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关键词:欧姆定律;教学思考;教学研究
一、在欧姆定律教学过程当中,学生经常会遇到的问题
物理学科作为一门科学类学科,其教学内容通常比较枯燥,部分学生表示学习比较费劲,如何能让学生彻底明白和消化欧姆定律,是教师需要考虑的问题。教师可制订相关学习计划,针对不同层次的学生制订适合的学习计划。教学中的重点:电流、电压、电阻等相关知识点,一定要重点讲解以便学生掌握,将理论知识与动手实践结合起来,让学生在实践中加强对实验中的仪器和知识点的把握。
二、让学生明白欧姆定律的主要内容即电流、电压、电阻三者之间的关系
欧姆定律作为初中物理电学的基础,在初中教学之中只涉及部分电路,只有充分掌握了欧姆定律才能进一步学习电学部分的相关理论分析和计算。欧姆定律即阐述电流、电压、电阻三者之间相互关联的关系,教师在实验当中引导学生自己推算出电压、电阻、电流三者之间的关系,从而引出欧姆定律,让学生的记忆更加清楚。演示实验完成后要让学生自己动手,加深理解。
掌握基础定律知识后,教师则应当引导学生分析三者之间变化的问题,即电流是随着电阻与电压的变化而改变。在欧姆定律例题分析中比较常见的问题是多个变量的问题分析,教师要引导学生分析,运用一不变二变的方法来进行问题分析。由于初中学生的理解水平有限,且电压、电流、电阻的概念比较抽象,教师可借助多媒体教学工具,利用相关教学短片帮助学生理解。将电阻比喻成“阻碍电流通行的路障,电阻越大路越不好走,电阻越小通过速度则快”,并且引导学生明白电阻是导体自身的特有属性,电阻的大小是受到温度、导体的材料、长度等各方面因素影响的,与其两端的电压跟电流的大小无关,电阻不会随着电流或者电压的大小改变而改变,只是运用电压和通过的电流比例数值表达起来比较方便。
很多学生在学习欧姆定律之后,错误地以为电阻是受电流与电压影响的。相关教师一定要及时纠正学生的错误理解,教师在做演示实验时,需要让学生明白研究方法。运用控制变量法来研究,如电阻不变,研究电流与电压之间的数量关系;电压不变,来分析电阻与电流之间的量变关系,并且要直接将实验方法演示给学生看,从而加深学生的理解。
三、让学生一带一,提高学生掌握程度
不同的学生对欧姆定律的掌握程度不尽相同,教师可将成绩优秀的学生与成绩较差的学生进行分组,形成学习氛围较好的学习小组。采取团体合作的方式来帮助学生学习,有些学生面对老师和面对同学学习效果也不同。学生相互之间的沟通比较方便,理解能力也大体相同,进步速度也相对较快,教师从一旁进行指导。让学生在掌握了基础的相关知识以后,教师再进行分析,让学生充分掌握后再进行巩固提高,能提高举一反三采取多方面思维的能力。学生之间相互讨论,也能形成良性的竞争式学习,另外树立学习的榜样,也能从心理上鼓励学生主动学习,帮助学生产生学习兴趣和学习积极性。并且让学生不定期进行交换学习,以促进学生的整体学习水平。这样既能促进学生相互之间学习进步,又能培养学生团结合作的精神。
总之,欧姆定律作为电学的基础,学生必须真正掌握该定律,教师在实际教学过程当中,应该对物理教学内容进行细化和具体化,让不同层次的学生群体都能充分掌握。此外,还要引导学生在思维方面和动手实践方面进行改进,并且从中归纳出一些行之有效的教学方法,从而让学生更好地掌握欧姆定律的基础理论,为以后的学习做好铺垫,提高相关教学任务的质量,在实际教学过程当中,注重培养学生的动手实践能力、案例分析和其他方面解决问题的能力,让学生能够掌握控制变量法。同时要培养学生积极探索事物本质的科学精神,切实提高学生的物理综合素质。
参考文献:
[1]宣小东.对现行教材中欧姆定律教学设计的一些思考[J].物理教学探讨,2005(3).
[2]许忠林.初中物理欧姆定律教学中常见的问题及对策研究[J].成才之路,2015(9).
[3]符东生.关于初中“欧姆定律”教学的思考[J].物理教学,2014(8).
[4]王存香.《欧姆定律》教学思考[J].数理化解题研究,2014(5).
关键词:理解;欧姆定律;电流;电压;电阻
欧姆定律是初中物理电学部分的核心内容,也是中考中考点的重点内容、难点内容。欧姆定律掌握的好坏直接影响学生的考试成绩,要多用时间将这块知识夯实,才能取得高考的胜利。
一、明确欧姆定律的内容
1、实验思想和方法
欧姆定律在教材上是通过在“控制变量法”的实验思想基础上归纳总结出来的:即在控制电阻不变,得到通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体的电流跟导体的电阻成反比。由此得到了电路中电流与电压、电阻之间的关系。
2、欧姆定律的表达式
由实验总结和归纳出欧姆定律:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
表达式为:I=U/R;I的单位是安(A),U的单位是伏(V),R的单位是欧(Ω);导出式:U=IRR=U/I
注意表达式中的三个物理量之间的关系式是一一对应的关系,即具有同一时间,同一段导体的关系。
3、欧姆定律的应用条件
(1).欧姆定律只适用于纯电阻电路;
(2).欧姆定律只适用于金属导电和液体导电,而对于气体、半导体导电一般不适用;
(3).欧姆定律表达式I=U/R表示的是研究不包含电源在内的“部分电路”;
(4).欧姆电律中“通过”的电流I、“两端”的电压U及“导体”的电阻R都是同一个导体或同一段电路上对应的物理量,不同导体之间的电流、电压和电阻间不存在上述关系。
4.区别I=U/R和R=U/I的意义
欧姆定律中I=U/R表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻。当导体中的U或R变化时,导体中的I将发生相应的变化。可见,I、U、R都是变量。另外,I=U/R还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若R不为零,U为零,则I也为零;若导体是绝缘体R可为无穷大,即使它的两端有电压,I也为零。因此,在欧姆定律I=U/R中,当R一定时I与U成正比;当U一定时I与R成反比。
R=U/I是欧姆定律推导得出的,表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻。它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,因此,在导出式R=U/I中R与I、U不成比例。
对于给定的一个导体,比值U/I是个定值;而对于不同的导体,这个比值是不同的。不能认为导体的电阻跟电压和电流有关。
二、欧姆定律的应用
在运用欧姆定律,分析、解决实际问题,进行有关计算时应注意以下几方面的问题:
1.要分析清楚电路图,搞清楚要研究的是哪一部分电路。这部分电路的连接方式是串联,还是并联,这是解题的关键。
2.利用欧姆定律解题时,不能把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,也不能把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算。为了避免混淆,便于分析问题,最好在解题前先根据题意画出电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。同时要给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标;不能乱套公式,并注意单位的统一。
3.要搞清楚改变和控制电路结构的两个基本因素:一是开关的通、断情况;二是滑动变阻器连入电路中的阻值发生变化时对电路的影响情况。因此,电路变化问题主要有两种类型:一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各个物理量的变化;另一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各个物理量的变化。解答电路变化问题的思路为:先看电阻变化,再根据欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电压和电流的变化。这是电路分析的基础。
三、典型例题剖析
例1 在如图所示的电路中,R=12Ω,Rt的最大阻值为18Ω,当开关闭合时,滑片P位于最左端时电压表的示数为16V,那么当滑片P位于最右端时电压表的示数是多少?
解析:分析本题的电路得知是定值电阻R和滑动变阻器Rt 串联的电路,电压表是测R两端电压的。当滑动变阻器的滑片P位于最左端时电压表的示数为6V,说明电路中的总电压(电源的电压)是6V,而当滑动变阻器的滑片P位于最右端时,电压表仅测R两端的电压,而此时电压表的示数小于6V。
滑片P位于变阻器的最右端时的电流为I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此时电压表的示数为U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如图所示,滑动变阻器的滑片P向B滑动时,电流表的示数将;电压表的示数将。(填“变大”、“变小”或“不变”)如此时电压表的示数为2.5V,要使电压表的示数变为3V,滑片P应向端滑动。
图1
分析:根据欧姆定律I=UR,电源电压不变时,电路中的电流跟电阻成反比。此电路中滑动变阻器接入电路的电阻是AP段,动滑片P向B滑动时,AP段变长,电阻变大,所以电流变小。电压表是测Rx两端的电压,根据Ux=IRx可知,Rx不变,I变小,电压表示数变小。反之,要使电压表示数变大,滑片P应向A端滑动。
答案:变小;变小;A。
参考文献:
内容看起来很少,本节还要花不少时间进行电流、电压、电阻以及电流表、电压表、滑动变阻器使用方法的复习。必须具有一定的知识储备才能学好“欧姆定律”。
要做好两次演示实验,这为学生实验“伏安法测电阻”打下基础。并注意两次演示实验的异同,讲清实验过程中电流表、电压表及滑动变阻器的正确连法,以及滑动变阻器在两个实验中作用的异同,以及注意事项。
让学生感知实验探究电流跟电压、电阻的关系,经历科学探究的全过程,使学生感悟:“控制变量”来研究物理多因素问题,是一种有效的科学方法。
第二节“欧姆定律及其应用”继第一节后对数据的分析归纳,通过用列表法、观察法、数学比例法、图象法、类比法、分析、综合与归纳等方法来对实验数据进行研究的一些科学方法。从而分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系——欧姆定律及其表达式。最终培养学生运用这些方法对实验数据进行研究、分析、归纳、概括物理规律的一些能力。
又通过实验探究“串联电路与并联电路中电阻的特点”。欧姆定律是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的关键。
在教学中这一节可分为四课时教学:
第一课时理解欧姆定律,进行简单计算(求电流、电压和电阻的三种书写格式),初步掌握运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法;可补充:有两个用电器的简单计算(注意强调用不同角码区分不同用电器)。为下节课讲串并联电阻关系作铺垫。
第二课时通过欧姆定律的推导定量研究“串联电路与并联电路中电阻的特点”,得出:
串联电路:R=R1+R2
并联电路:1/R=1/R1+1/R2
第三课时运用欧姆定律及串并联电路的特点练习静态固定电路的相关计算;培养学生分析问题、解决问题的能力,注意教给学生解题思路、规范解题。
串联电路的特点:
①电流:I=I1=I2
②电压:U=U1+U2
③电阻:R=R1+R2
④串联分压成正比,即
U1:U2=R1:R2
电阻变大分得的电压变大,电阻变小分得的电压变小。
并联电路的特点:
①电流:I=I1+I2
②电压:U=U1=U2
③电阻:R=1/R1+1/R2
④并联分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
电阻变大通过的电流变小,电阻变小通过的电压变大。
第四课时运用欧姆定律及串并联电路的特点,练习动态电路的相关计算。
动态电路------由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动导致电路中的物理量发生变化的电路。
简化电路的方法:
1、电流表看成导线,电压表看成断路。
2、短路和断路的电路可以去掉。
3、闭合的开关看成导线
解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路(电路的识别),可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的或干脆拿掉。把闭合的开关看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把开关断开的支路去掉,来简化电路。画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
第三节“测量小灯泡的电阻”是欧姆定律内容的延续,教学过程中以学生为主,本节主体内容是利用电压表、电流表测算出小灯泡的电阻,通过实验探究去发现灯丝电阻变化的规律,并最终找到影响灯丝变化的因素及它们之间的相互关系。注意多测几组数据,指明不能用平均法求电阻值(测量定值电阻的阻值用平均法求电阻值)。
通过本实验,进一步让学生认识到导体的电阻大小是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,只与导体的材料、长度、横截面积有关,此外跟温度有关。这也为电功率中“测量小灯泡的电功率”作了铺垫。
第四节“欧姆定律及其安全用电”:课前安排学生收集安全用电的常识,课堂上进行交流,教师进行补充。再播放《安全用电》视频。
节课从电压的高低、电阻的大小对用电安全的影响入手,让学生学会运用已学的电学知识,解决有关生活中的实际的问题,既增强自我保护意识,又提高在帮助他人时讲安全、讲规则、讲科学的意识。
另外本节涉及电路故障(断路或短路),在教学中应加强练习,注意区分两者对电路造成的影响,以及电路中电流表、电压表的变化。要求学生懂得一些简单的电路故障的问题,学会简单的故障排除方法,目的是为了培养学生基本的生活技能。了解短路的知识,使学生懂得安全用电的基本常识,提高安全用电的意识。
教材中介绍了避雷针,使学生注意防雷的重要性,提高自我保护的意识。
通过学习本节教材的知识,学生能了解日常安全用电常识,规范日常用电行为,了解家庭电路中常见故障,提高了学生利用知识解决实际问题的能力。通过学习,使学生认识到电给人类社会带来了材富,改善了人民的生活。但是,有生产和生活中,如果不注意安全用电,电也会给人类带来灾害。
题目 提供:一节新干电池、一只未知电压电源、一只已知阻值电阻、一只未知阻值的电阻Rx、一只电流表、一只电压表、一只有铭牌的滑动变阻器、三只开关、导线若干、你能用哪些方法测出未知电阻Rx的阻值?
方法一:使用未知阻值电阻、一节新干电池、一只电流表、一只开关、导线,如图1连接,测出电流值I,则:Rx=。
评论:本法电路结构简单,复习了干电池电压值,练习使用了欧姆定律。
方法二:使用未知阻值电阻、电源、一只电流表、一只电压表、一只开关,导线若干,如图2连接,读出电流表的读数I和电压表的读数U,则Rx=。
评论:本法复习欧姆定律,电流表、电压表的连接方法和读数。
方法三:在方法二的前提下增加滑动变阻器,如图3连接,移动滑动变阻器分别读出滑片在几个位置时相应的电流表读数和电压表读数。
评论:本法复习了滑动变阻器原理和使用。多次测量求平均值,提高了准确率。
方法四:使用未知阻值电阻Rx、已知阻值电阻Ro、电源、电流表、开关、导线,如图4连接。读出电流表读数为Io。移动电流表,使电流表与Rx串联,读出电流表读数为Ix
评论:本法复习巩固了并联电路电压特点。
方法五:用方法四的元件,作如图5连接,闭合S、S1,读出电流表读数I总,闭合S断开S1,读出电流表读数I。
评论:本法只需连接一次电路,综合复习了欧姆定律,并联电路电流、电压特点,并联电路分流规律,并联电路总电阻跟各并联电阻的关系。
方法六:使用未知阻值电阻Rx、已知阻值电阻Ro、电源、电压表,一只开关、导线,如图6连接,读出电压表读数Uo。移动电压表,使电流表与Rx并联,读出电压表读数Ux。
评论:本法复习欧姆定律,串联电路电流特点及串联分压规律。
方法七:使用未知阻值电阻Rx,滑动变阻器(最大值值Ro)电源、电流表、开关、导线。如图7连接,读出滑片P在b端时电流表读数Ib,将滑片P滑到a端读出读数Ia。
评论:本法灵活地将滑动变阻器改为定值电阻使用,复习了欧姆定律,电源电压保持不变,串联电路电阻特点。
方法八:将方法七中的电流表换成电压表,如图8连接,分别读出P在a点和b点的读数Ua、Ub则:Ux=Ua,Uo=Ub-Ua
串联电路电流不变
评论:本法复习了串联电路电流特点及串联分压规律。
例题如图1所示,用粗细相同导线绕制的边长为L闭合导体线框,以v匀速进入右侧磁感应强度为B的匀强磁场,如图所示.在线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电势差大小为U,下列判断中正确的是( ).
A.U=14BLv
B. U=34BLv
C. U=BLv
D. U=12BLv
易错解法
同学在刚开始学习时,经常这样解题:
解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势
E=BLv①
设每边的电阻为R,根据闭合电路欧姆定律
I=E4R②
根据部分电路欧姆定律,MN边的电阻为R,
两端电压为U=IR③
由以上三式解得 U=14BLv
最后选A.
正确的解法:
解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势
E=BLv①
设每边的电阻为R,根据闭合电路欧姆定律:
I=E4R ②
根据部分电路欧姆定律.MN两端电压为路端电压,U=3IR③
由以上三式解得: U=34BLv
最后选B
分析过程
第一、从两种解法对比分析,可以很明显地看出,同学对路端电压的理解不到位,路端电压应该是外电路的总电压,而不是内电阻的电压,在本题中,MN边切割磁感线产生感应电动势,则MN边就是电路中的电源,它本身的电阻就是内电阻,所以要想做对本题,需要理解好电路中电源和内阻由什么充当,内电压和外电压怎么求.这样才能做对.
第二、从含源电路欧姆定律角度进一步分析.从上边的分析来看,学生能够理解上边的基本概念和计算方法,但是学生还是不理解直接从MN求为什么不对,问题出在了哪里.
补充知识
一段含源电路欧姆定律:电路中任意两点间的电势差等于连接这两点的支路上各电路元件上电势降落的代数和,其中电势降落的正、负符号规定如下:
a.当从电路中的一点到另一点的走向确定后,如果支路上的电流流向和走向一致,该支路电阻元件上的电势降取正号,反之取负号.
b.支路上电源电动势的方向和走向一致时,电源的电势降为电源电动势的负值(电源内阻视为支路电阻).反之,取正值.
如图2所示,对某电路的一部分,由一段含源电路欧姆定律可求得
UA-UB=I1R1-ε1+I1r1+ε2-I2r2-I2R2-ε3-I2R3
根据以上知识能很好地解决同学的疑问,可以解释为什么直接计算MN边的电压U=IR不对.正确的计算,应该是一段含源的欧姆定律,MN本身就是一个电源,它两端的电压应该除了内阻电压降之外,还要加上产生的感应电动势,所以直接从MN边计算的方程应该是U=-IR+E,就可以得出正确答案.
巩固练习
例(选自2007年,山东理综卷)用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是( ).
A. Ua
B.Ua
C.Ua=Ub
D.Ub
答案B
本文就一道路端电压问题,分析了学生易出现的错误,并从一段含源电路欧姆定律进一步分析了产生错误的原因.从正反两面的分析过程、补充知识点的讲解再加上巩固练习,因此夯实了学生的相关知识,分析与解决问题的能力都得到相应的提高.
如图1所示,取小车和砝码(包括砝码盘)组成的系统为研究对象,由牛顿第二定律得 a=mgM+m=mg1M+m=
F1M+m(前提条件:平衡了小车的摩擦力)
说课是把执教者的教学设想,教学思想及其理论依据说出来,供同行商榷和交流。今天“说课”的内容是“欧姆定律”一节。下面介绍说这节课的过程。
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(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——列表对比法和图像法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法。这就决定了本节课的教学目的和教学要求。这节课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。
本节课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基础。本节课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,本节课是后续课程的知识准备阶段。
通过本节课的学习,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。本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析,这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础。
本节课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高一物理和高二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。从教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,从教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。
二、关于教法和学法
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式教学法。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,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃。
通过本节课的学习,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,怎样进行实验操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律。同时要让学生知道,物理规律必须通过实验的检验,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前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用。
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,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出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教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图像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,可提请学生展开讨论,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印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际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总结,以锻炼学生的语言表达能力。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
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。
3.注意凑示实验的可视度。
4. 定义电阻及总结欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱。
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。
一、建模的理论基础及过程
1.电功知识
学生在电功知识的学习过程中,已经知道电流做功的过程实质上就是电能不断转化为其它形式的能的过程,同时知道了电流做功的多少即电功的大小,跟下面这三个因素的大小有关:电压U、电流I、时间t,计算公式为W=UIt,并且,对运用这个公式计算出的结果,学生们也能理解成电能转化为其它形式能之和的一个总量。
2.焦耳定律
电流通过导体会产生热量,这个热量的多少,跟电流I、电阻R、时间t有关,计算公式为Q=I2Rt,这就是焦耳定律。由这个定律计算出的数值,物理老师要引导学生把它理解为仅是电流做功转化为内能的一部分,为下面进行欧姆定律成立条件的理论模型构建做好铺垫。
3.引线搭桥之一
老师:当电流通过电扇时,电流在做功过程中会将电能转化为哪些形式的能呢?
学生:机械能和内能。
老师:此时电功W与内能Q谁大谁小呢?
学生:电能W大于内能Q,即W>Q。
老师:将上式W>Q中的W和Q,分别用公式W=UIt,Q=I2Rt进行替换,不就成了UIt>I2Rt吗?请同学们注意观察这个不等式它是不是一个最简式?
学生:不是。
老师:请同学们化简,并研究一下化简后所得的新的不等式会给我们怎样的启示?
学生:不等式两边同时约去It这个正数值,不等号的方向仍不会改变,即U>IR,这与我们前面学习过的欧姆定律I=不相符合。这就表明前面我们所学的欧姆定律,其成立是有条件限制的,这个限制条件为什么教科书的前前后后都没有说明呢?难道说我们找到了一个教科书上应该有的却不曾有的“新发现”?同学们兴奋不已,教室里的气氛顿时活跃了起来。
老师:同学们,你们的分析是有根有据的,做出欧姆定律成立是有条件的,判断也是正确的。因为我们所依据的物理公式W=UIt、Q=I2Rt,电扇工作时电能转化为机械能和内能的物理事实,以及运用不等式进行变形的数学知识都正确无疑。
老师:接下来我们就自然要追问:什么条件下U=IR呢?这个条件也就是欧姆定律成立的限制条件,请同学们再接再厉。
4.引线搭桥之二
老师:当电流通过哪种或哪类用电器做功时,它们两端的U才会等于流过的电流I与其自身的电阻R的乘积呢?请从电能转化的角度,列举实例进行分析。
学生:电流通过电饭煲、电水壶、电熨斗等用电器做功时,电能会全部转化为内能,即有W=Q。再将此式中的W和Q,分别用公式W=UIt,Q=I2Rt进行替换,得UIt=I2Rt,最后化简得U=IR。
老师:请同学们在你们的笔记本上写出这个理论的推导过程,好吗?
学生:对电饭煲、电水壶、电熨斗有W=Q
UIt=I2Rt 则U=IR
电能全部转化为内能的用电器,欧姆定I=就一定成立。
二、建模的功效
1.正确理解和区分电功或电热计算公式的多样性
对于电能全部转化为内能的用电器来说,U=IR,W=UIt都成立,因此,在计算电功W=UIt公式的四个量中,除时间t这一个物理量外,其它的三个物理量电压U、电流I、电阻R,任一个量可由公式U=IR用另外两个量求出,所以,可推出W=UIt=I2Rt=t三个计算公式,同理可得Q=UIt=I2Rt=t。而对于电扇、电动机等这类用电器,由于U>IR,计算电功只能用W=UIt,计算电热只能用Q=I2Rt了。
2.减轻学生在学习过程中理解和记忆知识所造成的心理负担,增强学生学习物理知识的理论水平和理解能力
比起借用“纯电阻”这个初中学生根本模糊不清的物理概念来理解和区分电功和电热计算公式的多样性来说,学生少吃了一知半解的亏,并且能在老师的引导下,从自己所理解的电功和电热的计算公式中,经历发现两者的区别和联系的数理推导过程,于自然的融合中,增强了学生的理论水平,深化了学生理解知识的能力。
3.为初中教师钻研教材、用好教材提供了一种方向
关键词:探究性实验教学; 闭合电路欧姆定律; 模拟实验; 学生实验
中图分类号:G642.0 文献标识码:A文章编号:1006-3315(2014)05-155-002
在科学技术快速发展的今天,实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育,重要的着眼点是转变学生的学习习惯和学习方式。大多数民考民预科生模仿性学习心理是构成接受知识的主要因素。这种依赖性强,靠模仿去接受知识的习惯,是一种较为简单的学习心理,民考民预科生普遍认为物理难学。究其原因难在学生各方面能力与预科物理学习要求的差距大。预科阶段,乃至大学阶段,要求自主学习物理。不同于自学,它是指学生在教师的指导下,以学生自己的体验、参与和探究为主,从自身社会生活实践中获取物理知识,并创造性地解决生活中的问题的一种学习方法。怎样才能把课堂教学与探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合?在大力倡导探究性实验教学的今天,迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学。为此,我们立足民考民预科生学习特点,对探究式实验教学作一些有益的尝试,希望能够引领学生较为深入地学习物理的相关理论、方法、技能;提高学生的科学素养,激发学生实验探究的兴趣;增强学生的创新意识;培养学生实事求是,严谨认真的科学态度;养成交流与合作的良好习惯;发展学生的实践能力。本文就《闭合电路欧姆定律》一节做探究性实验教学设计。
一、教材和教学对象分析
闭合电路的欧姆定律主要分为电动势和闭合电路的欧姆定律两部分。电动势的概念是闭合电路欧姆定律的关键和基础。其基本内容有两个方面:电源电动势由电源本身性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化成电能本领的大小。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,在闭合电路里电源电动势等于内外电压之和。本节难点是路端电压和外电阻之间的关系。学生通过多媒体的仿真实验记录数据,导出规律,使学生有感性的认识,课后让学生进入实验室,在做好仿真实验的前提下,进行实验,验证结论,减少盲目性。
二、教学目标
1.知识目标
理解电动势的定义。理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。理解路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、计算有关问题。知道闭合电路中能量的转化。
2.能力目标
通过路端电压与外电阻的关系实验探究,培养学生利用“实验研究,得出结论”的科学思路和方法。研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.情感态度与价值观
通过多媒体仿真探究实验和课后的学生探究实验,激发学生求知欲和学习兴趣,享受成功的乐趣,体会物理学研究的科学性。通过分析路端电压与电流(外电阻)的关系,培养学生严谨的科学态度,感受物理之美。通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
三、教学重点
闭合电路欧姆定律。路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图象表示。
四、教学难点
电动势的概念。路端电压与电流(外电阻)关系。
五、教学思路
《闭合电路欧姆定律》是学生感到较为难以理解的知识点,电动势的物理意义的理解是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。首先让学生课前感受生活中的一些电源,初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置,让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压,为引入电动势的概念作铺垫。再让学生在电脑上进行仿真实验,学生通过连接不同的开关,改变外电阻阻值,内电阻阻值,记录电流、电压,分析数据,探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系。然后在课堂仿真实验的基础上进入实验室实验。避免了盲目性,引发学生学习的兴趣,再进行讨论,解释现象原因。讲授闭合电路中的功率,进一步从能量的转化角度说明电源是将其他形式的能转化成电能的装置。最后,利用两道例题来应用闭合电路欧姆定律,并适当地延伸拓展,通过课外思考题,使学生对电动势的概念有更深刻的理解。
六、教学方法:探究性实验教学法、多媒体仿真实验探究,实验室验证、实验分析、讨论等方法
(一)电源。展示不同型号、种类电池、手摇发电机,对小灯泡供电。电源不同,结构不同,但有相同的规律。演示:1用小灯泡点触干电池,点触蓄电池,小灯泡发光。2将小灯泡与手机电池相接,小灯泡发光。3手摇发电机,同样能够使小灯泡发光。学生得出结论:干电池、蓄电池是将化学能转化成电能;手摇发电机是将机械能转化成电能。
(二)电源的电动势:模拟实验,介绍电路图(如图1),介绍实验仪器。得出内、外电路,内、外电压的概念,指出电源内部有电阻。看电池内部(如图2),电荷定向移动形成电流,电荷电势能减小.从能量转化的角度初步理解电动势的物理意义。观察仿真实验:电场中两点间电势差在数值上等于什么?利用计算机课件进行模拟实验(如图3)【模拟实验一】:不闭合S2、S3,只闭合S1,观察V1的大小。问题思考:(1)闭合开关S1后,此时伏特表V1测得的电压?(2)此时外电阻多大?学生回答:电动势越大,电源把其他形式的能转化成电能的本领越强。学生模拟实验,分析得出(1)伏特表测电源电动势;(2)外电路电阻无穷大。E在数值上等于外电路断开时电源两端点压。
图1 图2图3
在“闭合电路欧姆定律”一节教学的导课中,我凭借上节课学习的电源及其特性等知识,运用演示实验,并在演示实验的前后以及过程中揭示矛盾、提出疑问,以激发学生思维的积极性,诱发学生的创造性思维。
1.如何方便地测定电源的电动势?
演示:用伏特表按图(1)电路直接测电源的电动势,测得伏特表示数为2.9伏。
2.若电路中加接电阻R,闭合开关S,观察此时伏特表的读数。
演示:按图(2)电路,测得伏特表的示数为2.1伏。
此时教师及时把握实验造成的认识冲突进行设问:此时电源电动势变化了吗?为何第二次伏特表示数变小了呢?你能知道此时电源的内电压是多大吗?
通过上述的问题情境,使学生的思维进入专注的学习状态,随之,通过学生的思维,有利于理解E=U外+U内的关系式以及伏特表测量的物理意义,为闭合电路欧姆定律的教学埋下了伏笔。
3.若上述电路中再串联一个安培表(图3),当电阻R发生变化时,伏特表和安培表的示数将如何变化?
先让学生进行猜想,后演示,并运用欧姆定律I=U/R进行分析。猜想与实验结论形成了矛盾,使学生的认知再次发生了冲突。接着,在教师的引导下,让学生在矛盾的思索中,以直观的形象进入理性的顿悟,从而得出某部分电路R的变化对电路的影响,只用某部分电路的欧姆定律来分析已不适用,因而必须对整个电路进行认识把握。教师由此把握契机,导出本堂课的研究课题。
接着,我通过设计以下教学程序,让学生主动参与探索规律的活动,使之身临其境,再现了当年科学家研究的思维方法和发现的过程。
1.鼓励学生进行大胆猜想。
设问:闭合电路中的电流强度可能与哪些因素有关?
教师可启发学生在欧姆定律中决定电流强度I的有关要素,从而通过思维方法的迁移、猜想得到:I与R、与E、与r、等因素有关。
2.引导学生设计实验验证上述猜想。
设问:你能用什么方法验证上述猜想呢?(教师提示:物理学中最有说服力的武器――科学实验。)
设问:那么多变量之间的关系又如何处理?(教师启发学生:探索牛顿第二定律时对那么多变量问题的处理――控制变量的方法。)
3.实验的具体设计及演示验证。
通过逐个控制变量的方法,讨论、设计并演示如下实验:
(1)用手摇直流发电机M作电源(图4)。通过改变转速来改变电动势的大小。(当R、r一定时,I与E关系?)
(2)选用可调电源(图5),改变外电阻R,观察安培表示数变化。(当E、r一定时,I与R的关系?)
(3)选用可调电源(图6),改变电源内阻,观察安培表示数变化。(当E、R一定时,I与r的关系?)
通过上述教学程序,学生的思维实现了从猜想到实验性验证的探索过程。
4.引导学生根据已有知识进行科学推理,使之由定性升华到定量。
设问:由E=U外+U内能得出I与上述各量的定量关系吗?
对于外电路U外=IR,那么内电路U内=Ir亦成立吗?
再次引导学生运用实验手段验证。如图(6)所示,用探针接伏特表,可测得内电压,安培表可测得内电路的电流。通过改变R,测得伏特表和安培表的示数如下:
分析上表所得的数据,观察得到U内/I=定值,得出欧姆定律也同样适用于内电路,即U内=Ir。由此,学生可推导出:E=IR+Ir。讨论I的决定因素,将公式变换得I=E/(R+r),即闭合电路欧姆定律的数学表达式。
对闭合电路欧姆定律进行剖析、运用时,好让学生思考、观察、分析、讨论,增强课堂思维量,加深对规律的进一步理解,我通过设计以下问题的思维阶梯来拓展思维层次:
设问:1.请大家运用此规律解释前面导课中、的示数如何变化?
2.当外电路处于断路状态时,=E,为什么?
3.若电源两端连接一根导线(即电路处于短路状态),I=?短路状态有何危害?(学生思考后,教师演示短路状态时保险丝熔断实验。)
4.请大家根据U=E-I r关系式,画出U-I函数图线,并说明物理意义。
5.先通过实验演示,然后提出问题。
如图(7)电路,已知电阻R1=5Ω,当S闭合时,读出的读数(I1=0.35A),据此数据能否求电源的E和r?
(2)如何想法求得?(提示:若再给一只R2 =10Ω的电阻,行吗?)演示实验并测得的示数(I2 =0.22A),请学生列式求得(E=3V,r=3.5Ω)。
然后小结,此题告诉了我们一种测量E、r的重要方法,即课本中例题解决的问题,并进一步设问(留给学生课外思考):
①若把改成一只,如何设计实验测量E、r?
②若只给一只和一只及一只可变电阻,又如何设计实验测量E、r?
6.先给实物电路,让学生运用规律计算求解,后让学生观察实验,在发生认知冲突中,使学生自悟自解,深化思维层次。
(1)图(8)电路中,若把电阻R换成一只内阻为1.5Ω的电动机,当闭合开关S,的示数多大?(请学生求解。)
(2)演示实验:闭合S,让学生观察电动机转动以及电动机不转动,两种情况下的示数。