時間:2023-07-12 17:07:51
開篇:寫作不僅是一種記錄,更是一種創造,它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感,將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的12篇歐姆定律步驟,希望這些內容能成為您創作過程中的良師益友,陪伴您不斷探索和進步。
【關鍵詞】歐姆定律 應用 初中科學 教學策略 探索
“歐姆定律及其應用”的教學目標是讓學生理解歐姆定律,并應用歐姆定律進行簡單計算;能根據歐姆定律及其電路的特點,更深刻理解串、并聯電路的特點;通過計算,學會解答電學計算題的一般方法,培養學生邏輯思維能力,觀察、實驗能力以及分析問題、概括問題、解決問題的能力,并養成學生解答電學問題的良好習慣。通過實驗探究等學習方法,激發和培養學生學習科學的興趣,培養學生實事求是的科學態度以及認真謹慎的學習習慣。
近幾年,中考對“歐姆定律及其應用”的考查非常多,歸納一下,主要是從這么幾方面進行考查的。
1、以歐姆定律為基礎,結合串、并聯電路的電壓、電流、電阻特點,解決一些簡單的計算。
例1、如圖3所示, ,A的示數為2.5A,V的示數為6V;若R1,R2串聯在同一電源上,通過R1的電流為0.6A,求R1和R2的電阻值。
圖3
解析:此題考查了學生對并聯電路特點的掌握和對歐姆定律公式的理解。在解物理題中,數學工具的應用很重要。本題可先根據并聯電路的特點,找出R1、R2和總電阻的關系。
2、結合伏安法測電阻的相關知識,更深刻的理解歐姆定律的生成,強化電學實驗操作技能的考查。
例2、給出下列器材:電流表(0~0.6A,0~3A)一只,電壓表(0~3V,0~15V)一只,滑動變阻器(0~10 )一只,電源(4V)一個,待測電阻的小燈泡(額定電壓2.5V,電阻約10 )一個,開關一只,導線若干,要求用伏安法測定正常發光時小燈泡燈絲的電阻,測量時,兩表的指針要求偏過表面刻度的中線。
(1)畫出電路圖;
(2)電流表的量程選 ,電壓表的量程選 ;
(3)下列必要的實驗步驟中,合理順序是 。
A. 閉合開關 B. 將測出的數據填入表格中
C. 計算被測小燈泡的燈絲電阻 D. 讀出電壓表,電流表的數值
E. 斷開開關 F. 將滑動變阻器的阻值調到最大
G. 對照電路圖連好電路 H. 調節滑動變阻器,使電壓表的示數為2.5V
解析:歐姆定律的得出是根據伏安法測電阻的電路圖來進行探究的,而伏安法測電阻同時也是歐姆定律的一個應用。所以伏安法測電阻與歐姆定律的應用其實是相輔相成的。對伏安法測電阻的相關知識的考查,其實更能幫助學生理解歐姆定律的生成。并且通過自己畫電路圖的過程,考查了學生對電路連接的作圖能力和實驗設計能力。
3、應用“歐姆定律”判斷電路中各電表的示數變化
例3、如圖1所示,電源電壓保持不變,當滑動變阻器滑片P由左端向右移到中點的過程中,下列判斷正確的是( )
A. 電壓表和電壓表A1,A2和示數變大
B. 電流表A1示數變大,電流表A2和電壓表示數不變
C. 電流表A2示數變大,電流表A1,電壓表示數不變
D. 條件不足,無法判斷
解析:本題考查了利用歐姆定中電壓、電流、電阻的關系來判斷電流表、電壓表示數變化的同時,也考查了學生對復雜電路的判斷能力,電表測哪個用電器的電壓,測通過哪個用電器的電流等。R1和R2是并聯關系, 測電源電壓; 測干路電流, 測R2的電流。
答案: B
4、通過解方程的方法結合歐姆定律,解決由于電阻變化而引起電壓、電流變化的題。
例4、 如圖2所示,變阻器R0的滑片P在移動過程中電壓表的示數變化范圍是0~4V,電流表的示數變化范圍是1A~0.5A,求電阻器R的阻值、變阻器R0的最大阻值和電源電壓U。
圖2
解析:在電路中由于電阻發生變化引起的電流、電壓變化的題,如不能直接用歐姆定律和串、并聯電路特點直接求解,可考慮用方程解題。在設未知數時,盡量設電源電壓、定值電阻等電路中不會變化的量。首先分析一下電路圖,弄清電流表測量對象,同時可看出電壓表示數為0V時,電流表示數最大為1A,電壓表示數為4V時,電流表示數最小為0.5A。但根據已知,用歐姆定律和串聯電路的特點能直接求出的量只有R0的最大電阻值,別的再無法直接求出,因此這里必須要列方程來解。
5、“歐姆定律”和生活實際的結合,提高學生觀察生活的能力和解決實際問題的能力。
例5、下圖是新型節能應急臺燈電路示意圖,臺燈充好電后,使用時可通過調節滑動變阻器接入電路的阻值R改變燈泡的亮度,假定電源電壓、燈泡電阻不變,則燈泡兩端電壓U隨R變化的圖象是( )
解析:燈L和滑動變阻器串聯,電源電壓U、燈泡電阻 不變。當滑片向左移動時,滑動變阻器的電阻變大,即電路中的總電阻變大,由 知,電路中的電流I會變小,則燈泡兩端電壓 也會變小。
答案:選C。
結論:授之以魚不如授之以漁,以上總結的題目類型可能并不完全,但只要學生能掌握并真正理解歐姆定律的內涵,就能很好的應用它來解決生活實際中真正出現的問題,把理論轉化為實踐才是學習的真正目的。
參考文獻
[1] 謝妮.歐姆定律教學的優化設計[J]. 職業
[2] 鄒冠男.歐姆定律知識梳理[J]. 中學生數理化(八年級物理)(人教版)
關鍵詞:理論知識與技能訓練一體化;學生分組;實驗報告
中圖分類號:712?搖 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)05-0220-02
電工技能實驗課的教學目的在于培養學生的基本操作技能,開發學生的探究能力、思維能力和創新能力;課堂上要求學生根據實驗目的設計實驗電路,選擇儀表,確定實驗步驟,測取實驗數據,并能對數據進行分析研究,總結結論。本文以驗證歐姆定律的內容為例,淺析采用理論知識與技能訓練一體化上好電工技能實驗課的教學方法。
一、預習
在準備過程中,帶領學生復習歐姆定律的內容,設定本次實驗目的、方法和步驟,明確實驗過程中應注意的問題,并按照實驗目的設計記錄數據用的表格。同時根據實驗內容設置若干探究、擴展認知的問題,用于開拓學生思維,有利于實驗的順利進行。
例如歐姆定律的實驗目的是驗證電壓U、電流I和電阻R三者之間的關系,即電阻R的伏安特性。導體中的電流I與導體兩端的電壓U成正比,與導體的電阻R成反比,公式I=U/R。在準備過程中,設置問題為:某同學認為,由公式R=U/I可知,在一段導體上所加的電壓越大,這段電阻就越大,這種認識對嗎?為什么?
二、實驗的過程
為了提高實驗的效率,保證實驗安全,有序的進行,實驗過程按以下步驟進行:
1.學生分組。實驗以小組為單位進行,每組4人,明確每個人在實驗過程中接線、控制負載、調節電壓或電流、記錄實驗數據等分工工作,在時間允許情況下,調換組員的分工,重復實驗。
2.選擇器材。實驗時領用實驗元器件和儀表,熟悉它們的參數、結構、功能和注意事項等,這些能幫助學生構建電路,分析原理,進行實驗。
如歐姆定律實驗用到的元器件和儀表包括:直流穩壓電源1臺、直流電壓表(0~15V~30V)1只、直流電流表(0~2.5A~5A)1只、單刀單擲開關1個、萬用表一只、電阻若干。其中電源的輸出電壓是可以調節的,調整范圍(0~10V);電壓表與電阻R并聯,用來測量被測電阻R兩端的電壓;電流表與電阻R串聯,用來測量被測電阻R中流過的電流。儀表在測量的過程中應放置最大量程上,觀察指針的擺動情況,指針的擺動的幅度不能太小,也不能滿偏超過量程。
3.按圖接線,通電觀察。接線必須在切斷電源的情況下進行。依據(圖1)電路圖,把元器件連接好。接線過程中力求簡單,在完成電路功能的情況下,導線用得盡可能少;同時為了查找線路方便,每根功能相同或相近的線路可用顏色相同的導線和插頭,也可以用套管給每根線加上編號。
接線完成后,經指導教師檢查線路無誤后,方可接通電源。改變直流穩壓電源的輸出值,學生如實記錄各儀表的數值填入表中。實驗中,人體不能接觸帶電線路。
4.整理數據和器材。在實驗前學生應該根據公式計算所測數據值。變換輸入信號的大小,如實記錄各個儀表讀數。多測幾組數據,求出平均值。各組所測的數據可能有存在誤差,但總的變化趨勢是一定的(圖2)。
根據上表的數據,以電壓U為橫坐標,電流I為縱坐標,表示電阻R的U/I關系的曲線,稱為伏安特性曲線。由于在實驗中,我們用到的是阻值不變的電阻元件,其伏安特性是線性的。通過發現可以看出,當穩壓電源輸出9V、7V、5V時,電阻R=50Ω測出的電流值也是按一定規律變化,與我們用歐姆定律計算出來的值基本一致。
實驗完畢后,切斷電源,學生將所測數據交給指導教師審閱,經老師認可后拆線,把所有的元器件、儀表等整理好,放在指定位置處。
三、設置問題
在學生完成實驗后,可以根據實驗設計思考題,增強學生對實驗的認識和理解。使學生做到理論聯系實際,提高學生運用知識的能力,達到實驗課的教學目的。
四、實驗報告
實驗報告是根據實驗目的,電路圖的工作原理、測取的數據及實驗中觀察和發現的問題,經過分析研究后寫出對的實驗結論。實驗報告應包括以下內容:
1.實驗名稱、專業、班級、姓名和實驗日期等。
2.列出實驗中所用元器件的名稱及編號、實驗時的電路圖、儀表及其儀表量程。
3.以表格的形式對數據進行整理和計算。
例1.某同學在探究“電流跟電壓、電阻的關系”時,根據收集到的數據畫出了如圖所示的一個圖像.下列結論與圖像相符的是()
A.電阻一定時,電流隨著電壓的增大而增大
B.電阻一定時,電壓隨著電流的增大而增大
C.電壓一定時,電流隨著電阻的增大而減小
D.電壓一定時,電阻隨著電流的增大而減小
分析:(1)圖像的橫坐標表示電阻,縱坐標表示電流,因此得到的是電流和電壓的關系;(2)圖像是個反比例函數圖像,因此說明電流與電阻成反比,即電流隨電阻的增大而減小;(3)在探究電流與電阻的關系時,應控制電壓不變.
綜上,由圖像可得出的結論是:電壓一定時,電流隨電阻的增大而減小.
答案:C
例2.在如圖所示的電路中,電阻R1的阻值為10歐.閉合電鍵S,電流表Al的示數為0.3安,電流表A的示數為0.5安,試求:
(1)通過電阻R2的電流是多少?
(2)電阻R2的阻值是多少?
分析:(1)分析電路圖可知,兩電阻并聯,電流表A1測流過R1的電流,電流表A2測總電流.則由并聯電路的特點可求得流過R2的電流.
I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A.
(2)對于R1,由歐姆定律可求得電路兩端的電壓.對于R2,由歐姆定律可求得R2的阻值.由歐姆定律得:U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V,因兩電阻并聯,故U2=U1,則R2=U2/I2=3V/0.2A=15Ω.
答案:(1)通過R2的電流是0.2A;
(2)電阻R2的阻值為15Ω.
例3.如圖所示為伏安法測量小燈泡電阻的電路圖.
(1)在電路圖甲中的“”內填上電表符號;
(2)閉合開關S,電流表示數如圖乙所示.向A端移動滑片P,小燈泡的亮度會變_____;
分析:(1)根據電壓表與燈泡并聯,電流表與燈泡串聯的連接方式,可以判斷空圈內填什么電表.
(2)滑動變阻器接左半段,滑片向A端移動,左半段變短,電阻變小,總電阻變小,電路電流變大,燈泡變亮.
答案:(1)
(2)亮
【小試牛刀】
在探究“電流與電壓、電阻的關系”的過程中,兩小組同學提出了以下猜想:
小組1猜想:電流可能跟電壓成正比;小組2猜想:電流可能跟電阻成反比.
( 1)小組1的做法是:按圖1所示連接電路,此時開關應處于_____狀態(填“斷開”或“閉合”).保持定值電阻R=10Ω不變,閉合開關S后,調節滑動變阻器R′,得到多組數據.在分析數據的基礎上得出正確結論.
(2)小組2也連接了如圖1所示的電路圖.
正確的實驗步驟為:
①將5Ω電阻接入電路,閉合開關,調節滑動變阻器,使電壓表示數為1.5 V,記錄電流表示數;
②將5Ω電阻換成10Ω電阻,閉合開關后發現電壓表示數大于1.5 V,應將滑動變阻器的滑片向______(填“左”或“右”)移動,當觀察到電壓表示數變為_________ V時,記錄電流表示數;
③將10Ω電阻換成15Ω電阻,閉合開關后發現:當滑動變阻器的滑片移動到最右端時,電流表和電壓表的示數如圖2所示.出現上述情況的原因可能是()
A.滑動變阻器最大阻值太大
B.滑動變阻器最大阻值太小
C.滑動變阻器斷路
D.定阻電阻短路
教學策略作為教學設計的中心環節,其設計科學與否直接關系到教學的效率,甚至教學的成敗。建構主義理論針對教學策略設計這一環節強調指出:“我們不是僅僅為了選擇教學策略,而是要創設學習者積極學習的現實環境。”為此,建構主義理論主張在教學設計中應注意擴展學生對自己學習的責任感,包括允許學生決定自己想學什么,讓學生能管理自己的學習活動,讓學生在學習時能得到互相幫助,創設非威脅性的學習氣氛,幫助學生發展元認知意識,使得學習富有意義,包括最大程度地利用現有知識,在現實情境中使教學有固著點,提供學習內容的多種方式,促進積極的知識建構,包括利用活動促進高層次思維,鼓勵審視不同的觀點,鼓勵創造性,靈活地解決實際問題,提供學生呈現學習過程與結果的機制。那么,如何在初中物理教學中進行新課程課堂教學策略設計呢?筆者結合案例進行分析:
一、物理教學策略設計案例
我們來分析針對《歐姆定律》一節課分別用歸納教學策略和探究教學策略設計的兩則案例:
【案例1】 運用歸納教學策略設計的教案
1.導入:講述歐姆為探索真理,十年嘔心瀝血,堅持不懈地研究,最終得出歐姆定律的感人經歷,激勵學生的學習欲望。
2.演示實驗
步驟1:研究導體中的電流與導體兩端電壓的關系,記錄有關數據。
步聚2:研究導體中的電流與導體電阻的關系,記錄有關數據。
以上步驟由教師與學生共同活動完成。
3.對實驗結果進行歸納推理:當導體的電阻不變時,增大導體兩端的電壓,電壓越高,通過導體的電流越大,電壓增大幾倍,電流強度就隨之增大幾倍;當加在導體兩端的電壓不變時,隨著電阻的增大,流過電阻的電流強度就減小,電阻增大到原來的幾倍,電流強度就減小為原來的幾分之一。通過以上推理得出:導體的電阻一定時,導體中的電流與導體兩端的電壓成正比例關系;電壓一定時,導體中的電流與導體的電阻成反比例關系。
4.驗證推理:設計兩組實驗數據表,每一組中留有適量的空白,請學生根據推理的結果在空白處填上適當的數據,教師通過演示實驗同學生一道驗證所得結論的正確性。
5.歸納得出結論:導體中的電流強度與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,這個結論叫做歐姆定律。
【案例2】 運用探究策略設計的教案
1.提出問題:教師指出,我們曾通過實驗發現,燈泡兩端的電壓越高,燈就越亮,流過燈的電流就越大。電流與電壓、電阻之間究竟有什么關系呢?
2.形成假設:學生通過討論認為有可能電流與電壓成正比,與電阻成反比(學生通過學過的有關電壓與電阻的知識能夠比較順利的提出假設)
3.制訂方案:固定電阻、改變電壓、研究電流與導體兩端電壓的關系,換用不同的電阻,保持電壓不變,重復上述步驟,研究電流與電阻的關系,教師與學生共同研討,確定最佳方案。
4.實施方案:學生分組進行實驗,并將實驗結果填入自己設計的表格中。
5.分析與論證:分析實驗結果,驗證與假設是否相符,得出結論。
6.評價:檢驗實驗過程的操作是否規范,實驗結果是否可靠。
7.交流:各小組形成實驗報告,交流實驗結果,形成最終結論(有關作業與反饋,保持與遷移等環節在兩案例中略)。
二、物理教學策略設計案例分析
運用歸納策略設計的案例中,教師通過演示實驗向學生展示了歐姆定律的形成過程,并經過歸納推理得出歐姆定律,通過師生雙方的互動,學生不但對定律的來龍去脈有了清晰的了解,能夠系統地理解和掌握知識,同時也得到了科學方法的訓練,發展了他們的觀察能力和邏輯思維的能力。相對于探究策略而言,歸納策略是比較省時的,而運用探究策略設計的案例中,則是學生通過自己的探究活動得出結論的,由于學生親自參與了科學探究的全過程,因此,不但發展了他們發現問題,解決問題等多種能力,而且通過對探究樂趣的體驗,激發他們的創新意識與欲望。同時,由于探究過程是以組為單位進行的,并且需要對結論進行交流與評價,因此,對培養學生的合作精神及反思和評價能力也是十分有利的。物理教學策略是在一定情況下達到特定目標的最有效的策略,只有當教師對于教學內容的類型、學生的現狀、現有的條件等各方面因素,都能做到心中有數,才能考慮為達到某個特定目標的“最好”的教學策略。
關鍵詞:復雜直流電路;計算方法;對口升學
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.196
首先我們要了解什么是復雜直流電路。復雜直流電路并不是指電路元件很多,線路很復雜,而是指不能用串、并聯分析方法化簡為無分支的單回路的電路,即無法用閉合電路歐姆定律解題的電路,而能夠運用這些方法計算的就是簡單電路了。復雜直流電路的計算方法有很多,考試大綱中所要求掌握的有四種:支路電流法,疊加定理,戴維南定理,電壓源與電流源等效變換。復雜直流電路計算方法其實就是把復雜直流電路轉換成簡單直流電路來分析的方法,掌握了這些分析方法,就可以運用簡單電路的方法進行計算了。所以,要學好復雜直流電路的計算,必須先熟練掌握簡單直流電路的計算方法。以下我們逐一介紹各種復雜直流電路計算方法。
1 疊加定理
疊加原理是線性電路的重要基本原理,它說明了線性電路中各個電源對電路的影響是獨立的。我們只需要將各個電源單獨作用的電路圖分別畫出來,并明確該電源對待求元件作用的電壓或者電流的方向,之后就是運用串、并聯電路特點和歐姆定律進行計算了,最后根據方向確定幾個單獨作用的電壓或電流疊加是相加還是相減。需要注意的是,疊加定理只適用于線性電路,只能用來計算電壓和電流,而不能計算功率。可以啟發學生根據功率公式P=I2R或P=U2/RM行分析。
在實際運用中,學生出現問題的地方主要有以下這些:把電源置零的狀態記反了;將各個電源單獨作用時電壓或者電流的方向標錯了;不會計算并聯電路的分電流等。可以針對這些問題對學生進行強化練習。
2 基爾霍夫定律
學習基爾霍夫定律首先要了解清楚支路,節點,回路,網孔這四個概念。支路電流法的解題步驟為:(1)任意設好各支路的參考電流方向和網孔的繞行方向;(2)列節點電流方程,方程數為節點數減一;(3)列回路電壓方程,方程數為支路數減節點電流方程數;(4)運用消元法解方程組,解得的值為負,則表示之前所設的參考方向與電流的實際方向相反。支路電流法列式很容易,但若支路太多,解方程組時比較繁瑣。學生主要出問題的地方就是方程組解不出,其次是在列回路電壓方程時電位的升降有時判斷不清。近些年湖南省對口升學高考沒有出支路電流法的解答題,但在選擇填空題中多次出現。
3 戴維南定理
戴維南定理可以說是對口高考考得最多的一種方法,其常規題型可以分成以下三個步驟:(1)斷開待求支路或元件,根據開路電壓等于電源電動勢的原理,將開路電壓等效為一個等效電壓源,可運用電位或KVL進行計算;(2)將電源置零(同疊加定理),得無源二端網絡,求其等效電阻;(3)將有源二端網絡等效成一個實際電壓源,再把之前斷開的待求支路或元件接回去,利用閉合電路歐姆定律計算。三個部分實際上就是三個知識點,電位計算,電阻混聯計算和閉合電路歐姆定律,掌握這三點,做戴維南定理的常規題并不難。需要注意的事,有時我們發現,斷開待求支路或元件后,剩下的有源二端網絡依然是個復雜電路,則需要將其再次運用復雜直流電路計算方法計算。
除了常規計算題,戴維南定理也有很多技巧題,大部分都是利用了閉合電路歐姆定律的特點。如湖南省對口高考2009到2012連續考的負載獲得最大功率的問題,此時負載電阻等于二端網絡等效電阻;如保持有源二端網絡不變,改變外電路狀態,解二元一次方程組等,都是把有源二端網絡直接看作實際電壓源來分析,在選擇填空題中多次出現。
學生主要出現的問題的地方就是等效電壓源的計算,可通過電位計算的題型進行訓練,電位計算也是對口高考的常考題型。
4 電壓源與電流源等效變換
對于特定的一些題目,運用電壓源與電流源等效變換的方法進行計算非常快捷方便。首先要明確兩點:(1)只有實際電壓源和實際電流源才能夠相互轉換;(2)待求元件不參與轉換,這也是很多學生容易出錯的地方,可以像戴維南定理那樣先把待求元件斷開,轉換到只剩一個電源時再把待求元件接回去。具體方法是:(1)幾個實際電源串聯時,全部轉換成電壓源利用串聯分壓的原理合并;并聯時,全部轉換成電流源利用并聯分流的原理合并;(2)實際電源與電阻或理想電源串、并聯時,同樣根據串并聯特點講實際電源轉換后再與電阻或理想電源合并;(3)特別的,與理想電壓源并聯的元件和與理想電流源串聯的元件可以全部去掉(不含待求元件)。熟練掌握電源等效變換對快速解選擇填空題和驗證計算題答案非常有幫助。
學生常犯的錯誤除了前面所說的將待求元件進行轉換外,還有電源轉換的方向分不清,這可以按電源上電流方向為電動勢從低到高的方向來記憶;分不清電阻的串、并聯等。
5 其他應用
例1如圖1所示,電源電壓保持不變,當滑動變阻器的滑片在某兩點間滑動時,電壓表的示數在7.2V~10V范圍內變化,電流表的示數在0.2A~0.48A范圍內變化,求電源電壓U和定值電阻R1的值。
分析電路在兩種狀態下,電流表、電壓表示數的對應關系不能搞錯。當電流小時,R1兩端電壓小,R2兩端電壓大,此時R2阻值也大。因此,當電壓表示數是10V時,電流表示數是0.2A。
一、解題方法比較
大多數同學習慣從整體上用歐姆定律公式解題,即將三個基本量合用于一個式子。
(一)列方程組法
在此題目中,無法找到“同一狀態”下,與所求量U或R1在同一段電路中對應的另兩個量的具本數值,由此想到用列方程組的方法解之。
建立方程組就是利用一定的關系,在不同狀態下將所求量與對應的已知量組織在一起。下面是幾種列方程組的方法。
1.表示電路中不變的量。
不管滑片如何滑動,引起怎樣的變化,在電路中總存在著不變的量(往往就是所求的量),可用變化的量表示這些不變的量。
(1)電阻器R1的阻值不變
(2)電源電壓U不變
②U=0.2R1+10U=0.48R1+7.2
2.利用電路中不變的關系。
不變的關系就是電路三個基本物理量間的關系,根據電路的特點和方程中應包括所求量的要求,建立方程組有以下三種方法。
(1)電阻關系。
在串聯電路中電阻的關系是:R=R1+R2,為了簡化方程組,可先計算出變阻器在兩種狀態下的阻值(用電壓表和電流表對應的示數計算,分別是50Ω和15Ω)。
(2)電流關系。
在串聯電路中電流處相等,即I=I1=I2。但在本題中只需用與所求量有關的部分,即I=I1。R2的阻值可先求出。
(3)電壓關系。
在串聯電路中電壓的關系是:U=U1+U2,建立的方程組與方程組②相同。
3.表示已知量。
用所求量表示已知量的數值,可將它們組織在一起,從而建立方程組。
(1)表示電流
(2)表示電壓
⑥7.2=U-0.48R110=U-0.2R1
由上可知,列方程組的方法很多,列出的方程組形式各異,但每個方程組都可通過數學變形而相通。但解方程組②和⑥要簡單一些,因其與另外幾個方程組相比,可省去去分母的麻煩。
(二)比例法。
克服思維定勢的影響,若將歐姆定律分而用之,即分別利用其中的兩個比例關系,反而能更好地體現定律的實質,使解題過程更簡潔。
1.電壓相同時,電流與電阻成反比。
利用這一反比例關系,一定要注意其前提條件是“電壓相同”。分析題意知,電路中只有電源電壓(即總電壓)不變,因而電流應與總電阻成反比。可先用對應電壓、電流值求出R2的阻值。
2.電阻相同時,電流與電壓成正比。
同樣,利用這一正比例關系,也要注意其前提條件:電阻相同。由題意知,電路中只有定值電阻R1的阻值不變,因而可用“R1中電流與R1兩端電壓成正比”例方程。
(三)比差法。
在比例法的基礎上,能不能再次“由分到合”是很多同學思考的問題。能否由歐姆定律整體使用而求解呢?
仔細推敲歐姆定律內容:當電阻不變時,電流與電壓成正比。當電壓發生變化時,電流發生相同比例的變化。即電壓的差值與電流差值的比值(導體的電阻)是不變的,以下面推導佐證之。
因此,可以用比差法――電壓差值和電流差值的比,求出定值電阻,繼而求出其他相關量。實際的電路問題,基本上是通過改變開關的狀態,或滑動變阻器滑片的位置來改變電阻,從而改變某部分電路的電壓和電流,故此方法適用性較強。
本題中電路僅分成兩部分,一部分電壓增大值就是另一部分電壓的減少值,即ΔU1=ΔU2。
縱觀三類方法的解題過程,一般來說,比差法較為簡潔,為首選方法,其次是比例法,再次是列方程組法。
但它們的理解難度則依次降低,運用比差法則還需經過簡單的推導。但我們應不惜“多費一些功夫”,努力理解和使用簡單方法,因為我們都懂得“磨刀不誤砍柴功”的道理。
二、巧用條件,善用“比”的形式解題
運用“比”的方法解題,可省去很多解方程組的繁瑣步驟,提高解題速度。只要巧妙利用問題中的條件,大多數這類問題中構造“比”式是比較容易的。
例2如圖2所示,電源電壓保持不變,當滑動變阻器的滑片P滑至a端時,電流表的示數是0.6A,當滑片P滑至b端時,電壓表的示數是6V,R2的最大阻值是30Ω,求電源電壓U和定值電阻R1的值。
分析只要著意從“比”式入手,便可知曉題中條件的應用方法。
1.比例法。
需先計算出滑片P滑至b端時的電流值:
以下可用兩種比例關系解題:
2.比差法。
需計算出通過定值電阻R1的電流變化值及兩端電壓變化值。
ΔI=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A。
ΔU=U-(U-U2)=U2=6V。
善于用“比”的形式解題,但不是說每一個問題都一定要用這個方法,因為我們需要通過一定的過程來構造“比”式。若能根據一定關系,直接利用已知條件,列出簡單的方程組(如例1中②和⑥方程組),也不失為好方法。
一、伏安法測電阻
此法重在考查一些電學基礎知識、學生對書本中“伏安法測電阻”實驗的掌握情況以及在學習過程中的動手實驗情況,題目具有一定的綜合性。
例1(2010年鎮江市)小明做“伏安法測電阻”的實驗時,
(1)按1甲所示電路圖,用筆畫線代替導線將實物連接完整。電壓表選用0~3 V量程。
(2)閉合開關后,發現電流表示數為零,電壓表有明顯偏轉,則電路中發生斷路的器件是。
(3)改正電路后開始實驗。前兩次的實驗數據已填在下面的表格內,第三次實驗時電流表的示數如圖2所示。請將表格中的空白處填寫完整。(計算結果保留一位小數)
實驗次數電流/A電壓/V電阻/Ω10。302。58。3 20。262。18。1 31。6測量結果
R=Ω解析(1)、(2)兩問著重考查學生的電學綜合知識、動手操作的能力以及故障分析的能力;第(3)問考查“伏安法測電阻”中測量三組數據的目的、求電阻的平均值、電流表的讀數以及利用歐姆定律的公式進行計算等基礎知識。
答案(1)略(2)定值電阻R
(3)0。2 A8。0Ω8。1 Ω
二、等效替代法測電阻
“等效替代法”是一種常用的物理研究方法。在蘇科版九年級上冊物理課本《歐姆定律》一章中,以習題的形式明確提出了用“等效替代法”測量電阻的方法。一般注重考查學生對“等效替代法”的理解,以及運用該方法測電阻的基本操作。
本題考查的知識點有兩個。一是,平均速度等于時間中點的瞬時速度即v1=v2;二是,時間中點的瞬時速度小于位移中點瞬時速度即v2<v3。
實際上,學生只要把握了其中任意一個知識點,剩下的就會不攻自破。因為,符合v1=v2的只有一個選項C,符合v2<v3的也只有一個選項C.這樣的試題對學生的考察效果,自然打了折扣。
當然,選擇題的命題還有其它的原則,這里僅就一道中考題中出現的問題進行一點簡單剖析,供大家命題時參考。
【作者單位:(236400)安徽省臨泉第一中學】例2(2010年南京)小明設計了一種測量未知電阻Rx的實驗方案,并選擇合適的器材測量,電路如圖3所示,電源電壓恒定,滑動變阻器最大阻值未知,在A、B兩點間接人的元件每次只能是電阻箱或未知電阻Rx。
(1)請你幫他完成相關實驗內容。
①將接入A、B兩點間;
②閉合開關,移動滑動變阻器滑片到某一合適位置時,記下;
③斷開開關,取下A、B間的元件,將接在A、B兩點間;
④閉合開關,調節,使;
⑤讀出,即可知道Rx的阻值。
(2)小明測量電阻的方法在科學研究中經常用到,下面四個實例中,采用這種研究方法的是
A.力是看不見的,可以通過力的作用效果認識它
B.根據磁鐵吸引大頭針多少判定磁鐵磁性的強弱
C.用總電阻表示同一段電路中串聯的兩個電阻
D.用磁感線的疏密程度表示磁場的強弱
解析此題把書本“等效替代法”測電阻的題目中的電流表改成了電壓表,并把考查方式加以改變,重在考查學生對“等效替代法”的理解及操作。
答案(1)①Rx②電壓表的示數③電阻箱④電阻箱電壓表示數與原來相同⑤電阻箱的示數(2)C
三、特殊方法測電阻
所謂特殊方法測電阻是指在題目所給的器材不全的情況下所采用的測電阻的方法,常見的有以下幾種情況。
1。缺少電流表的情況
例3(2010年南通)實驗室中要測量一個阻值約為數百歐的電阻。提供的器材有:電源(電壓約5 V)、學生用電壓表(0~6 V)、電阻箱R(0~9999 Ω5 A)、開關S1和S2、導線若干。現要測量待測電阻Rx的阻值,設計了如圖4甲所示的實驗電路圖。
(1)小虎進行的實驗過程如下。
①根據實驗電路圖,連接成如圖乙所示的實物電路,但存在連接錯誤,只需改動一根導線,即可使電路連接正確,請在接錯的導線上打“×”,并用筆畫線代替導線畫出正確的接法。
②電路連接正確后,閉合S1,將S2撥到觸點1時,電壓表的讀數為U1,則電源電壓為。
③閉合S1,將S2撥到觸點2,當電阻箱的阻值調為R0時,電壓表的示數為U2,則待測電阻的阻值Rx=。
(2)如果實驗器材中沒有提供電壓表,現再提供一只電流表(0~0。6 A),利用上述器材,你認為(選填“能”或“不能”)較準確測出該待測電阻的阻值,原因是。
解析本題的第(1)小題考查學生在缺少電流表的情況下,如何測量電阻。在缺少電流表但有已知電阻的情況下(電阻箱可當做已知電阻),可以利用串聯電路電流相等的規律來測算電阻。第(2)小題主要考查學生的審題能力,電壓約為5 V,但所測量的電阻阻值大約數百歐,其電流很小,電流表無法測量。大多數學生由于審題時沒有注意到“阻值約為數百歐的電阻”這一信息,而無法解題。
答案(1)①略②U1③U2R0U1-U2
(2)不能原因:所測電阻阻值過大,電流過小,電流表無法測量
2。缺少電壓表的情況
例4在實驗室測量電阻的實驗中,老師提供了下列器材:電壓恒定的電源一個(電壓未知),定值電阻R0一個(阻值已知),待測電阻Rx一個,滑動變阻器一個,量程合適的電流表一個,單刀開關兩個,導線若干。請在給出的器材中選用一些進行組合,完成實驗。
①畫出實驗電路圖。
②寫出實驗的主要步驟。
③寫出Rx的表達式。
解析本題最顯著的特點是器材中缺少電壓表,無法直接測量電壓。可以利用并聯電路各用電器兩端電壓相等的規律進行間接測量;也可以利用電源電壓不變的特點,采用局部短路的方法測出電源電壓后,再用串聯電路的電壓特點及歐姆定律進行計算。
解法1利用并聯電路各用電器兩端電壓相等的規律進行間接測量
(1)實驗電路見圖5。
(2)主要實驗步驟:①將電流表與R0串聯,測出通過R0的電流,記為I1;
②將電流表換為與Rx串聯,測出通過Rx的電流,記為I2。
(3)Rx的表達式:Rx=I1R0I2。
解法2利用電源電壓不變的特點,采用局部短路的方法測量
(1)實驗電路見圖6。
(2)主要實驗步驟:
①將S1、S2都閉合,測出通過R0的電流I1,則電源電壓為I1R0;
②將開關S1閉合,斷開開關S2,測出通過R0和Rx的電流I2;
(3)Rx的表達式:Rx=I1R0-I2R0I2。
例5某同學在做“伏安法測電阻”的實驗時,連好電路后發現電壓表壞了,如圖7。你能在不增加器材,不拆開電路的情況下,利用原來的電路測出待測電阻的值嗎?(滑動變阻器的最大電阻為R)寫出主要實驗步驟及Rx的表達式。
解析此題仍然是缺少電壓表的題型。很明顯,在這種情況下,滑動變阻器應當做定值電阻使用,以增加可利用的條件。
難點在于,不拆開電路,也不增加器材的情況下,如何解決電壓測量的問題,唯一可以利用的是電源電壓不變。
解法(1)實驗步驟:
①將滑動變阻器的滑片移到變阻器的最左端,記下電流表示數I1,此時變阻器電阻R=0,電源電壓可表示為U電源=I1Rx;
②將滑動變阻器的滑片移到變阻器的最右端,記下電流表示數I2,此時變阻器電阻阻值最大為R,電源電壓可表示為U電源=I2(Rx+R);
③根據電源電壓不變可得
I1Rx=I2(Rx+R);
(2)Rx的表達式為Rx=I2RI1-I2。
在高中物理新課程標準中,把科學探究和科學內容放到同等重要的地位,明確提出讓學生“經歷科學探究過程,認識科學探究的意義,嘗試應用科學探究的方法研究物理問題”. 基于這一理念,人教版教材突出了規律的建立過程. 但在教學中發現,由演繹方法建立起的部分物理規律之中,存在著以特殊模型為前提演繹得出一般物理規律的現象;而對于由實驗歸納方法建立起的部分物理規律之中,教材往往直接指出如何進行歸納,而沒有充分體現過程與方法.
二、 對幾個物理規律的重構建議
在人教版教材中,《動能定理》《焦耳定律》《閉合電路歐姆定律》三個物理規律都是以特殊模型為演繹起點、通過理論演繹建立起的一般規律,而演繹方法的規則是由一般到特殊,故教材的呈現方式隱含著邏輯問題;《楞次定律》是通過實驗歸納方法建立起來的,但在對實驗現象進行歸納時,沒有充分運用科學方法引導學生進行探究,而是直接提示學生通過“中介”——“感應電流的磁場”來進行歸納. 有鑒于此,建議對它們的呈現方式進行重構.
1. 對動能定理的重構建議
(1) 教材分析
動能定理是通過理論演繹的途徑建立起來的,具體過程如下:
由牛頓第二定律F=ma=m及功的定義dW=F?dx得F?dx=m?dx=mv?dv,
將上式積分有W=mv22-mv21.
教材據圖1所示的物理模型,運用牛頓第二定律F=ma與運動學公式v22-v21=2ax進行理論演繹,得出W=mv22-mv21,并直接指出此式即為動能定理,縱觀上面的推理過程,其邏輯關系實質如圖2所示.
上述演繹推理的大前提是牛頓第二定律,小前提是物體做勻變速直線運動,那么,由此演繹得出的W=mv22-mv21的適用條件自然是與小前提相同的,因此,我們不能將其稱之為動能定理. 盡管教材此后也就物體受多個力作用及曲線運動情況作了說明或提示,但仍然不是對動能定理真正意義上的建構,故有必要對其呈現方式進行重構.
(2) 重構方案
由于學生知識結構的限制,在高中階段不可能運用理論演繹的方法建立起動能定理,為此,建議根據分類方法,分別就直線運動與曲線運動兩類情況設計的遞進性問題鏈,變理論演繹為演繹與歸納相結合,引導學生在問題解決中“發現”動能定理.
類型一:直線運動
問題1 在圖1所示的水平面上,如果物體與水平面間有摩擦力作用,物體的動能變化量與什么功相對應?
通過對此問題的探究,把W=mv22-mv21的適用范圍推廣至多力做功情況,此時的W為合外力所做的功,同時能使學生產生問題意識,即:這一結論是否具有普遍性?是否適用變力、曲線運動情況?從而生成新的問題.
問題2 如圖3所示,物體在粗糙的水平面運動,在l1、l2段分別受到水平力F1、F2作用,則物體在整個過程中的動能變化量與什么功相對應?
通過對它的探究,引導學生建構起多過程問題中功和動能變化量的關系,并把單過程中的合外力功W擴展至各過程中功的代數和,從而加深了對功W的理解.
問題3 如果物體在粗糙的水平面上運動時,受到的水平作用力F是變化的,則物體的動能變化量又與什么功相對應?
這是由問題2衍生出的直線運動中更為一般的問題,通過問題2的啟發,學生能運用微元法進行演繹推理,并得出W=mv22-mv21.
在上面三個問題中,對應的物理模型都是在水平面上的運動物體,對于其他類型的直線運動,學生也容易得出W=mv22-mv21的結論,從而通過問題解決建構起直線運動中功與動能變化量間的關系,那么此結論對于曲線運動是否成立?如果成立,我們就發現了一條新的物理規律,由此生成類型二的問題.
類型二:曲線運動
問題4 從高為H處將一物體以一速度v0沿水平方向拋出,重力對物體所做的功與物體的動能變化量之間存在什么關系?
以此問題為支架,讓學生進一步體會物理科學方法在探究過程中的作用,實踐表明,學生對此問題能從兩個角度進行探究,一是運用“猜想—檢驗”模式,先提出假說“重力對物體做的功等于物體動能的變化量”,然后運用平拋運動知識進行檢驗;二是運用微元方法,化曲為直,進行演繹推理. 同時,也使學生意識到要建立一個新的物理規律,還需要對一般的曲線運動進行分析,從而衍生出問題5.
問題5 如果物體做曲線運動,且受到變力作用,則物體的動能變化量又與什么功相對應?
對此,學生運用類比方法得出W=mv22-mv21.
在對以上兩類問題探究的基礎上,引導學生進行理論歸納,進而在問題解決中建構起具有普遍意義的動能定理.
2. 對焦耳定律的重構建議
(1) 教材分析
在物理學史上,焦耳定律是由焦耳通過實驗歸納方法得出的. 而在新教材中,沒有重現物理學史,而是以電流通過純電阻元件為前提,通過理論演繹方法對其進行重構,具體的邏輯關系如圖4.
顯然,上面推理過程的大前提是普遍適用的電功公式W=IUt,小前提是電流通過純電阻元件,因而得到的結論Q=I2Rt也只適用于純電阻元件,而由實驗歸納方法建立起來的焦耳定律是適用于任何電路元件的,故需要對其呈現方式進行重構.
(2) 重構方案
盡管運用理論演繹方法在建立焦耳定律時面臨邏輯問題,但在課堂教學中,完全重現焦耳的實驗歸納方法也是不可取的,因為在運用實驗歸納方法時,要面臨諸如實驗類型、精度等一系列問題. 為此,建議運用理想實驗與真實實驗相結合方法來建構焦耳定律,具體內容如下.
①通過定性分析,得出影響焦耳熱的物理量有R、I、t
②理想實驗的設計及其思維操作
設阻值為R0的用電器通以電流I0,在時間t0內產生的焦耳熱為Q0,依據等效思想,運用控制變量法來探究其他情況下產生的焦耳熱與Q0的關系,進而建構起Q與R、I、t的大致關系.
問題1 在電流、電阻不變的情況下,探究焦耳熱Q與時間t的關系.
理想實驗:如圖5,在電流I0、電阻R0不變情況下,在兩個時間t0內產生的熱量Q之和即為2t0時間內產生的熱量Q1,故有Q1=2Q0,由此可見,Q∝t.
在上面設計的理想實驗中,為探究焦耳熱Q與時間t的關系,運用了倍增方法和控制變量法,把待探究的時間設計為t0的整數倍,便于學生發現焦耳熱Q與時間t的關系,下面兩個理想實驗的設計思想與此相同.
問題2 在電流I0及時間t0一定的情況下,探究產生的焦耳熱Q與電阻R的關系.
理想實驗:如圖6所示,在電流I0及時間t0一定的情況下,電阻為2R0產生的焦耳熱與兩個阻值為R0的電阻串聯后在時間t0產生的焦耳熱等效,也即Q2=2Q0,故有Q∝R.
問題3 在電阻R0及時間t0一定的情況下,探究產生的焦耳熱Q與電流I的關系.
在運用理想實驗得出Q與R、t的關系后,要探究Q與I的關系,可用倍增方法構造出電流為I0的情況,以便借助上面的結論進行思維操作.
理想實驗:在電阻R0及時間t0一定情況下,通以2I0的電流時產生的熱量為Q3,根據等效思想,其產生的熱量等效為阻值為2R0的兩電阻并聯后產生的焦耳熱之和,見圖7. 由問題2知Q′3=2Q0,而Q3與Q′3的關系為Q3=2Q′3,也即有Q3=2Q′3=4Q0,故有Q∝I2.
③焦耳定律的建構
在對上面的理想實驗的思維操作基礎上,再運用綜合方法,可建構起焦耳熱Q與I、R及時間t的關系為Q=kI2Rt,其中常數k可由實驗確定,從而運用理想實驗等科學方法建立起焦耳定律.
3. 對閉合電路歐姆定律的重構建議
(1) 教材分析
教材的編寫思想是通過理論演繹把能量守恒定律與閉合電路歐姆定律聯系起來,充分體現功和能的概念在物理學中的重要性,同時又能幫助學生形成完整的認知結構. 基于這一思想,教材以純電阻電路為前提,運用能量守恒定律建立起閉合電路歐姆定律,其邏輯關系如圖8所示.
從上面邏輯關系可以看出,理論演繹的小前提是純電阻電路,大前提是能量守恒定律,因而導出的E=IR+Ir及I=也只適用于純電阻電路,但是教材緊接著又由只適用純電阻電路的E=IR+Ir推出適用于一般電路的E=U外+U內,這就產生了邏輯問題. 因此有必要對其呈現方式進行重構.
(2) 重構方案
在運用能量守恒定律進行理論演繹時,應該遵循理論演繹的規則,即從一般情況出發,導出相應的規律,然后再運用理論演繹得出純電阻電路中的閉合電路歐姆定律,具體方式如下.
對于圖9所示的電路,電源電動勢為E,內阻為r,方框內元件性質未知,電路中的電流為I,路端電壓為U. ①在時間t內,外電路中消耗的電能E外為多少?②在時間t內,內電路中電能轉化成內能E內多少?③在時間t內,電源中非靜電力做的功W為多少?④根據能量守恒定律,W與E外、E內的關系是什么?
對于上面四個問題,學生依據有關功和能的概念及能量守恒定律得到IEt=IUt+I2rt,對其整理后得到E=U+Ir,其中,Ir是電源的內電壓,故此式也可寫成E=U外+U內,這兩個關系式即為一般意義上的歐姆定律,它適用于一切電路.
對于純電阻電路有U=IR,則有I=. 這是純電阻電路中的閉合電路歐姆定律.
4. 對楞次定律的重構建議
(1) 教材分析
本節教材的編寫是以問題與問題解決為紐帶,引導學生從發現問題分析問題解決問題等步驟去掌握知識,意在突出科學探究,著眼于學生探究能力的提高,其教學流程如下:
其中重溫的實驗如圖10所示,而且運用草圖記錄相關信息,以便歸納出楞次定律.
在運用圖10所示的實驗進行歸納時,面臨一個關鍵問題,就是如何從眾多的物理現象及實驗因素中尋找歸納的方向,對此,教材直接提出:“是否可以通過一個‘中介’——‘感應電流的磁場’來表述這一關系”,以此引導學生歸納出楞次定律. 但問題的關鍵是,我們是怎么想到從原磁場方向與感應電流的磁場方向的關系進行歸納的?
(2) 重構方案
根據分類方法,影響感應電流方向的因素有如下三類:一類是外部因素(磁場強弱、磁場方向、磁鐵運動方向、磁通量變化等);第二類是自身因素(線圈粗細、線圈的繞制方式等);最后是自身與外部相互聯系的方式. 在探究感應電流方向與哪些因素有關時,需要圍繞這三類因素設計一些針對性的問題,讓學生在問題解決中,提出猜想,設計實驗,修正猜想,最終“發現” 楞次定律,具體方案如下.
①探究感應電流方向與外界因素之間的關系
問題1 感應電流方向與磁場變化快慢有無關系?設計實驗驗證你的猜想.
問題2 感應電流方向與磁感應強度大小有無關系?設計實驗驗證你的猜想.
問題3 分析圖10甲和圖11所示的實驗現象,說明影響感應電流方向的外界因素有哪些.
設置問題3的目的是引導學生對兩類電磁感應問題的共同的外部特性進行歸納,總結出影響感應電流方向的外部因素是磁場方向和磁通量的變化,從而為進一步探究奠定基礎.
②探究感應電流方向與自身因素之間的關系
為了探究感應電流方向與自身因素的關系,可設置以下兩個問題.
問題4 試猜測感應電流方向與線圈的粗細、匝數是否有關,設計實驗驗證你的猜想.
問題5 感應電流方向與線圈的繞行方向是否有關?設計實驗驗證你的猜想,并把實驗信息記錄在草圖上.
通過問題5,引導學生提出猜想,并通過控制變量法,在保證磁場方向和磁通量變化方式相同的情況下,設計出圖12所示的實驗對猜想進行檢驗,進而研究感應電流方向與繞行方向的關系.
根據實驗所記錄的信息發現,在線圈的繞行方式變化時,回路中的感應電流方向也隨之變化,但是線圈中的電流繞行方向是不變的,此時引導學生探究在線圈的繞行方式變化時,什么因素是不變的?
實踐表明,按此方法重構后,學生能尋找到以“感應電流的磁場方向”為中介進行歸納,于是衍生出問題6.
③探究感應電流方向與內外關聯方式之間的關系
(福泉市第三中學貴州福泉550500)
1. 背景
在過去十幾年的教學中發現,初中畢業生升入高中后,往往感覺到物理特別難學,特別是實驗教學,讓學生難以接受和理解。由于工作變動,今年我又有幸從事了初中物理教學,帶著對這一問題的思考,結合學科特點,為了做好實驗教學,我在教學中做了一些思考和總結,按本文中所列幾個方面入手,頗見成效,謹以此和大家分享,并請各位同仁批評指正。
2. 充分利用物理趣味實驗,創設樂學情境,激發學生求知欲
興趣是最好的老師。初中學生對生動形象的物理實驗普遍懷有好奇心和神秘感,合適的實驗不僅能幫助學生理解和掌握知識,而且能激起學生的興趣,啟迪其思維定向探究。實驗導入是物理課堂導入的最主要的方法。我在教學實踐中主要采用了驚奇現象導入,黑箱導入,配合故事導入,實驗復習導入等方法。
3. 高瞻遠矚,正確理解概念
在初中物理教材中,速度的定義為物體在單位時間內通過的路程。這時,教師應講清楚這個定義是對于物體作勻速直線運動而言的,由于物體在各個時刻運動的快慢和方向是相同的,因此任意時刻的速度都等于整段時間內的平均速度。對于物體作變速運動,物體在各個時刻運動的快慢和方向是不同的,這樣定義出來的速度只能是平均速度。這樣一來,為高中物理學習瞬時速度、平均速度打下了良好的基礎。
4. 重視內涵和外延
例如:歐姆定律的內涵是導體中的電流與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,即部分電路歐姆定律。歐姆定律的外延是,電路中的電流與電源電動勢成正比,與整個電路的總電阻成反比,即全電路歐姆定律。
5. 注重科學方法
“授人以魚不如授人以漁”。這就要求初中物理教師在教學過程中,應積極采用探究式教學法以培養學生的創新能力。把科學家從事科學研究的一些基本做法反映到教學中來,讓學生體驗科學的結論都有其科學的產生過程,即“問題假設求證結論”的探究路徑。注重對結論的產生過程的教學,將對培養學生的抽象邏輯思維能力起到積極的作用。
5.1注重科學探究的七個環節
5.1.1提出問題
我們要盡可能地引導、激發學生的想象能力,從而使他們會發現問題和提出問題。探究是從問題開始的,發現和提出問題是學習的開端。教師在教學中要善于創設問題情境,使學生在閱讀、觀察、調查中對自然現象、生活現象或實驗現象產生好奇,發現或提出一些有探究價值的問題。
5.1.2猜想假設
猜想與假設是學生運用已有物理實驗和實踐經驗,對問題的可能答案進行猜測,嘗試性地提出自己的見解和想法。這一環節有利于調動學生參與學習的積極性和主動性,有利于促進學生思維能力、創造能力的發展。在教學中可根據具體的內容,采用多種方式,鼓勵每位學生大膽說出自己的想法。
5.1.3設計實驗
針對探究的目的和條件,設計明確、具體的操作步驟,達到預期目標。教學中教師應根據探究問題的難易程度,在設計實驗方案時給學生必要的方法指導,注意實驗設計的層次性和典型性,使學生逐步掌握統籌問題、分析問題及控制變量的意識。
5.1.4進行實驗、收集數據。
通過實驗,獲取事實與證據;正確操作,確保實驗順利進行;科學記錄實驗現象及數據。
5.1.5分析論證得出結論
引導學生對實驗進行解釋并通過理性分析形成結論,這是實驗的目標。教學中注意引導學生逐步學會用報告形式將實驗進行總結,包括:實驗的目的、方法、步驟、注意事項、結果、分析和討論,學生通過比較、分類、歸納、概括等方法,對事實與證據進行簡單的加工、整理、歸納、處理和分析,得出正確的結論。
這幾種程序可依次進行,可穿插配合使用,也可單獨進行。
5.2把課堂還給學生,使學生成為實驗的主體
新課程背景下,老師只是課堂的組織者,引導者,管理者,聆聽者,評價者,欣賞者。努力提高學生的實驗思維,學生的動手,動腦,觀察,歸納分析能力是老師的主要功能。
5.2.1重視課程改革,掌握探究性實驗的特點和設計要求
傳統的學生實驗都是在新課學習之后安排時間進行的,屬于驗證性物理實驗,且都只強調對實驗基本技能的培養。在新課程改革目標中,尤為重視對學生探究能力的培養,致力于改善學生的智能結構,激發學生的創造精神。
探究性物理實驗教學有如下特點:一是探究物理規律并培養學生基本的實驗操作能力;二是讓學生經歷探究過程,學習科學研究的思想和方法,對學生進行情感教育;三是能充分體現課堂教學中學生的主體地位,教師的主導作用。為此,教師事前要做好安排,準備可供選擇的實驗器材。
5.2.2從“提”、“學”、“練”三個環節入手,做好探究性物理實驗
(1) “提”:即提問。學生自己在學習中發現問題是至關重要的。當學生提出有價值的問題時教師應該因勢利導,讓學生知道什么樣的問題有價值,這對培養學生發現問題的興趣,養成提出問題的習慣,都有好處。學生發現并提出問題,是求知的起始,也是教師展開教學的最好開端。
(2)“學”:即在教師指導下學生預習、閱讀課文,進行思考;
(3)“練”: 學生動手實驗,正確觀察、量度和整理、分析數據,從復雜多變的過程中剖析現象之間的因果關系,從而認識現象的本質特征,并抽象出物理規律。
6. 積極開展家庭物理實驗的形式以補充物理教學,培養學生的觀察力、注意力、毅力等優良品質
教材每一章后面都附有一些小實驗,這些小實驗都有是一些取材方便、簡單易做、現象明顯的實驗,教師可指導學生在家庭的條件下獨立完成這些小實驗。如在學生“物體浮在液面的條件”后可安排一個家庭實驗《雞蛋的浮沉》,通過這個實驗來加深對“浮沉原理”的理解。
7. 在實驗教學中培養學生的創新精神
【關鍵詞】高中物理 課堂教學 學習效率 具體措施
【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089(2016)10-0172-01
一、當前高中物理課堂學習存在的問題
當前高中物理課堂學習效率較低,主要是原因是課程變化大,學習任務繁重。高中階段是學生學習生涯的重要階段,物理是在高中理綜學科中占據著重要地位。在初中時期對物理知識的學習,只是對物理知識簡單的介紹,以定量知識內容為主,多是對公式、數據的死記硬背,學生學習難度小;進入高中之后,物理知識學習的深度和廣度不斷加深,多是定性知識內容,不僅包括對公式的推導和應用,還有相關物理事物之間的聯系、分析等,同時涉及了對數學知識的運用,考查學生對知識掌握的綜合能力,難度加大;高中時期學習課程增多,高考的臨近、父母的期望、老師的囑托,這都在無形之中成為學生心頭的壓力,產生沉重的心理負擔。一些學生基礎薄弱、心理素質較差,容易產生厭學心理,學生對物理知識學習興趣不高,容易產生抵觸情緒。
1.傳統教學方式,不利學生發展
我國數理化類學科發展歷史較短,相應的教育基礎較為薄弱,缺乏教學經驗,教師多采用傳統的教學方式,重理論、輕實踐,重課堂、輕試驗。學生學習物理知識多依靠書本和習題冊,教師執著于利用有限的課堂時間分析理論、講解習題,沒有考慮學生實際情況。平時的課堂實驗,多是“走過場”。表面上,教師展示了實驗過程和實驗結果,學生的好奇心得到滿足,實驗原理得到證明,但是沒有注重培養學生的物理思維和探究思路,學生只是會套用公式解決問題,但是仍舊沒有實現對知識的融會貫通,這對學生物理學習的長久發展是不利的。
2.一味死記硬背,缺乏學習技巧
學生對物理知識的學習缺乏正確的方法。高中物理知識的關聯性、靈活性很強,但有些學生仍舊采用初中時期的學習方式,熟悉公式、熟悉數據但是成績卻不理想。一些難度較大的公式采用死記硬背的方式,卻不懂得發現物理知識之間的聯系。學習任何學科,靈活運用,發現其中的規律與特性,掌握技巧,才能事半功倍。
二、如何提高高中物理課堂的學習效率
1.多樣化教學方式,注重實踐教學
伴隨著科學技術的不斷進步和教育基礎設施的不斷建設,“一支粉筆、一塊黑板”不在是教師課堂的唯一選擇,教師可以改變傳統的、乏味的課堂,采用多化的教學方式,提高物理課堂的學習效率。高中物理知識學習需要運用一些數學知識,如平面幾何的相關知識、三角函數、圖形、線條等,教師可以運用多媒體教學,在多媒體課件上展示繁瑣的圖形和復雜的公式,既可以使知識更加生動形象,同時節省了課堂上在黑板上繪圖、計算的時間。一些簡單的物理實驗可以在實驗室進行,一些實現難度大的實驗教師可以尋找相關視頻,增強學生的感官認知,在頭腦中形成印象,加深理解。另外,物理學習時利用實驗論證原理也是重要的學習工具。理論來源于物理實驗,又從實驗中總結知識。
2.增強學生興趣,鍛煉學生思維
一些學生對物理知識認識不夠,僅停留在理論層面,缺少感知認識,也無法與實際生活像聯系。教師可以為學生布置課前觀察作業,如學習折射原理時,提前讓學生觀察凸透鏡的應用,有一些新的發現,在學習時就會降低地學習的難度。課堂上將知識聯系實際,如在陰涼處洗車就可以減少水滴產生的凸透鏡形成高溫對車漆的損害,學生理解知識的同時還學到了生活技巧,可以增強好奇心,激發學生學習熱情和學習興趣。在習題課上,對于學生不懂的問題要引導式、啟發式教學,鍛煉學生的思維能力。一些重要的物理知識,經典實驗就會常常出現,學生容易產生視覺和心理上的疲憊。可以在不改變實驗原理的前提下,對實驗的過程和細節稍加改動,增強學生的學習興趣。現在以高中物理歐姆定律相關知識學習時的試驗為例時,筆者進行分析。
(1)實驗目的:掌握歐姆定律;計算電源的電動勢和內阻
(2)實驗計劃:將班上同學平均分為6組,選定組長,明確分工,其中包括一名監督員。實驗前教師說明具體實驗步驟和注意事項,在實驗時僅發揮指導作用,不安排統一實驗方案。每組分別制定具體的試驗計劃。6組同學形成一個循環,本組監督員到鄰近的組監督實驗的具體執行,尋找實驗疏漏。各組之間形成競爭,最后評選表現最好的一組。
(3)實驗步驟:教師根據歐姆定律的原理,作出電路圖,如圖,
調節滑動變阻器,記錄電流表的變動情況,記錄數據U、I,根據解得不同的E、r。
(4)實驗過程:監督員發揮作用,仔細記錄實驗步驟,實驗前電路連接是否正確,檢查是否將滑動變阻器調節到阻值最大,是否閉合開關,拆除電路前是否斷開開關,公式引用是否正確等。
(5)實驗總結:在實驗中學生熟悉了歐姆定理,增強了動手能力。根據監督員反饋的易錯點,學生對錯誤印象深刻,才會避免以后出錯。
本次對傳統的試驗方式進行了細節修改,設立監督員,在于激發各組之間競爭意識,增強學生的注意力。在監督員的監督下,各小組明確分工,認真進行每一個步驟,避免出現疏漏;監督員為了本組成績,會對仔細執行工作,盯緊全過程,雖然沒有動手參與,但是對每一個步驟的熟悉程度大大增強。
在有限的課堂時間里高效的學習,是每一個教育工作者不斷追求的目標。傳統的高中物理教學中無效學習是阻擋學生前進的霧霾,提高效率是所要追尋的光明,只有掌握正確的學習方法,驅散陰霾,尋找光明,才能提高高中物理課堂的學習效率,提高學習質量,促進學生的全面發展。
參考文獻:
[1]《高中物理課堂有效教學的現狀與對策研究》2012 吳海原
[2]《淺析如何提高高中物理課堂教學質量》2013年99期 徐艷明
直流電路分析中的一種重要題型稱為“電路動態變化分析”。此類題目通常采取的辦法是從電阻的變化入手,即:若一部分電阻變大,則總電阻變大,進而分析電阻的總電流變小、內電壓變小,路端電壓變大,再對外電路中各部分的電壓電流進行分析。具體步驟為:①由部分外電阻的變化確定電路總的外電阻的變化。②根據閉合電路的歐姆定律確定電路的總電流的變化。③確定電源內電壓的變化。④確定電源的外電壓的變化。⑤由部分電路的歐姆定律確定干路上某定值電阻兩端電壓的變化。⑥由部分電路和整體的串并聯規律確定支路兩端電壓如何變化及通過各支路電流的變化。這種分析方法通常稱為“程序法”,該方法規范、全面,但對部分學生來講,過于復雜,不能將電路分析到底,并且解題消耗的時間過長。若能合理結合“分壓關系”,不但節省解題時間,更能提高解題的正確率。
一、應用“分壓關系”的知識準備
電路中,分壓關系的應用首先是針對串聯電路,對某一部分電阻R,若阻值R變大,根據閉合電路歐姆定律,該電阻上的電壓UR=■.R=■ ,因為R其它不變,則可判斷該部分的電壓變大。這要求首先認清電路的整體結構:任何電路都可以看成是內外電路的串聯,即最大的分壓關系內外電阻的分壓。內電阻固定不變,若外電阻變大,則路端電壓變大。外電路中的具體關系亦是如此,部分外電阻增大,該外電阻的電壓也增大。其余部分,可再根據電壓、電流關系依次推斷。
二、應用“分壓關系”解析常見題型
題型1:巧解“串聯”電路
如圖所示,當滑動變阻器的滑片P向a端移動時,分析電流表和電壓表的示數如何變化?
解析一:“程序法”
P向a端移動,R3變小,總電阻變小,總電流I變大,內電壓Ir變大,路端電壓U=E-Ir,U變小,電壓表示數變小;R1上的電壓U1=IR1,U1變大,并聯部分電壓U并=U- U1,U并變小,R2上的電流I2=■,I2變小,R3上的電流I3=I-I2,I3變大,電流表示數變大。
解析二:結合“分壓法”
步驟1:觀察電路結構
該電路是由內電阻r、定值電阻R1及虛線框內部分組成的串聯電路。
步驟2:P向a端移動,R3變小,外電阻變小,路端電壓U變小,電壓表示數變小;R3變小,并聯部分(虛線框內)電阻變小,該部分電壓U并變小,R2上的電流I2變小,而總電流變大,所以R3上的電流I3=I- I2,I3變大,電流表示數變大。
再如右圖所示,R1、R2、R3、R4均為定值電阻,R5為滑動變阻器,分析R5的滑片向a移動的過程,電壓表、電流表的示數變化。
解析:“分壓法”
步驟1:觀察電路結構
該電路是由內電阻r、定值電阻R1、R2及虛線框內部分組成的串聯電路。
步驟2:滑片向a移動,R5變小,外電阻變小,路端電壓變小,電壓表示數變小;并聯部分(虛線框內)電阻變小,該部分電壓變小,電流表支路電阻不變,電流表示數變小。
題型2:巧解并聯電路
如圖所示,開關S閉合,小燈泡A、B均
發光。將滑動變阻器的滑片向上移動,判斷
小燈泡A、B的亮度變化。(小燈泡A、B均安全工作)
解析:“分壓法”
步驟1:觀察電路結構
該電路是由外電路和內電路組成的串聯電路。
步驟2:滑片向上移動,外電阻變小,路端電壓變小,A燈變暗;滑片向上移動,虛線框內電阻變小,虛線框內電壓變小,B燈電壓變小,B燈變暗。
再如右圖電路中,電源電壓不變。當滑片P向右移動時,電流表A1、A2和電壓表V的讀數將如何變化?
步驟1:觀察電路結構
該電路是由外電路和內電路組成的
串聯電路。
步驟2:滑片向右移動,外電阻變大,路端電壓變大,電壓表示數變大;路端電壓變大,R1支路電阻不變,電流表A1示數變大;外電阻變大,總電阻變大,總電流變小,電流表A2示數變小。
通過對以上各例的對比分析,可以看出,“分壓關系”的應用,使電路“動態變化”的分析過程步驟更加簡化、節奏更加清晰。但應用過程必須充分理解個體電阻與整體電阻的關系、電阻變化與電壓變化的關系,此法可謂“簡約而不簡單”。能合理應用“分壓關系”,解此類題目可事半功倍,值得為學生推介。
三、應用“分壓關系”認識分壓式電路
在電路設計中,將滑動變阻器連接為分壓器的電路稱之為分壓式電路。以“描繪小燈泡的伏安特性曲線”為例,電路設計形式為圖1所示。因待測部分與滑動變阻器并聯,導致學生產生兩個疑惑:1.為什么命名為分壓式電路而不是分流式電路?2.其分壓過程是如何實現的?此類電路形成了學生學習的難點。
一、半偏法測電流表的內阻
1.實驗電路
本實驗的目的是測定電流表的內阻,實驗電路如圖1所示,實驗中滑動變阻器采用限流連接,電流表和電阻箱并聯。
2.實驗原理與步驟
①斷開S2,閉合S1,調節R0,使電流表的示數滿偏為Ig;②保持R0不變,閉合S2,調節電阻箱R,使電流表的示數半偏為;③電流表與電阻箱并聯,則可得電阻箱的讀數即為電流表的內阻,即RA=R。
3.誤差分析
電阻箱接入后導致回路總電阻增大,則通過電源的電流減小,由閉合電路歐姆定律可知電阻箱與電流表并聯部分電壓增大,通過電流表與電阻箱的總電流大于電流表的滿偏電流Ig,則當電流表的電流為時,通過電阻箱的電流大于,電阻箱的阻值小于電流表的阻值,即電流表的測量值偏小。當R0>>RA時,電阻箱接入前后,回路總電阻變化較小,測量誤差小。此方法比較適用于測量小阻值的電流表的內阻,且測量值偏小。
二、半偏法測電壓表的內阻
1.實驗電路
本實驗的目的是測量電壓表的內阻,實驗電路如圖2所示,滑動變阻器采用分壓連接,電阻箱和電壓表串聯。
2.實驗原理與步驟
①斷開開關S,按電路圖連接好電路;②把滑動變阻器R的滑片P滑到b端;③將電阻箱R0的阻值調到零;④閉合開關S;⑤移動滑動變阻器R的滑片P的位置,使電壓表的指針指到滿偏的位置;⑥保持滑動變阻器R的滑片P位置不變,調節電阻箱R0的阻值,使電壓表指針指到半偏位置,讀出此時電阻箱R0的阻值,此值即為電壓表內阻RV的測量值。
3.誤差分析
該實驗中,電阻箱接入后回路總電阻增大,由閉合電路歐姆定律可得電阻箱與電壓表串聯部分的電壓大于電壓表的滿偏電壓Ug,此時,電壓表半偏時,加在電阻箱的電壓大于,則電阻箱的讀數大于電壓表的阻值,即電壓表內阻的測量值偏大。當電壓表的阻值遠大于滑動變阻器的最大值時,電阻箱接入前后對回路總電阻的影響較小,測量誤差較小。此方法比較適用于測量大阻值的電壓表的內阻,且測量值偏大。
三、兩種電路的比較