的变化情况了.
例5在图5所示的电路中,当滑动变阻器R3滑动头向上移动时,电流表的读数如何变化?
解析电流表测量的是流过滑动变阻器R3的电流,作如图5中虚线所示的等效电源,此时,流过R3的电流就是等效电源的干路电流.当滑动变阻器R3滑动头向上移动时,R3变大,则流过R3的电流变小,即电流表的读数变小.
例6在图6所示的电路中,电源内阻r≠0,当电键S合上后,电路中各个灯泡的亮度如何变化?
现针对初中物理重点、考点和易失分点,结合实验探究题的几种常见题型,谈谈个人对试题特点的理解,并分析说明应对各类题型的策略。
类型一、测量与计算相结合的实验题
此类试题着重于基本实验操作技能的培养和训练,培养学生综合应用物理知识和基本实验技能解决实际问题的能力,以及各种实验仪器操作的协调能力。这就要求我们必须掌握一些重点实验的基本原理和过程,养成良好的物理实验习惯。
为了保证解决此类问题的正确率,我们必须做到以下几点:第一、正确的梳理相关的物理概念和物理规律;第二、回顾有关实验仪器的使用过程和要点;第三、知道实验的原理,并能预见实验过程中可能出现的问题。
【例题1】甲、乙两同学分别做"测定小灯泡的功率"实验,除了小灯外他们所使用的器材规格均相同,小灯的额定电压可能是"2.2V"、"2.5V"或"3.8V",小灯功率相差不大。甲同学正确连接好电路,闭合开关时记录了第1组数据,当小灯正常发光时记录了第2组数据,把滑片移到端点时小灯闪亮一下,后熄灭,并记录了第3组数据,如下表所示。则他们所用电源的电压为_______伏,甲同学所用小灯的额定功率为______ 瓦。当乙同学所选用的小灯正常发光时,电压表的示数如图1所示,而滑片恰好在滑动变阻器的中点上,此时滑动变阻器连入电路的电阻值为_______欧,乙同学所选用小灯正常发光时的电流为______安。
物理量
实验序号 电压表
示数 电流表
示数 小灯
亮暗程度
1 1.3V 0.16A 暗
2 2.5V 0.26A 正常发光
3 4.5V 0A 不发光
分析:本题涉及到串联电路的特点、欧姆定律及其应用、滑动变阻器的正确使用过程、测量小灯泡的功率的原理等物理知识和规律;涉及到"伏安法"实验电路中,常见的故障:把滑片移到端点时小灯闪亮一下,后熄灭,说明灯泡灯丝烧断,此时电压表的示数为电源电压。甲同学正确连接好电路,闭合开关时记录的第1组数据,恰好是变阻器阻值最大时,由串联电路电压的特点可知变阻器两端电压为:4.5V-1.3V=3.2V,再根据串联电路电流特点及欧姆定律可求出变阻器的最大电阻为3.2V÷0.16A=20Ω。运用P=UI通过第二组数据可以求出甲同学所用小灯的额定功率。对于乙同学实验的过程,由于电源电压不变,且已知所用灯泡正常发光时的电压,则可求出变阻器此时两端电压,再利用欧姆定律可求出的电流即等于灯泡的额定电流。
答案:4.5,0.625,10,0.23。
类型二:探究型实验题
探究性实验是指应用实验手段探索未知规律的实验类型,探索形式可是定性的,也可是定量的,中考物理探索性实验题主要是定性的探索,主要考查分析实验和总结实验的能力。
其解答方法一般是:首先认真观察分析题目给定的物理图景,然后应用所学过的物理概念、规律和方法,对此现象进行探究,分析产生现象的原因,解题时必须抓住现象中关键性因素及变化规律和特点,才能找到反映物理现象的本质。
解探究题要深入了解课本上的物理规律,做到了如指掌,才能对基础探究题做到万无一失;二是掌握探究的方法,了解探究的全过程(提出问题、猜想与假设、制订计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作),熟练运用各种探究方法如"控制变量法""等效替代法""类比法"等,以不变应万变的解答提高性的题目。特别值得一提的是,在运用了"控制变量法"的实验结论表述时,一定要体现这个思想方法。
类型三:设计型实验题
让我们自行设计实验方案,能考查综合运用能力、创新能力和独立解决问题的能力。常见设计型实验题多数是力学和电学题目,并有以下特点:①基础性:大部分题目以课本知识为依托,不脱离教材,考查我们对知识的灵活运用能力;②开放性:设计题大部分没有惟一答案,只要求写出其中的一种或几种;③贴近生产、生活,把日用品作为实验仪器来验证物理规律,考查知识的迁移能力与运用能力。
设计型实验题所能涵盖的内容较多,提供的信息较少,出题的知识点不好把握,要求我们要富有创新精神,能灵活运用所学知识去分析问题和解决问题,变"学物理"为"做物理",遇到问题需要充分发挥自己的想像力。
【例题2】铅笔芯的主要成分是石墨。软硬程度不同的铅笔其用途是不同的。例如作画用6B软铅笔,写字用软硬适中的HB硬铅笔。铅笔芯是导体,那么铅笔芯的电阻大小与其硬度有何关系呢?请你设计一个实验方案对这个问题进行探究。
(1)写出实验所需器材的名称及数量;
(2)写出主要实验步骤及所要测量的物理量(用字母表示);
(3)分析测得的物理量,判断铅笔芯的电阻大小与软硬度的关系。
分析:本题是对学生实验能力的综合考查,包括器材选择、方案设计、数据处理等能力,是考查学生能力的一道好题,起到了选拔功能。作为一个电学实验设计题,首先必须考虑的是电路的基本组成;为了反映电阻的大小,可以采用电压一定时,电流大小的不同来体现。所以设计一个不同的铅笔芯与电流表、电源组成的串联电路来完成实验的过程。
答案:略。
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.