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欧姆定律是指,在同一电路中,通过某段导体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。该定律是由德国物理学家欧姆在1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。
随研究电路工作的进展,人们逐渐认识到欧姆定律的重要性,欧姆本人的声誉也大大提高。为了纪念欧姆对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆。
麦克斯韦诠释欧姆定律为,处于某状态的导电体,其电动势与产生的电流成正比。因此,电动势与电流的比例,即电阻,不会随着电流而改变。在这里,电动势就是导电体两端的电压。因为物质的电阻率通常相依于温度。根据焦耳定律,导电体的焦耳加热与电流有关,当传导电流于电体时,导电体的温度会改变。电阻对于温度的相依性,使得在典型实验里,电阻相依于电流,从而很不容易直接核对这形式的欧姆定律。
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欧姆定律是电力计算的基础,在初中阶段我们只是简单地对欧姆定律做一些介绍,但是许多同学还是对于基本概念问题感到疑惑,如果学生在欧姆定律的基本概念上犯了错误的话,将会对于今后的学习生活带来更大的错误.欧姆定律的内容是,在同一段电路中,通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与电阻成反比.随着社会快速的发展,欧姆定律逐渐被人们看重,世人也逐渐明白欧姆定律的重要性.在初中物理中,老师主要建立学生对于欧姆定律的根本认知,让学生了解定律中的内涵,在变换知识重点时也可以迎刃而解.欧姆定律只适用于最简单的纯电阻电路,但是这在初中范围内已经十分实用了,不考虑在工作时的损耗,电能直接转化为内能.在解决欧姆定律的问题时要使用标准的国际单位制,单位使用伏(V)、安(A)、欧(Ω).例如在题目中对于欧姆定律的公式进行进一步的理解,在电流流过时改变长短、改变横截面积、改变导线的材质等方法,这些因素是否会改变导线的电流变成了学生和老师进行探讨的课题.根据公式,改变横截面积与改变导线的材质会使电流的大小改变.电阻的概念问题是学生学习的重点与难点,很多同学不知道电阻其实是导体本身的属性,取决于导体本身的材质与属性,电阻值只是为了计算时方便使用的一种计量单位与外加的电压与电流并没有什么关联,所以要改正学生所想的电阻随着电压改变的错误观点,要及时在学生的脑中建立正确的物理概念.
2.基本概念的应用问题
欧姆定律中的基础元件其实很简单就是导线中的电阻,欧姆定律中主要讨论的就是电压、电流与电阻三者之间的关系,要理解他们之间的关系,让学生理解电流随着电压与电阻的变化而变化,对于多个变量的问题要尽量将变量统一成为一个,这样方便学生对于事物的处理能力,在初中学习生活中要使学生尽量掌握这种方法帮助解决其他的物理问题,当学生掌握这些知识时,可以进一步地学习电学知识和简单的电力计算,这也是初中物理的重点知识.在基本元件使用时,学生要注意电阻在电路中是串联还是并联,在使用情况不同的场景下,电阻所起到的作用是一样的,但是电流与电压的关系却恰恰相反.在并联的情况下,每条支路的电流总和为从电源出来的电流,这条定律在现在大学的知识中依旧使用,只是变得更加高级———在一个节点流入和流出的电流之和为零;并联电路的电压都是相同的.在串联的情况下,回路中的电阻的电流都是相同的,电压根据电阻进行分压.在使用基础式子时,学生要理清串联与并联之间的关系,通过变量之间的关系才可以记住繁琐的知识点.在题目中我们经常看到通过改变支路的个数或者电阻的个数来讨论电流与电压的大小,经过这样的问题,我们要时刻保持警惕,清楚准确地了解并联与串联的关系导致电流电压的不同.
3.基本元件的使用问题
在初中物理知识中,主要使用的基本元件是电流表、电压表和变阻器,这些元件是最基本的,不仅仅要在题目中能分辨出它们,还要在现实生活中可以自在地使用这些元器件.这些内容是学生无法立即掌握的知识,要经过长时间的演示才可以让学生明白这些仪器的使用与操作.这项工作要直接将学习的内容建立在学生的头脑中,不要让学生对于这项实验有误解,不带有一丝疑问地学习下去,认真地做好演示.在研究方法上我们将选择在上述中说过的控制变量法,对于所拥有的三个变量进行限制:如固定电阻不改变,研究电流与电压的关系;固定电压不变,研究电流与电阻的关系,在这样的情况下我们才可以看清变量之间的实验关系.要直接在电源的正极开始,按照正极入、负极出的原则进行接线,要将线路连接起来形成一个闭合回路,电压表要并联在电阻上,这样不会使线路断路,不要忘掉电源和滑动变阻器在线路中的重要作用,可以根据真实的题目来进行连线.这时候电流表所显示出来的数为所接线路上的电流值,电压表所显现出来的数字为所并线路上的电压数值.
4.欧姆定律的变量问题
在初中物理的欧姆定律的讲解中,变化量的问题往往是难住学生与老师的一类的题型,难住学生使学生无法在知识中找到有效解决这类问题的方法,难住教师是因为教师因为这类题目过于繁琐,无法将这类知识有效地、系统地将学生教会,所以找出有效的方法教给学生是解决变量问题得分少的方法.本着从易到难的原则,先从一个电阻的问题讲起,再扩展到两个电阻、三个电阻的情况,在此基础上逐渐拓宽学生的思路,逐渐掌握所学知识,让学生找到学习的目标以及方法.当定值电阻接在电源两端后,电压由U1变为U2,电路中的电流由I1增大到I2,这个定值电阻是多少呢?很简单利用欧姆定律的概念就可以解出ΔU=ΔI•R,通过这个公式可以得到电阻的值.当难度增加时,由一个电阻变为两个电阻,定值电阻与滑动变阻器串联在电压恒定的电源两端,电压表V1的变化量为ΔU1,电压表V2的变化量为ΔU2,电流表的示数为ΔI,在这样的问题上将变化电阻上的电压与电流之比转化为定值电阻上电压与电流之间的关系就可以了,将变化的问题转化为固定的关系之间的数值,明显地简化了许多变量问题的计算.当变量变为三个电阻时,难度进一步的增大,大部分学生认为这是一项不可能完成的任务,大部分学生放弃了这类题,在遇到这类问题时我们要将三个电阻尽量化为两个电阻的问题,在这个问题上学生可以恢复自信心,跨过思维障碍.通过电压表与电流表的位置,将电阻进行合并,这样不管有多少电阻都可以化简为两个电阻,这样学生会感觉题目简单多了.
5.实验中遇到的问题
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。
(l)掌握闭合电路的欧姆定律;
(2)理解端压跟外电路的电阻的关系,理解断路和短路时的端压和电流;
(3)理解端压发生变化的根本原因。
2.能力和方法目标
(l)培养学生“发现问题,提出假设,实验研究,得出结论”的探究物理规律的科学思路和方法;
(2)通过学习,使学生会用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题。
【教学方法】
在教师指导下,师生共同探讨的启发式教学。
【教学器材】
电压表、电阻箱、电键、电池组、J1203型蓄电池、导线等各24组。新电池两节,内阻较大的电池一组(电动势为9V以上),灯泡若干,演示用电压表,保险丝,导线若干,单刀双掷开关,投影仪等。
【教学过程】
1.引入新课
师:如图1电路,将电压表接在电源两端,从电压表上读出的是什么?
生:电源电动势。
演示实验:测电源电动势并观察灯泡亮度。
师:出示图1装置示教板,简介实验装置,分别开关打向1和2,让学生通过电压表的实物投影读电源和的电动势。
生:,。
师:(将电压表换接成小灯泡,开关接1时。小灯泡很亮,几乎发白光)问:开关接2时,会发生什么情况?
生:(猜测):①烧毁,②更亮。
师:(开关接通2,小灯泡还不如接1时亮。)
生:(哗然,形成强烈反差)
师:学习了闭合电路欧姆定律后,我们就能解释这一实验现象了。
2.新课教学
2.l闭合电路欧姆定律的数学表达式(在教师的启发下,引导学生完成)
师:什么样的电路叫闭合电路呢?
生:由电源和用电器组成的完整电路。
师:电源有哪些重要的参量?
生:电源电动势和内阻。
师:(出示图2的动画电路)闭合电路中,流过内电路和外电路的电流有什么关系?
生:相等。
师:电源的电动势与端压(外电压)、内电压之间的关系是怎样的?
生:E=U=U′。
师:现设通过电路的电流强度为I,外电路的电阻为R电源电阻为r,根据欧姆定律,可以把上式进一步写成怎样的形式?
生:根据欧姆定律,外电压U′=IR,内电压U′=Ir,代入E=U+U′,可以得出:E=IR+Ir。。
师:如果我们要探讨电路里的电流强度I跟哪些因素有关,有什么关系,还需要把公式改变成怎样的形式?
生:可以改写成:。
师:好,这就是闭合电路欧姆定律的数学表达式。它表示:闭合电路中的电流,跟电源的电动势成正比,跟整个电路的电阻成反比。在公式中,R的含义是什么?
生:外电路的总电阻。
师:对给定的电源,E、r均为定值,外电阻变化时,会引起电路电流的变化,I随R会发生怎样的变化?
生:由公式知,R变大则I减少,R变小则I增大。
师:根据U=IR,R变大时端压(外电压)会随之发生怎样的变化呢?
生:(猜测。有人说变大,有人说变小)
师:请两个学生介绍判断的过程和依据。(暂时不做评价,由“实践是检验真理的标准”过渡到学生实验上来。)
2.2探讨U随R变化的规律
学生实验:探讨U随R变化的规律
师:如果给你一个电源,一个电键,一个电压表,一个电阻箱,让你来探讨外电压U随外电阻R变化的规律,你该怎样设计电路?请画出电路图。
生:(画电路图)
师:(讲评学生所画电路,指导学生进行实验)
生:(出示实验数据记录,得出结论)端压随外电阻的增大而增大,随外电阻的减少而减少。二者变化的趋势相同。
师:能否根据闭合电路欧姆定律从理论上分析为什么会发生这样的变化?
生:(讨论,在教师诱导下得出)
师:刚才我们通过实验和理论探讨了端压随外电阻变化的规律,得出了上述结论。请大家再思考,当外电阻很小时,会发生什么情况呢?
生:外电阻减少到零时,会发生短路现象。
师:短路时的电流有多大呢?
生:(可能会说无穷大教师从电路电阻出发引导,使学生得出)短路时:R=0,I=E/r,U′=E,U=0。
师:短路时的电流取决于E,r。一般情况下,电源内阻很小,像蓄电池的内阻只有0.005Ω-0.1Ω,所以短路时电流会很大,很大的电流会造成什么后果呢?
演示实验:保险丝熔断现象。
师:(出示示教板,简单向学生介绍电路的元件,先让电灯开始正常工作)大家说说,怎样的外电路才算短路呢?
生:将电键合上,使外电路的电阻R=0。
师:(演示:合上电键,保险丝烧断起烟,小灯泡熄灭)保险丝烧断,说明短路时的电流的确很大。如果没有保险丝,短路时很大的电流长时间通过电路,就可能损坏电源,甚至酿成火灾。所以在实验操作中和日常生活、生产中要注意避免短路,也不能图方便用铜丝替代保险丝。那么,怎样使电路恢复正常呢?
生:(教师引导)先排除故障,再换保险丝。
师:当外电阻很大时,又会发生什么现象呢?
生:(引导学生类比得出)断路。
断路时:R∞,I=0,U′=0,U=E。
师:电压表测电动势就是利用了这一道理.通过前面的讨论,我们对U随R变化的规律有了了解,但在讨论中都是以电源的E、r不变作为前提的。如果有两个电源,它们的内阻不同,端电压随外电阻的变化有什么区别呢?
2.3U随R变化的根本原因
学生实验:探究内阻不同时U随R变化的特点(电路如图3)。
师:现有四节干电池组,电动势约6V,内阻阻值大约在0.5Ω-2Ω之间;有一个蓄电池组,电动势约6V,内阻大约在0.005Ω-0.1Ω之间。请大家再做实验,比较这两个电源U随R变化的特点。
生:(实验操作,教师巡回指导)
实验结论:内电阻很小的电源,端电压随外电阻的变化不明显。
师:大家推测一下,当电源内电阻为零时,外电压还随外电阻的变化而变化吗?
生:不随。
师:能否理论推导一下?
生:r=0,无论I如何变化,U′=Ir=0,故U=E-U′=E不变。
师:内电阻等于零的电源叫理想电源,它的端压是不定值,不随外电阻的变化而变化,初中讨论的都是这样的电源。可是,实际的电源都有内阻。正是由于r≠0,才导致U随R的变化。可见,U随R变化的根本原因是……
生:r≠0。
3.规律应用演示实验:(装置见图5)
师:(简单介绍实验装置,电源为6V干电池组)逐个合上电键,灯泡的亮度会不会发生变化?
生:(讨论,看法不一)
师:(实验。结果发现接入电路中的小灯泡亮度逐渐变暗。)怎样解释看到的现象?
生:随着灯泡逐渐接入,外电路的总电阻逐渐减小,外电路的端压逐渐减小,由知,灯泡消耗的实际功率逐渐变小,灯泡亮度变暗。
师:(改用蓄电池作电源,再做上述实验,结果发现灯泡亮度几乎不变)
生:蓄电池内阻很小,外电路电阻变化时,端压变化非常小,灯泡消耗的实际功率变化很小,因而亮度几乎不变。
师:这一现象再次说明了……
生:内电阻不为零是端压变化的根本原因。
师:请大家思考,开始上课时做的演示实验为什么会出现那样一个结果?
生:(讨论后得出)电源的内阻很大,比灯泡的电阻还要大,因此内阻分压也大,第二次加在灯泡两端的外电压没有第一次的大。
师:你们的推理是否正确,实际测量一下就知道了。
演示实验:
师:(测图1灯泡两端在电键按1和2两种情况下的端压。结果表明,第二次的端压小于第一次)
生:(露出满意的笑容)
师:通过这节课的学习,我们解决了上一节课学习电动势时产生的“端压为什么会随外电阻的变化而变”的疑问,得到了闭合电路的欧姆定律,搞清了端压变化的根本原因。在本节课的学习中,有没有新的问题?
生:实验测量中发现,随着外电阻的增大,端压并不是一直增大的,这是为什么?
师:(表扬提问题的学生,引导大家讨论,然后解释)当外电阻大到一定程度时,由闭合电路欧姆定律知,总电流极小,内电阻止的分压趋近于零,端压趋近于电源的电动势,接近于发生了断路现象。
生:老师,你是怎样知道干电池和蓄电池的内阻的?
师:这个问题提的好。我们是在干电池组内阻大于蓄电池组内阻的前提下得出端压变化的根本原因的,如果事实不是这样,则结论也就不成立了,这个问题留做课后思考,下节课我们将通过实验来测定电源的电动势和内阻。实际上今天的课已经告诉了你一种测量方法了……大家还有问题吗?
生:……
4.小结
4.l闭合电路欧姆定律是高中电学中的重要规律之一,要掌握其内容并会运用它分析电流强度、端压随外电阻的变化规律。以及端压跟电流强度的关系。根据I=E′(R+r)、U′=Ir、U=E-Ir可知:
RIU′U
R=0,I=E/r,U′=E,U=0(短路)
RIU′U
R∞,I=0,U′=0,U=E(断路)
4.2在初中讨论电路问题时,不考虑电源内阻。到了高中,有些问题常要考虑电源内阻。路端电压随外电阻变化而变化,其根本原因是因为电源有内阻。我们关心路端电压的变化情况,是关系到用电器能否正常工作的问题,这在实际应用中有现实意义。
5.布置作业(略)。
【教学设计说明】
1.闭合电路的欧姆定律在高中“恒定电流”一章中占有重要地位,这是一节承上启下的课。在设计本节课时,我十分注意对学生科学素质的培养。在教学中实施素质教育的核心是培养学生的创新精神和实践能力。对于中学生来说,创新精神主要体现在学生应具有创新的意识,其直接的表现就是善于发现问题,善于提出问题。因此在课堂上应把主要精力放在引导学生发现问题并寻找解决问题的途径上。根据上一节课中学生对端压会发生变化所产生的疑问,我设计了本节课的教学流程,旨在通过学生的亲身实践,得到掌握知识、培养能力、形成习惯的最终目的。在这节课的最后,还留给学生一段时间,让他们自己来提问题,并讨论、解答,这也是出于培养创新意识的需要。
物理学主要是研究基本的、普遍的规律,因此它的一些基本定律和概念就成为了研究很多自然科学的基础。初中物理学作为一门初中时期的必修课是学生真正接触物理学的开始,这对学生高中物理乃至更深层的物理学习奠定了一个坚实的基础。物理学科相较于其他学科具有很强的空间性和实验性,对于培养学生的空间想象力和动手能力具有重要意义。
一、初中物理教学存在的问题
1.内容过于抽象
物理的学习方法有别于语文或者数学的学习方法,不是像语文那样进行记忆,也不是像数学那样来源于公式的推导,物理是以现实生活中某些现象为研究对象,通过数学工具来研究某些现象的变化规律。但是由于初中物理的学习比较简单,往往是现实生活中某些现象的理想化模型的研究。例如,牛顿第一定律告诉我们,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。这对于刚刚学习物理的初中生来说是很难理解的。对于牛顿第一定律的教学既不可以采用语文学习的方法来进行死记,同时更无法采用数学的公式推导得到牛顿第一定律,因此必须采用物理学习的方法来进行学习。如,对于欧姆定律理解,通过学习仅仅知道欧姆定律描述的是电流、电压、以及电阻之间的关系,而根据欧姆定律推导得到的R=U/I,从数学角度分析就会得出电阻随着电压和电流的变化而变化,但是这样的理解是完全错误的。因为电阻是导体特有的属性,不会随着电压和电流的改变而改变。因此笔者认为初中物理教学存在的主要问题之一就是教学内容过于抽象,学生对于物理的学习缺乏兴趣。
2.实验教学过少
物理教学中一个非常重要的环节就是实验教学。实验教学对于初中生理解基本的物理概念和规律具有重要的意义,同时对于提高初中生的创新能力和动手能力也具有非常重要的意义。初中物理体现了理论与实践的结合,但是现实是初中物理教学更多的只是注重基本概念的教学,而忽略了实验教学的重要性。例如,对于欧姆定律的学习,课本上直接给出了电流、电压、以及电阻之间的关系,但是对于刚刚接触电学知识的初中生来说是很难理解的,同时也很难理解电阻是电器元件的固有属性这样的一个结论。采用实验教学可以提高初中生学习物理的兴趣,同时通过实验,测量出电阻两端电流和电压的多组数据,通过数据分析得到欧姆定律也比较合理,这样的结论也容易被初中生所接受。许多的学校对于初中物理的教学忽略了实验教学的重要作用,要么采用语文式的教学模式,让学生死记这些结论,要么采用数学式的教学模式,通过大量的题海去理解公式。其实这些对于初中生真正的理解公式的物理意义,提高初中生的创新能力均是不利的,所以实验教学过少是初中物理教学存在的重要问题。
二、初中物理教学存在问题的对策
1.抽象概念具体化
初中物理中的许多概念规律对于初中生来说都比较抽象,例如电阻的概念,密度的概念等。许多物理概念规律来源于现实生活,因此将抽象的概念规律具体化对于初中生学习物理是非常重要的。例如,对于平面镜成像特点,可以用这样的方法进行讲解,“学生拿一面镜子来自己看看自己,你们发现镜中的自己和现实中的自己有什么关系呢?”例如,对于密度的学习,教师可以采用这样的方式进行讲解。“学生,你们说一杯水和一桶水谁的质量大?”,“同样体积的水和油,谁的质量大?”对于这样的问题,初中生都可以回答:对于同样的物质,体积越大,质量越大;对于同样体积的水和油,水的质量大于油的质量。那么接下来学生就会很容易接受质量、密度以及体积之间的关系,并且对于理解密度是物质固有的属性这样一个概念也是容易接受的。
2.完善实验设施,强化实验教学
物理是以实验为基础的科学,因此对于初中物理的教学必须完善实验设施,强化实验教学。实验作为教学方法的一种基本构成因素,是学习物理的基本方法,通过实验培养学生的观察能力、综合分析能力、抽象概括能力、归纳演变能力、逻辑思维能力等,培养学生进行学习和研究的科学素质;同时实验又具有直观性,通过各种形式的感知,丰富学生的直接经验和感性认识,使学生获得生动的表象,从而比较全面、客观地掌握知识,提高认识能力。随着新课程的改革,物理实验考查已作为一项不可缺少的内容,使物理实验教学又具有重要的现实意义。特别是初中阶段有些问题的结论不能通过数学推导直接得到,这时实验推理就显得更为重要。例如,牛顿第一定律它的条件是物体在不受外力时的运动情况,这在现实生活中是不可能做到的,但是教师如果能在做这个实验过程中将小车运动的表面多换几个,如粗糙毛巾、棉布、木板、玻璃等,通过观察记录和比较小车从斜面同一高度下滑时在不同表面上运动的距离远近,并通过合理的推理就不难概括得出牛顿第一定律,这使得学生更加深刻的理解某些物理概念和定律,同时也学到科学的学习方法。
参考文献:
[1]樊建安。初中物理课堂教学存在的问题及解决对策[J]。新课程研究一基础教育,2010,1
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2012)4(S)-0066-3
如何有效提高物理探究教学的质量,是物理教学的永恒话题。下面以“欧姆定律”实验教学为例,谈谈我的一些实践探索与思考。
1 实验探究教学中的几番“顿挫”
“欧姆定律”是初中物理教学的一个重要内容,它揭示了电路中电流用遵循的基本“交通规则”,处于电学的核心位置,是电学中的最重要的规律之一,也是学生进一步学习电学知识和分析电路的基础。
1.1 首次教学:建立猜想,探究规律
首先,引导学生对“电流、电压、电阻三个物理量之问的定量关系”展开猜想,进而根据猜想来设计实验方案,然后让学生自主展开实验探究:
(1)导体电阻一定,导体中的电流与导体两端电压之间的关系;
(2)导体两端电压一定,导体中的电流与导体电阻之间的关系。
最后分析实验数据,归纳、概括规律:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。
1.2 二次教学:调整器材,简化操作
尽管上述教学方案能达成预期教学目的,但在实际实验操作中发现:在探究“导体两端电压一定,导体中的电流与导体电阻之间的关系”实验中,由于需要多次改变电阻,并且每次更换都需要断开开关、拆除原电阻与电压表、接人新电阻与电压表、闭合开关四个动作,操作比较麻烦。事实上,由于操作频繁,不仅容易造成电路接触不良,而且客观上也影响了学生对实验现象的全面观察,从而影响到实验探究效果。
基于此,笔者调整了实验器材:用旋钮式电阻箱代替需要更换的几个电阻,原先每次更换电阻的四个规定动作就简化为一次旋钮。这样在保证实验效果的同时,不仅提高了实验效率,同时也为学生全面观察和数据分析预留了充分的时间。
1.3 三次教学:优化方案,厘清关系
然而,事情并非预期的那样乐观。学生在分析数据形成结论时,常常出现如下两种逻辑错误:导体电阻一定,导体两端电压与导体中的电流成正比;导体两端电压一定,导体电阻与导体中的电流成反比。就第一种逻辑错误而言,究其成因,问题不在学生本身,而恰恰在于教学之中。一是在先前认识滑动变阻器时,学生对“使用滑动变阻器改变灯泡电流”有较深的认识。二是在当前探究电流与电压关系时,是靠移动滑片来改变变阻器阻值,学生误认为是研究电流与变阻器阻值的关系。在操作中学生通过移动滑片来改变电流,产生了是由于电流的变化才引起了电压变化的认识,背离了“电压是形成电流的原因”。
基于此,为帮助学生形成电流与电压、电流与电阻之间正确的逻辑关系,笔者优化了实验方案,重新设计电路:通过改变电池的节数替代由变阻器来改变电阻两端的电压;将几个不同阻值的电阻并联接在电源两端,分别由开关控制。这样既保证了实验效果,同时消解了变阻器带来的负面影响,使电流与电压、电流与电阻之间的逻辑关系更直观地显现出来。待学生学习串联总电阻与分压知识之后,可以安排学生按教材中的实验方案再探究,学生在体验操作顺畅的同时,理解更为准确、深刻。
1.4 四次教学:超越物质,回归人本
通过前三次的教学改进,实验器材和实验方案逐步优化,探究活动效果得到了整体上的明显提高。然而,一个不容回避的教学事实是:尽管使用了同样的实验器材与实验方案,但不同的学生在实验中却有不尽相同的活动收获。如:在探究电流与电阻的关系时。有的学生发现更换电阻时,电阻变大(或变小)后,电压表示数也增大(或减小),但有的学生对此物理现象却视而不见。由此,笔者认识到物理实验教学应当“超越物质,回归人本”。即教学中不能仅仅关注“物”的因素,更要关注活动的“人”,注重培养学生的良好观察习惯和大胆猜想、敢于怀疑的科学精神。就培养良好观察习惯而言,一方面不仅要教给学生具体的观察方法,而且要在活动前提出明确的观察要求;另一方面要有预见性地提出明确的活动观察点。同时在活动记录单上增设“我在实验中还发现什么”专栏,切实引导学生全面、细致、深入地观察。
2 实践中的几点思考
2.1 物理探究活动目标:“有中心”,但不能“唯中心”
物理实验探究教学活动,是在教师的启发引导下,让学生经历与科学工作者进行科学探究时的相似过程,这一过程是科学发现过程的精华浓缩,而不是科学发现历史过程的真实重演。但毕竟时间有限,倘若面面俱到,势必会冲淡课堂探究活动的中心,直接影响教学效果。在“欧姆定律”教学活动中,探究发现导体中电流与电压和电阻之问的定量关系无疑是教学活动的中心。但教学活动要“有中心”,但不能“唯中心”。借用一句广告词:生命是一场旅程,在匆匆赶路的时候,更重要的是不要忘记欣赏路边的风景。在“欧姆定律”实验探究过程中实验细节的观察、数据误差的考量等都应当关注,尽管这些问题的分析与解决并非是本次活动的中心,仅仅是活动中的“衍生物”,但同样是活动中的“一种收获”,而恰恰是这些常常被遗忘的“路边的风景”,或成为后期知识生长的重要因子,或成为引导学生主动参与探究的导火线。
2.2 物理探究活动方案的设计:“教师决定”走向“师生协商”
探究活动方案的设计是物理探究活动的重要环节。在当前的物理教学中,一些教师基于对学生的实验方案设计的能力缺乏信心,或出于节省教学活动时间,把预先设计好的实验方案直接给予学生。让学生执行指令性的实验操作;有的教师出于培养学生实验方案设计能力,让学生自行设计实验方案,但当遭遇学生设计的方案不合理或错误时,往往又习惯性地回归到教师指令路径。探究活动方案的设计从“教师决定”走向“师生协商”。
在探究“导体中电流与电阻的定量关系”时,学生提出猜想后。一位学生设计了这样的实验方案:如图1所示,将几段阻值不同的电阻分别接入电路M、N之间,读出电流,然后根据记录的电流与电阻的相关数据进行分析,进而得出电流与电阻的定量关系。显然,这种方案不合理。因为接入几段阻值不同的电阻后,MN两点间的电压不同,未能控制MN间的电压,虽然能获得电流与电阻的相关数据,但无法得出两者之间正确的定量关系。对此,如果教师利用自己的权威,简单否定学生的实验方案,无疑会损伤学生的设计热情。那么,教师能否晓之以理使学生信服地自我否定呢?从物理学的角度看,解释MN两点间的电压不同,需要运用串联分压的知识,而后者是基于欧姆定理推演出来的,所以教学实践中教师无法以“理”服人。否其所为是不民主的,任其所为是不明智的。在教学实践中,笔者允许学生按设计方案进行操作,提
供其一个电压表,将电压表并联在MN两点间,要求其观察不同的电阻接入后电压表的示数,这样学生直观看到电阻变化后MN两点间的电压也发生了变化,学生自然意识到这种方案不符合控制变量法的思想,进而自我否定。在某种意义上,这样的教学处理做到了“民主”与“明智”兼得。
探究活动方案的设计从“教师决定”走向“师生协商”,是尊重、保护学生的表现,是鼓励学生创新的做法,也是基于学生原有的知识水平和符合认知规律的真真实实地让学生经历科学探究中的“设计实验方案”这一环节,这既能培养和保持学生自主探究能力和兴趣,也彰显了以学生发展为本的理念。
2.3 科学探究活动对象的关注:唯“物”走向“人——物”
感悟“欧姆定律”,我们应当虔诚地拨开历史尘埃,了解那一段令人难忘的科学钩沉。欧姆当年研究条件极其困难,电流很不稳定,自己设计实验器材,花费十年心血,研究电流定律,失败了上千次才获得成功。欧姆定律发表后,遭到德国很多权威人士特别是科学界的反对甚至是诋毁。德国物理学家鲍尔曾发难:“以虔诚眼光看待世界的人不要去读这本书,因为它是不可置信的欺骗,它的唯一目的是要亵渎自然的尊严。”经历14年的怀疑、批判、确认的洗礼与磨砺,欧姆定律的真理性才越发显现出来,得到学术界的公认。欧姆定律具有穿越时空的永恒光辉。
重温这段历史,笔者深深体会到科学探究活动中的“物”仅是一个必要条件,真正起决定作用的是“人”本身,物理教学应从单一“物”的关照走向“人与物”的全面关照,也就是说不仅要重视实验器材的完备、实验方案的优化,更要重视实验活动中学生观察能力和思维能力的发展。主动探索、勇于坚持、怀疑精神的熏陶。
在当下物理教学活动中,尽管教师普遍意识到培养学生观察能力和怀疑精神的重要性,但往往缺少行之有效的培养方法或策略,常常只有口头上的要求,难以真正落实到实验探究活动之中,从而导致教学活动价值的流失。为此,笔者进行了一些尝试与探究:在活动记录单上,除实验数据记录的栏目外,还增设两个栏目:一是“我在实验中还发现什么”,这一栏目的设置可以方便观察细致的同学及时记录,其记录内容是宝贵的生成性资源,其记录行为对其他同学也是一种示范与促进;二是“我有哪些困惑或疑问”,这一栏目的设置可以方便学生及时记录实验困惑与疑问,这本身不仅是学生行思结合的见证,也是理性精神的具体体现,同时也有利于教师及时把握实验动态,更好地调控实验探究活动。
总之,物理教学应努力从学生的发展需要出发,以研究者的态度审视自己,不断反思,寻求更好的方法和策略,不断建构并丰富自己的实践性知识,提升物理教学专业素养。在自觉的行动研究中,我们可以获得“教师职业的内在欢乐与尊严,在日常进行的、创造性育人过程中实现,而不是只有在所教的学生取得社会成就才得以实现”。
在初中教育活动中物理科目从初二开始设置,电路方面的知识则从初三才开始讲授,初三学生平常对电路接触不多,在学习电路故障知识过程中通常会遇到不少障碍和困惑。为此,初三物理教师在电路故障教学实践中,应当采用多种科学有效的策略帮助学生分析和理解电路故障原因,让他们善于发现和解决问题,这对于提升物理整体教学质量来说意义重大。
一、认真研究物理电路故障问题的解题步骤
在初三物理电路故障教学过程中,所有电路问题中的电阻变化均会影响到电压和电流的变化,这类物理题目,大部分初三学生在解题时都会感到有些许难度。所以,初三物理教师可根据电路故障题目进行认真研究和分析,着重讲解电路故障问题的解题步骤,使学生以后遇到同类物理题目时能够更快、更有效地进行解题。当然这种解题思维并不是一成不变的,教师还需培养学生的思维灵活性,让他们做到随机应变和灵活应用。
以“欧姆定律及其应用”教学为例,本节课的教学目标是学生巩固深化对欧姆定律的理解和认识,能够在具体情境中灵活运用欧姆定律解决实际问题,使他们进一步正确掌握使用电流表和电压表的方法。在解决与欧姆定律相关的物理题目时,教师可这样讲述解题步骤:先根据电阻的实际变化情况,以此辨别总电阻的数据变化,而对于电流表的变化能够利用欧姆定律来实现,假如欧姆定律无法辨别出来,可让学生使用并联、串联电路中电流和电压的数据变化,以此研究出电阻的变化规律。但是需要注意的是,在并联电路中总电压两侧的电压并不会因电阻变化而变化,电压表数据是不会改变的。
二、学生主动探究分析电路故障的具体原因
在初三物理电路故障课程教学中,为帮助学生更好地解决电路故障问题,教师需引导学生主动探究和分析电路出现故障的具体原因,根据具体原因处理电路故障问题。这就要求初三物理教师在日常教学中注重培养学生的探究能力,对他们进行合理恰当的指引,使其运用学习过程的电路知识和固有的经验基础,认真研究并联和串联电路中发生故障的常见原因,并对这些原因进行分类归纳和整理,让学生形成独立解决电路故障的能力。
例如,对于初三物理中电路故障问题,教师可引领学生这样分析故障产生的原因。其一,先利用仪器来测量电源是否出现短路现象,即为电流直接返回到电源的负极,中间并不经过任何电器。其二,认真查看电流表、电压表,以及正负极导线连接得是否正确无误,选择的量程是否适当合理。其三,着重查看整个电路是否存在短路现象,导致电器无法正常工作,诸如,滑动变阻器的接入是否正确和灯泡不亮等。另外,教师应鼓励学生进行自主分析,或者让他们以小组为单位进行电路故障排查,培B合作探究能力。如此让学生对电路故障进行探究,他们的探究能力能够在不知不觉中得到锻炼和提升。
三、优化分组,采用电压电流表分析电路故障
为进一步提高初三学生解决物理电路故障问题的能力,教师可将他们进行科学分组,引导学生合作探究电路实验和理论知识,并鼓励他们自主设计实验方案和亲自操作实验。这样能够促进物理电路故障理论知识与实践操作的有机结合,不仅能帮助学生巩固理论知识,还能提升他们的实验操作水平,并拓展知识视野。因此,初三物理教师需要对学生优化分组,让他们学会采用电压表和电流表来分析电路故障,并解决电路故障问题。
比如,常见的电路故障一般有两种:断路和短路,假如电压表的数据和电源相同时表示发生断路故障,如果电压表的数据是零则表示电路直接进入到电流表,出现短路故障。电流表通常出现在串联电路中,利用电流表来检查电路故障相对较为麻烦,原因在于各个电器属于串联所有的电流数据一样,很难测出故障。如果一定需要电流表进行检测的话,应将电流表串联到回路上,然后再将各个电器挨个从电路中取出。假如当某一个电器取出之后电流表数据没有发生改变,即可判定为短路,电流从无到有则可认为是断路。在并联电路中可通过电流表挨个各个支路,当电流表数据显示为零时表示出现断路故障。
总之,在初三物理电路故障教学活动中,教师需意识到该部分教学内容的重要性,从认真研究解题步骤,培养学生探究能力找出故障原因,以及利用电压表和电流表等方法来检测电路故障等角度切入,不断提高他们的物理综合素质。
参考文献:
作为教师应该注意到各个方面的细节问题,至少对每节课的课型首先要了然于胸,这也是我们最容易忽视的一个方面,许多老师可能会认为,每一个章节该是什么课型,教参或者教案中写得很清楚,不用自己再想,其实不然,不经过我们认真整合和思考的课型很可能存在很大的缺陷。总的来讲物理课型可分为基本概念学习课,基本规律探究课(实验课) ,知识的应用课(习题课或技术应用课) ,物理思想和方法的渗透等等。每个老师对物理课型的分类可能都能说上来,但在讲课时却又很容易忽视它以至于上课时目标不明确讲课时自己稀里糊涂,如高中物理选修3—5的第一节课探究碰撞中的守恒量,按课型来讲我们应该把它归为实验课,所以有的老师就按实验课的一般思路来讲,实验目的,器材,原理,步骤,数据分析,结论,误差分析等,这样讲这个实验没什么问题,但作为教师一定要明白我们不是为了实验而实验的,我们是为了探寻其中所蕴含的物理规律,这节课其实就是要让学生明白动量守恒定律是怎样得出的,是前人通过大量实验达到的一种共识,这节探究实验其实就是本章的物理规律得出的实验基础,课本这样设计是尊重物理规律得出的历史事实,而不是像以前的教材直接有动量定理和牛顿运动定律推导出来,让学生产生一种误解,认为动量守恒定律就是由一些公式规律的简单推导。新课程这样设置有助于学生更好的认识物理规律的来龙去脉,对他的本质有更清楚的认识,但在实际上课时往往又会增加学生的负担,因为有的教师其实并不理解课本这样编写的初衷,只知道在课时上又增加了一节,探究课讲课时又要多用一节课,而且这个探究课不止是做了一个实验。结果在讲课时罗列了一个又一个的实验,可能把每个实验都讲的很透彻,很到位,但忽略了这节课的目的不是为了实验,而是为了探寻物理规律的初衷。我认为有些课型之间并不是孤立的,它们之间存在着联系,作为教师要能够恰当的处理好它们之间联系。
二.物理规律课和规律应用课界定的误区
我们讲课时有时之所以感觉要讲的东西太多了讲不完,最根本的一个原因很可能就是课型分的不是很清楚,把一些知识和规律应用的习题课上成规律课,把方法当知识讲,结果让学生.让自己都觉得规律太多结论太多要么记不住,要么记的似是而非。例如高二安培表和欧姆表的改装这个内容应该是比较重要的,但课改后把它只是作为一节内容的一段文字来描述,并不是说明这个内容变的不重要了,要求降低了。应该说这是一节比较重要的课,以前很多老师很容易把这节课当作新的物理规律课来上,结果增加了学生的负担,实际上它只是欧姆定律的应用而已,电流表和电压表只是一个可读的电阻,不能让学生死搬硬背,以为又多了一个新的规律,新课改后的人教版教材把安培表和欧姆表的改装作为欧姆定律应用的一个方面才作为一小段文字出现,就是为了避开我们把它作为新的规律讲增加学生的负担,但在教学中还是有个别老师把它当成新的规律讲,耗费了大量的时间和精力,其实这个方面的内容我们完全可以通过几道典型的习题就可以解决了,不必再记忆新的规律,只需掌握方法就行了,说起来可能有些老师认为差别不大,但实际上区别很大的,一个是机械的脑力劳动,一个是灵活的智力开发,是一种能力的提升!但愿我们一线教师能明白编者的意图。
三实验探究课和概念讲授课中的误区
新课改的教学中强调科学探究,但探究式教学不是处处适用,对于一些概念的教学有些是不适合上成探究课的,那只会浪费时间和精力,增加孩子们的负担。但也不是说凡是物理规律都要上成探究课。如高中物理选修3———5中,关于黑体辐射实验规律的教学中,我曾听到有老师讲课时曾提到,请同学们阅读课本进行探究:黑体辐射实验规律?在教学目标中,这需要探究吗?在这里只需要结合生活现象把科学史实和结论告诉他们,有这方面兴趣的可以激励他们将来继续深造和研究即可,不必停留过多的时间,不能看到规律就探究,就问那么多为什么,让学生回答。
四.关于新课和复习课中的误区
物理的学习有一个重要的环节就是练习,无论是概念,规律,还是解题方法和分析问题思路的培养都离不开练习,但过分的注重练习也会让我们走进误区,再讲新课时,为了让学生多练,对于一些概念和规律草率地得出结论后,就急于让学生练习,习题的练习过多过难的现象时常发生,认为学生只有多练,多见一些习题才能提高成绩,其实不然如果学生对物理现象概念规律和方法没有很好的理解和掌握的情况下,完全依靠习题教学来提高学生的成绩可能在短暂时间内有效,长期如此,反而会起到反作用,学生可能会成为做题的机器,所以在新课学习时不能急于求成,要遵循学生认识事物的一般规律,循序渐进。防止不分层次不适当地提高练习要求,特别是不应以高考应试为标准,搞一次到位的大运动量练习,在新课教学中不能像复习课一样就力求练的全面,到位。另外在复习课中也不能像新课一样,把所有的知识在重讲一边,像记流水账一样把新课的内容重新复述一遍,只不过速度快一些而已,复习课要对复习内容进行合理的重组,通过知识的整理突出知识的内在联系,形成知识结构。复习课要有鲜明的针对性,要根据目标突出主线和重点。复习课要有必要的例题(或讲评)和训练,但要适量,不能搞题海战术;课堂结构上,讲、练、评三者要有合理的比例。复习课要在重点内容上设置情境,调动兴趣,发展能力。
实验技能 学生学会了电流表、电压表和滑动变阻器这三种电学仪器的使用.
研究方法 学生能够熟练应用“控制变量法”解决研究问题,对图像法不熟悉.
能力分析 学生具有一定的空间思维想象能力,能够运用数学方法分析物理问题,揭示物理规律;具有分析数据,得出结论的能力.
2 设计理念
本节课采用小组合作探究的学习方式,创设问题情境,引导学生进行合理的猜想,自己设计实验方案进行科学探究,经历科学探究的学习过程,运用控制变量法、图像法等研究方法,获取知识,形成技能,提升学生的情感、态度和价值观.注重全体学生的全面发展,使学生从生活走向物理,从物理走向社会,能够服务社会,并在实践过程中,培养学生的创新精神和实践能力.
3 课程资源
教师演示 多媒体一台、干电池2节,开关一个,小电灯一个,电流表、电压表和滑动变阻器个一个,定值电阻三个,导线7根.
学生分组 每组需要:干电池2节,开关一个,小电灯一个,电流表、电压表和滑动变阻器个一个,定值电阻三个,导线7根.
4 教学目标
知识与技能
(1)通过实验探究出电流与电压、电阻的关系,总结出欧姆定律,理解欧姆定律的物理意义.
(2)学会同时使用电流表和电压表测量同一段导体两端的电压和电流.
(3)能利用滑动变阻器改变部分电路两端的电压,总结出滑动变阻器在不同探究过程的作用.
过程与方法
(1)使学生经历科学探究的过程,提升科学探究能力,特别是设计实验方案、进行实验操作、分析实验数据,得出物理规律的能力.
(2)体验“控制变量法”的具体应用,认识科学方法的重要性.
(3)进一步体验“图像法”研究物理问题的优越性,认识学科间的相互渗透.
(4)经历小组间合作探究的过程,培养合作交流能力.
情感、态度与价值观
(1)在实验探究过程中,培养学生实事求是、尊重事实的科学态度.
(2)介绍欧姆研究得出欧姆定律的故事,培养学生热爱科学、追求科学、献身科学的崇高情感.
(3)引导学生认识物理规律的客观性、普遍性和科学性,关注学生科学世界观的形成.
5 教学重点
(1)利用电流表、电压表和滑动变阻器设计实验方案.
(2)连接实物电路,进行实验,分析得出电流与电压、电阻的定量关系,总结出欧姆定律.
6 主要学习活动
(1)教师创设教学情境,引导学生对电流与电压、电阻的关系进行合理的猜想.
(2)先通过学生个体的独立思考,在教师的引导下,小组之间讨论交流、合作,利用电流表、电压表和滑动变阻器设计出完善的实验方案.
(3)连接实物电路,排除电路故障,运用“控制变量法”进行实验,得出实验数据.
(4)利用实验数据、图像法分别得出电流与电压、电流与电阻的关系,总结出欧姆定律.
(5)在分别探究“电流与电压的关系”、“电流与电阻的关系”过程中,滑动变阻器的具体作用.
(6)运用欧姆定律解释现象,解决简单问题.
7 教学流程
7.1 创设情境,引入新课
教师:物理与我们的日常生活、生产联系密切,晚上,同学们在家阅读时,常常用到这类灯,请看:
演示:教师用一台调光灯演示灯泡亮度的变化.
师:同学们看到什么现象?
生:灯泡的亮度变化了.(变亮了或变暗了)
师:灯泡亮度的变化是什么因素引起的?
生:电流的变化引起的.
拓展:在日常生活、生产中类似的现象还很多,哪位同学能再举几个例子?
生:收音机音量的变化、电风扇转动速度的变化……
引申:要想解决这类问题,必须明确电路中的电流和哪些因素有关?
生猜想:电路两端的电压和导体的电阻.
追问:电路中的电流与电路两端的电压、导体的电阻有什么定性的关系?请同学们观察实验.
7.2 猜想与假设
教师演示1:把滑动变阻器和小灯泡串联接入电路,移动滑动变阻器的滑片使电阻变小,同学们看到了什么现象?
生:灯泡的变亮,电流变大.
师:电阻是怎样影响电流大小的?
学生回答,教师板书:电阻变小,电流变大.
(目的是引入:电路中的电流的大小与电阻的定性关系)
教师演示2:减少电池的个数,电源电压会(减小),小灯泡两端的电压也会减小,你又看到了什么现象?
生:灯泡变暗了,电流变小了.
师:电压是怎样影响电流大小的?
学生回答,教师板书:电压越小,电流越小.
问题:同学们的猜想是否正确?电路中的电流和电路两端的电压、电路中的电阻有什么定量关系?需要我们用实验来探究.如何探究呢?
7.3 研究方法
教师:一个物理量(电流)可能与两个物理量(电压、电阻)有关,应该采用什么物理研究方法?
学生:控制变量法.
教师:具体应该如何控制哪个变量不变,改变哪个物理量?
学生1:在研究电流与电压的关系时,控制电阻不变,改变电压.
学生2:在研究电流与电阻的关系时,控制电压不变,改变电阻.
7.4 设计实验方案
7.4.1 实验器材
教师:明确了研究方法,本探究实验需要哪些实验器材?首先给同学们提供一个用电器——定值电阻.
学生在教师的引导下回答,测量通过电阻的电流需要电流表,测量电阻两端的电压需要电压表,还需要电源(干电池)、开关、定值电阻、导线,学生一边回答教师一边画出电路图.
教师提问:该电路图有什么不足之处?
学生回答:实验只能做一次,具有偶然性.
师问:如何改进才能多次实验,寻求普遍规律呢?
学生1:改变干电池的个数;
学生2:串联接入滑动变阻器.
教师引导学生比较两种方法的优缺点,确定串联接入滑动变阻器.
总结出所需实验器材:干电池2节,开关一个,小电灯一个,电流表、电压表和滑动变阻器个一个,定值电阻三个,导线7根.
7.4.2 电路图
教师引导学生根据实验器材设计出电路图,如图1所示.
7.4.3 实验步骤
教师过渡:利用同学们设计的电路图需要探究两个问题.
教师投影探究一:当电阻不变时,怎样研究电压对电流的影响?
学生思考、讨论后回答实验思路:保持电阻R不变时,调节滑动变阻器的滑片,使定值电阻R两端的电压U变化,记录电流表和电压表的示数,填入表格1.
教师投影具体的步骤:
1.选择一个电阻,根据电路图连接实物电路.
2.把金属滑片放在某一位置,读出电流表、电压表的示数.
3.移动金属滑片到另一位置,读出电流表、电压表的示数.
4.再次改变金属滑片的位置,读出电流表、电压表的示数.
教师提醒:为了分析数据方便,应该使电压成整数倍变化.
教师投影探究二:在电压不变时,怎样研究电阻对电流的影响?
学生思考、讨论后回答:使用不同的定值电阻,记录电流表的示数和电阻值,填入表格2.
教师追问:本实验步骤有需要改进的地方吗?
学生讨论后回答:(教师可以根据具体情况提示电压改变)没有控制电压不变,应该调节滑动变阻器的滑片,控制电压不变.
教师投影具体的步骤:
(1)选取5 Ω的定值电阻,连接实物电路,调节变阻器的滑片使电压表的示数为一个定值(如1.5 V),读出电流表的示数,填入课本95页表格2.
1、理解伏安法测电阻的原理。
2、知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法。
3、理解两种方法的误差原因,并能在实际中作出选择。
4、理解多用电表直流电流档、直流电压档、欧姆档的基本原理.
(二)能力目标
1、通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
2、了解欧姆表的原理,学会使用欧姆表。
3、练习使用多用电表。
(三)情感目标
1、通过本课学生测量分析,器材选择判断,树立学生知识来源于实践,应用于实践的观点。
教学建议
1、伏安法测电阻这个实验学生在初中阶段已经学习过了,但是初中时只要求学生掌握测量基本原理,不需要学生考虑测量的误差以及引起误差的原因,也不需要学生掌握两种连接方法,而在高中阶段,本节重点是伏安法测电阻的两种接法,使学生知道在什么情况下应该用哪种接法,知道两种接法对测量值带来的不同测量结果,要求学生对两种连接方法所产生的误差来源有所了解。
在新课讲解中可以首先复习电阻定义,引出测量电阻的思路,结合具体实际,提出两种测量方式,分析误差原因,总结适用条件,通过测量分析,进一步巩固。通过器材分析选择,培养学生解决实际问题能力。
学生活动展开时应该在教师的引导下,分析两种测量电阻方法的误差原因及适用条件,利用自行测量进一步体会适用条件,通过练习题,进一步培养学生综合分析能力,器材选择判断能力,解决实际问题能力。本节是闭合电路欧姆定律的运用,具有联系实际的意义,为学生提供运用知识分析和解决问题的机会
2、教材要求了解欧姆表的原理,不要求进一步讲解欧姆表的刻度等问题.
通过对欧姆表原理的讲解,进一步加强学生使用欧姆表的能力,重点强调欧姆表在使用前调零的重要性和必要性,使学生分清欧姆表的各档位之间的转换,知道欧姆表内置电源的正负极与两个表笔之间的连接,会对欧姆表进行读数和测量。
3、对于程度不同的学生可以采取不同的教学方法,如果学生的程度较好,可以对电阻的测量进行展开教学。除了讲解以上两种电阻测量方法以外,还可以向学生介绍其他方法。比如替代法,补偿法,惠斯通电桥法,另有利用一个已知电阻和伏特表,一个已知电阻和安培表进行测量的方法。
教学设计示例
电阻的测量
一、教学目标
1、在物理知识方面的要求:
(1)了解用伏安法测电阻,知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法,无论用“内接法”还是“外接法”,测出的阻值都有误差。
(2)懂得误差的产生是由于电压表的分流或电流表的分压作用造成的,并能在实际中根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器。
(3)知道欧姆表测电阻的原理。
2、能力方面的要求:
(1)引导学生理解观察内容的真实性,鼓励学生寻查意外现象及异常现象所发生的原因。
(2)通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
(3)培养学生细心操作、认真观察的习惯和分析实际问题的能力。
二、重点、难点分析
1、重点:使学生掌握引起测量误差的原因及减小误差的方法。
2、难点
(1)误差的相对性。
(2)根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器来减小误差。
三、教具
电压表,电流表,欧姆表,测电阻的示教板。
四、主要教学过程
(-)引入新课
我们在初中时已经做过了“用电压表、电流表测电阻”的实验,现在,再做“伏安法测电阻”,是不是简单的重复呢?大家可以回想一下,当初做实验时的情况,把两个示数相除,再多次求平均即可,那你们有没有想过,这样得到的就是电阻的真实值吗?不是,原因在于电压表和电流表都不是理想的。
(二)教学过程
1、伏安法测电阻
我们已经了解了电流表并非无电阻,而电压表也并不是电阻无穷大,用这样的表去测量电阻,会对测量结果有什么样的影响?
(1)、原理:利用部分电路欧姆定律
我们利用电压表,电流表测量电阻值时,需把二者同时接入电路,否则无对应关系,没有了测量的意义,那么接入时无非两种接入方法,那么电路应如何?请同学们画出。
(2)、电路:
如果是理想情况,即时,两电路测量的数值应该是相同的。
提出问题,实际上两块表测量的是哪个研究对象的哪个值?测出来的数值与实际值有什么偏差,是偏大还是偏小?
外接法
是两端电压,是准确的,是过和的总电流,所以偏大。
偏小,是由于电压表的分流作用造成的。
实际测的是与的并联值,随,误差将越小。
内接法
是过的电流,是准确的,是加在与A上总电压,所以偏大。偏大,是由于电流表的分压作用造成的。
实际测的是与A的串联值,随,误差将越小。
进一步提问:为了提高测量精度,选择内、外接的原则是什么?
适用范围:;
[思考题]给你电源、电流计、已知电阻、开关和未知电阻各一只,如何设计测量电阻的电路。
方法:将A前后两次串入和各支路,测得电流强度为和,应有,则)
2、欧姆表测电阻
伏安法测电阻比较麻烦,实际应用时常用能直接读出电阻值的欧姆表来测电阻,关于欧姆表的构造,先请同学们看书。
以上欧姆表的结构示意图。借助电流表显示示数,测电阻不同于测电流、电压,表内本身含有电源,表盘上本身刻定的是电流值。试想,在两表笔间接入不同的电阻时,电路中的电流强度会随之发生改变,且一个阻值对应一个电流值,即指针偏在某一位置,所以可知:
(1)、原理:闭合电路欧姆定律
(2)、刻度的标定:
①两表笔短接,调,使,刻出“0”
②两表笔断开,指针不偏,刻出“∞”
③任意加上,,在指针偏转到的位置,刻出“”;
④若是正好是呢?应有,不难看出此时、,是此时的欧姆表内阻,也称中值电阻。
拿出一块欧姆表演示一下刚才的过程,同时说明:
①红、黑表笔的规定是为了与以往的电压表、电流表“+、-”极统一,即电流流入的为正极,电流流出的为负极。
②由于与并不是简单的反比关系,所以欧姆表的刻度是不均匀的,从有向左,刻度越来越密。
(3)、使用欧姆表的注意事项:(请同学回答并总结出)
①测电阻时,要使被测电阻同其它电路脱离开。
②欧姆表一般均有几档,而且使用时间长了,电池的E,r均要发生改变,所以在每次使用前及换挡后都要进行调零。
③每次使用后要把开关拨到OFF档或交流电压档的最大量程。
由此也可看出,利用欧姆表测电阻仅是粗测而已,在此基础上,应再利用伏安法测量才会比较准确。
1.会根据用电器的额定电压、额定功率算出用电器正常工作时的电流和用电器的电阻.
2.理解计算实际功率的思路.
能力目标
培养学生审题能力和初步综合运用学过的电学知识解题的能力.
情感目标
使学生获得解决实际用电的初步知识.
教学建议
教材分析
有关电功率的计算涉及的物理量较多,综合性较强,而且灵活性强,对学生来说有一定难度.
本节习题课就是要帮助学生解决问题.教师在选择例题时应精心选择,要有目的性,如:课本上的例题1要解决的问题是要学生学会在使用电功率的公式时,应注意公式各个量的对应关系,熟悉电功率公式,为下道例题做铺垫.
例题2的目的是要学生掌握解电功率习题的思路,抓住解题中的变量和不变量,其中不变量在初中就是电阻不变.电压变电功率、电流变.
教材(人教版)中的例题2没有从最简便的方法解题突出了电功率的决定式的作用.
重点·难点·疑点及解决办法
理解计算实际功率的思路.
教法建议
有关电功率的计算涉及的物理公式较多对初中学生来说,有一定难度.在讲例题前可以帮助学生复习一下电功率的公式和欧姆定律的公式.讲例题前应给学生一定的思考时间,要在教会学生独立思考上下功夫.鼓励学生一题多解,教师也应在一体多变上下功夫.
计算涉及的物理量比较多,题目的难度比较大.解题时要认真审题,理清解题思路,挖掘题目中的隐含条件,加深对额定电压、额定功率、实际电压、实际功率的认识和理解,提高运用知识的能力,弄清串、并联电路中电功率的特点,加深对计算过程中必须对各物理量一一对应的重要性的认识.
明确目标
会根据用电器的额定电压、额定功率算出用电器正常工作时的电流和用电器的电阻.
培养学生的审题能力.
理解计算实际功率的思路.培养学生的审题能力,通过一题多解、一题多变,训练学生思维的灵活性.
培养学生运用电功率知识解决实际问题的能力.
进一步理解计算实际功率的思路.
培养归纳解题思路的能力.
教学设计方案
重难点:重点电功率公式的运用,难点是灵活运用电功率、欧姆定律公式解决问题.
教学过程:
一.引入新课
方案一.复习引入新课
问:(1)欧姆定律的内容是什么?
(2)串联电路的电流、电压、电阻有什么特点?
(3)什么叫电功?什么叫电功率?
(4)用电器在什么情况下正常工作?
(5)实际功率和额定功率之间有什么关系?
方案二:直接引入课题
二.进行新课
解决问题:
1)已知用电器铭牌,求用电器正常工作时,电流.
2)已知用电器铭牌,求用电器实际工作时,电压或电流或功率.
3)电功率在串联、并联电路中的应用.
例1:课本中的[例题1].
例题小结:
①若已知用电器的额定状态,可求出用电器正常工作时的电流I=P额/U额和用电器的电阻R=U额2/P额.(一般地说,应当把用电器上所标明的额定条件,理解为给出了用电器的电阻.不考虑温度对电阻的影响.)
②额定电压相同的灯泡,额定功率大的灯泡电阻小,灯丝粗.
分析:当电灯两端电压发生变化时,可认为灯丝的电阻没有改变,根据欧姆定律I=U/R可知,I随U的变化而变化,所以灯泡实际发出的功率也变化.
解题思路:
①根据额定状态求出灯泡的电阻.
②根据I=U/R求出灯泡在新电压上的电流.
③根据P=UI求出新电压下的功率.
请两位同学上黑板分别算出灯泡在210伏和230伏电压下的功率P1和P2,其他同学在课堂作业本上解此题.
讨论:本题还有没有其他解法?学生回答,教师指出:用比例法P1∶P额=(U12∶U额)2求P1较为方便.
例题小结:
①用电器的实际功率是随着它两端的实际电压的改变而改变的;
②求实际功率的思路.
例3:将灯L1(PZ220-25)和灯L2(PZ220-60)并联接在220伏的电压上再将它们串联接在220伏的电路上,两种情况下哪盏灯泡亮些?为什么?
分析:要判断两灯的亮与暗,只要比较二灯的实际功率大小就可以了.
解:并联时,每盏灯的实际电压均为220伏,则其实际功率就等于灯的额定功率,因此可直接判断出灯L1比灯L1亮.
串联时,因每盏灯两端的电压均小于220伏,所以两灯均不能正常发光,根据例1的结果知道,灯L1的电阻R1大于灯L2的电阻R2,又因为两盏灯串联,所以通过它们的电流一样大.因此可根据P=UI=I2R判断出P1>P2,L1这盏灯亮些.
例题小结:在并联电路中,电阻大的用电器消耗电功率小;在串联电路中,电阻大的用电器消耗的电功率大.
例4:标有"6V3W"的小灯泡能不能直接接到9伏的电源上?若要使小灯泡接上后正常发光,应怎么办?
分析:学生根据已有的知识不难判断,因为9伏已大于灯泡的额定电压6伏,如果直接接上去,因实际功率比额定功率大得多,灯泡会烧坏,所以不能直接接入.若要接,应和灯泡串联一个电阻R再接入,让电阻R分担3伏的电压.
解:不能直接接入.应和一个阻值是R的电阻串联后再接入.
I=I额=P额/U额=3瓦/6伏=0.5安.
R=(U-U额)/I=(9伏-6伏)/0.5安=6欧.
讨论此题还有哪些方法求R.
例题小结:当加在用电器两端的实际电压比额定电压大许多时,用电器可能会烧坏,应和它串联一个电阻再接入.
探究活动
【课题】观察比较两只灯泡灯丝的粗细,判断额定功率的大小.
【组织形式】学生分组或个人
【活动方式】