时间:2023-07-16 08:50:08
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篇欧姆定律实验总结,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。
在物理教学中物理定律的概念很多,物理定律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。
(7)楞次定律。可以采用探究教学法,让学生通过实验得到的结论归纳出定律。教学时应注意:①楞次定律是确定感生电流方向的规律,同时也确定感生电动势的方向。如果是断路,通常我们可以把它想象为闭合电路。②感生电流的磁场只能“阻碍”原磁通的变化,不能“阻止”它的变化。否则就不会继续产生感生电流。“阻碍”或者说“反抗”原磁通的变化,实质上是使其他形式能量转化为电能的一种表现,符合能量守恒定律。③要使学生熟练掌握应用楞次定律判定感生电流方向的3个步骤。④明确右手定则可看作是楞次定律的特殊情况,并能根据具体情况选用定则或定律来判断感生电流的方向。
(作者单位:河南省巩义市芝田镇第一初级中学)
一、教材分析
《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。
二、关于教法和学法
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。
三、对教学过程的构想
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。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。
四、授课过程中几点注意事项
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。
1.欧姆定律的理解问题
欧姆定律是电力计算的基础,在初中阶段我们只是简单地对欧姆定律做一些介绍,但是许多同学还是对于基本概念问题感到疑惑,如果学生在欧姆定律的基本概念上犯了错误的话,将会对于今后的学习生活带来更大的错误.欧姆定律的内容是,在同一段电路中,通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与电阻成反比.随着社会快速的发展,欧姆定律逐渐被人们看重,世人也逐渐明白欧姆定律的重要性.在初中物理中,老师主要建立学生对于欧姆定律的根本认知,让学生了解定律中的内涵,在变换知识重点时也可以迎刃而解.欧姆定律只适用于最简单的纯电阻电路,但是这在初中范围内已经十分实用了,不考虑在工作时的损耗,电能直接转化为内能.在解决欧姆定律的问题时要使用标准的国际单位制,单位使用伏(V)、安(A)、欧(Ω).例如在题目中对于欧姆定律的公式进行进一步的理解,在电流流过时改变长短、改变横截面积、改变导线的材质等方法,这些因素是否会改变导线的电流变成了学生和老师进行探讨的课题.根据公式,改变横截面积与改变导线的材质会使电流的大小改变.电阻的概念问题是学生学习的重点与难点,很多同学不知道电阻其实是导体本身的属性,取决于导体本身的材质与属性,电阻值只是为了计算时方便使用的一种计量单位与外加的电压与电流并没有什么关联,所以要改正学生所想的电阻随着电压改变的错误观点,要及时在学生的脑中建立正确的物理概念.
2.基本概念的应用问题
欧姆定律中的基础元件其实很简单就是导线中的电阻,欧姆定律中主要讨论的就是电压、电流与电阻三者之间的关系,要理解他们之间的关系,让学生理解电流随着电压与电阻的变化而变化,对于多个变量的问题要尽量将变量统一成为一个,这样方便学生对于事物的处理能力,在初中学习生活中要使学生尽量掌握这种方法帮助解决其他的物理问题,当学生掌握这些知识时,可以进一步地学习电学知识和简单的电力计算,这也是初中物理的重点知识.在基本元件使用时,学生要注意电阻在电路中是串联还是并联,在使用情况不同的场景下,电阻所起到的作用是一样的,但是电流与电压的关系却恰恰相反.在并联的情况下,每条支路的电流总和为从电源出来的电流,这条定律在现在大学的知识中依旧使用,只是变得更加高级———在一个节点流入和流出的电流之和为零;并联电路的电压都是相同的.在串联的情况下,回路中的电阻的电流都是相同的,电压根据电阻进行分压.在使用基础式子时,学生要理清串联与并联之间的关系,通过变量之间的关系才可以记住繁琐的知识点.在题目中我们经常看到通过改变支路的个数或者电阻的个数来讨论电流与电压的大小,经过这样的问题,我们要时刻保持警惕,清楚准确地了解并联与串联的关系导致电流电压的不同.
3.基本元件的使用问题
在初中物理知识中,主要使用的基本元件是电流表、电压表和变阻器,这些元件是最基本的,不仅仅要在题目中能分辨出它们,还要在现实生活中可以自在地使用这些元器件.这些内容是学生无法立即掌握的知识,要经过长时间的演示才可以让学生明白这些仪器的使用与操作.这项工作要直接将学习的内容建立在学生的头脑中,不要让学生对于这项实验有误解,不带有一丝疑问地学习下去,认真地做好演示.在研究方法上我们将选择在上述中说过的控制变量法,对于所拥有的三个变量进行限制:如固定电阻不改变,研究电流与电压的关系;固定电压不变,研究电流与电阻的关系,在这样的情况下我们才可以看清变量之间的实验关系.要直接在电源的正极开始,按照正极入、负极出的原则进行接线,要将线路连接起来形成一个闭合回路,电压表要并联在电阻上,这样不会使线路断路,不要忘掉电源和滑动变阻器在线路中的重要作用,可以根据真实的题目来进行连线.这时候电流表所显示出来的数为所接线路上的电流值,电压表所显现出来的数字为所并线路上的电压数值.
4.欧姆定律的变量问题
在初中物理的欧姆定律的讲解中,变化量的问题往往是难住学生与老师的一类的题型,难住学生使学生无法在知识中找到有效解决这类问题的方法,难住教师是因为教师因为这类题目过于繁琐,无法将这类知识有效地、系统地将学生教会,所以找出有效的方法教给学生是解决变量问题得分少的方法.本着从易到难的原则,先从一个电阻的问题讲起,再扩展到两个电阻、三个电阻的情况,在此基础上逐渐拓宽学生的思路,逐渐掌握所学知识,让学生找到学习的目标以及方法.当定值电阻接在电源两端后,电压由U1变为U2,电路中的电流由I1增大到I2,这个定值电阻是多少呢?很简单利用欧姆定律的概念就可以解出ΔU=ΔI•R,通过这个公式可以得到电阻的值.当难度增加时,由一个电阻变为两个电阻,定值电阻与滑动变阻器串联在电压恒定的电源两端,电压表V1的变化量为ΔU1,电压表V2的变化量为ΔU2,电流表的示数为ΔI,在这样的问题上将变化电阻上的电压与电流之比转化为定值电阻上电压与电流之间的关系就可以了,将变化的问题转化为固定的关系之间的数值,明显地简化了许多变量问题的计算.当变量变为三个电阻时,难度进一步的增大,大部分学生认为这是一项不可能完成的任务,大部分学生放弃了这类题,在遇到这类问题时我们要将三个电阻尽量化为两个电阻的问题,在这个问题上学生可以恢复自信心,跨过思维障碍.通过电压表与电流表的位置,将电阻进行合并,这样不管有多少电阻都可以化简为两个电阻,这样学生会感觉题目简单多了.
5.实验中遇到的问题
在做实验的时候,我们在碰到复杂的电路时,很难将线路在实验台上理清或是自己设计实验电路是没有思路,不了解线路是怎样的,无法在原有的知识上将思维进行发散,让自己的思维投入到更深层次的知识学习中,在每做一步实验步骤时要仔细想一想,这一步会对实验线路有怎样的影响,不要只是照葫芦画瓢,只知其然不知其所以然.学生在实验时会遇到许多他们无法预测的问题,在遇到问题时不要惊慌,仔细分析,当解决一类问题时,学生的激情就会提升上来,会使学生解决问题的能力提升,所以改变这一问题的根本方法就是提升学生的自信心以及对待问题的好奇心和决心.对待问题要举一反三,进行逻辑思维,对于电路要进行不断的猜想,这样得到的结论才是有意义的,学生通过猜想与假设的阶段,即使不成功也会提供给自己不少的经验,在实验中找经验才可以提升自己的能力.学生之间也要有沟通和交流,让彼此的思想互相交流一下,有助于电路的优化,群策群力帮助学生得到更好的学习效果.
关键词:数学推理;科学探究;问题情境;科学方法;理论联系实际
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理选修3-1第二章第七节《闭合电路的欧姆定律》是电学知识的核心内容,其中包含了许多科学思想方法,是学生学习和体会科学思想方法的好素材。作为一节典型的规律探究课,本节内容较抽象,学生在学习时,对电源内电路认识模糊,难以理解电源有内阻;对内外电路的电压与电源电动势的关系及路端电压与负载关系感到疑惑,对其中蕴含的科学方法未能深刻领会。“如何有效突破这些教学难点?”“如何设计好闭合电路欧姆定律的探究过程,有效实施三维目标教学?”一直是广大物理教师研究的重要课题,本文试图通过对本节课的教材、教法的分析,探究形成学生认知困难的主要原因以及在本节课中如何有效实施探究教学,培养学生的核心素养。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《闭合电路的欧姆定簟钒才旁诘缭础⒌缍势、欧姆定律、串并联电路、焦耳定律和导体的电阻之后来学习的。很显然,这种安排的意图是在承接“从做功角度认识电动势”的基础上,引导学生从功能关系角度来建立闭合电路的欧姆定律,体现了循序渐进的教学原则。顺应这种构想,教材对本节内容以如下方式呈现:先直接给出闭合电路的概念,然后从功能关系出发, 根据能量守恒,理论推导出闭合电路的欧姆定律和U+U=E,再根据闭合电路的欧姆定律,理论分析路端电压与负载的关系。这种呈现方式的好处是:既充分体现了功和能的概念在物理学中的重要性,又有利于学生从理论角度理解闭合电路的欧姆定律。从教材体系来看这种呈现方式具有一定的合理性和科学性。
笔者曾多次参与“闭合电路的欧姆定律”的观摩教学,领略了执教老师们的各种处理方法,比较有代表性的是以下两种教法:
第一种教法是沿用原教材的思路,采用比较传统的方式,注重理论探究,先从理论上推导得出闭合电路欧姆定律的数学表达式,再应用定律讨论了路端电压随外电路电阻的变化规律,最后引导学生运用规律解题,把立足点放在训练学生的解题能力上。
第二种教法注重突出实验的地位,发挥实验在探究教学中的作用。利用实验创设悬念,引入课题,设计探究实验,让学生在实验中总结归纳出内外电压之间的关系,再利用教材中的图2.7-3实验探究路端电压与负载的关系。
根据课后反馈发现,沿用原教材思路设计的教学,效果并没有达到设计者想象的结果,究其原因,主要有以下几个方面:
1.教材中的闭合电路的欧姆定律是从理论角度得出的,注重于数学推理,比较抽象,缺乏令人信服的探究实验,学生无直接经验感知和相应的认知过程,难以形成深刻的理解。
2.教材对闭合电路,特别是内电路的建构过于直接,无感知过程,学生对教材中为了突出闭合电路而提供的闭合电路中电势高低变化的模型图难以理解,加之学生对部分电路的欧姆定律印象深刻,对电源内部的电路无直观印象,对电源也有内阻心存疑虑,难以突破初中形成的“路端电压不随外电路变化”的思维定势。
3.教材是利用纯电阻电路中的能量守恒关系推导得到IR+Ir=E和U+U=E,这种处理方式,会让学生对U+U=E的普适性产生怀疑:非纯电阻电路还适用吗?
4.作为一节规律探究课,本节课包含了许多科学思想方法,教材过于注重理论推导,忽视了实验探究,淡化了猜想、类比、比较、分析等多种科学思想方法教育,这对培养学生的探究能力和体验研究物理问题的方法是不利的,也不利于提高课堂教学的有效性。
第二种“通过设计多个实验来进行实验探究”的处理方法,调动学生学习的主动性和积极性,学生能获得更直观的认识,有效地突破一些教学难点,但由于本节知识点多,思维量大,设计过多的实验(特别是设计繁杂的分组实验)势必会分散学生的注意力,干扰学生的正常思考,挤压学生思考和实践应用的时间,影响了学生主体作用的发挥,效果同样不尽如人意。
2 教学建议
2.1 尊重学生的认知规律,科学设计探究过程
从物理学史来看,欧姆定律是基于实验而发现的,并非演绎推理的结果,教材通过功能关系分析来建立闭合电路的欧姆定律。这种处理方法带来的负面影响是学生缺乏感性认识,没有参与知识发现过程中的情感体验,难以形成深刻的理解,课堂上学生学习的积极性也不高。规避这种负面影响的方法就是在教学设计时,应当尊重学生的心理特点和认知规律,科学地设计探究过程,让学生在亲身探究中理解定律,体验方法。基于这种指导思想,笔者在教学设计时,先用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电,产生了与学生日常生活经验相矛盾的现象来设置“悬念”――引入新课。然后,引导学生针对“引入实验”中的现象展开探究,让学生在实验探究中分析、思考、归纳,得出电源内电压和外电压之间的关系。接着再引导学生利用功能关系,从理论角度来推导、探究,让实验得出结论在理论上获得支撑。最后,引а生利用所学规律解决引入实验和实际生活中的问题。这种在引入实验为基础的“实验和理论推导相互结合的探究过程”的设计,既避免了设计过多的实验,又让学生亲身体验了探究的过程,加深了对知识的理解,深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性,感受到物理的探究之美和应用之美。同时,又能激发学生的学习热情,使物理课堂教学产生无穷的乐趣,进而实现高效的物理课堂教学。
2.2 合理创设问题情境,引导学生质疑探究
作为一节规律探究课,本节课的重点是如何落实探究教学,让学生在探究中理解闭合电路的欧姆定律,感知科学探究的过程和方法。在探究教学中,问题是探究的起点,没有问题就不可能有探究,正是在问题的驱动下,学生才能积极思考,从而产生探究欲望。这就需要教师在深入挖掘规律形成过程的基础上,精心创设问题情境,以问诱思,引导学生融入到探究学习的情境中去。例如:在构建“闭合电路”概念时,用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电后,可设置如下问题情境:“为什么灯泡接到电动势为9 V的电池时,亮度反而暗了?难道电池坏了?”“为什么电池与灯泡接通时两端的电压变小?减小的电压哪儿去了?”“电池有内阻?可能吗?”“我们来看看电池(触摸电池),电池变热了,什么原因导致工作的电池会变热?”学生在问题的引领下观察、实验、体验,由此认识到“电源内部也有电阻和电流”“电源内部电流的通路,称为内电路”。这种以问题启发学生思考,以实验引导学生体验来构建闭合电路的方法,既弥补了教材对内电路建构的非直观性,也让学生经历了在质疑中分析、探究的过程,学生对闭合电路的认识潜移默化、水到渠成,远比直接灌输效果好。
在引导学生从能量角度验证实验探究结果时,设置如下问题情境:“刚才我们通过实验探究了闭合电路中的电流规律,这个结论可靠吗?”“如果我们能从理论上找到依据,是不是更可靠?如何从理论上来分析呢?”“从能量角度行吗?”“内、外电路在时间 t 内消耗多少电能? ”“这些能量从何而来?”学生在上述问题的引导下,发现也可以从能量角度来推导得出与实验相同的结果。
在引导学生探究路端电压与负载的关系时,设置以下问题情境:“实验表明,灯泡变暗是由于路端电压变小的缘故,你们能说说路端电压与什么有关吗?”“它们之间具体的关系是什么?”“如何设计实验来研究呢?”“从实验数据中能得出什么结论?”“能从理论上分析为什么会发生这样的变化吗?”“如果外电阻断开,路端电压为多少?外电阻短路,路端电压又为多少?”“谁能说说路端电压随外电阻变化的根本原因是什么?”在这一个个问题的引领下,学生从实验探究到理论分析两个方面找到了路端电压与外电阻的关系,不仅体验了科学探究过程,提高了理论分析和实验探究的能力,也养成了乐于探索、勤于动手的好习惯。
2.3 注重渗透科学方法教育,加深对规律本质的认识
作为一根主线,科学探究法贯穿在整个课堂教学过程中,教学中要注意尊重学生的心理特点和认知规律,强化科学探究法的显性教育:以引入实验为线索,引导学生经历“观察实验、提出问题、猜想假设、设计实验、分析论证”等过程,领会科学探究的方法。
“闭合回路中的电势变化”抽象而难以理解,突破这一难点的最重要的方法就是“比法”。教材试图以图1的模型来形象地说明这个问题,但这种模型对学生来说还是比较抽象,难以理解。笔者用如图2所示的“电梯加滑梯”模型和闭合电路加以类比,来说明闭合电路中的电势高低变化情况。这样的方法,既简单又源于学生的生活经验,学生容易接受,教学中应注意引导学生体会类比法的作用。
“演绎推理法”在“闭合电路欧姆定律的推导”和“路端电压与负载的关系推导”中两次用到,教学中要注意借助问题情境,把规律的探究以一个个问题的形式呈现出来,让学生在问题的引领下经历演绎、推理过程,构建对“闭合电路的欧姆定律”和“路端电压与负载关系”的正确理解,体验演绎推理过程中获得成功的愉悦。
另外,本节课中,要特别注意引导学生在了解路端电压与负载电阻的关系的基础上,通过极限法分析和理解电路断路时的路端电压和短路电流的现实意义,体会极限法在物理学习中的作用和意义,有效地训练学生突破思维定势,培养创造性的思维能力。
2.4 注重理论联系实际,物理与生活的联系
研究和学习物理最重要的方法就是理论联系实际,将理论和实际、物理与生活联系起来,可以帮助学生更透彻地理解所学的物理知识,培养学生的创造性思维和逻辑思维能力。欧姆定律与生产、生活联系密切,教学设计时,应注意还原知识的产生背景,注重将知识应用于实际生活。例如:新课引入可以从生活现象来提出问题,引发学生思考探究;在得出路端电压与外电阻R的关系后,引导学生通过将R推向两个极端情况的分析,来理解实际中“为什么电源开路时路端电压就等于电源的电动势”及“为什么电源不能用导线直接相连”;在学完了本节知识后,可引导学生用本节课所学知识分析解决新课引入及生产、生活中的实际问题。让学生充分地感知从生活走进物理、从物理回到生活的过程,培养学生利用物理知识分析解决实际问题的能力,建构对知识(尤其是难点知识)的正确理解,从而真切地感受所学物理知识的实用性,充分理解物理学科对时展的深远意义。
参考文献:
关键词:《闭合电路欧姆定律》;教学设计;高中物理
一、教学设计
1.课题
闭合电路的欧姆定律(人教版普通高中课程标准实验教科书选修3-1)
2.教材分析
本节内容是全章的重点,是欧姆定律的延伸,教材从能量入手,循序渐进地引导学生推出闭合电路的欧姆定律,教学过程简单、学生易于接受。之后应用定律解决物理规律问题,使学生明白物理规律可以用已知定律从理论上导出,将理论应用于实际。
3.教学目标
知识与技能:①理解内、外电路及电源的内阻。②知道电源电动势等于没接入电路时两极板间的电压。③理解闭合电路的欧姆定律及其公式并能熟练地解决电路问题。过程与方法:①培养自主学习能力。②培养独立思考、自主探究物理问题的能力。情感态度与价值观:①激发学习兴趣和求知欲。②培养严谨的科学态度和合作学习精神。
4.教学重、难点
教学重点:①闭合电路欧姆定律的内容。②路端电压与电流的关系公式及图像表示。教学难点:①闭合电路欧姆定律的应用。②路端电压与负载的关系。
二、教学过程
1.自主学习
课前教师下发学案,学生根据学案进行预习,重点思考并回答以下问题:
(1)什么是电源?
(2)电源电动势的概念和物理意义是什么?
(3)什么是内电路?什么是外电路?在回路中的电流方向如何?
(4)在内、外电路中电势是如何变化的?
(5)怎样计算内电路以及外电路中消耗的电能?
(6)如何计算电池内部非静电力所做的功?
(7)内电路和外电路上消耗的电能与电源内部非静电力做的功有什么关系?
(8)路端电压与负载的关系是怎样的?
【设计意图】课前预习使学生将学习活动延伸到了课外,保证了学生思考的空间,增加了有效学习的时间。只有学生本人了解自己已经掌握了哪些知识,需要学习哪些知识,才能有针对性地进行相关复习、查阅资料,避免传统课堂“一刀切”的现象,学生带着问题积极主动地学习新知识,满足了高中生思维发展和自我意识发展的需要,有利于开发学生学习物理的潜能。
2.交流探究
师友之间根据预习情况交流学习。由徒弟向师傅讲解本节课的相关内容,师傅补充完善不足之处,在合作中解决疑难问题,突破重难点。教师巡视了解每对师徒的学习情况,对学习过程中存在疑问的师徒进行适当的指导,对学习深度不够的师徒进行诱导点拨。如,有些师友根据理论知识推导出闭合电路的欧姆定律之后便欣然接受,此时教师应该提醒学生设计实验对其进行验证;在师友探讨路端电压与负载的关系之前,教师应提出问题:能否用实验探究路端电压与负载的关系,并引导师友合作设计实验方案,完成实验步骤,分析实验数据完成U-I图像,进而依据图像解释U、I的关系以及在短路、断路中的特殊现象。
【设计意图】该环节采用学生之间交流合作学习的方式完成本节课的教学内容,并在教师的点拨下激发了学生动手设计实验验证物理定律和探究物理规律的积极性,从而通过学生的亲身经历完成了教学重难点内容的学习。这一做法颠覆了传统教学中教师“高高在上”的地位,而是十分“亲民”走到学生之中参与、启发、引导学生学习,消除了教师与学生之间的距离感。同时,学生之间通过交流不仅可以在学习上取长补短、互利共赢,更可以在性格上相互影响、共同发展,这样不但能锻炼学生与人交流合作的能力,又有利于开拓思路、培养他们的探索精神和创新能力。
3.互助提高
鼓励学生积极上台讲解本节课自己学到的知识,板演相关例题,其他学生认真听讲并进行补充,也可以提出自己的质疑并阐述观点进行全班讨论。教师注意指导学生使用物理术语,规范学生的解题步骤,引导学生归纳需要注意的问题以及总结相关规律。
【设计意图】全国教育心理学研究发现,大多数教师所青睐的讲授式教学方式学生对知识的记住率只有5%,而极少数教师鼓励的学生教别人的方法,使学生本人对知识的记住率高达95%。本环节中,教师把课堂真正让位给学生,让学生做主讲,不但锻炼了学生的表达能力,同时在学生教会其他同学时自己也会收获新的体会,而全班同学的参与交流又可以各抒己见、集思广益、通力合作,真正实现人人参与、人人发展、人人进步的高效课堂的发展趋势。
4.总结归纳
教师组织学生一起梳理本节课的知识点,针对学生仍然不理解以及容易产生错误的知识点予以讲解;明确学生易混、易错、易漏的问题,对解题规律、注意事项、解题方法和技巧等进行全面的总结,归纳出知识体系,以便学生能够得心应手的运用。例如,教师应强调闭合电路欧姆定律反映的只是电动势与路端电压的数量上的关系,他们的本质是不同的,电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小,而路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式能的本领的大小,因而用电压表直接接在电源两级上,其示数不等于电源电动势,但很接近电源电动势:U=IRV=・RV=,当RV>r时,U≈E。
【设计意图】本节课的问题是由学生自己发现解决的,规律也是由学生自己探究验证出来的,甚至例题都是学生自己解读体悟的,可以说全程都是由学生自己完成的,因而在本环节中学生可以很容易地总结归纳出本节课的知识体系,真正做到将学来的知识变为自己所拥有的知识,实现学习效率的最大化。
5.当堂巩固
教师根据学生对本节课内容的掌握情况出示有代表性的一或两道典型题,学生在规定时间完成后师友当堂交换批改,之后交流做题心得与体会。教师检查学生的掌握情况,布置课后作业。
【设计意图】本环节的设计意在帮助学生检验学习成果,深化学生对各个知识点的认知,培养他们自行解决物理问题的信心和决心,端正学生的学习态度。同时,教师可以根据学生的掌握情况,及时反馈、适时调整并通过课后作业将学生的学习活动延伸到课下,为下节课埋下伏笔,使整堂课留有余味。
三、课堂教学设计建议
在设计学案时应当充分分析教材以及学生,做到环环相扣,循序渐进地引导学生完成自学;在学生进行交流探究时,教师应该注意学生探究的内容要与本节课的教学内容相关,探究要有深度不能屈于表面;在互助提高阶段,教师应该积极鼓励内向的学生大胆发言,提高其与同学沟通以及表达能力。本文中《闭合电路欧姆定律》的教学设计依据高中学生个性心理发展特点,通过课前预习以及课上互助式学习充分地调动学生的主观能动性,有利于改变传统教学方式在高中物理教学中出现的弊端,以便于为物理教师的有效教学提供参考。
参考文献:
[l]李志刚.“和谐互助”式教学策略研究概述[J].中国教育学刊,2010,31(12).
[2]李志刚,吴越.活力课堂[M].上海:上海教育出版社,2009.
1学习物理概念需要重视概念的形成过程
物理概念是物理知识的核心内容.著名科学家钱学森曾说过:“学习理科的关键是概念清,多练习.”学生的物理概念是否清楚对学好物理至关重要.学习物理概念需要重视物理概念的形成过程.学习物理概念需要知道为什么要引入它,它是如何定义的,定义式是什么,单位是什么,如何测量(或测定),有什么应用等.例如:密度是一个十分重要的物理概念,学习它要重视以下过程:在物理学中为了比较相同体积的不同物质的质量一般不同的特性引入了密度,单位体积的某种物质的质量叫做这种物质的密度,定义式是ρ=m/V,国际单位是kg/m3,常用单位是g/cm3,测密度的方法很多,但基本方法是测质量,测体积,再利用密度公式计算出密度,应用有求密度,求质量,求体积等等.速度、压强、功率、比热容、电功率等等都是重要的物理概念,望广大师生重视其形成过程.
2学习物理规律需要重视规律的形成过程
物理规律是物理知识中的最核心内容,多数是从物理事实的分析中直接概括出来的,学习物理规律更需要重视物理规律的形成过程.要知道物理规律的实验基础、基本内容、数学表达式、适用范围、应用等等.例如:欧姆定律是电学中最重要的规律之一,学习它,我们要知道欧姆定律的实验基础,欧姆定律是研究电流与电压、电阻的关系,首先要用到控制变量法,电阻一定,研究电流与电压的关系,电压一定,研究电流与电阻的关系.电阻一定,可找一定值电阻(R=5 Ω),研究电流与电压的关系,实际上要看电压变,电流变不变,若变,如何变.如何改变定值电阻两端的电压呢?方法一:可以改变电源的电压,方法二:可以通过滑动变阻器来改变定值电阻两端的电压.通过探究实验得出电阻一定时,电流与电压成正比.电压一定,可找一稳压电源,也可通过滑动变阻器来保持电阻两端的电压不变,研究电流与电阻的关系,实际上是看电阻变,电流变不变,若变,怎么变?改变电阻,还要知道它的值,可以逐次更换定值电阻(5 Ω、10 Ω、15 Ω),移动滑动变阻器,保持电阻两端的电压(U=3 V)不变,从而测出相应的电流值.分析实验数据得出,电压一定时,电流与电阻成正比.
欧姆定律的基本内容是:通过导体的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.数学表达式为I=U/R,欧姆定律是在金属导体做实验的基础上,总结出来的,一定适用于金属导体,对于其它的导体是否适用,要用实验验证,通过实验证明,欧姆定律还适用于电解液导电,不适用于气体导电,可见欧姆定律的适用范围是适用于金属导体,电解液导电,不适用于气体导电.应用有三方面:(1)求电流,(2)求电压,(3)求电阻.解题时要注意I、U、R三个物理量的对应性、同时性、统一性,即对应于同一导体、同一段电路,同一时刻、同一状态,单位要统一于国际单位.
3学生实验需要重视实验过程
学习物理要以观察、实验为基础,观察自然界中的物理现象,进行学生实验,能够使学生对物理事实获得具体的明确认识,这种认识是理解物理概念和规律的必要的基础.学生实验需要重视实验过程,如要了解每个学生实验的实验目的、实验原理、实验方法、需要测量的物理量、实验器材、实验步骤、实验记录、实验结论、必要的误差分析等等都应该清楚.
4科学探究需要重视探究过程
科学探究就是让学生模拟科学家的工作过程,按照一定的科学思维程序探索学习的过程,从中学习科学方法、发展科学探究所需要的能力、增进对科学探究的理解,体验探究过程的心理感受.科学探究需要重视探究过程.科学探究的过程是一个创造的过程,而创造力的核心是创造性思维.因此,探究实质是一个思维的过程,这个思维的过程是模拟科学工作者进行科研的思维程序来进行的,这种思维程序就是学生科学探究的程序步骤.即提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作.
5做物理习题需要重视解题过程
学习物理要求概念清,多练习.可见做物理习题很重要,做题可以帮助我们巩固所学的知识,检验学习效果,锤炼思维的灵活性,全面提高学生的科学素养,培养学生观察、实验能力,分析概括能力,运用物理知识解决简单的实际问题的能力,以及创新精神和实践能力.物理题型很多,如填空题、选择题、实验题、探究题、简答题、计算题、作图题、推理题等等.无论是做何种题型的物理习题,都需要重视解题过程.不同的题型,有不同的解题要求,不同的解题方法,不同的解题过程.一般来说,无论是做何种物理习题,都要正确理解题意,正确审题;明确相应的物理过程,物理情景,建立物理模型;运用相应的物理概念、物理规律,直接得出结果或结论.稍微有点灵活性,有点难度的题目,要分清层次,理清思路,找出联系,或进行物理公式变换或公式推导,或运用数学思想(如列方程、列方程组)求解.最后就是检查.
6学习物理需要重视有的物理量是过程量
物理学所研究的许多问题,都直接涉及到某一物理现象发生的整个过程,或者是过程中的某些状态.因此,相应地就引人了许多关于描述某些物理过程的过程量和用来描述某些特定的物理状态的状态量.
过程量是描述物质系统状态变化过程的物理量,如冲量、路程、功、热量、速度改变量等都是过程量,它们都与一定的物理过程相对应.一般说来,物质系统从某一个状态变化为另一个状态,如果经历不同的物理过程,虽然初始状态与终了状态量可能保持相同,但过程量不一定相同.
一、电磁学的发展历程
人类很早就认识了磁现象和电现象,我国在战国末期就发现了磁铁矿吸引铁的现象,在东汉初期就有带电的琥珀吸引轻小物体的记载。但是,人类对电磁现象的系统研究,却是在欧洲文艺复兴之后开展起来的,到19世纪才建立了完整的电磁学理论。在电磁学发展过程中,涌现了无数科学家通过科学假说、实验验证、理论分析等研究过程,一步步对自然规律进行揭示。其中比较典型的有:1785年库仑定律的发现,使电学进入了定量研究阶段,真正成为一门科学;1820年奥斯特电流磁效应的发现,揭示了电流能够产生磁场;1821年安培的分子电流假说,揭示了磁现象的电本质;1831年法拉第电磁感应定律的发现,进一步揭示了电和磁的密切联系;19世纪60年代,英国物理学家麦克斯韦在总结前人研究电磁现象成果的基础上,建立了完整的电磁场理论,并成功预言了电磁波的存在,1888年赫兹的实验证实了麦克斯韦的电磁场理论,从而电磁学发展到了顶峰。
二、电磁学的知识结构和知识规律
1.知识结构
2.知识规律
“电场”一章是学好电磁学的基础和关键,基本概念多,且抽象,如电场强度、电场线、电势和电势能等。教材从电荷在电场中受力和电场力做功两个角度研究电场的基本性质,许多知识要在力学知识的基础上学习。
“恒定电流”一章是在初中基础上的充实、扩展和提高,重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律,电路的等效处理方法和实验的设计是本章的重点。
“磁场”一章阐明了磁与电的统一性,用研究电场的方法进行类比,可较好地解决磁场和磁感强度的概念。由安培力导出洛仑兹力,由洛仑兹力导出带电粒子在匀强磁场中的运动规律等,因此,分析推理是本章的特点。
“电磁感应”一章的重要物理规律是法拉第电磁感应定律和愣次定理,这部分知识中,能量守恒定律是将各知识点串起来的主线。由于楞次定律较抽象,要通过实验进行分析、归纳,需加强学生的抽象思维能力。
“交变电流”和“电磁波”是在电场和磁场基础上结合电磁感应的理论和实践。麦克斯韦的电磁场理论总结了电磁场的规律,同时也把波动理论从机械波推到电磁波,从而对物质的波动性的认识提高了一步。
三、电磁学的研究方式:“场”和“路”
电荷周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着,运动电荷的周围除了电场还存在磁场,磁体的周围也存在磁场。现在的科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明了电磁场可以脱离电荷和电流而独立存在,电磁场是物质的一种形式,是物质相互作用的特殊方式,也是电磁运动的实质。教材中以场为主线,主要有电场、磁场和电磁场。电场强度和电势是描述电场性质的两个重要物理量。磁感强度是描述磁场性质的重要物理量。电磁感应规律是反映电场和磁场间密切联系的一种物理现象。麦克斯韦从理论上指出了变化的电场和磁场总是相互联系的,一个不可分割的统一体,这就是电磁场。库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律为建立麦克斯韦理论,提供了基础和实验规律。
电路知识具有广泛的实用价值,以路为主线,主要有直流电路、交流电路(包括振荡电路)。欧姆定律是从实验中总结出来的一条重要规律,是解决电路问题的重要依据。要会分析电路的连接方式(串联或并联)及等效处理方法,电功和电功率的计算,不仅能解决直流电路问题,还可以解决交流电路的问题。
四、电磁学问题的解决途径:“力”和“能”
[关键词]自主学习;电工与电子技术;教学效果
[中图分类号]G642.0[文献标识码]A[文章编号]10054634(2016)06008304自主学习指学生在教师的指导下,通过能动的创造性学习活动,实现自主性发展。教师的科学指导是前提条件和主导,学生是教育和学习的主体。在这种以学生为核心的教学模式中,学生构建自己的理解观点,这属于构建主义。这种学习模式主要可以改变知识的传授方式,强调形成积极主动的学习态度,使获得知识与技能的过程成为学会学习的历程。
在欧美的大学教育体制中,有关自主学习的教学方法和教学手段应用得相当普遍[1]。许多课程的相关知识内容,教师在课堂上给出了相应的参考书目,学生需要自行阅读大量的参考资料。欧美国家中,自主学习已经成为传统的教学手段,所以有比较完善的自主学习体系。现阶段我国大学提倡素质教育和创新教育,在应用自主学习教学手段与提高学生综合能力方面,还有许多工作要做。在基础课程的教学过程中,教师需通过创建系统的自主学习体系,破解课程学习中遇到的教学问题,提高大学生的学术和技能素质,这既是新的挑战,又是新的机遇。
当前,我国的大学教学体系中,电工与子技术是为工科非电类本科专业开设的一门技术基础课程,课堂教学学时较以往明显地压缩。在这种情况下,要保证教学质量,使学生获得的知识和技能最大化,是作为教学主导者的教师所追求的教学目标。自主学习则是实现这一目标的重要教学手段。如何引导学生开展与实现自主学习,就成为笔者的研究课题。只有充分地了解与合理地利用自主学习,才能适应当前的电工与电子技术课程教学新形势,并为大学教学自主学习系统的建设与完善提供有益的经验和补充。
1引导学生自主学习的方法措施
1.1激发学生的学习兴趣
在课堂讲授中突出课程的作用。长期的教学实践中,凝练出的电工与电子技术课程的作用是传递光明、动力和信息,创造财富、价值和文明。要讲清楚课程的历史发展概况,让学生了解这门科学技术在不同的历史阶段对工业生产与人类生活产生的巨大作用[2]。
在讲课过程中,穿插讲述一些科学家进行科学研究的真实故事。比如,欧姆是德国人,他提出的欧姆定律起初并不被本国的科学界接受。直到后来被国外的科学家证明是正确的,才逐渐获得国内科学界的承认;基尔霍夫21岁时就提出了著名的基尔霍夫定律;法拉第是英国人,出身于贫穷的铁匠家庭,靠自学成才,发现了电磁感应现象。通过这些方法措施来提高学生的学习兴趣和热情。
1.2整合课程内容,将书本变薄
教师不但要注意增加学生的知识量,而且要注重对知识的组织。指导学生把握所学知识的深层结构,浓缩书本知识,使书本变薄。比如,在学习电路理论部分时,电路理论内容主要包括:电路分析方法、单相正弦交流电路、三相交流电路、电路的暂态分析、铁心线圈电路等。表面上看知识内容很多,但是如果在教学过程中善于总结,就会发现这些内容可以通过欧姆定律和基尔霍夫定律有机地联系起来,如图1所示。引导学生在自主学习中要注意这2条定律是学习电路理论的主线索。直流电路分析方法是已知电源,求负载端的电压和电流。虽然有多种分析方法,但是每种方法具体都要用到欧姆定律和基尔霍夫定律。电路暂态分析用基尔霍夫定律和欧姆定律列微分方程。单相正弦交流电路和三相交流电路引入相量概念后,用相量形式的欧姆定律和基尔霍夫定律计算电压和电流。铁心线圈交流电路应用基尔霍夫定律确定电压和电流关系。这样学习电路理论的过程,就成为不断认识和深入理解欧姆定律和基尔霍夫定律的过程。
第6期邵力耕付艳萍孙艳霞自主学习电工与电子技术课程的方法探讨
教学研究2016
图1电路理论的主线索
1.3自主学习的教学方法
运用询问的方法。先向学生提出问题,然后学生用不同的假设来回答问题,再综合评价不同的回答,得出合适的答案,最后让学生思考解决问题的过程并理解答案。
有指导的让学生去发现。发现式学习就是学生用提供给他们的信息来构建自己理解的过程。学生独立进行发现是非结构性发现,当教师帮助学生发现时就是有指导的发现。非结构性发现经常会使学生感到迷茫,得出不恰当的结论,而有指导的发现更实际有效。有指导的发现法对理工科课程行之有效,学生在教师的帮助下构建自己所学的知识。例如,在学习三相正弦交流电路时,对于线电压和相电压的关系,可用推广的基尔霍夫电压定律推导。但是,要引导学生发现,以前碰到的广义回路是由部分电路和电压参考方向组成的。在图2三相电源的星形连接电路中,广义回路只是由电压参考方向组成的,属于广义回路的高级形式。对于u12、u1和u2参考方向组成的广义回路,根据推广的基尔霍夫电压定律,可得:12=1-2,同理:23=2-3,31=3-1。这样,通过教师的指导使学生发现广义回路的高级形式,能够加深对基尔霍夫电压定律的理解和认识。
图2三相电源的星形连接电路
关键词:物理;规律教学;思维
物理规律(包括定律、定理、原理、公式等)反映了物理现象、物理过程在一定条件下必然发生、发展和变化的规律,反映了物质运动变化的各个因素之间的本质联系,揭示了物理事物本质属性之间的内在联系,是物理学科结构的核心。整个中学物理是以为数不多的基本概念和基本规律为主干的一个完整体系,物理基本概念是基石,基本规律是中心,基本方法是纽带。要使学生掌握学科的基本结构,就必须让学生学好基本规律。
纵观整个初中物理,可以将物理规律分为以下三类:
1.实验规律
物理学中的很多规律都是在观察和实验的基础上,通过分析归纳总结出来的。我们把它们叫做实验规律。如杠杠平衡原理、欧姆定律、阿基米德原理等。
2.理想规律
有些物理规律不能直接用实验来证明,但是具有足够数量的经验事实。如果把这些经验事实进行整理分析,抓住主要因素,忽略次要因素,推理到理想的情况下,总结出来的规律,这样的规律我们把它叫做理想规律,如牛顿第一定律、真空不能传声等。
3.理论规律
有些物理规律是以已知的事实为根据,通过推理总结出来的,我们把它叫做理论规律。如并联电路中电阻大小的计算等。
怎样才能搞好规律教学呢?
1 联系新旧知识、收集事实依据,学会研究物理规律的方法
物理规律本身反映了物理现象中的相互联系、因果关系和有关物理量间的严格数量关系。因此在物理规律的教学中必须将原来分散学习的有关概念综合起来。只有用联系的观点来引导学生研究新课题提出新问题才能激发学生新的求知欲与新的兴趣。另一方面物理规律本身总是以一定的物理事实为依据的。因此学生学习物理规律也必须在认识、分析和研究有关的物理事实的基础上来进行。尤其是初中学生他们的抽象思维能力不强理解和掌握物理规律更需要有充分的感性材料为基础。
2 建立思维方法,理解物理规律
初中阶段所研究的物理规律一般着重于用文字语言加以表达即用一段话把某一规律的物理意义表述出来,有些规律还用公式加以表达。对于物理规律的文字表述要认真加以分析,使学生真正理解它的含义而不是让学生去死记结论。例如牛顿第一定律这一理想规律的教学就可采用“合理推理法”,即在实验的基础上进行推理想象,由有摩擦的情况推想到无摩擦时的运动情况,最后把这一规律的内容表述出来。在理解时要弄清定律的条件是“物体没有受到外力作用”。还要正确理解“或”这个字的含义,“或”不是指物体有时保持匀速直线运动状态有时保持静止状态,而是指如果物体原来是静止它就保持静止状态,如果物体原来是运动的它就保持匀速直线运动状态;许多理论物理规律的内容可以用数学形式表达出来就是公式。要使学生从物理意义上去理解公式中所表示的物理量之间的数量关系而不能从纯数学的角度加以理解。例如:对于欧姆定律的表达式应当使学生理解这一公式表达了电流的强弱决定于加在导体两端电压的大小和导体本身电阻的大小,即某段电路中电流的大小与这段电路两端的电压成正比与这段电路中的电阻成反比,公式中的I、U、R三个物理量是对同一段电路而言的。把公式进行变换得到电阻的定义式R=U/I。如果不理解公式的物理意义就可能得出“电阻与电压成正比”这一错误的结论。
3 明确物理规律的适用条件和范围
每一个物理规律都是在一定的条件下反映某个物理现象或物理过程的变化规律,而规律的成立是有条件的。因此每一规律的适用条件和范围也是一定的。学生只有明确规律的适用条件和范围才能正确地运用规律来解决问题才能避免乱用规律、乱套公式的现象。例如,欧姆定律I=U/R,适用于金属导体,不适用于高电压的液体导电,不适用于气体导电,不适用于含源电路或含有非线性元件的电路。而且I、U、R必须是同一段电路上的三个物理量。
4 认清关系,加以区别
物理规律总是与许多物理概念紧密联系在一起的,与某些物理规律也是互相关联的,应当使学生把物理规律与同它相关的物理概念和物理规律之间的关系搞清楚。如:牛顿第一定律与物体的惯性虽有联系但二者有本质的区别不能混为一谈。在教学中经常发现学生把惯性与运动状态等同起来,把物体不受外力作用保持原来的运动状态说成是“保持物体的惯性”。我们知道惯性是物体的固有属性,物体无论是静止还是运动、是否受力,任何时候都有惯性。而牛顿第一定律是一个反映这些客观事实的物理规律,两者不能混为一谈。
5 联系实际应用,掌握物理规律
关键词:技校《电工基础》课 教学改革
在技校,《电工基础》课是电工专业学生的一门专业基础课,这门课程的理论性很强,而且相对来说有些抽象,对于刚刚接触电工理论的中技学生而言(而且,众所周知,中技来的学生有相当一部分的同学在初中学习就是不太好,或根本就对学习没有兴趣),如何将难懂的看不见摸不着的电的知识讲得通俗易懂,激发学生的兴趣,一直是使教师大伤脑筋的问题。
总的看,现在的《电工基础》课程有些概念还是过于抽象,学生不容易理解。本来这门课程就不好学,万事开头难,只有头开好了,学生觉得好学,好玩,才会慢慢喜欢这门课程,故书本上的有些概念没必要说得那么专业。毕竟,中技学生主要还是以实习为主不是搞研究的,对于理论课的内容,只要按照自己的思维方式把它消化吸收掉,并且和实际的应用不发生冲突就可以了。这里以第一章《电路的基本知识和基本定律》来谈谈改革问题。
其一§1-2电流
所谓电流这个概念,课本上是这样说的,“电荷的定向流动称为电流”,书上的定义当然毫无问题。但是,别忘了,电荷是微观的东西,说一根导线通电有电荷定向流动形成电流,但是肉眼看不见,如何使抽象的电荷形象化,加深学生对电流的概念的理解呢?我通过实际电工教学摸索,认为这一章中的多数概念用水来做比喻很恰当,能让学生比较容易的接受电流概念。当然,虽然以水为例讲解电的概念,在道理上有些相通的地方,但本质不同,这一点还应该向学生说明。我教师可以对学生解释说:水流的形成是水(分子)的定向流动,同理,电流的形成是电荷的定向流动,这样,用水做对比,学生一下就明白了。之后,趁热打铁,再用水流方向来对电流方向进行类推,也就不难了。再有,电流大小,书上是这样定义的“一定时间内通过导体横截面的电荷量的多少”。对于“一定时间”和“导体横截面”学生都能理解,因为不抽象,但对于“电荷量”即电量的理解,有点费劲。是的,电量,顾名思义,电荷的数量,但是,它看不见,1库仑电量怎样理解呢?若以水流大小为例,单位时间内通过水管横截面的水量叫水流大小或水流强度。这里,水管比喻为导体,水量比喻为电量,则这样之后,也能加深对电流大小的理解。
其二§1-3电压与电位
所谓“电压”的概念,书上是这样说的,“电场力把单位正电荷从电场中的a点移动到b点所做的功称为两点间的电压”。我觉得,还是上面那句话,对于中技学生而言,他们是技术工人,是干实际活的,不是搞理论研究的,没必要这么去和学生讲,只需这样去说,水压是对水(分子)的压力,而电压是对电荷的压力就可以了。
对于“电位”概念的理解,课本是这样说的“如果在电路中任选一点为参考点,那么电路中某点的电位就是该点到参考点之间的电压”。电位这个概念比电压更难理解。
可仍然以水位为例,通过对水位参考点的不同,则某点水位高度值也发生变化来让学生理解电位的概念。比如,若以地面为参考点,a点水位为5米,b点水位为2米;若以地面以上5米为参考点,则a点水位为0米,b点水位为一3米,若以地面以下5米为参考点,则a点水位为10米,b点水位为7米。在这里,由于水位参考点选取的不同,各点水位值也发生了变化,并且有正水位、零水位、负水位。然后向学生说明,电位的概念和水位有相似之处,在电路中,由于参考点选取的不同,各点电位值也发生变化,并且有正电位、零电位、负电,位,这样一对比,使学生形象的明白了电位的概念。继续趁热打铁,不管水位的参考点如何变化,任意两点比如ab之间的水位的压力差值是不变的,总是3米,因为参考点是人为选定的,显然参考点不能影响水位的压力差值,进而也形象的说明了电压与电位差的关系即任意两点电(水)压等于两点之间的电(水)位差,其三 §1-4电动势
所谓“电动势”,课本上是这样说的,“在电源内部,电源力将单位正电荷从电源负极移动到正极所做的功叫做电源的电动势”。我是这样给学生解释的,水在自然压力即重力下,由高水位处流向低水位,若想由低水位处流向高水位,必须借助于外力;同理,正电荷在电压的作用下,由高电位流向低电位,若想由低电位流向高电位,必须借助于外力即电源力才能实现,即“电荷”在电源力作用下有从高电
位运“动“到低电位的趋”势“简称电动势。这样,学生也好理解一些。 其四 §1-6欧姆定律
部分欧姆定律内容如下:对于不含电源电路,当在电阻两端加上电压时,电阻中就有电流流过,流过电阻的电流与电阻两端的电压成正比,与电阻成反比。对于该定律,可采用的启发式和对比式教学教学。水流是由于水(分子)的定向流动,那么,为什么水要定向流动,因为受到了压力才定向流动;那么,为什么必须施加压力才能让水定向流动呢,因为水受到了阻力;最后总结,显然水流大小与水压成正比,而与水受到的阻力成反比。对比,则电流是由于电荷的定向流动,那么,为什么电荷要定向流动,因为受到了压力即电压才定向流动;那么,为什么必须施加电压才能让电荷定向流动呢,因为电荷受到了阻力即电阻;最后总结,显然电流大小与电压成正比,而与电荷受到的阻力即电阻成反比,这就是欧姆定律。这样,一步一步的把欧姆定律明白的讲了出来,学生也很容易接受,之后,再理论联系实际,马上再通过一个实验来验证欧姆定律,最终是使学生深入的理解了这个重要定律。
其五§1-8电功与电功率
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
一、 简约、准确的源头分析是解决电学综合题的基础
初中电学知识面广、知识点杂、题型变化多、计算公式多.这是造成我们学习困难的主要因素.但如果能够对知识点源头进行有效的分析、整合,就能为我们指引出一条捷径,大大减轻同学们的学习负担.初中电学知识可以归纳为以下几点:
1. 一个定律:欧姆定律.欧姆定律是电学中的基本规律,是所有电学知识联系的纽带,是电学题考查的重点.欧姆定律是实验定律,在学习中同学们要掌握其科学探究的方法.
2. 二种连接方式:串联与并联.串联与并联是最基础的电学题考查内容,也是很多电学题分析、思考中必不可少的知识点.
3. 三个物理量:电流、电压、电阻.从某种意义上讲,电学题的计算就是这三个物理量之间的运算.因此,正确理解这三个物理量是学习的关键,明确每一物理量的含义及单位是学习的重点.
4. 四种仪表:电流表、电压表、电能表、滑动变阻器.对于电流表、电压表和电能表主要是掌握其连接方式、量程的选择、读数,这是实验题中经常出现的内容.滑动变阻器在生活实践中、电学实验中都起着重要作用,并且对电学题的变化也是起着媒介的作用.
5. 五个重要实验:探究串、并联电路电流的规律; 探究串、并联电路电压的规律;探究电流与两端电压、电阻的关系;伏安法测电阻;测量小灯泡功率.这五个实验都是历年来中考的热点.
下面以2011年泰州市中考试卷第三大题26小题为例进行具体分析.
图1是一台常用的电热饮水机,下表是它的铭牌数据,图2是它的电路原理图,其中S是温控开关,R是定值电阻,R是加热电阻.当S闭合时,饮水机处于加热状态;当S断开时,饮水机处于保温状态.
(1) 在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大?
(2) 饮水机正常工作时,将热水箱中的水从20℃加热到90℃,需用时14min[水的比热容为4.2×10J/(kg•℃)].求此加热过程中: ①水吸收的热量;?摇 ②饮水机的加热效率.
(3) 求电阻R的阻值(保温功率是指整个电路消耗的功率).
从知识点分析,这是一道电学与热学综合的计算题,是现在中考的常见题型.很多同学看到这样的综合题感觉束手无策,但如果我们静下心来,细心分析,就会找到解题的正确方法.
本题第一小题主要应用到电功率公式,第二小题应用到热量计算公式和效率问题,第三题较难一点,要求对串联电路和电功率公式能够熟练运用.
理清了题目问题的源头,下面就是解题策略的正确运用了.
二、 清晰、简便的解题策略是电学题有效学习的关键
1. 细读题目,正确审题
审题是解题的前提,对电学综合题的审题主要是明确题中的已知条件、学会通过题中的“关键词”找出隐含条件如:“正常发光”、“不超过”、“串联”、“并联”、“电压恒定不变”、“最大”、“最小”等等,而这些关键词往往是解题的切入点.另外还要分析待求物理量与已知量的关系等.
本题应主要关注加热功率和保温功率的区别,水桶容量和热水箱容量的区别,在计算时千万不要相互混淆.例外,本题中电阻R和R实际上都是定值电阻,不管是加热状态还是保温状态阻值都是不变的.只有对题目中的这些关键词有了正确的理解,才能够在解题中不走弯路.
2. 去繁就简,优化电路
在一些综合性较强的电学题中,当电路中的开关断开和闭合状态发生改变时,元件的连接形式往往发生了改变,画出等效电路图可简化复杂电路.特别在刚刚接触电学计算题时,要让学生养成多画等效电路图的习惯,多次练习之后,就会习惯成自然,即使不在纸上画出,在心里也会有一个简化之后的等效电路图.
本题电路图虽然简单,但同样能够进行电路的优化.本题中电热水机在加热状态和保温状态时,电路图可优化为以下两种:
① 在加热状态时,开关S闭合,电阻R被短路,电路可简化为图3.
② 在保温状态时,开关S断开,电阻和串联,电路可简化为图4.当这样的两个电路图呈现在同学们面前时,我相信同学们就能顺利解决问题了.
3. 有的放矢,选择公式
电学题中公式多,我们要能够根据题目中要求解的物理量选择合适的公式,在这个过程中,要注意与题目中的已知条件进行验证,以确定公式的适用性.
本题中第一小题要求解在加热状态下,饮水机正常工作时电路中的电流是多大.对于电流,与之相关的公式主要有欧姆定律和电功、电功率计算公式.但显然本题中的已知条件是电功率,所以我们主要运用P=UI这一公式进行求解.
第二小题计算公式比较明朗,Q=cm(t-t0),需要注意的是水的质量要由热水箱中水的体积求得.对于饮水机的加热效率问题,我们只要对比机械效率的求解就不难理解,即热水箱中的水吸收的热量与14min内饮水机消耗电能的比值.
第三问中公式的运用较复杂,但总体来说都是P=U/R这一电功率推导公式的运用,但在公式运用中,特别要注意各个公式运用时研究对象的同一性.
解题过程如下:
解:(1) I===2A?摇?摇 (要注意功率的选择)
(2) ① m=ρV=1.0×10kg/m ×1×10m=1kg?摇
Q=cmt=4.2×10J/(kg•°C)×1kg×(90°C-20°C)=2.94×10J
② W= Pt = 440W×14×60s =3.696×10J
η===79.5%
(3) R===110Ω?摇?摇?摇(注意公式运用的同一性)
R===1210Ω
R=R-R=1210Ω-110Ω=1100Ω
4. 善于总结,归纳要领
解决电学题不仅要“知其然”还要“知其所以然”,在学习过程中,不断的总结错误的原因,归纳解题的规律,注意举一反三,融会贯通,及时查漏补缺,自然会变难为易.据统计今年中考这道电学综合题失分较多,其主要原因就在于审题不清,公式运用不熟练.
中考题型每年都会有一定范围的变化,要能够在以后的中考中立于不败之地,不仅要熟悉各种典型题型,还要能够把握电学综合题变化的趋势.
三、 热门、实用的拓展分析是电学题有效学习的趋势
随着新课改的实施,以及与国际教育的接轨,中考物理题型已发生了很大的改变,由原来的纯理论试题向现在以实际应用题为主的转变.我们学生在学习时也要及早认识,及时转变学习方法,以适应电学题的发展.从近几年的中考题型来看,电学题综合题的拓展变化主要从以下几个方面入手.
1. 向科技前沿靠拢
物理学是一门应用型科学,物理学的学习和研究就是为了推动科技的进步,让物理学习回归本质才是符合教育发展的规律.
2. 与基础生产、生活相接轨
物理来源于生活须服务于生活,电学与我们的生活息息相关,电学题更应该回归生活.上题就是这类拓展的具体应用.
3. 在实际操作细节中分析问题