时间:2023-07-12 17:07:51
开篇:写作不仅是一种记录,更是一种创造,它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感,将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇欧姆定律步骤,希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友,陪伴您不断探索和进步。
【关键词】欧姆定律 应用 初中科学 教学策略 探索
“欧姆定律及其应用”的教学目标是让学生理解欧姆定律,并应用欧姆定律进行简单计算;能根据欧姆定律及其电路的特点,更深刻理解串、并联电路的特点;通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力,观察、实验能力以及分析问题、概括问题、解决问题的能力,并养成学生解答电学问题的良好习惯。通过实验探究等学习方法,激发和培养学生学习科学的兴趣,培养学生实事求是的科学态度以及认真谨慎的学习习惯。
近几年,中考对“欧姆定律及其应用”的考查非常多,归纳一下,主要是从这么几方面进行考查的。
1、以欧姆定律为基础,结合串、并联电路的电压、电流、电阻特点,解决一些简单的计算。
例1、如图3所示, ,A的示数为2.5A,V的示数为6V;若R1,R2串联在同一电源上,通过R1的电流为0.6A,求R1和R2的电阻值。
图3
解析:此题考查了学生对并联电路特点的掌握和对欧姆定律公式的理解。在解物理题中,数学工具的应用很重要。本题可先根据并联电路的特点,找出R1、R2和总电阻的关系。
2、结合伏安法测电阻的相关知识,更深刻的理解欧姆定律的生成,强化电学实验操作技能的考查。
例2、给出下列器材:电流表(0~0.6A,0~3A)一只,电压表(0~3V,0~15V)一只,滑动变阻器(0~10 )一只,电源(4V)一个,待测电阻的小灯泡(额定电压2.5V,电阻约10 )一个,开关一只,导线若干,要求用伏安法测定正常发光时小灯泡灯丝的电阻,测量时,两表的指针要求偏过表面刻度的中线。
(1)画出电路图;
(2)电流表的量程选 ,电压表的量程选 ;
(3)下列必要的实验步骤中,合理顺序是 。
A. 闭合开关 B. 将测出的数据填入表格中
C. 计算被测小灯泡的灯丝电阻 D. 读出电压表,电流表的数值
E. 断开开关 F. 将滑动变阻器的阻值调到最大
G. 对照电路图连好电路 H. 调节滑动变阻器,使电压表的示数为2.5V
解析:欧姆定律的得出是根据伏安法测电阻的电路图来进行探究的,而伏安法测电阻同时也是欧姆定律的一个应用。所以伏安法测电阻与欧姆定律的应用其实是相辅相成的。对伏安法测电阻的相关知识的考查,其实更能帮助学生理解欧姆定律的生成。并且通过自己画电路图的过程,考查了学生对电路连接的作图能力和实验设计能力。
3、应用“欧姆定律”判断电路中各电表的示数变化
例3、如图1所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器滑片P由左端向右移到中点的过程中,下列判断正确的是( )
A. 电压表和电压表A1,A2和示数变大
B. 电流表A1示数变大,电流表A2和电压表示数不变
C. 电流表A2示数变大,电流表A1,电压表示数不变
D. 条件不足,无法判断
解析:本题考查了利用欧姆定中电压、电流、电阻的关系来判断电流表、电压表示数变化的同时,也考查了学生对复杂电路的判断能力,电表测哪个用电器的电压,测通过哪个用电器的电流等。R1和R2是并联关系, 测电源电压; 测干路电流, 测R2的电流。
答案: B
4、通过解方程的方法结合欧姆定律,解决由于电阻变化而引起电压、电流变化的题。
例4、 如图2所示,变阻器R0的滑片P在移动过程中电压表的示数变化范围是0~4V,电流表的示数变化范围是1A~0.5A,求电阻器R的阻值、变阻器R0的最大阻值和电源电压U。
图2
解析:在电路中由于电阻发生变化引起的电流、电压变化的题,如不能直接用欧姆定律和串、并联电路特点直接求解,可考虑用方程解题。在设未知数时,尽量设电源电压、定值电阻等电路中不会变化的量。首先分析一下电路图,弄清电流表测量对象,同时可看出电压表示数为0V时,电流表示数最大为1A,电压表示数为4V时,电流表示数最小为0.5A。但根据已知,用欧姆定律和串联电路的特点能直接求出的量只有R0的最大电阻值,别的再无法直接求出,因此这里必须要列方程来解。
5、“欧姆定律”和生活实际的结合,提高学生观察生活的能力和解决实际问题的能力。
例5、下图是新型节能应急台灯电路示意图,台灯充好电后,使用时可通过调节滑动变阻器接入电路的阻值R改变灯泡的亮度,假定电源电压、灯泡电阻不变,则灯泡两端电压U随R变化的图象是( )
解析:灯L和滑动变阻器串联,电源电压U、灯泡电阻 不变。当滑片向左移动时,滑动变阻器的电阻变大,即电路中的总电阻变大,由 知,电路中的电流I会变小,则灯泡两端电压 也会变小。
答案:选C。
结论:授之以鱼不如授之以渔,以上总结的题目类型可能并不完全,但只要学生能掌握并真正理解欧姆定律的内涵,就能很好的应用它来解决生活实际中真正出现的问题,把理论转化为实践才是学习的真正目的。
参考文献
[1] 谢妮.欧姆定律教学的优化设计[J]. 职业
[2] 邹冠男.欧姆定律知识梳理[J]. 中学生数理化(八年级物理)(人教版)
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。
例1.某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时,根据收集到的数据画出了如图所示的一个图像.下列结论与图像相符的是()
A.电阻一定时,电流随着电压的增大而增大
B.电阻一定时,电压随着电流的增大而增大
C.电压一定时,电流随着电阻的增大而减小
D.电压一定时,电阻随着电流的增大而减小
分析:(1)图像的横坐标表示电阻,纵坐标表示电流,因此得到的是电流和电压的关系;(2)图像是个反比例函数图像,因此说明电流与电阻成反比,即电流随电阻的增大而减小;(3)在探究电流与电阻的关系时,应控制电压不变.
综上,由图像可得出的结论是:电压一定时,电流随电阻的增大而减小.
答案:C
例2.在如图所示的电路中,电阻R1的阻值为10欧.闭合电键S,电流表Al的示数为0.3安,电流表A的示数为0.5安,试求:
(1)通过电阻R2的电流是多少?
(2)电阻R2的阻值是多少?
分析:(1)分析电路图可知,两电阻并联,电流表A1测流过R1的电流,电流表A2测总电流.则由并联电路的特点可求得流过R2的电流.
I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A.
(2)对于R1,由欧姆定律可求得电路两端的电压.对于R2,由欧姆定律可求得R2的阻值.由欧姆定律得:U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V,因两电阻并联,故U2=U1,则R2=U2/I2=3V/0.2A=15Ω.
答案:(1)通过R2的电流是0.2A;
(2)电阻R2的阻值为15Ω.
例3.如图所示为伏安法测量小灯泡电阻的电路图.
(1)在电路图甲中的“”内填上电表符号;
(2)闭合开关S,电流表示数如图乙所示.向A端移动滑片P,小灯泡的亮度会变_____;
分析:(1)根据电压表与灯泡并联,电流表与灯泡串联的连接方式,可以判断空圈内填什么电表.
(2)滑动变阻器接左半段,滑片向A端移动,左半段变短,电阻变小,总电阻变小,电路电流变大,灯泡变亮.
答案:(1)
(2)亮
【小试牛刀】
在探究“电流与电压、电阻的关系”的过程中,两小组同学提出了以下猜想:
小组1猜想:电流可能跟电压成正比;小组2猜想:电流可能跟电阻成反比.
( 1)小组1的做法是:按图1所示连接电路,此时开关应处于_____状态(填“断开”或“闭合”).保持定值电阻R=10Ω不变,闭合开关S后,调节滑动变阻器R′,得到多组数据.在分析数据的基础上得出正确结论.
(2)小组2也连接了如图1所示的电路图.
正确的实验步骤为:
①将5Ω电阻接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数为1.5 V,记录电流表示数;
②将5Ω电阻换成10Ω电阻,闭合开关后发现电压表示数大于1.5 V,应将滑动变阻器的滑片向______(填“左”或“右”)移动,当观察到电压表示数变为_________ V时,记录电流表示数;
③将10Ω电阻换成15Ω电阻,闭合开关后发现:当滑动变阻器的滑片移动到最右端时,电流表和电压表的示数如图2所示.出现上述情况的原因可能是()
A.滑动变阻器最大阻值太大
B.滑动变阻器最大阻值太小
C.滑动变阻器断路
D.定阻电阻短路
教学策略作为教学设计的中心环节,其设计科学与否直接关系到教学的效率,甚至教学的成败。建构主义理论针对教学策略设计这一环节强调指出:“我们不是仅仅为了选择教学策略,而是要创设学习者积极学习的现实环境。”为此,建构主义理论主张在教学设计中应注意扩展学生对自己学习的责任感,包括允许学生决定自己想学什么,让学生能管理自己的学习活动,让学生在学习时能得到互相帮助,创设非威胁性的学习气氛,帮助学生发展元认知意识,使得学习富有意义,包括最大程度地利用现有知识,在现实情境中使教学有固着点,提供学习内容的多种方式,促进积极的知识建构,包括利用活动促进高层次思维,鼓励审视不同的观点,鼓励创造性,灵活地解决实际问题,提供学生呈现学习过程与结果的机制。那么,如何在初中物理教学中进行新课程课堂教学策略设计呢?笔者结合案例进行分析:
一、物理教学策略设计案例
我们来分析针对《欧姆定律》一节课分别用归纳教学策略和探究教学策略设计的两则案例:
【案例1】 运用归纳教学策略设计的教案
1.导入:讲述欧姆为探索真理,十年呕心沥血,坚持不懈地研究,最终得出欧姆定律的感人经历,激励学生的学习欲望。
2.演示实验
步骤1:研究导体中的电流与导体两端电压的关系,记录有关数据。
步聚2:研究导体中的电流与导体电阻的关系,记录有关数据。
以上步骤由教师与学生共同活动完成。
3.对实验结果进行归纳推理:当导体的电阻不变时,增大导体两端的电压,电压越高,通过导体的电流越大,电压增大几倍,电流强度就随之增大几倍;当加在导体两端的电压不变时,随着电阻的增大,流过电阻的电流强度就减小,电阻增大到原来的几倍,电流强度就减小为原来的几分之一。通过以上推理得出:导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比例关系;电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比例关系。
4.验证推理:设计两组实验数据表,每一组中留有适量的空白,请学生根据推理的结果在空白处填上适当的数据,教师通过演示实验同学生一道验证所得结论的正确性。
5.归纳得出结论:导体中的电流强度与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这个结论叫做欧姆定律。
【案例2】 运用探究策略设计的教案
1.提出问题:教师指出,我们曾通过实验发现,灯泡两端的电压越高,灯就越亮,流过灯的电流就越大。电流与电压、电阻之间究竟有什么关系呢?
2.形成假设:学生通过讨论认为有可能电流与电压成正比,与电阻成反比(学生通过学过的有关电压与电阻的知识能够比较顺利的提出假设)
3.制订方案:固定电阻、改变电压、研究电流与导体两端电压的关系,换用不同的电阻,保持电压不变,重复上述步骤,研究电流与电阻的关系,教师与学生共同研讨,确定最佳方案。
4.实施方案:学生分组进行实验,并将实验结果填入自己设计的表格中。
5.分析与论证:分析实验结果,验证与假设是否相符,得出结论。
6.评价:检验实验过程的操作是否规范,实验结果是否可靠。
7.交流:各小组形成实验报告,交流实验结果,形成最终结论(有关作业与反馈,保持与迁移等环节在两案例中略)。
二、物理教学策略设计案例分析
运用归纳策略设计的案例中,教师通过演示实验向学生展示了欧姆定律的形成过程,并经过归纳推理得出欧姆定律,通过师生双方的互动,学生不但对定律的来龙去脉有了清晰的了解,能够系统地理解和掌握知识,同时也得到了科学方法的训练,发展了他们的观察能力和逻辑思维的能力。相对于探究策略而言,归纳策略是比较省时的,而运用探究策略设计的案例中,则是学生通过自己的探究活动得出结论的,由于学生亲自参与了科学探究的全过程,因此,不但发展了他们发现问题,解决问题等多种能力,而且通过对探究乐趣的体验,激发他们的创新意识与欲望。同时,由于探究过程是以组为单位进行的,并且需要对结论进行交流与评价,因此,对培养学生的合作精神及反思和评价能力也是十分有利的。物理教学策略是在一定情况下达到特定目标的最有效的策略,只有当教师对于教学内容的类型、学生的现状、现有的条件等各方面因素,都能做到心中有数,才能考虑为达到某个特定目标的“最好”的教学策略。
关键词:复杂直流电路;计算方法;对口升学
DOI:10.16640/ki.37-1222/t.2017.11.196
首先我们要了解什么是复杂直流电路。复杂直流电路并不是指电路元件很多,线路很复杂,而是指不能用串、并联分析方法化简为无分支的单回路的电路,即无法用闭合电路欧姆定律解题的电路,而能够运用这些方法计算的就是简单电路了。复杂直流电路的计算方法有很多,考试大纲中所要求掌握的有四种:支路电流法,叠加定理,戴维南定理,电压源与电流源等效变换。复杂直流电路计算方法其实就是把复杂直流电路转换成简单直流电路来分析的方法,掌握了这些分析方法,就可以运用简单电路的方法进行计算了。所以,要学好复杂直流电路的计算,必须先熟练掌握简单直流电路的计算方法。以下我们逐一介绍各种复杂直流电路计算方法。
1 叠加定理
叠加原理是线性电路的重要基本原理,它说明了线性电路中各个电源对电路的影响是独立的。我们只需要将各个电源单独作用的电路图分别画出来,并明确该电源对待求元件作用的电压或者电流的方向,之后就是运用串、并联电路特点和欧姆定律进行计算了,最后根据方向确定几个单独作用的电压或电流叠加是相加还是相减。需要注意的是,叠加定理只适用于线性电路,只能用来计算电压和电流,而不能计算功率。可以启发学生根据功率公式P=I2R或P=U2/RM行分析。
在实际运用中,学生出现问题的地方主要有以下这些:把电源置零的状态记反了;将各个电源单独作用时电压或者电流的方向标错了;不会计算并联电路的分电流等。可以针对这些问题对学生进行强化练习。
2 基尔霍夫定律
学习基尔霍夫定律首先要了解清楚支路,节点,回路,网孔这四个概念。支路电流法的解题步骤为:(1)任意设好各支路的参考电流方向和网孔的绕行方向;(2)列节点电流方程,方程数为节点数减一;(3)列回路电压方程,方程数为支路数减节点电流方程数;(4)运用消元法解方程组,解得的值为负,则表示之前所设的参考方向与电流的实际方向相反。支路电流法列式很容易,但若支路太多,解方程组时比较繁琐。学生主要出问题的地方就是方程组解不出,其次是在列回路电压方程时电位的升降有时判断不清。近些年湖南省对口升学高考没有出支路电流法的解答题,但在选择填空题中多次出现。
3 戴维南定理
戴维南定理可以说是对口高考考得最多的一种方法,其常规题型可以分成以下三个步骤:(1)断开待求支路或元件,根据开路电压等于电源电动势的原理,将开路电压等效为一个等效电压源,可运用电位或KVL进行计算;(2)将电源置零(同叠加定理),得无源二端网络,求其等效电阻;(3)将有源二端网络等效成一个实际电压源,再把之前断开的待求支路或元件接回去,利用闭合电路欧姆定律计算。三个部分实际上就是三个知识点,电位计算,电阻混联计算和闭合电路欧姆定律,掌握这三点,做戴维南定理的常规题并不难。需要注意的事,有时我们发现,断开待求支路或元件后,剩下的有源二端网络依然是个复杂电路,则需要将其再次运用复杂直流电路计算方法计算。
除了常规计算题,戴维南定理也有很多技巧题,大部分都是利用了闭合电路欧姆定律的特点。如湖南省对口高考2009到2012连续考的负载获得最大功率的问题,此时负载电阻等于二端网络等效电阻;如保持有源二端网络不变,改变外电路状态,解二元一次方程组等,都是把有源二端网络直接看作实际电压源来分析,在选择填空题中多次出现。
学生主要出现的问题的地方就是等效电压源的计算,可通过电位计算的题型进行训练,电位计算也是对口高考的常考题型。
4 电压源与电流源等效变换
对于特定的一些题目,运用电压源与电流源等效变换的方法进行计算非常快捷方便。首先要明确两点:(1)只有实际电压源和实际电流源才能够相互转换;(2)待求元件不参与转换,这也是很多学生容易出错的地方,可以像戴维南定理那样先把待求元件断开,转换到只剩一个电源时再把待求元件接回去。具体方法是:(1)几个实际电源串联时,全部转换成电压源利用串联分压的原理合并;并联时,全部转换成电流源利用并联分流的原理合并;(2)实际电源与电阻或理想电源串、并联时,同样根据串并联特点讲实际电源转换后再与电阻或理想电源合并;(3)特别的,与理想电压源并联的元件和与理想电流源串联的元件可以全部去掉(不含待求元件)。熟练掌握电源等效变换对快速解选择填空题和验证计算题答案非常有帮助。
学生常犯的错误除了前面所说的将待求元件进行转换外,还有电源转换的方向分不清,这可以按电源上电流方向为电动势从低到高的方向来记忆;分不清电阻的串、并联等。
5 其他应用
例1如图1所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片在某两点间滑动时,电压表的示数在7.2V~10V范围内变化,电流表的示数在0.2A~0.48A范围内变化,求电源电压U和定值电阻R1的值。
分析电路在两种状态下,电流表、电压表示数的对应关系不能搞错。当电流小时,R1两端电压小,R2两端电压大,此时R2阻值也大。因此,当电压表示数是10V时,电流表示数是0.2A。
一、解题方法比较
大多数同学习惯从整体上用欧姆定律公式解题,即将三个基本量合用于一个式子。
(一)列方程组法
在此题目中,无法找到“同一状态”下,与所求量U或R1在同一段电路中对应的另两个量的具本数值,由此想到用列方程组的方法解之。
建立方程组就是利用一定的关系,在不同状态下将所求量与对应的已知量组织在一起。下面是几种列方程组的方法。
1.表示电路中不变的量。
不管滑片如何滑动,引起怎样的变化,在电路中总存在着不变的量(往往就是所求的量),可用变化的量表示这些不变的量。
(1)电阻器R1的阻值不变
(2)电源电压U不变
②U=0.2R1+10U=0.48R1+7.2
2.利用电路中不变的关系。
不变的关系就是电路三个基本物理量间的关系,根据电路的特点和方程中应包括所求量的要求,建立方程组有以下三种方法。
(1)电阻关系。
在串联电路中电阻的关系是:R=R1+R2,为了简化方程组,可先计算出变阻器在两种状态下的阻值(用电压表和电流表对应的示数计算,分别是50Ω和15Ω)。
(2)电流关系。
在串联电路中电流处相等,即I=I1=I2。但在本题中只需用与所求量有关的部分,即I=I1。R2的阻值可先求出。
(3)电压关系。
在串联电路中电压的关系是:U=U1+U2,建立的方程组与方程组②相同。
3.表示已知量。
用所求量表示已知量的数值,可将它们组织在一起,从而建立方程组。
(1)表示电流
(2)表示电压
⑥7.2=U-0.48R110=U-0.2R1
由上可知,列方程组的方法很多,列出的方程组形式各异,但每个方程组都可通过数学变形而相通。但解方程组②和⑥要简单一些,因其与另外几个方程组相比,可省去去分母的麻烦。
(二)比例法。
克服思维定势的影响,若将欧姆定律分而用之,即分别利用其中的两个比例关系,反而能更好地体现定律的实质,使解题过程更简洁。
1.电压相同时,电流与电阻成反比。
利用这一反比例关系,一定要注意其前提条件是“电压相同”。分析题意知,电路中只有电源电压(即总电压)不变,因而电流应与总电阻成反比。可先用对应电压、电流值求出R2的阻值。
2.电阻相同时,电流与电压成正比。
同样,利用这一正比例关系,也要注意其前提条件:电阻相同。由题意知,电路中只有定值电阻R1的阻值不变,因而可用“R1中电流与R1两端电压成正比”例方程。
(三)比差法。
在比例法的基础上,能不能再次“由分到合”是很多同学思考的问题。能否由欧姆定律整体使用而求解呢?
仔细推敲欧姆定律内容:当电阻不变时,电流与电压成正比。当电压发生变化时,电流发生相同比例的变化。即电压的差值与电流差值的比值(导体的电阻)是不变的,以下面推导佐证之。
因此,可以用比差法――电压差值和电流差值的比,求出定值电阻,继而求出其他相关量。实际的电路问题,基本上是通过改变开关的状态,或滑动变阻器滑片的位置来改变电阻,从而改变某部分电路的电压和电流,故此方法适用性较强。
本题中电路仅分成两部分,一部分电压增大值就是另一部分电压的减少值,即ΔU1=ΔU2。
纵观三类方法的解题过程,一般来说,比差法较为简洁,为首选方法,其次是比例法,再次是列方程组法。
但它们的理解难度则依次降低,运用比差法则还需经过简单的推导。但我们应不惜“多费一些功夫”,努力理解和使用简单方法,因为我们都懂得“磨刀不误砍柴功”的道理。
二、巧用条件,善用“比”的形式解题
运用“比”的方法解题,可省去很多解方程组的繁琐步骤,提高解题速度。只要巧妙利用问题中的条件,大多数这类问题中构造“比”式是比较容易的。
例2如图2所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片P滑至a端时,电流表的示数是0.6A,当滑片P滑至b端时,电压表的示数是6V,R2的最大阻值是30Ω,求电源电压U和定值电阻R1的值。
分析只要着意从“比”式入手,便可知晓题中条件的应用方法。
1.比例法。
需先计算出滑片P滑至b端时的电流值:
以下可用两种比例关系解题:
2.比差法。
需计算出通过定值电阻R1的电流变化值及两端电压变化值。
ΔI=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A。
ΔU=U-(U-U2)=U2=6V。
善于用“比”的形式解题,但不是说每一个问题都一定要用这个方法,因为我们需要通过一定的过程来构造“比”式。若能根据一定关系,直接利用已知条件,列出简单的方程组(如例1中②和⑥方程组),也不失为好方法。
一、伏安法测电阻
此法重在考查一些电学基础知识、学生对书本中“伏安法测电阻”实验的掌握情况以及在学习过程中的动手实验情况,题目具有一定的综合性。
例1(2010年镇江市)小明做“伏安法测电阻”的实验时,
(1)按1甲所示电路图,用笔画线代替导线将实物连接完整。电压表选用0~3 V量程。
(2)闭合开关后,发现电流表示数为零,电压表有明显偏转,则电路中发生断路的器件是。
(3)改正电路后开始实验。前两次的实验数据已填在下面的表格内,第三次实验时电流表的示数如图2所示。请将表格中的空白处填写完整。(计算结果保留一位小数)
实验次数电流/A电压/V电阻/Ω10。302。58。3 20。262。18。1 31。6测量结果
R=Ω解析(1)、(2)两问着重考查学生的电学综合知识、动手操作的能力以及故障分析的能力;第(3)问考查“伏安法测电阻”中测量三组数据的目的、求电阻的平均值、电流表的读数以及利用欧姆定律的公式进行计算等基础知识。
答案(1)略(2)定值电阻R
(3)0。2 A8。0Ω8。1 Ω
二、等效替代法测电阻
“等效替代法”是一种常用的物理研究方法。在苏科版九年级上册物理课本《欧姆定律》一章中,以习题的形式明确提出了用“等效替代法”测量电阻的方法。一般注重考查学生对“等效替代法”的理解,以及运用该方法测电阻的基本操作。
本题考查的知识点有两个。一是,平均速度等于时间中点的瞬时速度即v1=v2;二是,时间中点的瞬时速度小于位移中点瞬时速度即v2<v3。
实际上,学生只要把握了其中任意一个知识点,剩下的就会不攻自破。因为,符合v1=v2的只有一个选项C,符合v2<v3的也只有一个选项C.这样的试题对学生的考察效果,自然打了折扣。
当然,选择题的命题还有其它的原则,这里仅就一道中考题中出现的问题进行一点简单剖析,供大家命题时参考。
【作者单位:(236400)安徽省临泉第一中学】例2(2010年南京)小明设计了一种测量未知电阻Rx的实验方案,并选择合适的器材测量,电路如图3所示,电源电压恒定,滑动变阻器最大阻值未知,在A、B两点间接人的元件每次只能是电阻箱或未知电阻Rx。
(1)请你帮他完成相关实验内容。
①将接入A、B两点间;
②闭合开关,移动滑动变阻器滑片到某一合适位置时,记下;
③断开开关,取下A、B间的元件,将接在A、B两点间;
④闭合开关,调节,使;
⑤读出,即可知道Rx的阻值。
(2)小明测量电阻的方法在科学研究中经常用到,下面四个实例中,采用这种研究方法的是
A.力是看不见的,可以通过力的作用效果认识它
B.根据磁铁吸引大头针多少判定磁铁磁性的强弱
C.用总电阻表示同一段电路中串联的两个电阻
D.用磁感线的疏密程度表示磁场的强弱
解析此题把书本“等效替代法”测电阻的题目中的电流表改成了电压表,并把考查方式加以改变,重在考查学生对“等效替代法”的理解及操作。
答案(1)①Rx②电压表的示数③电阻箱④电阻箱电压表示数与原来相同⑤电阻箱的示数(2)C
三、特殊方法测电阻
所谓特殊方法测电阻是指在题目所给的器材不全的情况下所采用的测电阻的方法,常见的有以下几种情况。
1。缺少电流表的情况
例3(2010年南通)实验室中要测量一个阻值约为数百欧的电阻。提供的器材有:电源(电压约5 V)、学生用电压表(0~6 V)、电阻箱R(0~9999 Ω5 A)、开关S1和S2、导线若干。现要测量待测电阻Rx的阻值,设计了如图4甲所示的实验电路图。
(1)小虎进行的实验过程如下。
①根据实验电路图,连接成如图乙所示的实物电路,但存在连接错误,只需改动一根导线,即可使电路连接正确,请在接错的导线上打“×”,并用笔画线代替导线画出正确的接法。
②电路连接正确后,闭合S1,将S2拨到触点1时,电压表的读数为U1,则电源电压为。
③闭合S1,将S2拨到触点2,当电阻箱的阻值调为R0时,电压表的示数为U2,则待测电阻的阻值Rx=。
(2)如果实验器材中没有提供电压表,现再提供一只电流表(0~0。6 A),利用上述器材,你认为(选填“能”或“不能”)较准确测出该待测电阻的阻值,原因是。
解析本题的第(1)小题考查学生在缺少电流表的情况下,如何测量电阻。在缺少电流表但有已知电阻的情况下(电阻箱可当做已知电阻),可以利用串联电路电流相等的规律来测算电阻。第(2)小题主要考查学生的审题能力,电压约为5 V,但所测量的电阻阻值大约数百欧,其电流很小,电流表无法测量。大多数学生由于审题时没有注意到“阻值约为数百欧的电阻”这一信息,而无法解题。
答案(1)①略②U1③U2R0U1-U2
(2)不能原因:所测电阻阻值过大,电流过小,电流表无法测量
2。缺少电压表的情况
例4在实验室测量电阻的实验中,老师提供了下列器材:电压恒定的电源一个(电压未知),定值电阻R0一个(阻值已知),待测电阻Rx一个,滑动变阻器一个,量程合适的电流表一个,单刀开关两个,导线若干。请在给出的器材中选用一些进行组合,完成实验。
①画出实验电路图。
②写出实验的主要步骤。
③写出Rx的表达式。
解析本题最显著的特点是器材中缺少电压表,无法直接测量电压。可以利用并联电路各用电器两端电压相等的规律进行间接测量;也可以利用电源电压不变的特点,采用局部短路的方法测出电源电压后,再用串联电路的电压特点及欧姆定律进行计算。
解法1利用并联电路各用电器两端电压相等的规律进行间接测量
(1)实验电路见图5。
(2)主要实验步骤:①将电流表与R0串联,测出通过R0的电流,记为I1;
②将电流表换为与Rx串联,测出通过Rx的电流,记为I2。
(3)Rx的表达式:Rx=I1R0I2。
解法2利用电源电压不变的特点,采用局部短路的方法测量
(1)实验电路见图6。
(2)主要实验步骤:
①将S1、S2都闭合,测出通过R0的电流I1,则电源电压为I1R0;
②将开关S1闭合,断开开关S2,测出通过R0和Rx的电流I2;
(3)Rx的表达式:Rx=I1R0-I2R0I2。
例5某同学在做“伏安法测电阻”的实验时,连好电路后发现电压表坏了,如图7。你能在不增加器材,不拆开电路的情况下,利用原来的电路测出待测电阻的值吗?(滑动变阻器的最大电阻为R)写出主要实验步骤及Rx的表达式。
解析此题仍然是缺少电压表的题型。很明显,在这种情况下,滑动变阻器应当做定值电阻使用,以增加可利用的条件。
难点在于,不拆开电路,也不增加器材的情况下,如何解决电压测量的问题,唯一可以利用的是电源电压不变。
解法(1)实验步骤:
①将滑动变阻器的滑片移到变阻器的最左端,记下电流表示数I1,此时变阻器电阻R=0,电源电压可表示为U电源=I1Rx;
②将滑动变阻器的滑片移到变阻器的最右端,记下电流表示数I2,此时变阻器电阻阻值最大为R,电源电压可表示为U电源=I2(Rx+R);
③根据电源电压不变可得
I1Rx=I2(Rx+R);
(2)Rx的表达式为Rx=I2RI1-I2。
在高中物理新课程标准中,把科学探究和科学内容放到同等重要的地位,明确提出让学生“经历科学探究过程,认识科学探究的意义,尝试应用科学探究的方法研究物理问题”. 基于这一理念,人教版教材突出了规律的建立过程. 但在教学中发现,由演绎方法建立起的部分物理规律之中,存在着以特殊模型为前提演绎得出一般物理规律的现象;而对于由实验归纳方法建立起的部分物理规律之中,教材往往直接指出如何进行归纳,而没有充分体现过程与方法.
二、 对几个物理规律的重构建议
在人教版教材中,《动能定理》《焦耳定律》《闭合电路欧姆定律》三个物理规律都是以特殊模型为演绎起点、通过理论演绎建立起的一般规律,而演绎方法的规则是由一般到特殊,故教材的呈现方式隐含着逻辑问题;《楞次定律》是通过实验归纳方法建立起来的,但在对实验现象进行归纳时,没有充分运用科学方法引导学生进行探究,而是直接提示学生通过“中介”——“感应电流的磁场”来进行归纳. 有鉴于此,建议对它们的呈现方式进行重构.
1. 对动能定理的重构建议
(1) 教材分析
动能定理是通过理论演绎的途径建立起来的,具体过程如下:
由牛顿第二定律F=ma=m及功的定义dW=F?dx得F?dx=m?dx=mv?dv,
将上式积分有W=mv22-mv21.
教材据图1所示的物理模型,运用牛顿第二定律F=ma与运动学公式v22-v21=2ax进行理论演绎,得出W=mv22-mv21,并直接指出此式即为动能定理,纵观上面的推理过程,其逻辑关系实质如图2所示.
上述演绎推理的大前提是牛顿第二定律,小前提是物体做匀变速直线运动,那么,由此演绎得出的W=mv22-mv21的适用条件自然是与小前提相同的,因此,我们不能将其称之为动能定理. 尽管教材此后也就物体受多个力作用及曲线运动情况作了说明或提示,但仍然不是对动能定理真正意义上的建构,故有必要对其呈现方式进行重构.
(2) 重构方案
由于学生知识结构的限制,在高中阶段不可能运用理论演绎的方法建立起动能定理,为此,建议根据分类方法,分别就直线运动与曲线运动两类情况设计的递进性问题链,变理论演绎为演绎与归纳相结合,引导学生在问题解决中“发现”动能定理.
类型一:直线运动
问题1 在图1所示的水平面上,如果物体与水平面间有摩擦力作用,物体的动能变化量与什么功相对应?
通过对此问题的探究,把W=mv22-mv21的适用范围推广至多力做功情况,此时的W为合外力所做的功,同时能使学生产生问题意识,即:这一结论是否具有普遍性?是否适用变力、曲线运动情况?从而生成新的问题.
问题2 如图3所示,物体在粗糙的水平面运动,在l1、l2段分别受到水平力F1、F2作用,则物体在整个过程中的动能变化量与什么功相对应?
通过对它的探究,引导学生建构起多过程问题中功和动能变化量的关系,并把单过程中的合外力功W扩展至各过程中功的代数和,从而加深了对功W的理解.
问题3 如果物体在粗糙的水平面上运动时,受到的水平作用力F是变化的,则物体的动能变化量又与什么功相对应?
这是由问题2衍生出的直线运动中更为一般的问题,通过问题2的启发,学生能运用微元法进行演绎推理,并得出W=mv22-mv21.
在上面三个问题中,对应的物理模型都是在水平面上的运动物体,对于其他类型的直线运动,学生也容易得出W=mv22-mv21的结论,从而通过问题解决建构起直线运动中功与动能变化量间的关系,那么此结论对于曲线运动是否成立?如果成立,我们就发现了一条新的物理规律,由此生成类型二的问题.
类型二:曲线运动
问题4 从高为H处将一物体以一速度v0沿水平方向抛出,重力对物体所做的功与物体的动能变化量之间存在什么关系?
以此问题为支架,让学生进一步体会物理科学方法在探究过程中的作用,实践表明,学生对此问题能从两个角度进行探究,一是运用“猜想—检验”模式,先提出假说“重力对物体做的功等于物体动能的变化量”,然后运用平抛运动知识进行检验;二是运用微元方法,化曲为直,进行演绎推理. 同时,也使学生意识到要建立一个新的物理规律,还需要对一般的曲线运动进行分析,从而衍生出问题5.
问题5 如果物体做曲线运动,且受到变力作用,则物体的动能变化量又与什么功相对应?
对此,学生运用类比方法得出W=mv22-mv21.
在对以上两类问题探究的基础上,引导学生进行理论归纳,进而在问题解决中建构起具有普遍意义的动能定理.
2. 对焦耳定律的重构建议
(1) 教材分析
在物理学史上,焦耳定律是由焦耳通过实验归纳方法得出的. 而在新教材中,没有重现物理学史,而是以电流通过纯电阻元件为前提,通过理论演绎方法对其进行重构,具体的逻辑关系如图4.
显然,上面推理过程的大前提是普遍适用的电功公式W=IUt,小前提是电流通过纯电阻元件,因而得到的结论Q=I2Rt也只适用于纯电阻元件,而由实验归纳方法建立起来的焦耳定律是适用于任何电路元件的,故需要对其呈现方式进行重构.
(2) 重构方案
尽管运用理论演绎方法在建立焦耳定律时面临逻辑问题,但在课堂教学中,完全重现焦耳的实验归纳方法也是不可取的,因为在运用实验归纳方法时,要面临诸如实验类型、精度等一系列问题. 为此,建议运用理想实验与真实实验相结合方法来建构焦耳定律,具体内容如下.
①通过定性分析,得出影响焦耳热的物理量有R、I、t
②理想实验的设计及其思维操作
设阻值为R0的用电器通以电流I0,在时间t0内产生的焦耳热为Q0,依据等效思想,运用控制变量法来探究其他情况下产生的焦耳热与Q0的关系,进而建构起Q与R、I、t的大致关系.
问题1 在电流、电阻不变的情况下,探究焦耳热Q与时间t的关系.
理想实验:如图5,在电流I0、电阻R0不变情况下,在两个时间t0内产生的热量Q之和即为2t0时间内产生的热量Q1,故有Q1=2Q0,由此可见,Q∝t.
在上面设计的理想实验中,为探究焦耳热Q与时间t的关系,运用了倍增方法和控制变量法,把待探究的时间设计为t0的整数倍,便于学生发现焦耳热Q与时间t的关系,下面两个理想实验的设计思想与此相同.
问题2 在电流I0及时间t0一定的情况下,探究产生的焦耳热Q与电阻R的关系.
理想实验:如图6所示,在电流I0及时间t0一定的情况下,电阻为2R0产生的焦耳热与两个阻值为R0的电阻串联后在时间t0产生的焦耳热等效,也即Q2=2Q0,故有Q∝R.
问题3 在电阻R0及时间t0一定的情况下,探究产生的焦耳热Q与电流I的关系.
在运用理想实验得出Q与R、t的关系后,要探究Q与I的关系,可用倍增方法构造出电流为I0的情况,以便借助上面的结论进行思维操作.
理想实验:在电阻R0及时间t0一定情况下,通以2I0的电流时产生的热量为Q3,根据等效思想,其产生的热量等效为阻值为2R0的两电阻并联后产生的焦耳热之和,见图7. 由问题2知Q′3=2Q0,而Q3与Q′3的关系为Q3=2Q′3,也即有Q3=2Q′3=4Q0,故有Q∝I2.
③焦耳定律的建构
在对上面的理想实验的思维操作基础上,再运用综合方法,可建构起焦耳热Q与I、R及时间t的关系为Q=kI2Rt,其中常数k可由实验确定,从而运用理想实验等科学方法建立起焦耳定律.
3. 对闭合电路欧姆定律的重构建议
(1) 教材分析
教材的编写思想是通过理论演绎把能量守恒定律与闭合电路欧姆定律联系起来,充分体现功和能的概念在物理学中的重要性,同时又能帮助学生形成完整的认知结构. 基于这一思想,教材以纯电阻电路为前提,运用能量守恒定律建立起闭合电路欧姆定律,其逻辑关系如图8所示.
从上面逻辑关系可以看出,理论演绎的小前提是纯电阻电路,大前提是能量守恒定律,因而导出的E=IR+Ir及I=也只适用于纯电阻电路,但是教材紧接着又由只适用纯电阻电路的E=IR+Ir推出适用于一般电路的E=U外+U内,这就产生了逻辑问题. 因此有必要对其呈现方式进行重构.
(2) 重构方案
在运用能量守恒定律进行理论演绎时,应该遵循理论演绎的规则,即从一般情况出发,导出相应的规律,然后再运用理论演绎得出纯电阻电路中的闭合电路欧姆定律,具体方式如下.
对于图9所示的电路,电源电动势为E,内阻为r,方框内元件性质未知,电路中的电流为I,路端电压为U. ①在时间t内,外电路中消耗的电能E外为多少?②在时间t内,内电路中电能转化成内能E内多少?③在时间t内,电源中非静电力做的功W为多少?④根据能量守恒定律,W与E外、E内的关系是什么?
对于上面四个问题,学生依据有关功和能的概念及能量守恒定律得到IEt=IUt+I2rt,对其整理后得到E=U+Ir,其中,Ir是电源的内电压,故此式也可写成E=U外+U内,这两个关系式即为一般意义上的欧姆定律,它适用于一切电路.
对于纯电阻电路有U=IR,则有I=. 这是纯电阻电路中的闭合电路欧姆定律.
4. 对楞次定律的重构建议
(1) 教材分析
本节教材的编写是以问题与问题解决为纽带,引导学生从发现问题分析问题解决问题等步骤去掌握知识,意在突出科学探究,着眼于学生探究能力的提高,其教学流程如下:
其中重温的实验如图10所示,而且运用草图记录相关信息,以便归纳出楞次定律.
在运用图10所示的实验进行归纳时,面临一个关键问题,就是如何从众多的物理现象及实验因素中寻找归纳的方向,对此,教材直接提出:“是否可以通过一个‘中介’——‘感应电流的磁场’来表述这一关系”,以此引导学生归纳出楞次定律. 但问题的关键是,我们是怎么想到从原磁场方向与感应电流的磁场方向的关系进行归纳的?
(2) 重构方案
根据分类方法,影响感应电流方向的因素有如下三类:一类是外部因素(磁场强弱、磁场方向、磁铁运动方向、磁通量变化等);第二类是自身因素(线圈粗细、线圈的绕制方式等);最后是自身与外部相互联系的方式. 在探究感应电流方向与哪些因素有关时,需要围绕这三类因素设计一些针对性的问题,让学生在问题解决中,提出猜想,设计实验,修正猜想,最终“发现” 楞次定律,具体方案如下.
①探究感应电流方向与外界因素之间的关系
问题1 感应电流方向与磁场变化快慢有无关系?设计实验验证你的猜想.
问题2 感应电流方向与磁感应强度大小有无关系?设计实验验证你的猜想.
问题3 分析图10甲和图11所示的实验现象,说明影响感应电流方向的外界因素有哪些.
设置问题3的目的是引导学生对两类电磁感应问题的共同的外部特性进行归纳,总结出影响感应电流方向的外部因素是磁场方向和磁通量的变化,从而为进一步探究奠定基础.
②探究感应电流方向与自身因素之间的关系
为了探究感应电流方向与自身因素的关系,可设置以下两个问题.
问题4 试猜测感应电流方向与线圈的粗细、匝数是否有关,设计实验验证你的猜想.
问题5 感应电流方向与线圈的绕行方向是否有关?设计实验验证你的猜想,并把实验信息记录在草图上.
通过问题5,引导学生提出猜想,并通过控制变量法,在保证磁场方向和磁通量变化方式相同的情况下,设计出图12所示的实验对猜想进行检验,进而研究感应电流方向与绕行方向的关系.
根据实验所记录的信息发现,在线圈的绕行方式变化时,回路中的感应电流方向也随之变化,但是线圈中的电流绕行方向是不变的,此时引导学生探究在线圈的绕行方式变化时,什么因素是不变的?
实践表明,按此方法重构后,学生能寻找到以“感应电流的磁场方向”为中介进行归纳,于是衍生出问题6.
③探究感应电流方向与内外关联方式之间的关系
(福泉市第三中学贵州福泉550500)
1. 背景
在过去十几年的教学中发现,初中毕业生升入高中后,往往感觉到物理特别难学,特别是实验教学,让学生难以接受和理解。由于工作变动,今年我又有幸从事了初中物理教学,带着对这一问题的思考,结合学科特点,为了做好实验教学,我在教学中做了一些思考和总结,按本文中所列几个方面入手,颇见成效,谨以此和大家分享,并请各位同仁批评指正。
2. 充分利用物理趣味实验,创设乐学情境,激发学生求知欲
兴趣是最好的老师。初中学生对生动形象的物理实验普遍怀有好奇心和神秘感,合适的实验不仅能帮助学生理解和掌握知识,而且能激起学生的兴趣,启迪其思维定向探究。实验导入是物理课堂导入的最主要的方法。我在教学实践中主要采用了惊奇现象导入,黑箱导入,配合故事导入,实验复习导入等方法。
3. 高瞻远瞩,正确理解概念
在初中物理教材中,速度的定义为物体在单位时间内通过的路程。这时,教师应讲清楚这个定义是对于物体作匀速直线运动而言的,由于物体在各个时刻运动的快慢和方向是相同的,因此任意时刻的速度都等于整段时间内的平均速度。对于物体作变速运动,物体在各个时刻运动的快慢和方向是不同的,这样定义出来的速度只能是平均速度。这样一来,为高中物理学习瞬时速度、平均速度打下了良好的基础。
4. 重视内涵和外延
例如:欧姆定律的内涵是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,即部分电路欧姆定律。欧姆定律的外延是,电路中的电流与电源电动势成正比,与整个电路的总电阻成反比,即全电路欧姆定律。
5. 注重科学方法
“授人以鱼不如授人以渔”。这就要求初中物理教师在教学过程中,应积极采用探究式教学法以培养学生的创新能力。把科学家从事科学研究的一些基本做法反映到教学中来,让学生体验科学的结论都有其科学的产生过程,即“问题假设求证结论”的探究路径。注重对结论的产生过程的教学,将对培养学生的抽象逻辑思维能力起到积极的作用。
5.1注重科学探究的七个环节
5.1.1提出问题
我们要尽可能地引导、激发学生的想象能力,从而使他们会发现问题和提出问题。探究是从问题开始的,发现和提出问题是学习的开端。教师在教学中要善于创设问题情境,使学生在阅读、观察、调查中对自然现象、生活现象或实验现象产生好奇,发现或提出一些有探究价值的问题。
5.1.2猜想假设
猜想与假设是学生运用已有物理实验和实践经验,对问题的可能答案进行猜测,尝试性地提出自己的见解和想法。这一环节有利于调动学生参与学习的积极性和主动性,有利于促进学生思维能力、创造能力的发展。在教学中可根据具体的内容,采用多种方式,鼓励每位学生大胆说出自己的想法。
5.1.3设计实验
针对探究的目的和条件,设计明确、具体的操作步骤,达到预期目标。教学中教师应根据探究问题的难易程度,在设计实验方案时给学生必要的方法指导,注意实验设计的层次性和典型性,使学生逐步掌握统筹问题、分析问题及控制变量的意识。
5.1.4进行实验、收集数据。
通过实验,获取事实与证据;正确操作,确保实验顺利进行;科学记录实验现象及数据。
5.1.5分析论证得出结论
引导学生对实验进行解释并通过理性分析形成结论,这是实验的目标。教学中注意引导学生逐步学会用报告形式将实验进行总结,包括:实验的目的、方法、步骤、注意事项、结果、分析和讨论,学生通过比较、分类、归纳、概括等方法,对事实与证据进行简单的加工、整理、归纳、处理和分析,得出正确的结论。
这几种程序可依次进行,可穿插配合使用,也可单独进行。
5.2把课堂还给学生,使学生成为实验的主体
新课程背景下,老师只是课堂的组织者,引导者,管理者,聆听者,评价者,欣赏者。努力提高学生的实验思维,学生的动手,动脑,观察,归纳分析能力是老师的主要功能。
5.2.1重视课程改革,掌握探究性实验的特点和设计要求
传统的学生实验都是在新课学习之后安排时间进行的,属于验证性物理实验,且都只强调对实验基本技能的培养。在新课程改革目标中,尤为重视对学生探究能力的培养,致力于改善学生的智能结构,激发学生的创造精神。
探究性物理实验教学有如下特点:一是探究物理规律并培养学生基本的实验操作能力;二是让学生经历探究过程,学习科学研究的思想和方法,对学生进行情感教育;三是能充分体现课堂教学中学生的主体地位,教师的主导作用。为此,教师事前要做好安排,准备可供选择的实验器材。
5.2.2从“提”、“学”、“练”三个环节入手,做好探究性物理实验
(1) “提”:即提问。学生自己在学习中发现问题是至关重要的。当学生提出有价值的问题时教师应该因势利导,让学生知道什么样的问题有价值,这对培养学生发现问题的兴趣,养成提出问题的习惯,都有好处。学生发现并提出问题,是求知的起始,也是教师展开教学的最好开端。
(2)“学”:即在教师指导下学生预习、阅读课文,进行思考;
(3)“练”: 学生动手实验,正确观察、量度和整理、分析数据,从复杂多变的过程中剖析现象之间的因果关系,从而认识现象的本质特征,并抽象出物理规律。
6. 积极开展家庭物理实验的形式以补充物理教学,培养学生的观察力、注意力、毅力等优良品质
教材每一章后面都附有一些小实验,这些小实验都有是一些取材方便、简单易做、现象明显的实验,教师可指导学生在家庭的条件下独立完成这些小实验。如在学生“物体浮在液面的条件”后可安排一个家庭实验《鸡蛋的浮沉》,通过这个实验来加深对“浮沉原理”的理解。
7. 在实验教学中培养学生的创新精神
【关键词】高中物理 课堂教学 学习效率 具体措施
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)10-0172-01
一、当前高中物理课堂学习存在的问题
当前高中物理课堂学习效率较低,主要是原因是课程变化大,学习任务繁重。高中阶段是学生学习生涯的重要阶段,物理是在高中理综学科中占据着重要地位。在初中时期对物理知识的学习,只是对物理知识简单的介绍,以定量知识内容为主,多是对公式、数据的死记硬背,学生学习难度小;进入高中之后,物理知识学习的深度和广度不断加深,多是定性知识内容,不仅包括对公式的推导和应用,还有相关物理事物之间的联系、分析等,同时涉及了对数学知识的运用,考查学生对知识掌握的综合能力,难度加大;高中时期学习课程增多,高考的临近、父母的期望、老师的嘱托,这都在无形之中成为学生心头的压力,产生沉重的心理负担。一些学生基础薄弱、心理素质较差,容易产生厌学心理,学生对物理知识学习兴趣不高,容易产生抵触情绪。
1.传统教学方式,不利学生发展
我国数理化类学科发展历史较短,相应的教育基础较为薄弱,缺乏教学经验,教师多采用传统的教学方式,重理论、轻实践,重课堂、轻试验。学生学习物理知识多依靠书本和习题册,教师执着于利用有限的课堂时间分析理论、讲解习题,没有考虑学生实际情况。平时的课堂实验,多是“走过场”。表面上,教师展示了实验过程和实验结果,学生的好奇心得到满足,实验原理得到证明,但是没有注重培养学生的物理思维和探究思路,学生只是会套用公式解决问题,但是仍旧没有实现对知识的融会贯通,这对学生物理学习的长久发展是不利的。
2.一味死记硬背,缺乏学习技巧
学生对物理知识的学习缺乏正确的方法。高中物理知识的关联性、灵活性很强,但有些学生仍旧采用初中时期的学习方式,熟悉公式、熟悉数据但是成绩却不理想。一些难度较大的公式采用死记硬背的方式,却不懂得发现物理知识之间的联系。学习任何学科,灵活运用,发现其中的规律与特性,掌握技巧,才能事半功倍。
二、如何提高高中物理课堂的学习效率
1.多样化教学方式,注重实践教学
伴随着科学技术的不断进步和教育基础设施的不断建设,“一支粉笔、一块黑板”不在是教师课堂的唯一选择,教师可以改变传统的、乏味的课堂,采用多化的教学方式,提高物理课堂的学习效率。高中物理知识学习需要运用一些数学知识,如平面几何的相关知识、三角函数、图形、线条等,教师可以运用多媒体教学,在多媒体课件上展示繁琐的图形和复杂的公式,既可以使知识更加生动形象,同时节省了课堂上在黑板上绘图、计算的时间。一些简单的物理实验可以在实验室进行,一些实现难度大的实验教师可以寻找相关视频,增强学生的感官认知,在头脑中形成印象,加深理解。另外,物理学习时利用实验论证原理也是重要的学习工具。理论来源于物理实验,又从实验中总结知识。
2.增强学生兴趣,锻炼学生思维
一些学生对物理知识认识不够,仅停留在理论层面,缺少感知认识,也无法与实际生活像联系。教师可以为学生布置课前观察作业,如学习折射原理时,提前让学生观察凸透镜的应用,有一些新的发现,在学习时就会降低地学习的难度。课堂上将知识联系实际,如在阴凉处洗车就可以减少水滴产生的凸透镜形成高温对车漆的损害,学生理解知识的同时还学到了生活技巧,可以增强好奇心,激发学生学习热情和学习兴趣。在习题课上,对于学生不懂的问题要引导式、启发式教学,锻炼学生的思维能力。一些重要的物理知识,经典实验就会常常出现,学生容易产生视觉和心理上的疲惫。可以在不改变实验原理的前提下,对实验的过程和细节稍加改动,增强学生的学习兴趣。现在以高中物理欧姆定律相关知识学习时的试验为例时,笔者进行分析。
(1)实验目的:掌握欧姆定律;计算电源的电动势和内阻
(2)实验计划:将班上同学平均分为6组,选定组长,明确分工,其中包括一名监督员。实验前教师说明具体实验步骤和注意事项,在实验时仅发挥指导作用,不安排统一实验方案。每组分别制定具体的试验计划。6组同学形成一个循环,本组监督员到邻近的组监督实验的具体执行,寻找实验疏漏。各组之间形成竞争,最后评选表现最好的一组。
(3)实验步骤:教师根据欧姆定律的原理,作出电路图,如图,
调节滑动变阻器,记录电流表的变动情况,记录数据U、I,根据解得不同的E、r。
(4)实验过程:监督员发挥作用,仔细记录实验步骤,实验前电路连接是否正确,检查是否将滑动变阻器调节到阻值最大,是否闭合开关,拆除电路前是否断开开关,公式引用是否正确等。
(5)实验总结:在实验中学生熟悉了欧姆定理,增强了动手能力。根据监督员反馈的易错点,学生对错误印象深刻,才会避免以后出错。
本次对传统的试验方式进行了细节修改,设立监督员,在于激发各组之间竞争意识,增强学生的注意力。在监督员的监督下,各小组明确分工,认真进行每一个步骤,避免出现疏漏;监督员为了本组成绩,会对仔细执行工作,盯紧全过程,虽然没有动手参与,但是对每一个步骤的熟悉程度大大增强。
在有限的课堂时间里高效的学习,是每一个教育工作者不断追求的目标。传统的高中物理教学中无效学习是阻挡学生前进的雾霾,提高效率是所要追寻的光明,只有掌握正确的学习方法,驱散阴霾,寻找光明,才能提高高中物理课堂的学习效率,提高学习质量,促进学生的全面发展。
参考文献:
[1]《高中物理课堂有效教学的现状与对策研究》2012 吴海原
[2]《浅析如何提高高中物理课堂教学质量》2013年99期 徐艳明
直流电路分析中的一种重要题型称为“电路动态变化分析”。此类题目通常采取的办法是从电阻的变化入手,即:若一部分电阻变大,则总电阻变大,进而分析电阻的总电流变小、内电压变小,路端电压变大,再对外电路中各部分的电压电流进行分析。具体步骤为:①由部分外电阻的变化确定电路总的外电阻的变化。②根据闭合电路的欧姆定律确定电路的总电流的变化。③确定电源内电压的变化。④确定电源的外电压的变化。⑤由部分电路的欧姆定律确定干路上某定值电阻两端电压的变化。⑥由部分电路和整体的串并联规律确定支路两端电压如何变化及通过各支路电流的变化。这种分析方法通常称为“程序法”,该方法规范、全面,但对部分学生来讲,过于复杂,不能将电路分析到底,并且解题消耗的时间过长。若能合理结合“分压关系”,不但节省解题时间,更能提高解题的正确率。
一、应用“分压关系”的知识准备
电路中,分压关系的应用首先是针对串联电路,对某一部分电阻R,若阻值R变大,根据闭合电路欧姆定律,该电阻上的电压UR=■.R=■ ,因为R其它不变,则可判断该部分的电压变大。这要求首先认清电路的整体结构:任何电路都可以看成是内外电路的串联,即最大的分压关系内外电阻的分压。内电阻固定不变,若外电阻变大,则路端电压变大。外电路中的具体关系亦是如此,部分外电阻增大,该外电阻的电压也增大。其余部分,可再根据电压、电流关系依次推断。
二、应用“分压关系”解析常见题型
题型1:巧解“串联”电路
如图所示,当滑动变阻器的滑片P向a端移动时,分析电流表和电压表的示数如何变化?
解析一:“程序法”
P向a端移动,R3变小,总电阻变小,总电流I变大,内电压Ir变大,路端电压U=E-Ir,U变小,电压表示数变小;R1上的电压U1=IR1,U1变大,并联部分电压U并=U- U1,U并变小,R2上的电流I2=■,I2变小,R3上的电流I3=I-I2,I3变大,电流表示数变大。
解析二:结合“分压法”
步骤1:观察电路结构
该电路是由内电阻r、定值电阻R1及虚线框内部分组成的串联电路。
步骤2:P向a端移动,R3变小,外电阻变小,路端电压U变小,电压表示数变小;R3变小,并联部分(虚线框内)电阻变小,该部分电压U并变小,R2上的电流I2变小,而总电流变大,所以R3上的电流I3=I- I2,I3变大,电流表示数变大。
再如右图所示,R1、R2、R3、R4均为定值电阻,R5为滑动变阻器,分析R5的滑片向a移动的过程,电压表、电流表的示数变化。
解析:“分压法”
步骤1:观察电路结构
该电路是由内电阻r、定值电阻R1、R2及虚线框内部分组成的串联电路。
步骤2:滑片向a移动,R5变小,外电阻变小,路端电压变小,电压表示数变小;并联部分(虚线框内)电阻变小,该部分电压变小,电流表支路电阻不变,电流表示数变小。
题型2:巧解并联电路
如图所示,开关S闭合,小灯泡A、B均
发光。将滑动变阻器的滑片向上移动,判断
小灯泡A、B的亮度变化。(小灯泡A、B均安全工作)
解析:“分压法”
步骤1:观察电路结构
该电路是由外电路和内电路组成的串联电路。
步骤2:滑片向上移动,外电阻变小,路端电压变小,A灯变暗;滑片向上移动,虚线框内电阻变小,虚线框内电压变小,B灯电压变小,B灯变暗。
再如右图电路中,电源电压不变。当滑片P向右移动时,电流表A1、A2和电压表V的读数将如何变化?
步骤1:观察电路结构
该电路是由外电路和内电路组成的
串联电路。
步骤2:滑片向右移动,外电阻变大,路端电压变大,电压表示数变大;路端电压变大,R1支路电阻不变,电流表A1示数变大;外电阻变大,总电阻变大,总电流变小,电流表A2示数变小。
通过对以上各例的对比分析,可以看出,“分压关系”的应用,使电路“动态变化”的分析过程步骤更加简化、节奏更加清晰。但应用过程必须充分理解个体电阻与整体电阻的关系、电阻变化与电压变化的关系,此法可谓“简约而不简单”。能合理应用“分压关系”,解此类题目可事半功倍,值得为学生推介。
三、应用“分压关系”认识分压式电路
在电路设计中,将滑动变阻器连接为分压器的电路称之为分压式电路。以“描绘小灯泡的伏安特性曲线”为例,电路设计形式为图1所示。因待测部分与滑动变阻器并联,导致学生产生两个疑惑:1.为什么命名为分压式电路而不是分流式电路?2.其分压过程是如何实现的?此类电路形成了学生学习的难点。
一、半偏法测电流表的内阻
1.实验电路
本实验的目的是测定电流表的内阻,实验电路如图1所示,实验中滑动变阻器采用限流连接,电流表和电阻箱并联。
2.实验原理与步骤
①断开S2,闭合S1,调节R0,使电流表的示数满偏为Ig;②保持R0不变,闭合S2,调节电阻箱R,使电流表的示数半偏为;③电流表与电阻箱并联,则可得电阻箱的读数即为电流表的内阻,即RA=R。
3.误差分析
电阻箱接入后导致回路总电阻增大,则通过电源的电流减小,由闭合电路欧姆定律可知电阻箱与电流表并联部分电压增大,通过电流表与电阻箱的总电流大于电流表的满偏电流Ig,则当电流表的电流为时,通过电阻箱的电流大于,电阻箱的阻值小于电流表的阻值,即电流表的测量值偏小。当R0>>RA时,电阻箱接入前后,回路总电阻变化较小,测量误差小。此方法比较适用于测量小阻值的电流表的内阻,且测量值偏小。
二、半偏法测电压表的内阻
1.实验电路
本实验的目的是测量电压表的内阻,实验电路如图2所示,滑动变阻器采用分压连接,电阻箱和电压表串联。
2.实验原理与步骤
①断开开关S,按电路图连接好电路;②把滑动变阻器R的滑片P滑到b端;③将电阻箱R0的阻值调到零;④闭合开关S;⑤移动滑动变阻器R的滑片P的位置,使电压表的指针指到满偏的位置;⑥保持滑动变阻器R的滑片P位置不变,调节电阻箱R0的阻值,使电压表指针指到半偏位置,读出此时电阻箱R0的阻值,此值即为电压表内阻RV的测量值。
3.误差分析
该实验中,电阻箱接入后回路总电阻增大,由闭合电路欧姆定律可得电阻箱与电压表串联部分的电压大于电压表的满偏电压Ug,此时,电压表半偏时,加在电阻箱的电压大于,则电阻箱的读数大于电压表的阻值,即电压表内阻的测量值偏大。当电压表的阻值远大于滑动变阻器的最大值时,电阻箱接入前后对回路总电阻的影响较小,测量误差较小。此方法比较适用于测量大阻值的电压表的内阻,且测量值偏大。
三、两种电路的比较