绪论:写作既是个人情感的抒发,也是对学术真理的探索,欢迎阅读由发表云整理的11篇欧姆定律的推导式范文,希望它们能为您的写作提供参考和启发。
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)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涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,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。
(2)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。教学时还应请注意: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。
(3)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恒量的实验,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。
(4)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作功或所作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。
《欧姆定律及其应用》这一节在学生学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法及电流与电压、电阻的关系之后才编排的。通过这一节的学习,要求学生初步掌握和运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法,了解运用“控制变量法”研究物理问题的实验方法,为进一步学习电学内容打下一定的基础。
2.教学目标
(1)知识目标
理解掌握欧姆定律及其表达式,能用欧姆定律进行简单计算;根据欧姆定律得出串并联电路中电阻的关系;通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生的逻辑思维能力。
(2)技能目标
学习用“控制变量法”研究问题的方法,培养学生运用欧姆定律解决问题的能力。
(3)情感目标
通过介绍欧姆的生平,培养学生严谨细致的科学态度和探索精神,学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神。通过欧姆定律的运用,帮助学生树立物理知识普遍联系的观点以及科学知识在实际中的价值意识。
3.重点和难点
重点:理解欧姆定律的内容及其表达式和变换式的意义,并且能运用欧姆定律进行简单的电学计算。
难点:运用欧姆定律探究串、并联电路中电阻的关系。
二、说学生
1.学生学情分析
在学习这节之前学生已经了解了电流、电压、电阻的概念,并且还初步学会了电压表、电流表、滑动变阻器的使用,具备了学习欧姆定律基础知识的基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系的认识是肤浅的、不完整的,没有上升到理性认识,需要具体的形象来支持。所以在本节学习中应结合实验法和定量、定性分析法。
2.知识基础
要想学好本节,需要学生应具备的知识有:电流、电压、电阻的概念,电流表、电压表、滑动变阻器使用方法,电流与电压、电阻的关系。
三、说教法
结合学生情况和本节特点本人采取以下几个教法:采用归纳总结法、采用控制变量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、说教学过程
1.课题导入(采用复习设置疑问的方式,时间3分钟)
复习:电流是如何形成的?导体的电阻对电流有什么作用?
设疑思考:电压、电阻和电流这三个量之间有什么样的关系呢?通过简单的回顾、分析,使学生很快回忆起这三个量的有关概念,通过猜想使学生对这三个量的关系研究产生了兴趣,达到引入新课的目的。
2.展开探究活动,自主总结结论(时间37分钟)
根据上节探究数据的基础,让学生自主总结出两个结论:导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
为了进一步得出欧姆定律的内容,可采用以下几点做法:各小组在教师指导下,对实验数据进行数学处理,理解数学上“成正比关系”“成反比关系”的意思,从而引入欧姆定律的内容;让学生思考用一个什么样的式子可以将这两个结论所包含的意思表示出来,从而引入欧姆定律的表达式。
3.说明事项
在欧姆定律中有两处用到“这段导体”,其意思是电流、电压、电阻应就同一导体而言,即同一性和同时性。
向学生介绍欧姆的生平,以达成教学目标中的情感目标。学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神,激发学生的学习积极性。
欧姆定律应用之一:通过课本第26页例题和第29页习题2和习题3,让学生自己先试做,然后教师再加以点评和补充,使学生理解掌握欧姆定律表达式及变形式的应用,达成教学目标的知识目标,充分体现了课堂上学生的自主地位。
应用欧姆定律解题时应注意以下几点问题:
(1)同一性
即公式中的U、I,必须针对同一段导体而言,不许张冠李戴。
(2)统一性
即公式中的U、I、R的单位要求统一(都用国际主单位)。
(3)同时性
即公式中的U、I,必须是同一时刻的数值。
(4)规范性
解题时一定要注意解题的规范性(即按照已知、求、解、答四个步骤解题)。
欧姆定律应用之二:探究串并联电路中电阻的关系。
(1)实验分析
在演示实验之前,要鼓励学生进行各种大胆的猜想,当学生的猜想与实验结果相同时,他会在实验中体验到快乐与兴奋,有利于激发学生的学习兴趣。
①演示实验
将两个电阻串联起来,让学生观察灯泡的亮度情况(变暗了),并说出原因(电路中的电流变小了,说明总电阻变大了)。
得出结论:串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大。
②演示实验
将两个电阻并联起来,同样让学生观察灯泡的亮度情况(变亮了),并说出原因(路中的电流变大了,说明总电阻变小了)。
得出结论:并联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出问题)为什么串联后总电阻会变大?并联后总电阻会变小?
得出结论:电阻串联相当于导体的长度变长了,所以串联电阻的个数越多总电阻就越大;电阻并联相当于导体的横截面积变粗了,所以并联电阻的个数越多总电阻就越小。
(3)定量分析
利用欧姆定律公式以及前面学过的串并联电路中电流和电压的特点推导串并联电路中总电阻的关系得出结论:(1)电阻串联后的总电阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)电阻并联后的总电阻=+…+。
4.小结(4分钟)
(1)理解掌握欧姆定律的内容及其表达式
(2)运用欧姆定律解决有关电学的计算题以及探究串、并联电路中电阻的关系
5.布置作业(1分钟)
本节作业的布置主要是针对欧姆定律表达式及其变形公式的运用,并结合前面学习过的串并联电路中电流、电压的特点的一些常见题型加以知识的巩固。
作业:《课堂点睛》17页至18页的习题。
五、说板书设计
欧姆定律的内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
欧姆定律的表达式:I
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。
3.会用公式进行简单计算.
能力目标
1.培养学生逻辑推理能力和研究问题的方法.
2.培养学生理论联系实际的能力.
情感目标
激发学生兴趣及严谨的科学态度,加强思想品德教育.
教学建议
教材分析
本节从解决两只5Ω的定值电阻如何得到一个10Ω的电阻入手引入课题,从实验得出结论.串联电路总电阻的计算公式是本节的重点,用等效的观点分析串联电路是本书的难点,协调好实验法和理论推导法的关系是本书教学的关键.
教法建议
本节拟采用猜想、实验和理论证明相结合的方式进行学习.
实验法和理论推导法并举,不仅可以使学生对串联电路的总电阻的认识更充分一些,而且能使学生对欧姆定律和伏安法测电阻的理解深刻一些.
由于实验法放在理论推导法之前,因此该实验就属于探索性实验,是伏安法测电阻的继续.对于理论推导法,应先明确两点:一是串联电路电流和电压的特点.二是对欧姆定律的应用范围要从一个导体扩展到几个导体(或某段电路)计算串联电路的电流、电压和电阻时,常出现一个“总”字,对“总”字不能单纯理解总和,而是“总代替”,即“等效”性,用等效观点处理问题常使电路变成简单电路.
教学设计方案
1.引入课题
复习巩固,要求学生思考,计算回答
如图所示,已知,电流表的示数为1A,那么
电流表的示数是多少?
电压表的示数是多少?
电压表的示数是多少?
电压表V的示数是多少?
通过这道题目,使学生回忆并答出串联电路中电流、电压的关系
(1)串联电路中各处的电流相等.
(2)串联电路两端的总电压等于各支路两端的电压之和.
在实际电路中通常有几个或多个导体组成电路,几个导体串联以后总电阻是多少?与分电阻有什么关系?例如在修理某电子仪器时,需要一个10的电阻,但不巧手边没有这种规格的电阻,而只有一些5的电阻,那么可不可以把几个5的电阻合起来代替10的电阻呢?
电阻的串联知识可以帮助我们解决这个问题.
2.串联电阻实验
让学生确认待测串联的三个电阻的阻值,然后通过实验加以验证.指导学生实验.按图所示,连接电路,首先将电阻串联入电路,调节滑动变阻器使电压表的读数为一整数(如3V),电流表的读数为0.6A,根据伏安法测出.
然后分别用代替,分别测出.
将与串联起来接在电路的a、b两点之间,提示学生,把已串联的电阻与当作一个整体(一个电阻)闭合开关,调节滑动变阻器使电压示数为一整数(如3V)电流表此时读数为0.2A,根据伏安法测出总电阻.
引导学生比较测量结果得出总电阻与、的关系.
再串入电阻,把已串联的电阻当作一个整体,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表的示数为一整数(如3V)电流表此时示数为0.1A,根据伏安法测出总电阻.
引导学生比较测量结果,得出总电阻与的关系:.
3.应用欧姆定律推导串联电路的总电阻与分电阻的关系:
作图并从欧姆定律分别求得
在串联电路中
所以
这表明串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和.
4.运用公式进行简单计算
例一把的电阻与的电阻串联起来接在6V的电源上,求这串联
电路中的电流
让学生仔细读题,根据题意画出电路图并标出已知量的符号及数值,未知量的符号.
引导学生找出求电路中电流的三种方法
(1)(2)(3)
经比较得出第(3)种方法简便,找学生回答出串联电路的电阻计算
解题过程
已知V,求I
解
根据得
答这个串联电路中的电流为0.3A.
强调欧姆定律中的I、U、R必须对应同一段电路.
例二有一小灯泡,它正常发光时灯丝电阻为8.3,两端电压为2.5V.如果我们只有电压为6V的电源,要使灯泡正常工作,需要串联一个多大的电阻?
让学生根据题意画出电路图,并标明已知量的符号及数值,未知量的符号.
引导学生分析得出
(1)这盏灯正常工作时两端电压只许是2.5V,而电源电压是6V,那么串联的电阻要分担的电压为
(2)的大小根据欧姆定律求出
(3)因为与串联,通过的电流与通过的电流相等.
(4)通过的电流根据求出.
解题过程
已知,求
解电阻两端电压为
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。
课型:复习课
【教学目标】
一、 知识目标
1. 理解闭合电路的欧姆定律,并用它进行有关电路问题的分析和计算.
2. 理解路端电压与负载的关系.
二、 能力目标
1. 通过对U-I图线的分析培养学生应用数学工具解决物理问题的能力.
2. 利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力.
三、 情感目标
通过本节课教学,加强对学生科学素质的培养,通过探究物理规律培养学生创新精神和实践能力.
【教学重难点】
1. 闭合电路的欧姆定律
2. 路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示法及图线表示法.
【考点再现 设疑激思】
一、 电动势
1. 电源是通过非静电力做功把 的能转化成 的装置.
2. 电动势:非静电力搬运电荷所做的功跟搬运的电荷电量的比值,E= ,
单位:V .
3.电动势的物理含义:电动势表示电源 本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.
电动势与电压有什么区别?
(1、其它形式、电能 2、 Wq 3、将其它形式的转化为电能)
(电动势反映其它形式的能转化为电能的本领,电压形成电场,促使电流做功.)
二、闭合电路欧姆定律
1.定律内容:闭合电路的电流跟电源电动势成 , 跟内、外电路的电阻之和成 .
2.定律表达式为I=
3.适用条件
4.闭合电路欧姆定律的两种常用关系式:
(1)E=
(2)E=
你认为电源的内阻是恒定的还是不断变化?定律表达式怎样推导出来的?
电路中电流一定从高电势流向低电势,对吗?
(1、正比、反比;2、I=ER+r; 3.纯电阻电路;4.E=U内+U外、E=U外+Ir)
(电源内阻短时间可认为不变、定律从能量守恒推导、不对,内电路电流方向从低电势流向高电势)
三、路端电压U与外电阻R的关系
根据U= 知,当外电路电阻R增大时,电路的总电流I ,电源内电压U内 ,路端电压U外 .
(E-Ir 、减小、减小、增大)
四、U-I关系图
由U= 可知,路端电压随着电路中电流的增大而内电压 ;
1.当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为 .
2.当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为 .
3.图线的斜率的绝对值为电源的 .
注意点:纵轴起点是否为零.
电源的U-I关系图与电阻的U-I关系图有什么不同?
(E-Ir、减小 1.E 2.I短 3.r)
(电源的U-I关系图反映路端电压与电流关系、电阻的U-I关系图反映电阻两端电压与通过它的电流关系)
五、电源的功率
1.电源的总功率P总= .
2.电源的输出功率P出=.
(1.EI 2.UI)
考点说明: 闭合电路欧姆定律是二级要求,常在选择题中出现动态电路分析,实验中常考查U-I图线的有关知识点.
复习考点还须引导学生多阅读教材,多思考,多归纳总结,多联系实际.
【典型例题剖析 学会归纳总结】
题型1闭合电路欧姆定律的动态分析
例1 如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=1 Ω,R1=5 Ω,R2=12 Ω,R3的最大阻值为6 Ω.
(1)求:流过电流表的最小电流?
(2)若R3的阻值减小,其它元件均不变,判断电路中电压表、电流表的示数如何变化?
答案:(1)0.8A;(2)V1、V2减小A增大
方法点拨:支路-干路-支路
学生的疑点:1.总电阻的变化不清;
2.内电压变化忘了分析;
3.路、支路,电压、电流变换搞昏了头.
【当堂巩固1】
如图所示,电源电动势E=8 V,内阻不为零,电灯A标有“10 V,10 W”字样,电灯B标有“8 V 20 W”字样,滑动变阻器的总电阻为6 Ω.闭合开关S,当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中(不考虑电灯电阻的变化) ( A )
A.电流表的示数一直增大,电压表的示数一直减小
B.电流表的示数一直减小,电压表的示数一直增大
C.电流表的示数先增大后减小,电压表的示数先减小后增大
D.电流表的示数先减小后增大,电压表的示数先增大后减小
探究:P移动电路总电阻怎样变化?
题型2探究含电容电路的判断与计算
例2 如图所示,E=10 V,r=1 Ω,R1=R3=5 Ω,R2=4 Ω, C=100 F,当S断开时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态.求:
(1)S闭合后,带电粒子加速度的大小和方向.
(2)S闭合后流过R3的总电荷量.
答案:(1)10 m/s2向上;(2)400 C
方法点拨 电容器两极电压与R2两端电压关系?R3在电路中有什么作用?
学生疑点:1.电容两端电压变化没搞清;
2.与电容串联的电阻作用不明;
3.电路结构认识不清.
【当堂巩固2】
如图电路中,当滑动变阻器的触头P向上滑动时,则 ( D )
A.电源的总功率变小
B.电容器贮存的电荷量变大
C.灯L1变暗
D.灯L2变亮
题型3 探究 U-I图象的应用
例3 如图所示,直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象,直线B是电阻R的两端电压与通过其电流I的关系图象,用该电源与电阻R组成闭合电路,则电源的总功率为 W,电源的输出功率为 W电源的效率为
.
答案:6 W 4 W 23
探究:图线的交点有什么物理意义?(工作点)
【当堂巩固3】
如图所示,为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线.由图可知,两者不成线性关系,这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这条曲线探究下列问题(不计电流表的内阻).
(1) 若把一个这样的电灯串联,接到电动势为6 V,内阻为10 Ω的电源上,如图甲所示求流过灯泡的电流和灯泡的电阻?
(2) 若将两个这样的电灯并联后接在这个电源上,如图乙所示,则通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻?
方法点拨:写出U=E-Ir其中I为通过电源的电流,并作图找交点.
答案:(1)0.35 A 7.1Ω (2)0.24 A 17.5Ω(提示写出U=E-2Ir其中2I为通过电源的电流,并作图找交点)
学生难点:
1.图像特别是曲线,不会找具体信息;
电流表和电压表是初学电学者必会的测量工具,它们分别是用来测量所在电路的电流和电压的,所以要弄清电表示数的变化情况,用到的知识是欧姆定律以及串、并联电路中电流、电压和电阻的关系。针对不同连接方式的电路以及电表所测电路部分的不同,解决思路又有所区别,这里以例题为证。
例1.在如图所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S后,电流表的示数为I,电压表的示数为U,若滑动变阻器的滑片P向右移动,则I__________;U__________;若电压表与R2并联时,U
__________(均选填“变大”“变小”或“不变”)。
这是一个串联电路,很显然要根据串联电路及欧姆定律的有关知识去解决。
在电路中,电压表测量R1两端的电压,当滑动变阻器的滑片P向右移动时,R2增大,根据R总=R1+R2,得R总也增大,再根据欧姆定律,I=U总/R总,因U总不变,所以I变小;电压表的示数U,可直接用U=IR1去推导得出变小。而第三空就不能直接利用U=IR2去推导,因I变小,R2变大,那么I与R2的乘积将如何变化呢?这是初学者容易犯错误的地方。该怎样去判断此时电压表的示数U的变化呢?再回过头来看,因R1与R2串联,所以,我们应考虑先确定R1两端的电压U1的变化情况,这样,再根据U=U总-U1,就迎刃而解了。在这个电路中I变小,R1不变,所以U1=IR1变小,U=U总-U1,U总不变,故U总-U1的差变大,即U变大,得解了。
以上是在串联电路中常见的情况,当电路并联时,我们又该怎么判断呢?
例2.如图所示电路,当滑动变阻器的滑片P由中点向上移动时,电压表V的示数__________,电流表A1的示数__________,A2的示数__________,A的示数__________。(选填“变大”“变小”或“不变”)
在这个电路中,R1与R2并联,电流表A1、A2和A分别测R1、
R2和干路中的电流,电压表V看似只与R1并联,因在并联电路
中,各支路两端电压相等,且在这个电路中,各支路两端电压就等于电源电压,所以我们首先就可以确定,当滑片移动时,V的示数是不变的,再分别根据欧姆定律I=U/R判断电流表A1的示数I1与电流表A2的示数I2的变化情况,I1=U/R1,U不变,R1不变,所以I1
不变;I2=U/R2,当滑片P向上移动时,R2变大,U不变,所以I2变
小。最后根据并联电路中I=I1+I2,I1不变,I2变小,所以I也变小。题中四空答案也就确定了。
图1例1(2011年山东临沂)如图1所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关,当滑动变阻器的滑片向右滑动时,下列分析正确的是()
(A) 灯泡变亮,电流表的示数变大
(B) 灯泡变暗,电流表的示数变小
(C) 灯泡亮度不变,电流表的示数变大
(D) 灯泡亮度不变,电流表的示数变小
解析:滑片移动时可知滑动变阻器接入电阻的变化,则由欧姆定律可得出电路中电流的变化,由电流变化可知灯泡的亮度变化.当滑片向右移动时,接入电阻变小,故电路中总电阻减小,因电压不变,由欧姆定律I=U/R 可得,电流增大,故电流表示数变大,灯泡的实际功率变大,故亮度变大.(A)正确.
答案:(A)
点拨:本题属于电路的动态分析,此类题可先分析局部电阻的变化,再将滑动变阻器和定值电阻视为整体进行分析,得出总电阻的变化,最后由欧姆定律分析电流的变化.此类题目也属于欧姆定律的常规题目,体现了电学中整体法的应用.
图2例题延伸:如图2所示,电源电压保持不变,闭合开关,将滑动变阻器的滑片向右滑动时,则()
(A)通过灯L的电流变小,变阻器两端的电压变小
(B) 通过灯L的电流变大,变阻器两端的电压变大
(C) 灯L两端的电压变小,通过变阻器的电流变小
(D) 灯L两端的电压变大,通过变阻器的电流变小
解析:滑动变阻器的滑片右移,变阻器接入电路中的电阻增大,电路中的总电阻增大,则电流减小,同时灯L分得的电压也减小,则变阻器分得的电压就变大.
答案: (C)
点拨:本题考查滑动变阻器的原理、电阻对电路中电流的影响以及串联电路的分压原理,考查学生分析问题的能力.
二、滑动变阻器与电表的测量目标问题
例2(2011年山东聊城)如图3所示,闭合开关S,使滑动变阻器的滑片向左移动,则( )
(A) 电流表示数变小(B) 电压表示数变大
(C) 电压表示数不变(D) 灯泡变亮
解析:从图中可以看出,这是一个串联电路,即滑动变阻器与小灯泡串联,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压.当滑片向左移动时,其阻值减小,电路中的总电阻减小,故在电源电压不变的情况下,电流中的电流变大,通过小灯泡的电流变大,小灯泡变亮,(A)项错误,(D)项正确;由于滑动变阻器的阻值减小,故它分得的电压也减小,(B)、(C)两项错误.
答案:(D)
点拨:判断电路中的电表示数变化情况时,应首先明确电路的连接方式及电表的测量对象,然后根据欧姆定律及串并联电路的电流、电压特点进行分析.
图3图4例题延伸: 如图4所示电路,电源两端电压保持不变.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,下列判断正确的是 ( )
(A) 电压表V1示数变小,电压表V2示数变大,电流表示数变小
(B) 电压表V1示数变大,电压表V2示数变小,电流表示数变小
(C) 电压表V1示数变小,电压表V2示数变小,电流表示数变小
(D) 电压表V1示数变大,电压表V2示数变大,电流表示数变大
解析:从题图可知,电路为串联电路,电压表V1测滑动变阻器两端的电压,电压表V2测定值电路R2两端的电压.闭合开关S,当滑动变阻器的滑片P向右滑动时,变阻器连入电路的电阻变大,电路中电流变小,定值电阻R2两端的电压变小,即电压表V2的示数变小,根据串联电路的电压规律可知,变阻器两端的电压变大,即电压表V1的示数变大,答案为(B).
答案:(B)
点拨:本题考查串联电路和欧姆定律的知识,解此类题的关键是明确电压表所测的对象,弄清各用电器之间的关系,熟记串联电路的分压原理.
三、滑动变阻器与伏安法实验探究
例3(2011年浙江绍兴)小敏用如图5甲所示的电路图,研究通过导体的电流与导体电阻的关系,电源电压恒为6 V.改变电阻R′的阻值,调节滑动变阻器滑片,保持R两端的电压不变,记下相应的4次实验的电流和电阻值,描绘在乙图中.
图5 (1)实验过程中,移动变阻器滑片时,眼睛应注视(选填序号);
(A) 变阻器滑片(B) 电压表示数(C) 电流表示数
(2)在丙图中,用笔线代替导线,将电压表正确连入电路.
(3)实验中,他所选择的变阻器是(选填序号)
(A) 10 Ω,0.5 A(B) 20 Ω,1 A(C) 50 Ω,2 A
(4)乙图中阴影部分面积表示的科学量是.
(5)实验过程中,如果出现了电流表示数为0,电压表示数接近6 V,电路发生的故障可能是.
解析:探究电压一定时,电流与电阻的关系时,在不断的改变定值电阻的同时,必须不断的移动滑动变阻器,使得电压表的示数是一个定值,故在移动滑片的同时,眼睛观察电压表的示数;通过电流与电阻的图像中可以看出保持电压表的示数是2 V,故电压表接入电路中时,所选的量程应该是0~3 V的,且并联在电阻两端;阴影部分为电压值;滑动变阻器型号的选择应该与定值电阻的阻值差不多,故所选型号为“10 Ω,0.5 A”的;如果电路中出现电流表的示数为零,说明在电路中出现了断路,电压表有示数说明是电阻R处出现了断路.
图6答案:(1)(B)
(2)如图6所示 (3)(C) (4)电压 (5)电阻R处有断路
点评:此题从实物图的连接、滑动变阻器型号的选择、故障的分析等方面较为综合的考查了学生,从中加强了学生综合能力的培养,是一道不错的电学中考题.
图7例4(2011年四川绵阳)如图7所示是测量小灯泡电阻和电功率的实验电路图,当滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表、电压表的示数变化情况是( )
(A) 增大、增大 (B) 增大、减小
(C) 减小、增大 (D) 减小、减小
解析:当滑动变阻器的滑片向左移动时,电阻R的阻值减小,电路中的总电阻减小,根据欧姆定律I=U/R可知电路中的电流增大,即电流表的示数增大.同样根据欧姆定律推导公式U=IR可得出灯泡两端的电压增大,即电压表的示数也增大,所以(B)(C)(D)均是错误的.
答案:(A)
点拨:本题考察的是综合运用欧姆定律的知识,这也是初中物理的重点和难点内容,也是同学们容易出错的地方,在套用公式时容易“张冠李戴”.
四、滑动变阻器与电阻的匹配问题
图8例5(2011年南京)小华用如图8所示的电路探究电流与电阻的关系.已知电源电压为6 V,滑动变阻器R2的最大电阻为20 Ω,电阻R1为10 Ω.实验过程中,将滑动变阻器滑片移到某一位置时,读出电阻R1两端电压为4 V,并读出了电流表此时的示数.紧接着小华想更换与电压表并联的电阻再做两次实验,可供选择的电阻有15 Ω、30 Ω、45 Ω和60 Ω各一个,为了保证实验成功,小华应选择的电阻是 Ω和 Ω.
2.在初中物理教学中培养学生逻辑思维能力的方法
2.1在物理知识授课中培养学生逻辑思维教师在物理概念、原理、公式等授课过程中要着重培养学生的逻辑思维能力。课堂教学是目前传授知识的主要方式与方法,课堂也是老师与学生接触与沟通机会最多的地方,因此,在课堂教学中教师可以更为直接的培养学生的逻辑思维能力。例如,教师在讲解物理公式时所展现的推导过程就是一个培养学生逻辑思维能力的过程。已知欧姆定律U=IR,其中U为电压,I为电流,R为电阻。下面推导串联电路的串联公式。
【例1】 把电源(电压一定)、开关、两个未知阻值的定值电阻R1和R2、滑动变阻器R、一个电流表和两个电压表、导线连成了如图1所示的电路。闭合开关后,调节滑动变阻器R的滑片P,发现V1、V2、A表的示数都在改变,把电流表A的示数和对应的电压表V1、V2的示数记在下表中。(设电阻不随温度变化而改变)
(1)根据表格中的数据求出定值电阻R2的阻值。
(2)求出电源电压U和定值电阻R1的阻值。
(3)求整个电路消耗的最大电功率。
解:(1)从表格数据可知I=0.2A时,R2两端的电压U2=0.8V,由I=UR 得R2=U2I=0.8V0.2A=4Ω 。(2)设电源电压为U,由表中数据知,当电路电流I=0.2A时,R2和滑动变阻器R两端总电压U2=2.8V。根据串联电路的电压规律和欧姆定律有:U=0.2R1+2.8;
当电路电流I2=0.3A时,R2和滑动变阻器R两端总电压为U3=2.7V,根据上面推导有:U=0.3R1+2.7,联解得U=3V,R1=1Ω。
(3)当滑动变阻器接入电路的阻值为零时,电路消耗的功率最大则有:I最大=UR1+R2=3V1Ω+4Ω=0.6A ,
P最大=UI最大=3V×0.6A=1.8W。
这道物理计算题主要考查学生审读电路图的能力和运用串联电路的特点,欧姆定律等的知识,学生就要对串联电路及其特点、欧姆定律有确切的理解,因此在教学中教师就要引导学生从串联电路及特点、欧姆定律入手考虑。解答这道题首先要知道电路是串联电路,再根据串联电路的特点,当然也要求学生理解好欧姆定律,才能准确地解答出答案。若学生对这些知识没有掌握好,电路连接方式判断错误或者欧姆定律的运用错误,就会导致本题的大失分。
二、力学计算题教学
在初中物理的力学中,浮力计算既是重点又是难点,很多学生对这类题束手无策,其主要原因是学生不熟悉掌握浮力的求法及其受力分析能力差,教师在讲解浮力计算题时应加强解题方法的指导。
图2
【例2】 如图2甲所示,把边长为0.1m的正方体木块放入水中,静止时有2/5的体积露出水面,然后在其上表面放一块底面积为2.0×10-3m2的小柱体,如图2乙所示,静止时方木块刚好能全部浸入水中。(g=10N/kg)求:
(1)甲图中木块受到的浮力。(2)木块的密度。
(3)小柱体放在木块上面时对木块上面的压强。
解:(1)甲图中木块漂浮在水中,木块受到的浮力
F浮=ρ水gV排=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3×35 =6N。
(2)甲图中木块漂浮在水中,F浮=G木,ρ水g×35 V木=ρ木gV木,ρ木=35 ×10×103kg/m3=0.6×103kg/m3。
(3)方法一:小柱体放在木块上面时,F浮1=G柱+G木,
G柱=F浮1-G木=ρ水gV木-G木=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3-6N=4N,
小柱体放在木块上面时对木块的压强为:
p=FS =G柱S =4N2.0×10-3m2 =2×103Pa。
方法二:小柱体放在木块上面时对木块的压力等于小柱体的重力,从图甲到图乙增加的浮力就等于小柱体的重力,即:
G木=F浮2=ρ水gV排2=1.0×103kg/m3×10N/kg×(0.1)3m3×25 =4N,
长期以来,传统的应试教育理念对初中科学教学造成极大的负面影响,束缚了教师的发挥,也限制了学生的发展。在新课改的背景下,我们难免要思考怎样才能改革教育理念,提高教学质量,更好地教学初中科学。本文拟对初中科学教学进行探究,以期能为同行提供有益参考和借鉴。
一、激发学生探究激情
据调查,初中科学教学中近半数学生对科学探究缺乏兴趣,他们不愿意积极主动地参与探究,更不想花更多的时间和精力投入到科学探究中,究其原因主要在于教师并没有在教学过程中有意识地激发学生的探究欲望与激情。因此,初中科学教学中,教师要想方设法激发学生的探究热情。笔者认为,应突出学科的趣味性,并在此基础上展示学科与现实生活的紧密联系,让学生在学习探究的过程中获得快乐,以此激发学生的兴趣。例如,在探究学习“声音的产生与传播”的过程中,教师在课堂上给学生讲述了贝多芬的故事。教师告知学生著名音乐家贝多芬在晚年几乎失去了听力,但他仍然创造出了众多知名的乐曲,成为世界著名的音乐大师。教师在科学教学中利用名人的故事吸引学生的注意力,并在此基础上引导学生思考失去听力的贝多芬依靠什么进行音乐创作,引导学生探究声音产生的原因以及传播的途径。此时,学生的兴趣得到激发,多数学生对贝多芬的经历感到好奇,希望通过学习了解这一故事。在教师的引导下,学生认识到声音是依靠振动产生的,其依靠介质进行传播。经过思考与探究,学生了解到失去听力的贝多芬将一截小棍支撑在自己与钢琴之间,通过骨传导的方式听到音乐,并以此展开创作。在这个故事中,教师利用了名人的不幸经历激发学生好奇心,引导学生进行实践和主动探究,学生在探究过程中豁然开朗,获得极大的满足和自信。与此同时,学生也可以认识到科学知识可以用到现实生活中,现实生活中处处都需要科学知识,从而让学生对学好科学更有动力。
二、改革实验教学设计
科学是一门以实践为基础的学科,它需要人们在实践中去观察、去思考、去解决问题。没有实践的支撑,一味地空谈理论会让学生感到乏味。但从目前来看,当前的初中科学实验教学缺乏效力,并不能达到较好的成果,其原因在于教师受到应试教育的影响,导致教师设计的实验教学没有突出学生主体性,仍旧是一种灌输式的教学方式。在初中科学实验教学中,教师要让学生根据学习目标自主设计实验步骤,要让学生在动手操作的过程中遇到困难与发现问题,并根据具体情况进行调节。通过一定的实验操作,学生才能在实验过程中学会操作过程,综合运用有关的知识,达到提高学生综合素质的目的。以“欧姆定律”的课堂教学为例。在传统的教学过程中,多数教师在教完欧姆定律的相关知识后会组织学生进行实验操作,目的是让学生通过实验来观察和研究电压、电流和电阻之间的关系,让学生证明欧姆定律的正确性。这种做法虽然能够达到一定的教学目标,但却忽视了学生的主体性,学生按照教师的安排和要求进行实验,其本质是一种灌输式的教学方法。针对此,教师在进行了基础教学后要求学生进入实验室,通过组织设计实验逐步探究电流、电压与电阻之间的关系,让学生在实验的过程中逐步推导出欧姆定律,而不再是以欧姆定律的内容引导学生进行实验操作。这就需要学生利用所学的知识以及个人的能力设计实验,学生会充分发挥自身的能动性,通过多次实验总结规律。在此过程中,学生的思路变得清晰,逐步探清欧姆定律,对这一定律有更深刻的认知,同时提高了学生的综合素质。
三、引导学生实践运用
我们知道,初中科学教学的目标还包括“引导学生将所学的知识应用于现实生活”,用所学知识服务于生活,让我们的生活更加美好。所以,在初中科学教学中,教师要引导学生在实践中运用所学的知识,通过实践运用进行检验并将所学回归生活。例如,在学习了“杠杆原理”后,教师可以引导学生思考生活中能够运用到杠杆的工作。学生提出利用杠杆原理可以节省极大的力气,如工人使用的老虎钳就运用了杠杆原理,还有部分学生提出钓鱼竿同样也使用了杠杆原理,两者使用杠杆原理达到了不同的目的。在老师的引导下,学生运用学到的杠杆原理设计简单的工具,并能够对这些简单的工具进行适当的操作。这就是引导学生将所学的知识用于现实生活,同时凸显初中科学学科的实用性。总的来说,当前的初中科学教学存在一定的弊端与缺陷,远远无法达到预期理想的教学效果。这就要求众多教师在实践教学中不断总结与交流,通过教学研讨完善教学方法和模式,提出更有针对性的改革策略,以此达到推动初中科学教学发展、促进教学改革的目的。
参考文献:
[1]赵峰.初中科学教学中科学探究的实践研究[D].东北师范大学,2011.