发布时间:2023-07-14 16:34:54
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关键词:初中;物理;欧姆定律;教学问题
中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在实验探究中让学生学习欧姆定律
欧姆定律是电学重要内容之一,也是中考重点考查内容,所以能否教好欧姆定律关系到之后对中考的重点知识复习,更有可能影响学生对于物理学的热情。在实验探究的过程之中以学生为主,教师起引导作用,让学生通过观察电压表、电流表、滑动变阻器的微量变化发现问题、提出问题,他们对于自己发现的问题会比老师直接教导的印象深刻,从而达到了教学目的。
二、在欧姆定律的学习中最经常遇到的问题
在实际的教学之中,教师要把电路的认识与画电路图、连接电路作为主要的教学任务,开阔学生的思维,加强对电路的认识。物理是一门比较枯燥的课程,只有激发学生的热情,才能更好地完成授课。电流、电压、电阻的概念及单位,电流表、电压表、滑动变阻器的使用,是最基础的概念。电流表测量电流、电压表测量电压、变阻器调节电路中的电流,这部分则比较重要,需要重点讲解。电流、电压、电阻的概念是基本的电学测量仪器,明确这些仪器的使用与操作,是非常重要的,关系到后期实验的正确性与对知识的理解。以上基础知识的理解与运用又是进一步学习欧姆定律的基础。
三、欧姆定律的主要内容是电流、电压、电阻的关系
这部分知识是在实验的基础上概括、归纳出了电路中电压、电流、电阻三者相互关联的关系。教师在实验中要让学生理解电流随电压和电阻的变化而变化,对于多个变量问题的研究是采用固定一个量不变,研究其余两个量的变化的处理方法,从而让学生学会物理学中常用这种方法。欧姆定律在初中只讲部分电路的欧姆定律,是电学中的基本定律,是进一步学习电学知识分析和进行电路计算的基础,是初中电学的重点知识。
欧姆定律是初中物理学电学的重点、也是难点,想要研究欧姆定律必须要建立电流、电压、电阻的关系,并在实验的基础上得出欧姆定律,做好演示实验,归纳、分析、概括实验结果,使学生正确理解欧姆定律的基础。所以,使用电流表、电压表、滑动变阻器是这部分知识中的重点实验的基础。
电流、电压、电阻的概念是学生学习的难点,由于初中学生水平有限,对电流、电压的概念要求较低,并没有下准确的定义。因此,电阻的概念就成了学生理解的难点。教师要多举例子帮助学生理解电阻是导体本身的属性,决定于导体的材料、长度、横截面和温度,它用两端的电压和通过的电流的比值来表示是为了测量的方便,与外加电压、电流无关。同时,教师一定要纠正一些学生经常出现的电阻随电压、电流的变化而变化的错误概念,也就是对欧姆定律的错误理解。欧姆定律在学生头脑的建立过程是十分重要的,认真做好演示实验,用实验来探索一个量随两个量变化的定量关系是第一次。首先要向学生交代清楚实验的研究方法,本实验彩用控制变量法来研究,即“固定电阻不变,研究电流跟电压的关系;固定电压不变,研究电流跟电阻的关系”。在连接如图(图略)所示的实验电路时,要将具体接法演示给学生看。可以先从电源正极开始,按电流方向依次为电池、开关S、滑动变阻器R′、定值电阻R、电流表串联起来组成一个闭合回路,最后将电压表并联在定值电阻R两端。同时提醒学生注意电流必须从电流表和电压表的正接线柱流进电表,负接线柱流出电表及量程选择,电流表与R串联,其示数等于通过R的电流。电压表与R并联其数等于R两端的电压。
运用欧姆定律可以推导串联电路中的总电阻跟各串联电阻之间的关系及电压分配跟导体电阻的关系,具体推导如下:
在串联电路中:I=I1=I2;U=U1+U2;由欧姆定律公式I=U/R,可得U=IR;U1=I1R1;U2=I2R2将这些式子代入上式得:IR=I1R1+I2R2即R=R1+R2;也就是说串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。
在串联电路中:I=I1=I2;由欧姆定律公式I=U/R,可得:I1=U1/R1;I2=U2/R2;将这些式子代入上式得:U1/R2=U2/R2 变换一下形式得:U1/U2=R1/R2;即串联电路中,电压分配跟导体电阻成正比。
四、结束语
通过对物理教学内容的分析、思维方法、能力训练的具体研究,对教学内容进行归纳总结,可以使初中物理教师掌握欧姆定律的基本理论方法,更好地驾驶物理教材,提高物理教学质量,把重点真正落实在教学过程中,帮助学生提高实验操作能力、归纳概括能力、演绎推理能力、逻辑推理能力、抽象思维能力及灵活运用知识解决问题的能力,让学生学会控制变量法研究多个变量的问题,学会用等效法分析复杂电路。因此,教师要注重培养学生实事求是的科学态度,从而有效培养学生的物理素质。
参考文献:
关键词:高中物理;闭合电路;欧姆定律;难点教学
虽然高中生的抽象思维能力较之初中生而言要强一些,但是由于闭合电路的欧姆定律的相关知识较为抽象,学生理解起来仍然存在很大的难度。因而,在进行这一定律的教学时,教师应立足于学生的知识结构及能力水平,采用多种教学方法帮助学生切实掌握相关知识,尤其将之与之前所学的欧姆定律的知识区别开来,避免混淆。那么,在高中闭合电路的欧姆定律教学中,教师如何具体完成这一难点的教学呢?
一、巧妙导入,激发兴趣
在进行这一定律的教学时,教师首先要通过有效的导入来充分激发学生的学习兴趣,从而顺利将学生引入新知识的学习中。
针对于此,教师可以通过一个小实验来进行导入。教师先准备好几节日常生活中常用的不同型号的干电池及蓄电池,然后在干电池上标明1.5V,蓄电池上标明2.0V,然后准备15V的电源及一个小电筒灯泡,然后进行实验:先将小灯泡接到2V的蓄电池上,学生观察到小灯泡发出很亮的光。之后让学生猜想,如果将小灯泡接到15V的电源上,会发生什么情况?结合生活经验,学生们通常会以为小灯泡会被烧坏。接着教师就进行这一实验,却发现小灯泡安然无恙,而且发出光的亮度反而比之前2V的还要暗。这就有效地激起了学生的求知欲,为什么会这样呢?教师就可以顺利导入新课的学习——闭合电路的欧姆定律。这样,学生必定兴趣大增,积极投入之后的教学中,为这一难点的教学奠定了良好的基础。
二、借助实验,突破难点
上文说到,这一内容的知识较为抽象,因而在教学中教师如果单靠讲解的话,学生理解起来难度较大,因而笔者认为教师可以借助实验进行相关知识的讲解,让学生通过实验获得知识,从而有效地突破这一教学难点。
首先,教师可以通过让学生观察实验电路来确切了解闭合电路以及分电路、内电路、外电路等知识,并且掌握电源的外部电流流向及内部电流流向,从而为之后的学习扫除一定的障碍。之后组织学生进行仿真实验,并在实验过程中通过记录改变电阻值、
闭合开关后电动势、电流以及电阻的关系,认真分析后,获得闭合电路的欧姆定律。
三、积极拓展,学以致用
在学生对相关知识有了一定的掌握后,教师可以进行及时的知识拓展,帮助学生更深地理解并掌握这一定律,从而达到学以致用的目的。比如,让学生结合所学知识讨论两种较为特殊的情况(短路及断路)并进行解决:如,教师应让学生明确如果发生短路现象,常会导致电源被烧坏甚至引起火灾,因而为了避免这一问题,可以安装保险丝等。通过这种方式,有效地拓展了知识,培养了学生学以致用的能力。
当然,对于闭合电路的欧姆定律这一难点的教学,自然不止这一方法,并且难点是相对的。因而在具体教学中,教师要立足于学生实际进行教学,这样方能有效突破难点,最终帮助学生掌握相关知识并能灵活运用。
参考文献:
[1]孙殿乔.闭合电路欧姆定律的教学难点突破[J].新课程学习:中,2010(8).
[2]呵泓.闭合电路的欧姆定律教学难点的分析与突破[J].物理通报,2000(5).
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。
在准确把握欧姆定律的基础上,初中电学的重要任务是会应用欧姆定律初步解决一些实际问题:一、提供一种测量电阻的方法,会用电流表、电压表测电阻(即伏安法测电阻),深化对电阻的理解;二、会利用欧姆定律和串、并联电路的特点,通过实验和推导的方法,得出串联电路、并联电路的等效电阻和计算公式,并能解答和计算简单的电路问题;三、通过测量电阻的其他方法,培养电学的基本解题思维和方法.
应用导航一、 “伏安法”测电阻
1. 实验原理:
根据欧姆定律公式R=U/I,分别用电压表测出电阻两端的电压和用电流表测出通过电阻的电流,就可以算出电阻的阻值.
2. 电路图:如图1
3. 注意点:
(1) 滑动变阻器在电路中可以改变通过电阻的电流(即改变电阻的工作状态);
(2) 该实验中,电流表的示数不仅包括待测电阻中的电流,也包括通过电压表的微小电流,这是产生误差的主要原因;
(3) 当电流通过导体时,导体因发热而使电阻变大,长时间通电时,前后测得的电阻值偏差较大,因此实验时多次改变滑动变阻器滑片的位置,在每次读出电压表和电流表的示数后都要及时断开开关;
(4) 测量定值电阻的阻值时,可以用多次测量求平均值的方法求电阻,而测量小灯泡的电阻时由于灯泡的电阻值与温度的变化有关,所以不能用求平均值的方法测量.
应用实战
例1 在测定电阻阻值的实验中:
(1) 小明根据图2所示的电路图,将图3中的实验器材连接成实验电路.同小组的小亮在检查时认为,从实验目的来看,实验电路上有一根导线连接错了,建议小明改接.
① 请你在接错的那根线上打“×”;
② 另画一根导线,使电路连接正确;
③ 如果不改接这根导线,对实验的影响是:?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇?摇 ?摇?摇.
(2) 小明将电路改接正确后,合上开关,调节变阻器的滑片到某位置时,电压表和电流表的指示如图4所示,则电压表的读数是?摇 V,电流表的读数是 ?摇 ?摇?摇A,被测电阻Rx的阻值是?摇 ?摇?摇?摇 Ω.(3) 小明和小亮为他俩在全班首先获得测量结果而高兴,准备整理实验器材结束实验.你认为他们的实验真的结束了吗?给他们提出什么建议呢?
① 写出你的建议: ;② 建议的目的是: .
应用解读
(1) 欧姆定律中的电流、电压、电阻是对同一段导体而言的,电流表“+”到A接线柱为错误,打“×”,改为电流表“+”到C接线柱,否则测量的是Rx与滑动变阻器两端的总电压。
(2) 电压表读数1.8V,电流表读数0.24A,由R=U/I计算电阻值为7.5Ω。
(3)本题只测量了一组数据,所以建议:移动滑动变阻器,再测两组数据;目的是多次测量取平均值,以减小误差.
一.明确复习目标,形成知识网络。
既然是复习,学生对每一部分的知识还都是有一定的认识的。所以我们在明确复习目标时,学生并不会觉得空洞,而会帮着他们知识系统化,这也是新课与复习课的不同之处。我们不仅要有一个知识板块的目标,还要有每一节的目标。让学生做到心中有数。
案例:电学部分的复习目标
1.电流、电压、电阻及电流表、电压表的使用。
2.串、并电路的特点及规律
3.欧姆定律及应用
4.电压表、电流表示数变化问题和电路故障分析专题
5.测电阻(定值电阻、小灯泡灯丝电阻、及简单的单表测量)
6.电功率
7.家庭电路、安全用电
8.电与磁
二.让学生成为课堂的主体
课堂是学生的课堂,学生是课堂的主体,而老师是课堂的主导。我们要腾出时间和空间,让学生去说、去做。像原来的“教学目标”,而今要改成“学习目标”,也许两者的内容没有发生改变,但是却体现出了教学理念的改变,课堂主人的改变。
说一个我的亲身经历。几年前,我教的三个班成绩一直不太好,我就很郁闷,有一次向史校长请教,我还愤愤不平,我说“我教的很好呀,我已经讲的相当到位了,怎么就学不会呢?”,史校长说:“这个我信,但是你更应该看学生学的是不是很到位”。这句话让我思考了很久,在物理复习课上,我们应该关注“教”,但是我们更应该关注“学”。观念的改变才能促进课堂的改变。
案例:欧姆定律及应用课堂设计
本节课共分四部分:
1.熟悉串、并电路的规律2.理解欧姆定律
3.欧姆定律的应用4.拓展延伸
设计思路:
1.串、并联电路规律:
熟悉串、并联电路规律是利用欧姆定律解题的基础。需要再次强化。
具体操作:
⑴和学生一起复习串、并联电路的规律。
⑵学生完成针对性练习。
⑶同桌交换对改。(要求:语言必须准确)
⑷找学生说出自己的错误之处。
2.理解欧姆定律
欧姆定律就是要研究电流、电压、电阻这三个物理量的关系。通过两个实验完成研究: ⑴探究电流与电压的关系。 ⑵探究电流与电阻的关系。
具体操作:
⑴和学生一起理解欧姆定律。
⑵学生完成针对性习题。
(两个实验探究题:①探究电流与电阻的关系(2007年第21题)。
②探究电流与电压的关系。)
目的:让学生觉得,听了老师的分析立即就可以轻松做题,提高课堂的吸引力。让学生乐于参与到课堂中。
3.欧姆定律的应用
应用欧姆定律完成简单计算是河南中考填空题的经典题型。从2005—2012年间,只有2011年没有出现此题型。所以,几乎是确定要考的题型。
具体操作:
⑴学生完成针对性练习题。
⑵和学生一起总结解题思路、方法。
目的:学生不仅得到了解题方法,也让学生学会了反思,学会了总结。正所谓授之以鱼,不如授之以渔。
4.拓展延伸
让学生抢答两道与本节课密切相关但有一定难度的题目。对于最先完成题目的学生予以表扬或简单的奖励。
目的:给好学生展示的机会。复习时,我们需要照顾到成绩一般的学生,所以强调基础,但是这样又会“伤害”到好学生,他们会觉得没意思。该环节给他们以展示自己的机会,同时解决该部分的难点,完成知识的拓展。
三.课堂中强调做题规范,不要让做题规范变成一句口号。
关键词:欧姆定律;探究案例;教学设计;解读反思
一、教育背景与设计理念
2011年教育部颁布了经修订的《义务教育物理课程标准》(以下简称“新课标”),这是我国义务教育新课程实验取得阶段性成果的标志,更是广大新课程实践者10年经验的总结,定稿后的新课标必将作为指导性文件引领新课改持久深入健康地发展。
为实践新课标所倡导的“提倡教学方式多样化,注重科学探究”的崭新教学理念,我们在总结反思“自主·探究·合作”课堂教学模式的基础上,更加突出“以人为本”的教学思想,以新编苏科版物理教科书为载体,进一步改进《欧姆定律》一节的探究案例设计。在教学设计和实施过程中力图体现以下理念:一是学生发展为本;二是比结论更重要的是过程;三是把思考还给学生。
二、内容分析与学情简析
《欧姆定律》一节编排在学生学习了电流、电压、电阻等概念,电压表、电流表、滑动变阻器使用方法之后,这既符合由易到难、由简到繁的认知规律,又保持了知识的结构性、系统性。欧姆定律作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻三者间的相互关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。欧姆定律是电学的教学重点,也是新课标规定的重点内容之一。
学生通过电阻和串、并联电路的学习已初步掌握了实验探究的基本程序:观察现象—提出问题—猜想假设—方案设计—实验探究—归纳总结—解释现象,初步具备了设计实验方案的能力、动手操作能力和思考与质疑、交流与讨论的学习习惯,对“自主·探究·合作”教学模式已初步适应并产生了兴趣。了解学生的学习现状和发展潜能,便于确定学生的“最近发展区”,从合适的教学起点出发,有针对性地进行教学。
三、探究案例与设计解读
(一)学习目标
1.知识与技能。①掌握欧姆定律及其表达式,并能进行简单的计算;②学习运用“控制变量法”研究问题,培养知识迁移的能力;③进一步学会使用电压表、电流表和滑动变阻器。
2.过程与方法。①进一步实践实验探究的一般程序和方法;②注重实验探究方案设计的思考与改善。
3.情感态度与价值观。①培养学生的科学态度和探索精神;②联系欧姆定律的发现史,渗透锲而不舍科学精神的教育;③体验分工合作、团结互助精神。
解读:依据新课标倡导的三维教学目标设计学习目标,把传统的“教学目标”改为“学习目标”更能突现学生的主体地位。这里的学习目标是指:“学生从学习的起点出发,在教师的引导、支持和促进下,通过自己积极、主动和创造性的学习能够达成和检测的目标。”学习目标的编写和描述要具有针对性和可操作性。
(二)重点与难点
1.教学重点。探究实验的操作,用数学方法正确得出实验结论;理解欧姆定律的内容及其表达式、变换式的意义。
2.学习难点。运用数学方法处理实验数据,建立和理解欧姆定律;运用欧姆定律解决简单的实际问题。
解读:以知识为本的传统教学观注重教师教的重点与难点,而以学生发展为本的新课标教学观,则注重学生学的重点和难点,注重探究电流和电压、电阻关系的过程和方法,体现了“比结论更重要的是过程”这一新课标理念。
(三)教学媒体
1.教师用具。投影设备、多媒体课件等。
2.学生用具。多媒体教学软件,干电池4节、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各1个,阻值不同的定值电阻3只、导线若干。
解读:投影设备主要用于展示各组设计的探究性实验方案和实验数据的处理,以利于小组间交流、沟通与提升。多媒体课件包括:演示实验电路图的动画幻灯片;数据处理的表格和图像;调光电灯工作原理。
(四)教学过程
1.复习设疑,激发探究欲望。(1)提出问题:①既然电压是形成电流的原因,那么导线中的电流与两端的电压有何关系呢?②既然电阻对电流起阻碍作用,那么导体中的电流与它本身的电阻有何关系呢?(学生举手或随机点名回答。)(2)猜想设疑:同学们对电流与电压、电阻的关系作了各种猜想,那么这三者究竟有怎样的数量关系呢?点出本课主题“欧姆定律”。
解读:①在学生猜想的过程中,教师耐心倾听而不要急着下结论,可让学生互评,以面向全体学生,体现多元评价,发挥评价的发展。②复习旧知是为了导入新知,引起认知冲突,激发探究欲望,为后续的科学探究活动提供“脚手架”,体现了“教师是学生学习的组织者”。
2.设计实验方案,进行实验探究。(1)知识准备:教师向学生介绍“控制变量法”,说明研究电流与电压、电阻间的关系时,必须保持其中一个变量(例如电阻)不变,再通过改变电压,观察电流是如何变化的。设问:在研究电流与电阻关系时,必须保持 不变,通过改变 ,来观察 的变化。(2)方案设计和交流:在学生了解科学实验的设计过程(明确研究目的,确定研究方法,设计合理的实验方案)后,通过同桌讨论,利用提供的仪器,设计一个实验方案。选派几组学生上台交流设计的实验方案,教师简单评析后,投影实验电路图,介绍有关仪器,特别强调滑动变阻器在实验中的作用。(3)实验探究:学生分组实验,实践和体验“控制变量法”,加深对欧姆定律的感性认识。(4)各组处理实验数据,进行分析、归纳得出初步结论。新教材增加了利用实验数据描绘函数图像的方法,理解成正比、成反比的意思,体会构建数学模型在物理研究中的运用,培养学生的科学思维能力。
解读:①把教材中的教师演示实验改为学生分组实验,一是因为学生已初步具备做此实验的基本技能,二是使全体学生都能动手操作,参与体验“控制变量法”,突出学生的主体地位。②本节探究课把重点放在利用“控制变量法”设计与完善实验方案上,以初步培养学生的实验设计能力和创新能力。③选派小组上台交流实验设计方案,旨在引导学生发散思维,相互取长补短,促进创新思维。④教师在这阶段应不断巡视、引导,倾听学生讨论,及时给予评价和指导,以体现“教师是学生学习的参与者”。
3.总结交流,合作共享。(1)各组汇报实验结果,归纳得到两个结论:在电阻不变的情况下,导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。在电压不变的情况下,导体中的电流跟这段导体的电阻成反比。(2)引导得到欧姆定律及其表达式。(3)强调:欧姆定律中两处用到“这段导体”,这是强调同一导体,即电流、电压、电阻对应同一导体,而且具有同时性。
解读:这一环节以师生互动、生生互动为主。通过总结交流使学生的认识从感性认识向理性认识飞跃,学生的情感在全班共享中得到升华。同时对教师的教和学生的学进行评价反馈。这一阶段将在教师的引导下完成,以体现“教师是学生学习的引导者”。
4.巩固反馈,知识迁移。“模拟调光台灯”的工作原理,作为实验探究的有效补充。学生通过模拟实验,学会选择仪器、设计简单电路、掌握工作原理,加深对常用仪器的认识。
解读:调光台灯的模拟实验,让学生明白物理知识就在身边,物理和生产生活有密切的联系。让学生参与学习的全过程,体现“一切为了学生发展”的理念。
四、感悟与反思
(一)课堂教学设计应是一个动态生成方案
传统的课堂教学设计是以教师的教和书本知识为本位,从教师的主观判断或经验出发,侧重于教学过程的程式化、细节化的准备,这种“静态教案”不能适应动态生成的实际教学过程,不利于促进学生的发展。新课标理念下的课堂教学设计以学生发展为本,从学生的“现有发展区”出发,通过对教材内容的“二次开发”,精心设计动态生成方案,促进学生过渡到“最近发展区”。
(二)探究性学习的真谛是做到“形散而神不散”
虽然全班分成很多小组分散进行探究实验,但各组都围绕“探究电流和电压、电阻的关系”有条不紊地进行,看似无序实是有序。在这中间,教师的组织、引导和参与十分关键。教师一定要遵循“组内异质,组间同质”的原则进行分组,并对组内成员的分工提出责任分工。教师一定要给小组内每位学生分配一个角色,诸如主持人、操作者、记录员、噪音控制者、汇报人等,使每个小组成员在各司其职中自主、合作、探究学习,使每位学生都能在原有基础上有所发展。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京:北京师范大
学出版社,2011.
1实验准备
教师预先将全班学生5人1组,分成若干组,每组实验桌面上放置的仪器有:电源(6 V)、滑动变阻器(0~20 Ω)、电阻箱、定值电阻R0(20 Ω)、阻值约10 Ω的定值待测电阻Rx各1个,电流表、电压表各1只,开关、导线若干等。
首先,引导学生回顾电阻的相关知识,如:电阻的定义、符号、单位,影响电阻大小的因素;滑动变阻器改变电路电阻的原理、连接方法、元件符号;电阻箱的符号及其连接和读数方法。
其次,引导学生回顾一个实验,即伏安法测电阻,复习伏安法测电阻的原理,电路图如图1所示。学生依据电路图连接实物,着重指出实验注意事项,认真讨论滑动变阻器在电路中的作用。
2合作探究
在此基础上,引导学生动手操作、实验测量,并依据欧姆定律,实际计算出Rx的阻值。
教师接着问:“如果现实中缺少电流表,该如何测量未知电阻Rx呢?”
学生马上想到“串联电路电流处处相等”,于是就会想到如图2所示的设计方案。
学生代表解释说:“如图2所示,先用电压表测出R0两端的电压U0;再测出Rx两端电压Ux。先依据I=U0/R0,计算出通过R0的电流I,由于R0与Rx串联,故通过R0的电流也就是通过Rx的电流,利用欧姆定律:
Rx=Ux/Ix=Ux/(U0/R0)=UxR0/U0。
待阐述完毕,各组根据该同学的讲述,选择桌面上的仪器,实际操作。教师适时点拨,利用滑动变阻器,再测量两组数据,实现多次测量求平均值从而减少误差的目的,并与已测得的Rx比较,验证该办法的正确性。
教师又问:“若缺少电压表呢?”
学生马上想到利用“并联电路各支路两端电压相等”来完成实验。
各组学生积极投入到设计实验中。不一会儿,有学生发言:如图3所示,先用电流表测出通过R0的电流I0,再用电流表测出通过Rx的电流Ix,由于R0与Rx并联,根据欧姆定律和并联电路的特点,推算出:Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0R0/Ix。
接着,教师见学生探究的积极性高,乘胜追问道:“上述方法我们都进行了两次测量,并利用了串、并联电路特点,利用欧姆定律测出了Rx的值。下面大家开动脑筋,能否仅连接一次测量出Rx的值呢?”
学生都积极投入探索之中,教师适时巡视点拨,一会儿功夫,探究成果便出来了。
学生1:如图4所示,开关S闭合时,Rx短路,电路中仅有R0工作,故电流表此时的示数是通过R0的电流即I合。根据欧姆定律,电源电压为:U=I合R0;当S断开时,电流表的示数是通过Rx和R0的电流,即I断,故此时电源电压为:
U=I断(R0+Rx)
由于前后电源电压不变,有:
I合R0=I断(R0+Rx),
所以Rx=R0(I合-I断)/I断。
学生2:如图5所示,当开关S闭合时,电路中仅Rx工作,电压表的示数为Rx两端电压U合;当S断开时,R0与Rx串联,电压表的示数为Rx,此时分得的电压为U断,根据串联电路特点,此时R0分得的电压为U0=U合-U断,故通过R0的电流为:I0=(U合-U断)/R0。
即此时通过Rx的电流,故Rx的值为:
Rx=U断R0/(U合-U断)
学生3:如图6所示,当开关S断开时,电流表的示数是通过R0的电流I断;当S闭合时,R0与Rx并联,电流表的示数是Rx与R0的总电流I合;由于电源电压不变,根据并联电路特点与欧姆定律得:
Rx=U/(I合-I断)=R0I断/(I合-I断)
学生4:如图7所示,由于R0为滑动变阻器,且阻值为0~20 Ω,所以,当滑片P在a端时,电流表的示数是通过Rx的电流Ia;当滑片P滑到b端时,电流表的示数是通过Rx与R0的电流Ib;由于电源电压不变,故有:IaRx=Ib(Rx+R0最大)。
所以Rx=IbR0最大/(Ia-Ib)。
学生5:如图8所示,开关S闭合后,滑片P在a端时,电压表的示数为Rx两端电压,即电源电压为Ua;当滑片P滑至b端时,由于Rx与R0串联,此时电压表的示数仅为Rx分得的电压Ub,根据串联电路特点和欧姆定律得:Rx=UbR0最大/(Ua-Ub)。
教师分析、表扬后,接着问:“你们能否利用电阻箱测出未知电阻Rx?”学生很快讨论、设计出实验方案,并积极发言。
学生6:如图9所示,把开关S接a点时,读出此时电流表的示数为I;再把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I,读出此时电阻箱的示数R0。因为(R0+Rx)I=(R0+R)I,所以Rx=R0。
教师总结说:“电路计算题关键是根据电路中开关的断开和闭合,正确判断电流的流向,从而得出用电器的串、并联情况,然后根据串、并联电路特点和欧姆定律灵活解决电学有关计算问题。同学们只要掌握方法,牢记规律,一定没有解决不了的问题。”
3结束语
教材本身给了解决物理计算题解题步骤.
(1)画出电路图;先识别电路,在图上标出已知量,未知量(如是动态电路则需画两个或三个电路图)
(2)列出已知条件和所求量;
(3)利用欧姆定律求解;(先公式,再代入,再计算;若是动态电路可列方程或方程组.)
解题时应按例题格式书写.
例 一只小灯泡额定电压为3 V,电阻为10 Ω,现将其接入电压为4.5 V的电路中,为了使小灯泡正常发光,要串联一个多大的电阻?
已知:小灯泡的电阻UL=3 V,电阻RL=10 Ω,总电压U=4.5 V.
求:串联电阻Rx.
1.(2007年安徽)可以用图2的电路图测量未知电阻Rx的阻值.调节电路,当电压表示数U为14.0 V时,电流表的示数为0.40 A.
(1)计算Rx的阻值;
(2)实际上,电流表是有电阻的,如果考虑到电流表的电阻值RA为0.5 Ω,计算这时待测电阻Rx′的阻值.
2.(2008年安徽)干电池是实验经常使用的电源,它除了有稳定的电压外,本身也具有一定的电阻.实际使用时,可以把干电池看成一个理想的电源(即电阻为零)和一个电阻串联组成,如图3(a)所示.用图3(b)所示的电路可以测量出一个实际电源的电阻值.图中R=14 Ω,开关S闭合时;电流表的读数I=0.2 A;已知电源电压U=3 V,求电源电阻r的大小.
3.(2009年安徽)常用的电压表由小量程的电流表G改装而成.电流表G也是一个电阻,同样遵从欧姆定律.图4甲是一个量程为0~3 mA的电流表G,当有电流通过时,电流可以从刻度盘上读出,这时G的两接线柱之间具有一定的电压.因此,电流表G实际上也可以当成一个小量程的电压表.已知该电流表的电阻为Rg=10 Ω.
(1)若将这个电流表当成电压表使用,则刻度盘上最大刻度3 mA处应该标多大的电压值?
(2)如图4乙所示,若将该电流表串联一个定值电阻R后,使通过G的电流为3 mA时,A、B 之间的电压等于3 V,这样A、B之间(虚线框内)就相当于一个量程为0~3 V的电压表(图4丙),求串联的定值电阻R的大小.
4.(2010年安徽)实际的电源都有一定的电阻,如干电池,需要用它的电压U 和电阻r两个物理量来描述它.实际计算过程中,可以把它看成是由一个电压为U、电阻为0的理想电源与一个电阻值为r的电阻串联而成,如图5甲所示.
在图5乙中R1=14 Ω,R2=9 Ω.当只闭合S1时,电流表读数I1=0.2 A;当只闭合S2时,电流表读数I2=0.3 A,把电源按图甲中的等效方法处理.求电源的电压U和电阻r.
5.(2011年安徽)实验室有一种小量程的电流表叫毫安表,用符号mA表示,进行某些测量时,其电阻不可忽略.在电路中,可以把毫安表看成一个定值电阻,通过它的电流可以从表盘上读出.利用图示电路可以测量一个毫安表的电阻,电源的电阻不计,R1=140 Ω,R2=60 Ω.当开关S1闭合、S2断开时,毫安表的读数为6 mA;当S1、S2均闭合时,毫安表的读数为8 mA.求毫安表的电阻RA和电源的电压U.
6.(2012年安徽)有一种装饰用的小彩灯,如图7(a)所示,它的内部是由一个定值电阻与灯丝并联而成,等效电路如图7(b)所示.已知灯丝的电阻R1=10 Ω,定值电阻R2=1000 Ω.
(1)求这个小彩灯的电阻.(结果保留一位小数)
(2)若将一个小彩灯接在电压为1.5 V的电源两端,求通过灯丝R1的电流大小.
(3)如图7(c)所示,将数十个小彩灯串联后接在电压为U的电源两端,均正常发光(图中只画出3个,其他未画出).若其中一个灯的灯丝断了,其他小彩灯的亮度如何变化?写出你的判断依据.
(1)求电路中的电流大小.
(2)求待测电阻Rx的阻值.