发布时间:2023-09-21 16:53:03
序言:写作是分享个人见解和探索未知领域的桥梁,我们为您精选了8篇的欧姆定律规律样本,期待这些样本能够为您提供丰富的参考和启发,请尽情阅读。
(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。
(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。
(5)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。
(6)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3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。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。
《闭合电路欧姆定律》是高中物理电学部分中各种电路的基础内容,同时也是高中物理电路部分的重点内容,深刻理解并掌握本节内容对今后电路学习具有极大的帮助。在高中物理课堂教学活动开展中,为了有效提高《闭合电路欧姆定律》教学设计的有效性,下面本文首先简单分析了《闭合电路欧姆定律》教学目标,并在此基础上提出创设“问题情境”的教学设计为方法的课堂教学实践,以供参考。
高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的。教材在设计中意在从能量守恒的观点推导出闭合电路欧姆定律,从理论上推出路端电压随外电阻变化规律及断路短路现象,将实验放在学生思考与讨论之中。为了有效提高课堂教学质量和教学效果,我们特提出在《闭合电路欧姆定律》教学中创设“问题情境”的教学设计。
1.《闭合电路欧姆定律》教学目标分析
《闭合电路欧姆定律》教学目标主要有以下几个方面:一是,经进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,培养学生推理能力;二是,了解路端电压与电流的U-I图像,培养学生利用图像方法分析电学问题的能力;三是,通过路端电压与负载的关系实验,培养学生利用实验探究物理规律的科学思路和方法;四是,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。高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的,其中涉及到了“电动势和内阻”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”以及“欧姆定律”等诸多内容,这些内容之间具有一定的联系, 只要能够为其构建一个完善的体系,将这些知识有机的结合起来,就能够得出闭合电路的欧姆定律。以建构主义教学思想为基础,采用创设“问题情境”的教学设计,对于提高课堂教学有效性具有积极意义。
2.创设“问题情境”的教学设计具体实践
首先,通过问题的提出激发学生的求知欲。例如:将一个小灯泡接在已充电的电容器两极,另一个小灯泡在干电池两端,会观察到什么现象?并展示生活中的一些电源,演示手摇发电机使小灯泡发光和利用纽扣电池发声的音乐卡片实验,使学生进行思考这些现象出现的原因。通过观察学生会发现手摇发电机是将机械能转化成电能的过程,停止摇动就没有电能,灯泡就不会亮,而干电池、蓄电池是将化学能转化成电能,其化学能能够为干电池提供持续供电的功能,因此小灯泡能够持续发光。然后教师再在这个基础上提出问题:什么是电源的电动势?之后指出电源电动势的概念,帮助学生认识电源的正负极,并画出等效的电路图,利用学生已知的知识,如电势相当于高度,电势差则相当于高度差,这样学生就能够很好的对电势差以及电源电动势的内电压和外电压等概念进行理解了。
其次,在教学中可采用类比、启发、多媒体等多种方法进行教学。教师在课堂教学汇总可借助于多媒体播放flash课件, 借助于升降机举起的高度差或者儿童滑梯两端的高度差,帮助学生更好的理解电源电动势。另外还可以从能量的角度引导学生对其进行理解,例如小花去买衣服,共有100元,其中10元用于打车,90元用于买衣服,在这里,100元就相当于电源的电动势,车费相当于内电压(必要的无用功),买衣服的费用就相当于外电压(有用功),从而使学生掌握内外电压的本质属性。
最后,要通过实验来引导学生进行探究。物理学是一门以实验为基础的科学,观察和实验是提出问题的基础,在实验教学中应鼓励学生观察要细致人微,要善于从实验中发现问题,直观、形象的实验现象能激发学生思考。可以让学生通过实验来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,再从理论上进行分析。然后演示电动势分别为3V和9V(旧)的电源向一个灯泡供电实验,引发学生学习的兴趣,让学习进行讨论,解释现象原因。通过这种方式能够让学生很容易就明白流过灯泡的实际电流不仅与电源的电动势有关,还与电路中的总电阻有关,从而顺理成章的得出闭合电路欧姆定律,完成课堂教学任务。
3.总结语
《欧姆定律》一课,学生在初中阶段已经学过,高中必修本(下册)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.
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总结出物理规律.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.
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.这样使他们既巩固了实验知识,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同学上台协助,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,进一步总结出欧姆定律,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总结,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.
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.定义电阻及总结欧姆定律时,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总结.这样学生就不易将二者混淆.
一、重视实验探究过程,发现新问题
欧姆定律的探究过程把科学探究的七个环节表现得淋漓尽致,从最初了解基本电路中电流、电压和导体电阻的定性关系,从而提出“导体两端的电压和导体的电阻是怎样影响导体中电流大小的,电流与电压和电阻究竟存在什么关系”的问题,到最后处理实验数据和讨论交流,得出电流、电压和导体电阻的定量关系,即欧姆定律,其数学表达式为I=U/R.探究的过程还是一个发现问题并解决问题的过程,使同学们加深了对欧姆定律的理解.
例1某同学按如图1所示的电路,研究通过导体的电流与导体两端的电压、导体电阻间的关系,若保持电源电压的大小和电阻箱R1的阻值不变,移动滑动变阻器R2的金属滑片P,可测得不同的电流、电压值,如表1;然后,他又改变电阻箱R1的阻值,测得相应的电流值,如表2.请回答:
(1)分析表1中数据可知:_____________________________;
(2)分析表2中数据可知:电流与电阻_____.(填“成”或“不成”)反比,这与欧姆定律_______(填“相符”或“不符”),其原因是________.
解析这是一个典型的欧姆定律实验探究题,重点考查的是欧姆定律的结论.一个要注意的细节问题是,欧姆定律的整个探究过程运用了控制变量的思想.因此,在处理实验数据得出正确结论时,一定要体现这种思想.所以分析表1中数据可知:在电阻不变条件下,导体中的电流与导体两端的电压成正比(因为导体两端的电压成倍增加时,流过导体的电流也随着成倍增加).但分析表2中数据却发现,电流和导体电阻的乘积不是一个定值,即电流与导体的电阻不成反比,这个结论显然不符合欧姆定律.那么,为什么得不出正确结论呢?这是我们在探究过程中经常碰到的一个问题,这个问题的解决,本身与这个实验的设计思想连接在一起,因为在探究电流与电阻关系时,应保持电压不变.因此当电阻箱R1的阻值改变时,一定要调节滑动变阻器滑片P,使R1两端的电压保持不变,再读出相应的电流值,然后分析数据.那么,当R1的阻值成倍增加时,如何调节滑片P才能使它两端的电压保持不变呢?如上图,应将滑片P向右调节到适当的位置,想想看,为什么呢?
二、创设新情景,解决新问题
近年来,从中考试题来看,在欧姆定律实验题方面,不仅仅考查了欧姆定律的实验探究过程和伏安法测电阻,也出现了一些创设新情景,运用欧姆定律去解决一些新问题的实验题.这类试题的解答一定要抓住“欧姆定律是电路中的交通规则”这一点,运用公式I=U/R和电路的特点来解答.
例2“曹冲称象”的故事流传至今,最为人称道的是曹冲采用的方法,他把船上的大象换成石头,而其他条件保持不变,使两次的效果(船体浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石头的重.人们把这种方法叫“等效替代法”.请尝试利用“等效替代法”解决下面的问题.
【探究目的】粗略测量待测电阻Rx的值
【探究器材】待测电阻Rx、一个标准的电阻箱(元件符号_______),一个单刀双掷开关、干电池、导线和一个刻度不准确但灵敏度良好的电流表(电流表量程足够大).
【设计实验和进行实验】
(1)在右边的方框内画出你设计的实验电路图;
(2)将下面的实验步骤补充完整,并用字母表示需要测出的物理量.
第一步:开关断开,并按设计的电路图连接电路;
第二步:____________________________;
第三步:____________________________.
(3)写出Rx的表达式:Rx=____________.
解析这是测未知电阻的另一种方法――“等效替代法”.这种实验题对同学们的要求比较高,它创设了一个新的情景(“曹冲称象”),让你从这个新情景中受到启发,来解决一个新问题.它不是欧姆定律探究过程的简单重现,而是要求同学们真正理解欧姆定律中电流、电压、电阻的关系,即电压一定时,电流相等,则电阻相等.因此,我们可以按图3的实验电路来完成待测电阻Rx的粗略测量.连接好电路后,将开关S与a相接,使电流表的示数指示在某一刻度(因为电流表的刻度不准确,因此不能准确读数);接着将开关S与b相接,这个时候需要调节电阻箱,使电流表的示数指示在同一刻度处,读出电阻箱上电阻值为R,这一步充分利用了欧姆定律的结论,当电压相等时,电流相同,则电阻相等.即Rx=R.
同学们想想看,本题为什么说只是粗略测量呢?S接a和接b的顺序能颠倒吗?如果电流表的刻度准确且灵敏度良好,那么可不可以较准确地进行测量呢?(这个时候,我们可以直接根据欧姆定律来解决这个问题,即分别读出S接a和b时,电流表的示数为I1和I2,则通过计算我们可以得到待测电阻Rx=RI2/I1,且这个时候与S先接a还是先接b没有关系.)
三、寻找实验规律,渗透数理思想
欧姆定律的实验探究过程本身就体现了一种数理思想,要求从定性的结论,运用数学方法得出定量的关系式.因此,在以后的中考命题上,这种思想的体现可能是命题者关注的一个焦点.
例4某同学想探究导电溶液的电阻是否与金属一样,也与长度和横截面积有关.于是他设计了实验方案:首先他找来几根粗细不同的乳胶管,按要求剪下长短不同的几段.并在其中灌满质量分数相同的盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱.将盐水柱分别接入电路中的A、B之间.闭合开关,调节滑动变阻器滑片P,读出电流表和电压表的示数,并记录在表格中,如下表:
根据实验数据,请解答下列问题.
(1)通过对实验序号_______或_______的数据处理,我们可以看出导电溶液的电阻与金属一样,电阻的大小与导电溶液柱的横截面积成_______.(填“正比”或“反比”)
(2)通过对实验序号1、4的数据处理,我们可以看出导电溶液的电阻与金属一样,电阻的大小与导电溶液柱的长度成_______.(填“正比”、“反比”)
(3)请填写表格中未记录的两个数据.
(4)对于实验序号6,开关闭合,若保持滑动变阻器滑片P不动,将乳胶管拉长,则电流表的示数将_______;电压表示数将_______.(填“变大”、“变小”或“不变”)
解析这是典型运用自己探究得到的结论解答相关问题的一类题型,要求同学们对整个知识点有一定的驾御能力.实验中测得的是电流和电压,而问题是与电阻有关,因此我们先应运用欧姆定律求出相应的电阻值,再进行分析(这是试题的一种创新).
我们对1、3、4、5组数据的处理得出R1=3Ω,R3=1.5Ω,R4=6Ω,R5=4Ω.运用控制变量的思想,由实验1和3,或4和5,很容易得出导电溶液的电阻与导电溶液柱的横截面积成反比;由实验1和4可以看出,导电溶液的电阻与导电溶液柱的长度成正比.
论文关键词:解题思路,物理规律,物理概念
解物理题一般来说是根据题目叙述的物理情景和已知条件,运用某个物理规律或几个规律去求出待求量的答案。因此解题思路应该从物理规律中去寻找。从物理规律本身的分析中引出解题思路,是形成解题思路的基本方法。物理规律通常用一个数学公式表述,这个数学公式表述了有关物理量之间的数值关系,称之为某某定律、定理。从定律、定理中找解题思路,就要求分析定律中涉及的每一个物理量的意义和各物理量之间的相互关系。这不但有利于加深对物理概念、物理规律的理解,也有利于抽象思维能力的提高。
现举例说明上述观点。
牛顿第二定律是质点动力学的核心规律,动量定律、动能定理均可从牛顿第二定律导出。所以牛顿第二定律及其导出规律在解质点动力学问题中占有极其重要的地位。当各量都取国际单位制时,牛顿第二定律的数学表达式为F合=ma,公式中F合这一项涉及具体的性质力的规律,如万有引力定律,库仑定律等,涉及力的合成分解,以及矢量运算遵循的平行四边形法则。a这一项涉及匀变速直线运动和匀速圆周运动等运动学方面的有关规律。所以全面掌握牛顿第二定律就掌握了力学中涉及的大多数规律和法则。
牛顿第二定律反映的是物体在力的作用下如何运动的问题,所以应用牛顿第二定律时,首先必须明确研究对象,即确定研究主体,并将其从周围环境中隔离出来(所谓隔离体法)。隔离体法在处理连结体问题时,在大多数情境中是必不可少的,如果取连结体的整体,则仍然是一个确定研究主体的问题。研究主题确定了,公式中的m这一项就定了;第二步即对研究主体进行受力分析,是F合这一项的要求,只有对物体进行正确的受力分析,才能确定其所受的合力;第三步,分析研究主体运动状态的变化,从而由运动学规律确定a;第四步,建立牛顿定律的方程,随后就是解方程和讨论结果了。
综上所述,应用牛顿第二定律解题的四个步骤,不是人为的强加于学生的模式,而是应用牛顿第二定律公式F合=ma本身的需要,这就是由物理规律本身去找解题思路的道理。
再举一个电学的例子。、
欧姆定律I=是电学中一个最基本的公式,使用中要注意式中各量的值确属同一电路或电阻,也就是确属同一研究对象,即U是研究对象两端的电压,R是研究对象的阻值,I是流过研究对象的电流,防止张冠李戴。
我们举一个实例:如图,已知E=2V,r=0.5Ω,R1=2Ω,R2=3Ω,求A、B之间和A、C之间的电压。
分析:对整个闭合电路,由闭合电路欧姆定律,得:
I= (1)
隔离A、B之间的外电路,由部分电路欧姆定律,有
UAB=IRAB=I[] (2)
隔离R3,有
I3= (3)
对节点A,有 I=I1+I3 (4)
隔离R1,有 UAC=I1R1 (5)
由(1)--(5)式,代入数据,得出
UAB=1.5V
UAC=0.5V
由此可以看出,在电路问题中,所谓整体,是指具有共同的干路电流的整个电路;所谓隔离,是指对电路的某一部分或某一元件进行研究,联系各部分电路或元件的是连接处的电压和电流,它们之间的关系由串并联的电流、电压的基本关系确定;欧姆定律既适用于电路整体,也适用于某一部分电路,即电学问题也存在研究对象问题。在研究对象确定好以后,再对确定对象进行有关的物理量分析,从而代入恰当的物理方程进行计算和讨论。
可见,解题思路是在分析物理规律中找出的,解题步骤是应用物理规律的客观需要。严格按照由物理规律本身得出的解题步骤,即用有序思路去解决每一个具体的物理问题,正是为了训练正确的思维方式,提高分析问题的能力,这无疑有助于克服解物理问题时无从下手的困难,有助于克服解题时思维混乱的无序状态。
因此,为了有效地提高学生的思维素质和多方面的能力,应当从最基本之处着手,也就是让学生实实在在地准确地理解和掌握物理概念和物理规律的内涵、意义、相互关系、适用条件以及应用中应注意的问题等,并引导学生去思考、讨论、分析、比较、归纳、总结所学的物理知识,从而逐渐领会和掌握物理学的思想、观点和方法。果能如此,学生就不会被动地在茫茫题海中苦苦追求,而能看清物理知识的经纬,有目的主动巡游。其实这种从规律中引出方法的观点,不但对解决问题、应试有用,对未来大学的学习,甚至在大学以后的工作、生活中也有普遍的意义。
此类题目的特点往往是:题目给出电路图,电路中一般含有一个或两个电阻(或灯泡),滑动变阻器一个,电压表、电流表若干。当滑动变阻器滑片移动时,让学生去判断电流表、电压表的示数如何改变。
根据电路元器件连接方式,把此类问题归为简单电路和复合电路两类进行分析。
一、简单电路(用电器与滑动变阻器纯串联或纯并联)
1.纯串联
如图,当滑动变阻器滑片向左滑动时,各表示数如何变化?
[分析]:在此题中,电阻、滑动变阻器三者串联,I=I1=I2,R=R1+R2。。当滑片向左移动时,R2变大,R1不变,R变大,根据欧姆定律I=■,电源电压U不变,I应减小,I1、I2均减小,再根据欧姆定律U1=I1R1可知U1减小,最后根据U=U1+U2知道U2增大。
[结果]:安培表示数减小,伏特表1示数减小,伏特表2示数增大。
2.纯并联
如图,当滑动变阻器滑片向左滑动时,各表示数如何变化?
[分析]:由于电阻和滑动变阻器并联,故U=U1=U2,伏特表示数为电源电压保持不变,当滑片向左移动时,R2变大,R1不变,根据■=■+■,则R变大,根据欧姆定律I=■知I应减小。而R1电阻、电压均不变,故I1不变。再根据I=I1+I2知I2应减小。
[结果]:安培表示数减小,伏特表示数不变,安培表1示数不变,安培表2示数减小。
二、复合电路(滑动变阻器与用电器串并联混联)
1.滑动变阻器在干路中,两电阻并联
如图,当滑动变阻器滑片向左滑动时,各表示数如何变化?
[分析]:此种情况由于R1、R2电阻都不变,可将两电阻并视为一个电阻,它们两端的电压相同,故它们电流变化方向是相同的。这样此题思路就同纯串联电路一样。
[结果]:安培表示数减小,伏特表1示数减小,伏特表2示数增大,安培表1示数减小,安培表2示数减小。
2.滑动变阻器在支路中
如图,当滑动变阻器滑片向左滑动时,各表示数如何变化?
[分析]:此种情况较为复杂。由于R1、R2并联,所以它们两端电压相等为U1,且U=U1+U3,I=I1+I2。当滑片向左移动时,R2变大,导致电路总电阻R增大,根据欧姆定律I=■,电源电压U不变,I应减小,对于R3,再根据欧姆定律U3=IR3可知U3减小,再根据U=U1+U3知道U1增大,从而得到I1增大,最后根据I=I1+I2知道I2减小。
[结果]:安培表示数减小,伏特表1示数增大,伏特表3示数减小,安培表1示数增大,安培表2示数减小。
一、两表的变化
例1 如图1中电源电压保持不变,R2为定值电阻。开关S闭合后,以下说法正确的是( )。
A. 滑片P向右移动,表A示数变小,表V示数变小
B. 滑片P向右移动,表A示数变大,表V示数变大
C. 滑片P向左移动,表A示数变小,表V示数变大
D. 滑片P向左移动,表A示数变大,表V示数变小
解析:滑片P向右移动时,滑动变阻器R1的阻值变大,电路中的总电阻变大,电源电压不变,根据公式I=■可知,电路中的电流变小,R2的阻值不变,由U2=I2R2可知这时R2两端的电压变小。则电流表、电压表的示数均变小。同理,若滑片P向左移动,电流表、电压表的示数均变大。故正确选项为A。
答案:A
点拨:本题考查了同学们对电路电阻发生变化时,相应电表示数变化对应关系的掌握程度,并能熟练运用欧姆定律解决问题。这一考点是中考考查频率最高的考点之一。电路中电表的示数变化问题主要有两种类型:一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各物理量的变化;另一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各物理量的变化。这类问题的解题思路应先认清电路的连接形式,然后分清电流表和电压表在测谁的电流和电压,再根据电路总电阻的变化,运用欧姆定律和串、并联电路的特点,来分析电流表和电压表示数的变化。
二、开关与电路变化
例2 如图2 所示电路,电源电压恒定不变,R1、R2为两个定值电阻,其阻值不随温度变化。当闭合开关S1,断开开关S2、S3时,电流表的示数为3A;当闭合开关S1和S2,断开开关S3时,电流表的示数为5A;当闭合开关S3,断开S1、S2时,电路的总电阻为R3,则R1与R3之比为( ?摇)。
A. 5∶2?摇 B. 2∶5
C. 5∶3 D. 3∶5
解析:当闭合开关S1,断开开关S2、S3时,只有电阻R1接在电源的两端,电流为3A,则R1=■;闭合开关S1和S2,断开开关S3时,R1与R3并联,故通过R2的电流I2=I-I1=5A-3A=2A,R2=■=■。当闭合开关S3,断开S1、S2时,R1与R2串联,R3=R1+R2=■+■=■。所以R1 ∶ R3=■ ∶ ■=2 ∶ 5。
答案:B
点拨:开关在电路中的作用,除使整个电路接通或断开外,还可以改变电路结构和使部分电路形成短路。本题的三个开关处在不同状态时,形成了三个不同的电路:①只有R1接在电路中;②R1与R2并联接在电路中;③R1与R2串联接在电路中。只有根据题意,认清电路结构,才能运用串、并联电路的规律和欧姆定律解题。
三、实验探究
例3 要测出一个未知电阻Rx的阻值。现有量程适当的电压表、电流表各一只,已知阻值为R0的电阻一只,以及电源、若干开关和导线。请根据以下要求设计两种测量Rx阻值的方法。要求:
(1)电流表、电压表、已知阻值的电阻R0三个器材,每次只能选用两个;
(2)测量器材在一种方法中可以使用两次(即可以测出电路中两个不同部分的值);
(3)将实验电路图、测量的物理量及RX的表达式分别填入下表。
解析:要测出Rx的阻值,由公式Rx=■知,必须设法直接或间接测出Ux、Ix。
方法一:电路如图3所示,闭合开关S,测出Rx两端电压Ux和通过Ix的电流Ix,则Rx=■。
方法二:电路如图4所示,闭合开关S,用电压表分别测出RX两端电压Ux和R0两端电压U0,则Rx=■R0。
点拨:这是一道测未知电阻的电路设计题,此题解法较多,要求同学们根据欧姆定律及串、并联电路的特点,进行电路设计。这类考题考查的知识面大,层次也深,不但实验的基本项目要考查,而且还要考虑器材的规格和性能以及在实验中起的主要作用,有实验电路图或实物图的连接、电路故障的判断等,实验中往往同时使用电学的三大仪器——电流表、电压表和滑动变阻器。因此是近几年各地中考的热点,考查的重中之重,出题形式也灵活多样。
四、综合应用
例4 小雯设计了一个测量物体重力的“托盘秤”,如图5所示是原理示意图,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而变化,变化关系如下表),R0为定值电阻,为显示重力大小的仪表(实质是一个量程为0~3 V的电压表)。已知OB ∶ OA=1 ∶ 2,R0=100 Ω,电源电压恒为3 V(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?摇?摇 ?摇?摇Ω。
(2)当托盘上放被测物体时,电压表的示数如图6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300 Ω。
(2)由图可知,R0和R1串联,电压表显示加在R0两端的电压U0,根据串联电路的电压关系知,加在R1两端的电压为:U1=U-U0=3 V-2 V=1 V。
(3)根据串联电路的电流规律及欧姆定律,I1=I0=U0/R0=2 V/100 Ω=0?郾02 A,R1=U1/I1=1V/0?郾02 A=50 Ω
查表得:F=250 N
由杠杆平衡条件可知GlOB=FlOA
G=■=■=500 N
关键词:理论知识与技能训练一体化;学生分组;实验报告
中图分类号:712?摇 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)05-0220-02
电工技能实验课的教学目的在于培养学生的基本操作技能,开发学生的探究能力、思维能力和创新能力;课堂上要求学生根据实验目的设计实验电路,选择仪表,确定实验步骤,测取实验数据,并能对数据进行分析研究,总结结论。本文以验证欧姆定律的内容为例,浅析采用理论知识与技能训练一体化上好电工技能实验课的教学方法。
一、预习
在准备过程中,带领学生复习欧姆定律的内容,设定本次实验目的、方法和步骤,明确实验过程中应注意的问题,并按照实验目的设计记录数据用的表格。同时根据实验内容设置若干探究、扩展认知的问题,用于开拓学生思维,有利于实验的顺利进行。
例如欧姆定律的实验目的是验证电压U、电流I和电阻R三者之间的关系,即电阻R的伏安特性。导体中的电流I与导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比,公式I=U/R。在准备过程中,设置问题为:某同学认为,由公式R=U/I可知,在一段导体上所加的电压越大,这段电阻就越大,这种认识对吗?为什么?
二、实验的过程
为了提高实验的效率,保证实验安全,有序的进行,实验过程按以下步骤进行:
1.学生分组。实验以小组为单位进行,每组4人,明确每个人在实验过程中接线、控制负载、调节电压或电流、记录实验数据等分工工作,在时间允许情况下,调换组员的分工,重复实验。
2.选择器材。实验时领用实验元器件和仪表,熟悉它们的参数、结构、功能和注意事项等,这些能帮助学生构建电路,分析原理,进行实验。
如欧姆定律实验用到的元器件和仪表包括:直流稳压电源1台、直流电压表(0~15V~30V)1只、直流电流表(0~2.5A~5A)1只、单刀单掷开关1个、万用表一只、电阻若干。其中电源的输出电压是可以调节的,调整范围(0~10V);电压表与电阻R并联,用来测量被测电阻R两端的电压;电流表与电阻R串联,用来测量被测电阻R中流过的电流。仪表在测量的过程中应放置最大量程上,观察指针的摆动情况,指针的摆动的幅度不能太小,也不能满偏超过量程。
3.按图接线,通电观察。接线必须在切断电源的情况下进行。依据(图1)电路图,把元器件连接好。接线过程中力求简单,在完成电路功能的情况下,导线用得尽可能少;同时为了查找线路方便,每根功能相同或相近的线路可用颜色相同的导线和插头,也可以用套管给每根线加上编号。
接线完成后,经指导教师检查线路无误后,方可接通电源。改变直流稳压电源的输出值,学生如实记录各仪表的数值填入表中。实验中,人体不能接触带电线路。
4.整理数据和器材。在实验前学生应该根据公式计算所测数据值。变换输入信号的大小,如实记录各个仪表读数。多测几组数据,求出平均值。各组所测的数据可能有存在误差,但总的变化趋势是一定的(图2)。
根据上表的数据,以电压U为横坐标,电流I为纵坐标,表示电阻R的U/I关系的曲线,称为伏安特性曲线。由于在实验中,我们用到的是阻值不变的电阻元件,其伏安特性是线性的。通过发现可以看出,当稳压电源输出9V、7V、5V时,电阻R=50Ω测出的电流值也是按一定规律变化,与我们用欧姆定律计算出来的值基本一致。
实验完毕后,切断电源,学生将所测数据交给指导教师审阅,经老师认可后拆线,把所有的元器件、仪表等整理好,放在指定位置处。
三、设置问题
在学生完成实验后,可以根据实验设计思考题,增强学生对实验的认识和理解。使学生做到理论联系实际,提高学生运用知识的能力,达到实验课的教学目的。
四、实验报告
实验报告是根据实验目的,电路图的工作原理、测取的数据及实验中观察和发现的问题,经过分析研究后写出对的实验结论。实验报告应包括以下内容:
1.实验名称、专业、班级、姓名和实验日期等。
2.列出实验中所用元器件的名称及编号、实验时的电路图、仪表及其仪表量程。
3.以表格的形式对数据进行整理和计算。