发布时间:2023-10-07 15:57:06
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篇的欧姆定律基础样本,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.地位和作用
《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
电阻的串联:R串=R1+R2+…+Rn
一、 课堂教学知识量大,学生难以吸收
初中物理“闭合电路欧姆定律”这一节教学内容有过多次变动,实验教材里的内容主要有两点:一是闭合电路欧姆定律;二是路端电压和负载的关系;此外还外加了路端电压和电流的关系。因为知识点较多,课堂教学量很大,所以课堂上时间紧,学生思考和参与实践都比较少,课堂上没有充分发挥学生的主体作用。从课后反馈的情况来看,学生掌握的情况并不是太好。
因此,针对这种情况,在该课的教学中,教师可以将这一节课的内容分成两节课来讲。第一节课讲闭合电路欧姆定律,在复习电动势、内阻等概念和规律的基础上,通过闭合电路欧姆定律的推导,引出闭合电路欧姆定律。然后对照比较简单的电路图,阐述能量转化的关系以及定律的使用范围等。紧接着通过例题的讲解和课堂训练,使学生对欧姆定律有个全面的认识。在引导学生理解电流和外电阻的关系时,教师演示实验,让学生有个直观的感受,然后再加上理论分析,让学生对物理知识的认知由感性到理性。第二节课讲路端电压和负载的关系,路端电压和电流的关系,在上一节欧姆定律的基础上,导出路端电压和负载的关系U=E1+rR,仍然是先进行演示实验,后进行理论分析,让学生对路端电压和负载的关系有一个从感性到理性的认识。最后讲路端电压和电流的关系U=E―IR,先观察实验,通过改变滑动变阻器的阻值,使电路中电流表和电压表的示数同时发生变化,学生会观察到电流变大时,路端电压变小,反之电流变小,路端电压变大,再利用公式进行分析,这样可给学生留下比较深的印象。
二、演示实验,可视性较差
在演示路端电压和负载(或电流)的关系时,学生要观察电流表、电压表指针的偏转情况,由于表盘小,颜色暗,放在桌面上又有些低,所以站在后面的同学看不清楚,影响了实验效果。针对这种情况,教师可以做如下改进。
在实验课堂上做演示实验时,一方面教师可以把仪器放在一个升降台上,把台子升起来,使全班学生都能看清楚;另一方面对有些演示实验,用投影仪把实验情况投影到大屏幕上,便于学生观察;此外,如果课堂人数较少,教师还可以将演示实验改为6组学生实验,真实性、可视性都会更好。这样不仅能够达到演示实验的预期效果,也能提高学生的动手能力和学习兴趣。
三、 学生活动少,主体作用没有很好体现
在“闭合电路欧姆定律”教学中,一方面是教学内容安排得比较多,为了在规定的时间内完成任务,必须按照设定好的节奏进行,课堂上并没有给学生留下较多思考和发散的时间;另一方面,教师思想保守,教学不够大胆,认为学生物理基础较差,害怕学生不发言,出现冷场情况,或者学生课堂发言不入主题而不好收场。针对这种情况,教师可以做如下改进。
对教学内容做了相应的调整以后,就可以给学生留有更多的思考时间和发表见解的机会,如果学生在课堂上不敢发言,教师可以鼓励、引导学生融入课堂教学活动,学生说错了正好可以纠正其错误,只要学生积极思考,积极参与,勇于发言,就要给予鼓励,这是培养学生良好思维习惯的大好时机。因为,在课堂教学中,任何层次的学生都可以与他互动起来,就看教师怎样引导,如何让学生互动。当然,在实验教学中,很多实验具有安全性和特殊操作性,对于这类实验教师要规范学生的实验行为。加强学生动手实验的目的就是为了充分发掘学生的好动性、探知性,让学生从自己的角度去思考问题,让学生在张扬个性的同时,拓展创新能力。
参考文献
[1]雷光锦.《闭合电路欧姆定律》教学设计[J].昭通师范高等专科学校学报,2011,1(25):111.
[2]谢建华.浅谈“闭合电路欧姆定律”的教学[J].内蒙古民族大学学报,2011,3(15):124-125.
关键词:物理定律;教学方法;多种多样
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。(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。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不过程物理量,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。
关键词:类比法;全电路;电动势;全电动欧姆定律
全电路欧姆定律是《电工基础》第一章重要的一节内容,后续的章节中多处电路的分析和计算要用这一定律,因此掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程至关重要。但是由于本节涉及较多的概念且各物理量之间的关系复杂,再加上教材未附加相应的实验,因此学生很难理解和接受。针对这种情况,我通过实践,采用类比法讲解本节内容,取得了令人满意的效果。下面我就什么叫类比法以及如何用类比法讲全电路欧姆定律,介绍如下。
类比法是指在新事物同已知事物间具有类似方面比较,是人们所熟知几种逻辑推理中,最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明,往往发端于类比。例如:安培从环形电流的磁效应现象类比推出了分子环形电流的假说;库仑根据静电力与万有引力的类比,建立了库仑定律等。类比又被誉为科学活动中“伟大的引路人”。是它首先推动了假说的产生,尽管类比不能代替论证,但可以理解新知识、新概念和规律提供依托。全电路是指含有电源的闭合电路,电流通过时,可用电流类比水流。在重力作用下,水在水管中是由高处向低处流动的,通过重力作功使水的重力势能转变为水的动能。电流是电荷的定向移动形成的,在电场力的作用下,正电荷在导体中由电势高处向电势底处移动,通过电场力做功转变为其他形式的能,即电能转化为其他形式的能。我们知道重力使水向下流,但却不能使水循环流动。要想实现循环流动,就必须在循环系统中有水泵,水泵不停把低处水抽向高处,这样水就一直在循环流动。同样,在电路中要想维持一个循环稳定的电流,也要有一个“电泵”,即电源。这样电荷就在电源内部依靠电源力,把正电荷从低电位的负极经内电路送到高电位的正极,内电路和外电路连接而成一个闭合电路,这样电路中就有持续稳定的电流了。
在水泵中,水泵功率的大小是看它把单位质量的水提升多高,提升越高,其对水做的功率越多。同样,电源的强弱是看它把单位正电荷的电势提高的程度,提得越高对电荷所做的功就越多,即该电源把其他形式的能转化成电能的本领就越强。这样一类比,就很生动形象地向学生引出了难懂又抽象的电动势的概念。即电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功,用符号E表示。当水流在水泵内部时,要受水流阻力,同样,电流通过电源内部时,也受到阻碍,即电源内阻,一般用符号r0表示。很明显全电路就分为内外两部分:电源内部的电路成为内电路,电源外部的电路成为外电路,内外电路电压降之和等于电动势,用E表示。有部分电路欧姆定律来类比全电路欧姆定律为:全电路中的电流I与电源的电动势E成正比,与电路的总电阻(外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和)成反比,即I=/。由此事还可得出,E=IR+Ir0=U+Ur0,U是外电路中的电压降,也是电源两端的电压,称为路端电压;Ir0是电源内部的电压降。通过类比,学生很容易理解和记忆全电路欧姆定律。下面举一例题:
如图电路中,已知电源电动势E=24V,内阻r0=2?赘,负载电阻R=10?赘,求:
(1)电路中的电流;
(2)电源的端电压;
(3)负载电阻上的端电压;
(4)电源内阻上的电压降。
解:根据全电路欧姆定律I=得:
(1)电路中的电I=流=24/10+2=2A
(2)电源中的端电压U=E-Ir0=24-2×2=20V
(3)负载电阻上的端电压U=IR=2×10=20V
关键词:电动势;内阻;方法;误差
中图分类号:G632 文献标识码:B 文章编号:1002-7661(2014)10-266-02
测量电源电动势和内阻是电学部分一个很重要的实验,也是高考命题的热点,对于该实验的测量方法,在参考各类考题的基础上,归纳整理了几种常见类型。
一、用一只电压表和电流表测量
电路如图1-1所示,设被测电源电动势为E,内阻为r,滑动滑动变阻器,得到不同阻值时对应的电流表和电压表示数分别为I1、U1和I2、U2,由闭合电路欧姆定律可得
解得
误差:由于电压表要分流,测量值小于真实值E测< E真、r测< r真。减小误差的方法是尽量选用内阻较大的电压表。
图像法处理
①将 转化为 ,作出U-I图像,
如图1-2所示,此图像:
纵轴截距=E
直线斜率=r
②将 转化为 ,作出I-U图像,
如图1-3所示,此图像:
横轴截距=E
直线斜率的倒数=r
二、用两只电流表测量
电路如图2-1所示,利用已知内阻的电流表来获得路端电压。设被测电源电动势为E,内阻为r,电流表A1内阻为R。
当s1闭合s2断开时,A1示数为I,由闭合电路欧姆定律可得
当s1、s2都闭合时,A1示数为I1,A2示数为I2,由闭合电路欧姆定律可得
解得
此方法无系统误差。
三、用两只电压表测量
电路如图3-1所示,利用已知内阻的电压表来获得电路电流。设被测电源电动势为E,内阻为r,电流表V1内阻为R。
当s1闭合s2断开时,V1示数为U1,V2示数为U2,由闭合电路欧姆定律可得
当s1、s2都闭合时,V1示数为U,由闭合电路欧姆定律可得
解得
此方法无系统误差。
四、用一只电流表和电阻箱测量
电路如图4-1所示,设被测电源电动势为E,内阻为r,电流表A内阻为RA。改变电阻箱的阻值,当电阻箱的阻值为R1时,电流表示数为I1,当电阻箱的阻值为R2时,电流表示数为I2,由闭合电路欧姆定律可得
解得
E=
r=
由上式可知电流表对电源电动势无影响,对内阻有影响。若忽略电流表内阻时,则有
E= r=
此种方法使得E测= E真、r测> r真。减小误差的方法是尽量选用内阻较小的电流表。
图像法处理
①将 转化为 ,作出R- 图像,如图4-2所示,此图像:
直线斜率=E
纵轴截距- RA=r
计算出电动势E和内阻r。
若忽略电流表内阻时,则有 ,作出R- 图像,
如图4-3所示,此图像:
直线斜率=E
纵轴截距=r
②将 转化为 ,作出 -R图像,
如图4-4所示,此图像:
直线斜率的倒数= E
纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
若忽略电流表内阻时,则有 ,作出 -R图像,
如图4-5所示,此图像:
直线斜率的倒数=电动势E
纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
五、用一只电压表和电阻箱测量
电路如图5-1所示,设被测电源电动势为E,内阻为r,电压表V内阻为RV。改变电阻箱的阻值,当电阻箱的阻值为R1时,电流表示数为U1,当电阻箱的阻值为R2时,电流表示数为U2,由闭合电路欧姆定律可得
解得
由上式可看出电压表内阻对电源电动势和内阻都有影响。若电压表内阻无穷大,则有
此种方法使得E测<E真、r测< r真。减小误差的方法是尽量选用内阻较大的电压表。
图像法处理
①将 转化为 ,
作出 - 图像,如图5-2所示,此图像:
直线斜率=纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
若电压表内阻无穷大,则有 ,作出 - 图像,如图5-3所示,此图像:
直线斜率=
纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
②将 转化为 ,
作出 - 图像,如图5-4所示,此图像:
直线斜率=
纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
若电压表内阻无穷大,则有 ,
作出 - 图像,如图5-5所示,此图像:
直线斜率=
纵轴截距=
计算出电动势E和内阻r。
当前,许多初中物理教师在进行电学复习时,常以教材上知识呈现先后次序为依据,按节顺次复习.在每节内容的复习中,常以物理概念梳理为基础,再穿行一些例题的讲解与学生的练习,以此完成复习任务.在整节课的复习中,对于物理概念大多是对旧知的重复,重点不突出,知识体系不清晰;对于练习的设计,常是许多题目的简单堆叠,题型纷繁复杂,主次不分,学生茫无头绪,学习兴趣不浓,收获不大,整节复习课的效果不明显.
在电学复习课中,笔者认为应以电学中基本的电路为基础,打破章节的束缚,采用问题教学法,引领学生系统梳理本章所涉及的物理概念,重温重要的物理实验,强化重要物理规律的探究方法与过程,同时,以基本电路为原型,设计重要题型,注重变式教学,举一反三,提高学生分析问题解决问题的能力.
苏科版九年级物理第十四章《欧姆定律》中的基本电路如图1所示.以此电学基本电路为主线,进行整个章节的系统复习教学,可以让学生感觉到重点突出,思路清晰,耳目一新,还可以调动学生学习的积极性,活跃课堂气氛,提高复习效果.
1利用基本电路,进行物理概念和规律的复习
物理概念和规律是物理学的基础,在物理的复习课中加强对物理概念和规律的再次重温与梳理,应是复习课的重要内容之一.在对《欧姆定律》复习时,笔者以此基本电路为基础,采用问题教学法,突出学生主体地位,引导学生梳理相关电学概念.
问题1此基本电路由电阻元件组成,请问电阻的定义、单位和影响因素各是什么?在研究影响电阻大小因素时采用了什么物理方法?
学生:电阻是导体对电流的阻碍作用,电阻的单位是欧姆(Ω),影响电阻的大小的因素有导体的长度、横截面积、材料和外界的温度,电阻是导体本身的一种性质;在研究影响电阻大小因素时采用了控制变量法.
问题2你能为滑动变阻器写一份说明书吗?
学生:滑动变阻器的工作原理是靠改变连入电路的电阻的长度来改变电阻的大小,它在电路中的主要作用是控制电路中的电流大小,起到保护电路的作用,它的正确接法是采用“一上一下”的接法,它的铭牌告诉我们它连入电路的最大阻值和允许通过的最大电流值.
问题3此基本电路中,电路的总电阻应如何计算?电压的分配与电阻值大小存在怎样的关系?
学生:串联电路的总电阻等于各串联电阻阻值之和,公式R总=R1+R2;串联电路电压的分配与电阻成正比,公式U1/U2=R1/R2.
2利用基本电路,加强电学实验的复习
在第十四章《欧姆定律》中,探究电流与电压、电阻的关系和伏安法测电阻是本章的两个重要实验.运用控制变量法,让学生再次重温实验探究过程,探究电流与电压、电阻的关系,从而得出欧姆定律,这对提高学生实验探究能力具有十分重要的意义;会依据欧姆定律测出定值电阻的阻值,在此基础上通过变式教学,让学生设计出测电阻的多种方法,在提高学生的实验操作技能的同时,可以培养学生的的创新能力和创新思维.对上述两个实验的复习与重温应是本章复习的重点.但两个实验的实验电路图是相同的,这为两个实验的复习提供了良好的基础.笔者在复习这两个实验时,通过一系列的问题设计,由表及里,层层推进,引导学生思考,从而进一步促进学生加深对这两个实验的理解与掌握.
2.1问题:利用这个基本电路,可以完成本章的哪些实验
学生:探究电流与电压、电阻的关系;伏安法测电阻.
2.2利用这个基本电路,复习探究电流与电压、电阻关系实验的问题设计
问题1:本实验所采用的实验方法是什么?
学生:控制变量法.
问题2:本实验的操作要点是什么?
学生:手移动滑动变阻器的滑片,眼睛观察电压表的示数.
问题3:本实验滑动变阻器有什么作用?
学生:在探究电流与电压关系的实验中,滑动变阻器的作用是改变定值电阻电压;在探究电流与电阻关系的实验中,滑动变阻器的作用是控制电压不变;保护电路.
问题4:本实验数据记录表格怎样设计?(略)
问题5:本实验得到的实验结论是什么?怎样用图像表示?
学生: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,这就是欧姆定律的内容.(图像略)
问题6:欧姆定律的公式是什么?运用欧姆定律计算时,应注意什么问题?
学生:欧姆定律公式是I=U/R,运用欧姆定律计算时,应注意电流、电压、电阻是同一时刻同一用电器三个物理量,且该用电器是纯电阻用电器.
问题7:欧姆定律实验探究过程中具体问题的设计:在利用这个基本电路探究电流和电阻关系时:
(1)小明先将5 Ω的电阻接入电路读出电流I,再换10 Ω的定值电阻读出电流,发现并不等于I 的一半,请你分析产生这一现象的原因.(没有调节滑动变阻器保持电阻两端的电压不变)
(2)了解原因后,小明重新进行实验,实验过程中他控制定值电阻两端的电压恒为1.5 V.他先用5 Ω的定值电阻进行实验,再换用10 Ω的定值电阻,合上开关后,你认为电压表的示数将(大于)1.5 V,此时应向(右)调节滑片,使电压表的示数仍为1.5 V.
(3)若在这个电路中,电源电压是3 V,滑动变阻器的最大阻值是15 Ω.实验过程中小明控制定值电阻两端的电压恒为1.5 V,最后用20 Ω的电阻替换10 Ω的电阻接入电路中进行实验,发现无法读取与20 Ω的电阻对应的电流值.经检查,电路连接无误,且元件完好,请你帮他找出两种可能的原因.(原因1:滑动变阻器的最大阻值偏小;原因2:控制定值电阻两端电压偏小)
2.3利用这个电路进行伏安法测电阻实验的问题设计
问题1:伏安法测电阻的原理是什么?
学生:根据欧姆定律I=U/R.
问题2:在电路连接过程中应注意哪些问题?
学生:连接电路时,开关应断开.开关闭合前,应将滑动变阻器的滑片移到最大阻值位置.
问题3:在连接电路时,电流表与电压表的量程应怎样选择?
学生:电压表根据电源电压来选择量程;电流表根据电路中所估测的最大电流来选择量程.
问题4:此实验中滑动变阻器的作用是什么?表格应怎样设计?
学生:保护电路;多次测量取平均值,以减小实验误差.(表格略)
问题5:若用这个电路测小灯泡电阻,测出的小灯泡电阻不同,是由于实验误差的原因吗?
学生:不是,灯泡电阻受温度影响.
问题6:在伏安法测电阻的实验和探究电流和电压、电阻关系的实验中都做了三次实验,它们的目的相同吗?
学生:不同,前者是多次测量求平均值以减少误差,后者是排除实验偶然性.
问题7:在利用这个电路测量定值电阻阻值时,若电流表损坏,如何利用余下的实验器材测出定值电阻的阻值?
(1)方法1:如图2甲所示,闭合开关,先用电压表测出待测电阻Rx两端电压为U1,再用电压表测出滑动变阻器R两端电压为U2,变阻器一直处于最大阻值位置,则Rx=U1R/U2.
(2)方法2:如图2乙所示,闭合开关,将滑动变阻器滑片P滑到a端读出电压表示数为U1,滑片P滑到b端读出电压表示数为U2,则Rx=U2RU1-U2.
(3)方法3:若再提供一个电阻箱,如图2丙所示,保持滑动变阻器的滑片P不动,只闭合开关S1读出电压表示数为U;只闭合开关S2,并调节电阻箱R0使电压表示数仍为U,则电阻箱R0的阻值为此时待测电阻的阻值.此方法为等效替代法.
问题8:在利用这个电路测量定值电阻阻值时,若电压表损坏,又如何利用余下的实验器材测出定值电阻的阻值?
实验设计总体思路:电路并联.
3利用基本电路,提高学生解题能力
笔者认为,本章习题繁多,教师在复习时,若不注重总结、归纳和引导,容易使学生陷于题海中.本章虽题目繁多,但通过《义务教育物理课程标准》的学习和对大量题型的认真分析与总结,许多题目设计总是围绕笔者所提供的基本电路展开.在一节课复习时间有限的前提下,以此电路为基础,注重对重要知识点和重点题型的设计就显得尤为重要.通过对此电路相关问题的精心设计,在师生共同讨论与分析前提下,可提高学生分析问题和解决问题的能力,还能使学生触类旁通,起到事半功倍的效果.
问题1根据表1数据回答:在这个基本电路中,连接电路需用导线,应从铜线和铁线中,选用.制作滑动变阻器选择电阻线材料时,应从锰铜合金和镍铬合金中,选用.
表1导线电阻R/Ω导线电阻R/Ω铜0.017锰铜合金0.44铁0.096镍铬合金1.1(导线长1 m,横截面积1 mm2,温度20 ℃)
问题2当滑动变阻器的滑片向右移动时,电流表的示数,电压表的示数,电压表与电
流表的示数之比.
问题3当滑动变阻器的滑片向右移动时,若电流表示数不变且为零,但电压表的示数较大,可能的电路故障是;若电流表有示数,但电压表没有示数,可能的电路故障是.
问题4在这个电路中,若电源电压为6 V且保持不变,定值电阻阻值为8 Ω,滑动变阻器R的最大阻值为10 Ω.小明所选用的电压表量程为0~3 V,电流表量程为0~0.6 A.为了保证电路安全,实验中滑动变阻器接入电路的阻值范围是
A.0~2 ΩB.0~8 Ω
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.
[关键词]:欧姆定律;物理结论;表述;形成过程
中图分类号:G4
物理结论常用的表达方式有:文字叙述、数学语言表达、特定表示法,初中物理中以文字叙述最为常见。物理结论的表述要求科学、准确,同时必须注意结论的严密性和逻辑性。物理结论的形成通常建立在数据分析和因果关系分析,这两种关系的分析一般采用控制变量的研究方法,如果能知道一个现象的发生是由于某个原因引起的,又能从该现象和某原因之间所存在的数量关系中找出规律,只要把这两个方面概括起来进行描述,就很容易得出实验结论。下面结合欧姆定律的形成和理解,就同学们表述物理结论时出现的错误,谈谈物理结论的准确表述及形成过程。
欧姆定律这一基本规律,是初中电学知识的基础和重点,可以说它是解决电学问题的一把金钥匙。它揭示了电流、电压、电阻三者之间的定量关系,是利用控制变量法在实验的基础上归纳总结出来的。即控制电阻不变,得到通过导体中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,得到通过导体中的电流跟导体的电阻成反比。教材(北师大版九年级物理教材)中表述为: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。它的表达式为:,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,当导体两端的电压(U)或导体本身的电阻(R)变化时,通过导体的电流(I)将发生相应的变化。其中电流(I)、电压(U)、电阻(R) 这三个物理量必须是对应于同一导体(或同一段电路)在同一时刻(或同一段时间),也可以说是"一一对应"的,即应用欧姆定律时,必须讲究同一性和同时性。用它进行计算时,带入数据的单位必须统一为国际单位。另外,它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。若导体本身的电阻(R)不为零,两端的电压(U)为零,则通过导体的电流(I)也为零,也就是,给一导体两端不加电压,就没有电流通过;若导体是绝缘体电阻(R)可为无穷大,即使它的两端有电压(U),通过导体的电流(I)也为零,电流无法通过。
而通过欧姆定律得到的变形式表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比是一个不变的值,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,是表示导体对电流阻碍作用的本领大小,其大小只决定于导体的材料、长度、横截面积和温度,跟导体两端的电压和导体中有无电流无关,不能受数学的思维定势影响。
例题:某同学在做"探究通过导体的电流与电阻的关系"的实验中,收集了一些实验数据如下表,由表内数据可得的结论是:___________。【电压U=3V】
电流I/A
0.3
0.2
0.1
电阻R/Ω
10
15
30
【错误结论之一】当导体两端的电压一定时,导体的电阻跟通过导体的电流成反比。
【病因】颠倒因果关系,犯逻辑错误
【分析 】原因和结果,在物理实验中,通常表现为物理条件和现象,物理条件是原因,物理现象是结果,物理条件的改变引起了物理现象的变化。因此要归纳科学规律,一方面要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,另一方面还要注意两个物理量的因果关系,不能前后颠倒。由于通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻这两个因素有关,因此本实验探究通过导体的电流跟电阻的关系的方法是:保持导体两端电压不变,通过改变导体的电阻,来观察电流的变化情况。电阻的变化是原因,电流的变化是结果。因此,表述这类问题必须首先明确"那是因、哪是果"。
【错误结论之二】当导体两端的电压一定时,导体的电阻越大,导体中的电流就越小。或者,当导体两端的电压一定时,导体的电阻随导体中的电流的增大而减小。
【病因】混淆定量描述与定性分析
【分析】从表中电流、电阻的实验数据的规律表明:当导体两端的电压一定时,导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。两个物理量之间存在反比关系,属于定量关系,上述错误却表达为×××随×××的增大而减小,属于定性关系,不准确。
【错误结论之三】导体中的电流跟导体的电阻成反比。
【病因】注重结果,忽视条件
【分析】物理结论都有其成立的条件,表达时如果忽视了成立的条件,就是不准确的,甚至是错误的,这类问题常常用控制变量探究问题,分析实验数据时,要分清哪个因素是自变量(引起实验结果变化的原因),哪个因素是因变量(实验结果,其变化是由其它因素的变化引起的),哪个因素是不变量(包括相等的量),最后得出正确结论,其格式一般为"在......不变(或相等)的情况下(条件) ......(结果)"
本人在长期的教学实践中总结出,物理结论的形成一般分为以下四步:
(1)、抓问题。就是通过审题弄清要研究的问题,即研究对象。也就是说首先明确被研究量及相关的各个因素。上述问题研究的是通过导体的电流跟导体的电阻的关系。
(2)、找条件。确定结论成立的条件,即找出题目中给出的条件或控制哪些量不变。上述题目中给出导体两端的电压不变。
(3)、论关系。利用题目中的数据或现象分析物理量之间的变化关系或规律,同时明确物理量之间的因果关系。从表中电流、电阻的数据变化中可以发现:导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。也就是说通过导体的电流跟导体的电阻成反比。