时间:2023-07-17 17:23:14
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篇欧姆定律的适用范围,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。
摘要:物理定律是对物理规律的一种表达形式。物理定律的教学应注意些什么呢?
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。
(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。
一、物理规律教学的重要性
物理规律是物理学知识体系的核心构件,物理规律教学也是中学物理教学成功的关键环节。
1.物理规律是物理学知识体系的核心
物理学的知识体系是以一系列的物理规律凝聚而成的。在物理学发展史上,人们正是以一系列的物理规律为中心而建立了物理学的各个分支体系。例如光的反射定律和折射定律是光学知识的中心,欧姆定律、串并联电路的规律和焦耳定律是电学知识的中心等等。
2.使学生掌握物理规律是物理知识教学的中心任务
学习和研究自然科学,中心任务是掌握自然规律并用来为人类服务。物理学是自然科学中的一门重要学科,学习物理知识的中心任务应该是掌握物理规律并应用于实际。
在物理教学中,要使学生建立概念和掌握规律之间存在着不可分割的、辩证的联系。一方面,形成清晰、准确的概念是掌握规律的基础,如果概念模糊不清,就谈不上准确地掌握规律;另一方面,掌握了物理规律又可以深刻而全面地理解概念。例如,只有理解力的三要素概念(大小、方向、作用点),才能理解同一直线上或互成角度的二力合成的规律(如图1)和二力平衡条件(如2)等;反之,通过掌握力的合成规律和二力平衡条件,又能更深刻地理解力的三要素概念。所以,物理规律的应用比物理概念的应用更为广泛,理解和掌握物理规律才能更有效地利用物理知识去解决实际问题。由此可见,使学生掌握好物理规律是物理知识教学的中心任务。
二、物理规律的特点及其分类
1.物理规律的特点
物理规律反映了在一定条件下某些物理量之间内在的必然联系,它是客观存在的,不以人的主观意志而转移。它具有以下特点:
(1)物理规律只能发现,不能创生。
任何客观规律都只是被发现,而不能被“创生”,但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的。物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律,因此必然与人们认识物理世界的途径有关,即都与观察、实验、抽象、思维、数学推理等有着密不可分的联系。
(2)物理规律反映了有关物理概念之间的必然联系。
任何一个物理规律,都是由一些概念组成的,这些概念常常表现为物理量,可以用一些数字和测量联系起来,物理规律则把概念之间的一定关系用语言逻辑或数学逻辑表达出来。
例如,欧姆定律是由导体、电流(I)、电压(U)、电阻(R)等概念组成的,研究对象是导体,电流(I)、电压(U)、电阻(R)是3个可测量的物理量。它表明了通过研究对象(导体)的电流与研究对象(导体)的电阻(R是反映研究对象本身的量)和加在研究对象(导体)两端的电压(U)之间的定量关系。
2.物理规律的分类
在大千世界里,物理现象千姿百态,物理运动各有不同的形式,有宏观的、微观的,有机械运动现象、热现象、光现象、电磁现象等,所以物理规律就有多种多样,物理规律也就有不同的表述形式。中学物理规律主要包括以下类型:
(1)物理定律
一般是直接从观察实验的结果中概括总结出来的物理规律,如牛顿运动定律、能量转化与守恒定律、欧姆定律、光的反射定律、焦耳定律等。
(2)定理、原理
定律和原理一般是从已知的物理规律或理论出发,对某特定事物或现象进行演绎、推理,从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断,并经得起实践检验的物理规律。
如阿基米德原理(F浮=G排=ρ液gV)、功的原理等。
(3)方程、公式
这是利用数学式子来描述物理量之间关系的物理规律。
如串联和并联电阻的计算公式:R=R1+R2+…+Rn;
1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn。
(4)法则、定则
即利用特定方法表示的物理规律,如矢量合成的平行四边形法则、右手定则和左手定则等。
(5)其他
如力(包括二力、共点力)的平衡条件、串联电路的分压规律、并联电路的分流规律、平面镜和透镜成像规律、晶体融化和凝固规律、液体压强规律等。
三、物理规律教学的一般过程
人类在研究和探索物理规律的过程中逐步形成了物理学研究的基本方法。学生认识物理规律的过程也相当于一个探索与研究的过程,因此,物理规律的教学方法与物理学的研究方法大体上是一致的。
1.提出问题,创设便于发现规律的物理环境
作为新授课的物理规律的教学,首先要按照导入新课的方法,以提出问题的形式导入学习物理规律的课题。教师要有意识地提供一个便于探索规律、发现规律的物理环境。创设物理环境常用的方法有实验法和举例法。
(1)实验法
教师借助于演示实验或学生实验,使物理现象或过程展示出来,让学生观察。例如讲授牛顿第一定律时所做的小车分别通过毛巾、棉布、木板表面所滑动距离大小的实验(图3)。
(2)举例法
即列举出学生在日常生活中熟悉的、能引导发现规律的物理现象。例如,讲授影响蒸发快慢的因素时,举出以下例子:“同样湿的衣服,晾在树荫下干得慢”;“同样多的水,倒在碟子里干得快,装在瓶子里干得慢”。
2.探索物理事实的内在联系,形成规律
这一教学过程主要是把第一步骤所摆出来的物理事实进行抽象思维,探讨物理规律现象的内在联系,提供建立规律的科学依据。根据不同的物理规律,可以采用下列具体方法:
(1)实验归纳法
例如,用一般水做实验得到“浮力等于物体所排开的水重”,再改用煤油或酒精做实验也得到了同样的结果,而且把物体全部浸入水中或部分浸入水中做实验都得到了同样的结论,最后归纳得到了阿基米德原理。
(2)单因子实验法
对于多因子的物理过程,可运用单因子实验,先分别固定几个物理量而研究其中两个量之间的关系,最后综合为一个完整的物理规律。例如,研究电流与电压、电阻之间的关系,可以先保持电阻不变而改变电压,观察分析电流随电压的改变情况,得到电流与电压之间的关系;再保持电压不变而改变电阻,观察分析电流随电阻的改变情况,得到电流与电阻之间的关系。最后综合成为一条物理规律,即欧姆定律。
(3)先定性后定量推演法
限于中学实验条件,精确测定数据有困难,有些定量的实验不易成功,因此,可以在观察定性实验现象的基础上进行定量推演或分析介绍,最后形成规律。例如焦耳定律,实验时观察通电后煤油温度的高低来定性说明电流产生热量的多少。实验表明,电阻越大,电流强度越大,通电时间越长,电流产生的热量越多。然后介绍科学家焦耳的研究成果,进而得出定量描述,形成焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,Q=I2Rt。
3.下定论并对规律进行讨论,加深理解规律
经过第二步的探讨和思维加工,初步形成规律后,要整理成文,用科学而又简明的语言文字或数学工具来表述物理规律。
(1)规律的物理意义
解释规律的内容,说明它表示什么样的物理含义,必要时还要与相近规律进行比较。用数学公式或图像表述规律的,在教学中要引导学生讨论如何根据规律的内容得出公式或图像;反之,又如何从公式或图像来理解其物理意义。例如焦耳定律,其内容是电流通过导体时产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻、通电时间有关,这个关系是正比关系,由此得到焦耳定律的数学表达式为Q=I2Rt。
(2)规律表述中的关键词语和公式中各字母的意义
例如,阿基米德原理的公式F浮=G排=ρ液gV,公式中字母F浮代表物体所受的浮力,G排表示排开液体的重力,ρ液是液体的密度,g是重力加速度,V表示排开液体的体积。这个公式中各字母代表的物理意义,学生必须十分清楚,运用过程中才不至于出现差错。
(3)公式中各物理量的单位
中学阶段,物理单位的教学也不容忽视。
例如公式Q=I2Rt,式中I、R、t的单位分别是安培、欧姆、秒,Q的单位必须是焦耳。
物理规律的公式中各物理量的单位都是确定的,不能随便乱用。
(4)规律的成立条件和适用范围
物理规律本身是反映在一定条件下物理事物内在的必然联系,并且物理规律是在一定条件下和一定范围内总结出来的,因此,也只能在这个条件下、这个范围内才成立。学生学习物理规律时,往往只知道死背条文而忽视了成立条件和适用范围,在实际应用中乱套,在遇到情况变化时就难以下手,所以,在教学中要重视讲清规律的成立条件和适用范围。
在一般物理规律的表述中,前语是成立条件或适用范围,后语是结果,即因果关系基本连结成一个完整的句子。通过分析规律的语句结构,从字里行间就可以知道规律的成立条件和适用范围。例如牛顿第一定律,它的适用范围是“一切物体”,条件是“没有受到外力作用”(原因),结果是“保持静止或匀速直线运动状态”。
有些规律在叙述中只提出成立条件,必要时可以补充说明适用范围。例如阿基米德原理,要指出也适用于气体。有些规律限于学生的基础和认识水平,只强调成立条件,而暂不提适用范围。例如,欧姆定律、焦耳定律,不提及只适用于纯电阻电路。
四、学生学习物理规律中的常见问题
为了有效地引导学生学好物理规律,我们还必须研究和认清学生学习物理规律中的常见问题和心理障碍。在中学阶段,主要存在以下几个方面的问题:
1.感性知识不足
中学物理规律的教学,许多是从事实出发经过分析归纳总结出来的。中学生抽象思维能力不强,他们理解物理规律特别需要有充分的感性材料作基础。如果没有足够的、能够把有关的现象与现象之间的联系鲜明地展示出来的实验或学生日常生活中所熟悉的曾亲身感受过的事例作基础,势必造成学生学习上的困难。
例如,研究电磁感应和自感的有关规律,如果没有足够的、能够逐步揭示现象间本质联系的实验作基础,学生对这些规律就很难理解。
2.学生在日常生活中形成的错误观念的干扰
学生在日常生活中积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些观念。这些观念中,有的比较正确,但往往有一定的表面性和片面性,甚至是错误的观念。这些先入为主的错误观念对学生正确理解物理规律往往起着严重的干扰作用。如:学生在运动和力的关系上往往有“物体受力才能运动,不受外力,物体根本不会运动”的观念,这就给学生正确理解运动和力的关系带来了很大的困难。
3.抽象逻辑思维能力不强
在物理规律的研究和运用中,有时要进行严格的逻辑推理和科学的想象等抽象思维活动;在运用物理规律解决某些问题时,要想取得正确而全面的解答,学生要具有较高水平的思维品质。然而,中学生在心理发展上正处在思维发展过渡期,对于不同年级的学生和不同的学生个体,这个发展在迟早快慢上有差异,有些学生由于没有形成逻辑思维的习惯,抽象思维能力不强,这就使他们在学习和运用物理规律时遇到了较大的困难。
4.不会运用物理规律说明、解释现象和分析解决实际问题
中学阶段,学生在理解物理规律上,经过努力并不会感到很困难,但是运用起来常常会束手无策。形成的原因,除了知识上的欠缺和思维习惯、思维定势的干扰等因素外,最主要的是学生还未掌握运用物理知识去分析、处理、解决问题的思路和方法,因此,学生在完成认识的第二个“飞跃”上困难较大。
物理规律的教学要有阶段性,要有一个逐步深化、提高的过程。对于同一物理规律,初中、高中有不同层次的要求,因此,我们应遵循学生的认知规律,由浅入深,一步步地通过一系列的教学活动,来提高物理规律的教学水平。
参考文献
[1]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论[M]。
[2]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论(第二版)[M]。
一、“串反并同”规律的定义
所谓“串反”就是与变化电阻直接或间接串联的电表和用电器的电流、电压及电功率各物理量与变化电阻变化相反,也就是变化电阻阻值变大时,电流、电压、电功率均变小;反之变化电阻阻值变小时,各量均变大。
所谓“并同”,就是与变化电阻直接或间接并联的电表和用电器的电流、电压及电功率各物理量与变化电阻变化相同,也就是变化电阻阻值变大时,电流、电压、电功率各量均变大;反之变化电阻阻值变小时,各量均变小。
二、“串反并同”规律的适用范围和条件
1.如果电源没有内阻或不计内阻,则和电源并联的电压表示数将不变化,显然不能用“串反并同”。除此之外的其他电表和用电器的电流、电压、电功率等物理量的变化还可以应用“串反并同”的规律解题。
2.如果电路中有两个或两个以上的电阻阻值同时变化,就不能用“串反并同”规律了。
3.电路必须是闭合的。若在直流电路中有电容器,而此时电容器所在电路相当于断路,在电路里不会有恒定的电流,这时就不能用“串反并同”规律。
三、“串反并同”规律的应用
对于涉及电阻变化的问题,运用上述“串反并同”规律都能够迅速而准确地进行解答。下面以几道习题为例,说明“串反并同”规律的应用。
例1 (2002年上海高考题) 在如图1所示电路中,当变阻器R2的滑动头P向b端移动时,( )。
A.电压表示数变大,电流表示数变小;
B.电压表示数变小,电流表示数变大;
C.电压表示数变大,电流表示数变大;
D.电压表示数变小,电流表示数变小。
解析:可变电阻R2、电源、R1与电流表A构成串联电路,可变电阻R2、R3与电压表V构成并联电路。当滑片向b点移动时,电阻R2减小。根据电流随电阻变化的“串反并同”规律可知,电流表的示数变大,电压表的示数变小。故选项B正确。
例2(2007年宁夏理综)在如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是( )。
A.I1增大,I2不变,U增大;
B.I1减小,I2增大,U减小;
C.I1增大,I2减小,U增大;
D.I1减小,I2不变,U减小。
解析:R2的滑动触点向b端移动,R2接入电路的电阻减少,总电阻减少;A2与R2串联,其示数的变化规律与R2的变化规律相反,示数增大。A1、V与R2间接并联,其示数的变化规律与R2的变化规律相同,示数减少。故选项B正确。
一、物理概念的教学
所谓物理概念是对物理现象和过程的认识,是以精辟的思维形式表现知识的一种手段,是物理现象的特有属性在人脑里的反映。这里讲的物理概念特指无量度公式的物理概念(如:平动、质点、惯性、简谐振动、电场、光的干涉、光的衍射、汽化、蒸发等)。
1.物理概念的教学是物理教学的基础
首先,理论体系的基础都在物理概念,它们占据了物理教学的大半课时。
其次,物理基础知识中的公式、原理、定律都是用概念作为引线,对有关基础知识作有机串联,形成系统化的概念体系。
所以,要重视物理概念教学。学好、掌握并真正理解它们的含义有利于学生掌握基础知识,培养学生学习物理的兴趣。
2.物理概念的教学方法
(1)对物理现象、过程获得必要的感性认识。在教学中,要重视感性认识,为了在感性认识的基础上进行分析,教师必须从有关概念包含的大量事例中,精选那些包括主要类型的、本质联系明显的典型事例进行教学,获得感性认识。
(2)在科学抽象中,突出本质,找出事物的属性。在感性材料认识的基础上,进行分析、比较,找出它们的共同属性,引导学生归纳、总结得出概念。
(3)明确概念,灵活应用。对感性材料进行“科学的抽象”得出结论后,还要了解概念的外延,从概念出发,引导学生拓展,解决一些实际问题,加深对概念的理解和应用。
二、物理定律的教学
物理定律是反映物理量之间的本质联系,因果关系与严格的数量依存关系;凡有关教材中的众多公式,重要推论和原理都可以由它引导与推得。
1.物理定律的教学是物理教学的重点
首先,物理概念,物理量的学习只是一些支离破碎的物理知识,从结构体系上看,这些物理概念,物理量无主心骨,缺乏凝聚中心,所以只有以物理定律作组织的枢纽,物理教学才显得有起有合、能散、能收、内容丰富,形成一个完整的知识体系。
其次,学习的目的不是为了学习而学习,而是为了应用而学习,物理定律就是物理概念,物理量的具体应用。
此外,和物理量的教学一样,物理定律的教学同样能开发学习智力,培养学生思维能力,促进学生个性的发展。
2.物理定律的教学方法
(1)引入新课。在备课中思考,怎样循循善诱,巧妙而有效地向学生交代教学的目的,并转化为学生学习目的,引入新课。
(2)重视实验。物理教学的特点在于突出物理实验。在物理定律的教学上又有特殊性,就是突出定量的演示实验与学生实验,且要做好、做准。以提供学生发现物理规律的必要条件与学习环境。引导学生设计实验装置,学会运用物理实验方法来研究提出的新课题。
(3)弄清物理定律的物理意义与适用范围。学生认识物理定律后,首先要正面理解物理定律的语言表达;其次,要弄清物理定律的数学表达式的真正含义,把和它相邻的公式以及由它导出的公式从物理意义上划清界限,以免混淆不清。例如,就欧姆定律来说,它的数学表达式I=U/R要与电阻的量度公式R=U/I,电阻定律的表达式R=ρL/S和导出公式U=IR的含义都区别开来。此外,还要指明它的适用范围。任何一个物理定律,都是在一定条件下,运用物理的理想过程和理想实验的思想方法得到的。因此,每个定律都有它的适用范围。例如,机械能守恒定律(适用于只有重力和弹力做功的条件下);库仑定律(适用于真空中的点电荷)等。只有知道了它们的物理意义和适用范围,才有利于学生掌握和应用。
三、物理量的教学
物理概念建立量的观念,有量度公式(长度、质量、时间除外,它们是人为规定无量度公式的物理量)的物理概念叫物理量(如:加速度、电场强度、电动势、频率、功、发光强度、折射率等)。
1.物理量的教学是物理教学的关键
(1)物理量是联系关联的概念之间的关系,是物理概念与物理定律的桥梁,有承上启下的作用。
(2)物理量教学可以开发学生智力与培养学生思维能力。心理学讲:“人的思维活动是凭借概念与词汇开展的”。在物理教学中最要紧的是活跃学生头脑里的物理思维活动,无论是物理思维或运用物理思想方法进行研究,都离不开明确的物理里。例如在教电学时,只有学生理解电流强度、电阻、电压三个物理量的基础上,通过演示实验,才能引导学生判断这三个物理量的关系,导出欧姆定律。这样教会学生运用实验与数学相结合的物理科学方法,可以开发学生智力与培养学生思维能力。
(3)物理量教学在发展学生个性上有积极推动作用。历代物理学家的重大发现,都是由他们高度发展的抽象思维能力与兴趣、意志、信念等的智慧结晶。其中促使他们这种个性充分发展的因素,往往都是由于大量实验的物理现象中所形成的新的物理量作导航。例如牛顿的经典力学就是以力、质量、加速度等物理量为出发点,导出牛顿运动定律的结果;法拉第就是由于电动势,磁通量等物理量的提出而导致法拉第电磁感应定律的发现。所以就充分发展学生个性看,要使学生明确物理量。
2.物理量的教学方法
(1)物理量的引入。讲授物理量时,首先要介绍建立物理量的过程,搞清为什么要引入该物理量。新的物理量的引入,不管采取什么方式,为了获得最佳教学效果,所提出的问题必须满足三个条件:一要反映学习这个物理量的客观性与必要性;二要巧妙的把它的教学目的转化为学生的学习目的;三要激起学生的求知欲。例如讲加速度时可以这样引入:“人走路、马拉车、汽车跑、飞机飞,除了运动快慢程度不一样,还有什么不同(速度改变的快慢不同)。不同物体、速度的改变快慢不同,尽管是同一物体(汽车),在不同时间(起动、刹车)速度的改变快慢也不一样,为了描述速度改变的快慢程度而引入加速度这一物理量”。定性的分析引出物理量后,还要定量的研究它的定义式。
(2)建立量的观点,导出量度公式。物理量定量的研究,需要由演示实验、学生实验测出精确的物理量值,运用数学工具来研究它与有关物理量之间的严格数量依存关系,给物理量下定义。例如电场强度,通过实验测出检验电荷在电场中某一固定点所受的电场力跟它本身电量的比值始终是一恒量,不同的点,这一比值不同。
定义:电场中某点检验电荷在该点所受的电场力跟它本身电量的比值叫该点电场的电场强度、方向跟正电荷受力方向相同。(公式:E=F/q方向:跟正电荷受力方向相同,单位:牛顿/库仑)
物理学中的物理量用数学形式表达成物理公式后,显得特别简单、明确,便于运用它来进行分析、推理、论证。所以数学知识是研究物理问题的工具,用好数学对解决问题是很必要的,但是却不可以单纯从数学角度看待物理问题。物理量的学习,不能死记、强背、硬套。要理解性记忆,实质性掌握,灵活性应用。
【关键词】中学物理 电磁学部分 教学 看法
中学物理教材阐述的内容主要是经典物理学的基础知识,这些理论是建立在牛顿时空观的基础上,以力学、电磁学为重点。本文就电磁学部分的教学谈点自己的看法。
1.电磁学教材的整体结构
电磁运动是物质的一种基本运动形式.电磁学的研究范围是电磁现象的规律及其应用.其具体内容包括静电现象、电流现象、磁现象,电磁辐射和电磁场等。为了便于研究,把电现象和磁现象分开处理,实际上,这两种现象总是紧密联系而不可分割的。透彻分析电磁学的基本概念、原理和规律以及它们的相互联系,才能使孤立的、分散的教学变成系统化、结构化的教学。对此,应从以下三个方面来认真分析教材。
1.1 电磁学的两种研究方式。
整个电磁学的研究可分为以"场"和"路"两个途径进行,这两种方式均在高中教材里体现出来。只有明确它们各自的特征及相互联系,才能有计划、有目的地提高学生的思维品质,培养学生的思维能力。
场的方法是研究电磁学的一般方法。场是物质,是物质的相互作用的特殊方式。中学物理的电磁学部分完全可用场的概念统帅起来,静电尝恒定电尝恒定磁尝静磁尝似稳电磁尝迅变电磁场等,组成一个关于场的系统,该系统包括中学物理电学部分的各章内容。
"路"是"场"的一种特殊情况。中学教材以"路"为线的大骨架可理顺为:静电路、直流电路、磁路、交流电路、振荡电路等。
"场"和"路"之间存在着内在的联系。麦克斯韦方程是电磁场的普遍规律,是以"场"为基础的,"场"是电磁运动的实质,因此可以说"场"是实质,"路"是方法。
1.2 物理知识规律物。
物理知识的规律体现为一系列物理基本概念、定律和原理的规律,以及它们的相互联系。
物理定律是在对物理现象做了反复观察和多次实验,掌握了充分可靠的事实之后,进行分析和比较找出它们相互之间存在着的关系,并把这些关系用定律的形式表达出来。物理定律的形成,也是在物理概念的基础上进行的。但是,物理定律并不是绝对准确的,在实验基础上建立起来的物理定律总是具有近似性和局限性,因此其适用范围有一定的局限性。
第二册第一章"电场"重要的物理规律是库仑定律。库仑定律的实验是在空气中做的,其结果跟在真空中相差很小。其适用范围只适用于点电荷,即带电体的几何线度比它们之间的距离小到可以忽略不计的情况。
"恒定电流"一章中重要的物理规律有欧姆定律、电阻定律和焦耳定律。欧姆定律是在金属导电的基础上总结出来的,对金属导电、电解液导电适用,但对气体导电是不适用的。欧姆定律的运用有对应关系。电阻是电路的物理性质,适用于温度不变时的金属导体。
"磁场"这一章阐明了磁与电现象的统一性,用研究电场的方法进行类比,可以较好地解决磁场和磁感应强度的概念。
"电磁感应"这一章,重要的物理规律是法拉第电磁感应定律和楞次定律。在这部分知识中,能的转化和守恒定律是将各知识点串起来的主线。本章以电流、磁场为基础,它揭示了电与磁相互联系和转化的重要方面,是进一步研究交流电、电磁振荡和电磁波的基础。电磁感应的重点和核心是感应电动势。运用楞次定律不仅可判断感应电流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
"电磁振荡和电磁波"一章是在电场和磁场的基础上结合电磁感应的理论和实践,进一步提出电磁振荡形成统一的电磁场,对场的认识又上升了一步。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进到电磁波而对物质的波动性的认识提高了一步。
1.3 通过电磁场在各方面表现的物质属性,使学生建立"世界是物质的"的观点。
电现象和磁现象总是紧密联系而不可分割的。大量实验证明在电荷的周围存在电场,每个带电粒子都被电场包围着。电场的基本特性就是对位于场中的其它电荷有力的作用。运动电荷的周围除了电场外还存在着另一种场——磁场。磁体的周围也存在着磁场。磁场也是一种客观存在的物质。磁场的基本特性就是对处于其中的电流有磁场力的作用。现在,科学实验和广泛的生产实践完全肯定了场的观点,并证明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态。
运动的电荷(电流)产生磁场,磁场对其它运动的电荷(电流)有磁场力的作用。所有磁现象都可以归结为运动电荷(电流)之间是通过磁场而发生作用的。麦克斯韦用场的观点分析了电磁现象,得出结论:任何变化的磁场能够在周围空间产生电场,任何变化的电场能够在周围空间产生磁场。按照这个理论,变化的电场和变化的磁场总是相互联系的,形成一个不可分割的统一场,这就是电磁场。电磁场由近及远的传播就形成电磁波。
从场的观点来阐述路,电荷的定向运动形成电流。产生电流的条件有两个:一是存在可自由移动的电荷;二是存在电场。导体中电流的方向总是沿着电场的方向,从高电势处指向低电势处。导体中的电流是带电粒子在电场中运动的特例,即导体中形成电流时,它的本身要形成电场又要提供自由电荷。当导体中电势差不存在时,电流也随之而终止。
2.以"学科体系的系统性"贯穿始终,使知识学习与智能训练融合于一体
2.1 场的客观存在及其物质性是电学教学中一个极为重要的问题。第一章"电场"是学好电磁学的基础和关键,电场强度、电势、磁场磁感应强度是反映电、磁场是物质的实质性概念,电场线,磁感线是形象地描述场分布的一种手段,要进行比较,找出两种力线的共性和区别以加强对场的理解。
2.2 电磁场的重要特性是对在其中的电荷、运动的电荷、电流有力的作用。在教学中要使学生认识场和受场作用这两类问题的联系与区别,比如,场不是力,电势不是能等等。场中不同位置场的强弱不同,可用受场力者受场力的大小(方向)跟其特征物理量的比值来描述场的强弱程度。在电场中用电场力做功,说明场具有能量。通常说"电荷的电势能"是指电荷与电场共同具有的电势能,离开了电场就谈不上电荷的电势能了。
2.3 认真做好演示实验和学生实验,使"潮抽象的概念形象化,通过演示实验是非常重要的措施。把各种实验做好,不仅使学生易于接受知识和掌握知识,也是基本技能的培养和训练。安排学生自己动手做实验,加强对实验现象的分析,引导学生从实验观察和现象分析中来发展思维能力,从物理学的特点与对中学物理教学提出的要求来看,应着力培养学生的独立实验能力和自学能力,使知识的传授和能力的培养统一在使学生真正掌握科学知识体系上。
物理规律(包括定律、定理、原理和定则等)是物理现象、过程在一定条件下发生、发展和变化的必然趋势及其本质联系的反映。它是中专物理基础知识最重要的内容,是物理知识结构体系的枢纽。因此,规律教学是中专物理教学的中心任务。怎样才能搞好规律教学呢?本人经过多年的物理教学,总结出了有关实验规律教学的一些尝试。
一、实验规律的物理学的含义
实验规律物理学中的绝大多数规律,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。如牛顿第二定律、欧姆定律、法拉第电磁感应定律、气体实验三定律等。
对于物理规律而言,还有理想规律、理论规律,这里就不再细述。
二、实验规律的教学方法实施
在中专物理规律的教学过程中,不仅要让学生理解掌握规律本身,更重要的是如何应用规律来解决具体问题。
1.探索实验法。探索实验法就是根据某些物理规律的特点,设计实验,让学生通过自己做实验,总结出有关的物理规律。
例如在牛顿第二定律的教学中,让学生通过实验探索加速度与力的关系以及加速度与质量的关系使学生得出:在质量一定的条件下,加速度与外力成正比;在外力一定的条件下,加速度与质量成反比的结论。在此基础上,教师指导学生总结加速度、外力和质量间的关系,得出牛顿第二定律。
采用探索实验法,不但能使学生将实验总结出来的规律,深刻理解、牢固记忆,而且还能充分调动学生学习的主动性,增强学习兴趣,更重要是通过这种方法使学生掌握了研究物理问题的基本方法。
2.验证实验法。验证实验法是采用证明规律的方法进行教学,从而使学生理解和掌握物理规律。具体实施时先由教师和学生一起提出问题,将物理规律直接告诉学生,然后教师指导学生并和学生一起通过观察分析有关现象、实验结论,验证物理规律。
在“力的合成方法”的教学中,采用如下的方法和步骤:
①复习旧知识引入新课题,提出问题.以天花板上的吊灯受力分析为例,可用一根绳子吊住灯,使它不向下掉;也可用两根绳子吊住它。用一根绳子吊灯时,灯受一个拉力作用;用两根绳子吊时,灯受两个拉力作用。可以看出两个拉力作用的总效果跟一个拉力产生的效果相同。
提出问题:“合力与分力二者间有何关系?”
②将平行四边形定则明确告诉学生。
③让学生通过实验验证平行四边形定则,再在此基础上,进行理论探讨,得出合力大小与方向的表达式。验证实验法的最大特点是学生学习十分主动。这是因为在验证规律时,学生已知问题的答案,对于下一步的学习目的及方法已经清楚,所以更加有的放矢。
3.演示实验法。演示实验法就是教师通过精心设计的演示实验,引导学生观察,根据实验现象,师生共同分析、归纳,总结出有关的物理规律。
如在“焦耳定律”的教学中,可采用如下的方法:
①根据日常生活和生产实际经验,分析出电热I与电流强度Q、电阻R和通电时间t有关。
②研究方法:控制变量法。当电流I、时间t相同时,研究电热Q与电阻R的关系。当电阻R、时间t相同时,研究电热Q与通电时间t的关系。
③通过演示实验找出Q与I、R和t的关系。这个演示实验的关键是如何提高实验的可见度。我们采用先进的教学设备――实物投影仪将温度计液柱的升降情况直接投影到大屏幕上,让全体学生都能看到温度计液柱的变化。由实验得出结论:当I与t一定时,R越大,Q越大;当R与t一定时,I越大,Q越大;当I与R一定时,t越大,Q越大。
④根据演示实验结论,分析得出焦耳定律。这种方法要充分发挥演示实验的作用,增强演示实验的效果。
除此之外,还有理想规律的教学方法和理论规律的教学方法
理想规律是在物理事实的基础上,通过合理推理至理想情况而总结出的物理规律。因此在教学中应用“合理推理法”;理论规律的教学方法理论规律是由已知的物理规律经过推导,得出的新的物理规律。因此,在理论规律教学中应采用“理论推导法”。
三、实验规律的教学中应注意的问题
1.要深刻理解规律的物理意义,从理论上解释实验规律,做到从理论和实验两个方面来充分认识物理规律;要从物理意义上去理解物理规律的数学表达式;要引导学生总结物理规律间的相互联系,以便更深入的理解物理规律。如动量守恒定律与牛顿第三定律的关系;动能定理、动量定理跟牛顿第二定律的关系等。
2.注意物理规律的适用范围物理规律往往都是在一定的条件下建立或推导出来的,只能在一定的范围内使用。超越这个范围,物理规律则不成立,有时甚至会得出错误结论。这一点往往易被学生忽视,他们一遇到具体问题,就乱套乱用物理规律,或者盲目外推,得出错误结论。因此,在物理规律教学中,要引导学生注意物理规律的适用范围,使他们能够正确使用物理规律解决实际问题。
3.注意物理规律之间的联系有些物理规律之间是存在着相互关系的。以牛顿第一定律与牛顿第二定律为例,两个定律是从不同的角度回答了力与运动的关系。第一定律是说物体不受外力时做什么运动,第二定律是说物体受力作用时做什么运动。第一定律是第二定律的基础,没有第一定律,就不会有第二定律。虽然第一定律可以看成是第二定律的特例,但不能去掉第一定律。
四、实验规律的教学中要学会运用物理规律解决实际问题
1.培养学生运用物理规律解决实际问题的能力
例题的作用就是示范性,通过对例题的分析,总结出解决问题的思路、方法与步骤,引导学生应用物理规律解决实际问题。
2.强化训练学生运用物理规律解决具体问题的能力
【关键词】初中物理 物理教学 自学能力 培养
自学能力是一个人获得知识和更新知识的重要能力,也是一种基本素质。教师不但要向学生传授知识,而且更要教给学生学习的方法,以及研究问题和解决问题的方法,培养学生自我获取知识的能力。下面就初中物理自学能力的培养谈两点建议。
1.充分利用物理课本培养自学能力
初中物理教学大纲明确指出:“自学能力对每个人都是终身有用的,阅读是提高自学能力的重要途径。培养学生的自学能力,应从指导阅读教科书入手,使他们学会抓住课文中心,能提出问题并设法解决,还应鼓励学生进行课外阅读。”具体说来,我们可以从以下几个方面着手:
1.1 首先,通过实验演示等为学生阅读教材创造条件。学生自学必须要有时间作为保证,而现在中学课程科目繁多,各科作业也很繁重。这就要求教师必须改革教学方法,指导学生花时间进行深入探讨,独立思考,在分析物理习题的过程中探索其规律,使自己在解题的实践中逐步掌握其思路和方法。例如:在上《欧姆定律》这课时,教师只通过演示实验讲清电流跟电压的关系,至于电流跟电阻的关系以及归纳得出的定律,尽可以放手让学生自己通过实验进行分析比较、归纳和阅读课文后得出结论,然后加以小结。这样,既可以在课堂上让学生有时间阅读课本,又可使学生自己动手实验、思考、讨论和研究问题,更可促使学生去认真钻研教材。
1. 2 其次,根据物理教材的特点,加强阅读指导。物理课本在表述方面既有文学“语言”,又有数学“语言”(公式、图像),还有实验“语言”(插图、照片)。看这样的书,既要懂得文字表述的意思,又要理解数学的计算及其含义,有时,还得画图等等。例如:物理公式是用数学“语言”来描述物理规律的一种数学表达式。初中学生不易看懂,也往往把它当做代数来看待。这就需要教师一开始就要把公式做些处理以帮助学生去弄清含义,如:将“欧姆定律”I=U/R公式“译”写成“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”等等。然后,学生还要了解掌握公式的物理意义、适用条件、各物理量的单位以及单位公式的变形等。另外,课本中还常有一些晦涩的物理术语比较难懂,学生刚开始接触时是有一定困难的,教师必须用心地加以引导,通过这样的训练就能逐步地提高他们的自学能力。
1. 3 最后,引导学生养成预习的习惯,逐步培养问学能力。初二开始上物理启蒙课时,教师就应该向学生提出“以课本为主,课前要预习,要学会读书”的要求,并结合教学提出具体要求。例如:①看完一节(或一段)课文后要了解这节(段)课文讲了什么物理现象?某个实验是怎样进行的,说明什么问题?②这一节(段)讲了什么物理概念和规律?这些概念和规律是什么意思?在日常生活、生产实际中有哪些实例?③在阅读课本的过程中,还要经常提些“为什么”?并要设法解决。④看完了课文后,有什么不懂、不理解的问题?并把不懂的、有疑问的问题记在笔记本上,以便上课时认真听讲,或向老师提问。此外,在每上完一个单元后,还要引导学生自觉认真地进行复习,要求他们再进行一次全面阅读,在阅读过程中指导他们前后联系,纵横对比,将知识系统化、条理化,形成完整的知识结构,并进一步理解概念的内涵和外延,明确公式和定律的成立条件和适用范围,使之做到理解知识,并融会贯通。总之,培养自学能力是物理教学的战略任务之一,而提高阅读能力是培养自学能力的起点。因此,在平时的物理教学中要充分调动学生阅读课本的积极主动性,加强指导他们阅读课本,让学生在自己的阅读中独立地感知、理解教材。通过经常性训练,学牛逐步地学会自我学习的方法、研究问题和解决问题的方法,以及在训练中不断提高自我获取知识的能力。
2.在自学过程中激发学生积极主动思考,从而培养他们的理解能力、综合分析能力、推理判断能力等
可以说,自学能力的培养过程就是学生理解能力、综合分析能力和推理判断能力培养的过程。关键是要使学生有正确的学习态度、良好的学习习惯、踏实的学习作风。老师要重视物理概念和物理规律的指导,使学生学会运用物理知识解释物理现象、寻找物理模型,进行独立分析和解决实际问题。
关键词: 物理规律 认知策略
高中物理是一门基础性学科,也是一门逻辑性很强的学科。物理学包含了大量的物理规律:原理、定律、定理、法则、公式等。物理规律内容精简,内涵丰富,学生在刚开始接触物理规律时,可能会觉得很简单,但碰到具体问题却不会灵活运用,或张冠李戴,根本不知用何规律解决问题。为此,本文从认知心理学的角度分析物理规律的特点,结合学生平时通常犯的错误,提出教学策略。
一、物理规律在人的记忆中的表征特点
1.物理规律是以命题为主要形式表征的陈述性知识。
由认知心理学可知,人类所学的知识有两类:陈述性知识和程序性知识。陈述性知识是能被人陈述和描述的,是有关人所知道的事物状况的知识,可以以命题、表象、线性排序等基本形式和图式这种高级形式表征的。
物理规律(包括定律、定理、原理、法则、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。物理规律一般可以用文字表述,即用一段话把某一规律的内容表达出来,物理规律有时也可用数学(公式或图象)表示,它是一种陈述性知识。
2.运用物理规律解决问题是一种程序性知识。
程序性知识是人怎样做事的知识,包括动作技能、认知技能、认知策略,它是以“产生式”这种动态的表征形式表征的。通常用规律解决问题主要有几种可能情况:(1)对物理规律(包括公式和图象)的意义的理解,如:对F=ma的含义的理解,对v-t、a-t图象的理解;(2)对规律的适用条件和范围的辨析,如:牛顿第二定律只适用于低速运动的宏观物体,不适用于高速运动的微观粒子;(3)与规律有关的概念、规律、公式间的关系的讨论;(4)运用规律解决实际问题,运用物理规律解决问题是有一定的方法和步骤的,如牛顿定律的应用,它在具体解题时,可分为两种情况:一种是已知物体的受力情况求物体的运动情况,大致的解题步骤分为:①对物体进行受力分析,②正交分解(力的合成)求F合,③用牛顿第二定律求加速度,④根据运动学的公式求物体的运动情况。另一种是已知物体的运动情况求物体的受力情况,大致的解题步骤也可分为:①对物体进行受力分析,②根据运动学的公式求物体的加速度,③用牛顿第二定律求合力,④用力的正交分解法求未知力。因此,运用物理规律解决问题必须在理解规律的基础上,通过积极的逻辑抽象思维,采取正确的方法,是一种有控制的程序性知识。
二、学生在物理规律学习过程中碰到的问题
1.相关知识准备不足。
影响物理规律学习的有关知识主要包括:感性知识的缺乏,数学知识不够,对物理概念的理解、已学物理规律的理解不深或错误等。如,研究和运用质点运动学规律时,涉及时间、时刻、位置、位移、速度、加速度等很多物理概念,也涉及坐标系、函数图象、代数运算、矢量等数学知识,如果学生在某一环节上准备不足,就会使这些规律的学习和运用遇到困难。又如,许多物理现象在生活中是学生没有遇到过的,必须向学生提供足够的感性材料,通过实验来弥补感性知识的不足,如学习电磁感应和自感的有关规律,需要给学生足够的、能够逐步提示现象间本质联系的实验作基础,否则学生对这些规律就很难理解。
2.错误的朴素观念对科学观念的困扰。
学生在学习物理规律之前,已在日常生活中积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些认识,称为朴素观念。有的朴素观念与科学观念一致,对学习科学观念起促进作用,但有的是错误的,违背科学观念的,对学生正确地理解物理规律往往起着严重的干扰作用。例如,学生在运动和力的关系上,往往认为力是物体运动的原因,物体受力才能运动,不受外力的物体是根本不能运动的;对物体的下落问题,常常认为重物比轻物下落快;对于摩擦力的方向,往往认为摩擦力方向总是与物体的运动方向相反;对物体在液体中所受浮力的问题,往往认为只有浮在液面上的物体才能受到浮力等等。可以说,学习物理规律就是用反映客观事物发生、发展、变化规律的物理观念转换头脑中的错误的朴素观念,如果这种转换的过程未完成,错误的朴素观念未消除,势必造成学习物理规律的思维障碍。
3.思维定势带来的负迁移。
迁移是一种学习对另外一种学习的影响。一种学习对另外一种学习产生了积极的影响就是正迁移,一种学习对另外一种学习产生了消极的影响就是负迁移。在学生学习物理规律时,积极的思维定势是指人们把自己头脑中已有的思维模式和方法恰当地用于学习新的物理规律,解决新的实际问题,有利于学生在原有知识的基础上学习和理解新的物理规律。消极的思维定势则相反,干扰着学生对新的物理规律的理解和掌握,限制着学生思维灵活性的发展。思维定势所引起的负迁移干扰着学生对物理规律的理解和掌握,给物理规律的教学带来困难。例如,有的学生总认为功率大的白炽灯炮(或电炉)的电阻大,理由是根据焦耳定律,导体通过电阻放热,放出的热量与电阻成正比。又如,有些学生由于在数学知识的学习中形成的思维定势,对于反映物理规律的公式及其变换,往往从纯数学的角度加以理解物理规律,思考和处理物理问题,而忽视了它们的物理意义,结果从纯数学推导中引出错误的结论,造成对物理规律的错误理解。例如,欧姆定律的数学表达式为I=U/R,学生常常将其变形为R=U/I,并从纯数学的角度考虑,由此得出导体的电阻与加在它两端的电压成正比,与通过它的电流成反比等一类错误的理解。
三、物理规律教学采取的认知策略
1.丰富学生的陈述性知识,促进学生对物理规律含义的正确理解。
对于物理规律的文字表述,要认真加以分析,特别要分析关键的字、词,使学生真正理解它的含义,防止在学生毫无认识或认识不足的情况下让学生死记硬背。例如,牛顿第一定律的教学,可仿照伽利略当年运用“理想实验”的思路,在观察实验的基础上,进行推理想象,由有摩擦时的运动情况推想到无摩擦时的运动情况,最后把这一规律的内容作如下表述:“一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。”在理解时,要注意弄清定律的条件是“物体没有受到外力作用”,对“或”的正确理解是:如果物体原来是运动的,它就保持匀速直线运动状态;如果原来是静止的,它就保持静止状态。
对于物理规律的数学表达式,要从物理意义上去理解。每一个物理规律都是在一定条件下反映某个现象或过程变化规律的,故有一定的成立条件和适用范围,只有使学生明确这些,才能正确地运用规律来研究和解决实际问题,否则,就会出现乱用规律的现象,导致错误的结论。例如,牛顿第二定律公式F=ma,它揭示了一定质量的物体所受的合外力与由此而产生的加速度之间的关系,如果只从数学形式考虑,就可能得出物体的质量与所受的外力成正比,或物体的质量与它的加速度成反比(m=F/a),这显然错误的。再如,对于欧姆定律的表达公式:I=U/R,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。
2.提高学生对知识的迁移水平。
在教学中不可能将所有知识都传授给学生,但必须使学生具有迁移的能力,方能灵活运用所学的知识技能来解决问题,或在新情景中快速地进行学习。在认知心理学的基础上出现了新的学习迁移观,即与陈述性知识相对应的认知结构迁移理论、与程序性知识相对应的产生式迁移理论、与策略性知识相对应的元认知迁移理论。在教学中可以采取以下方法促进学生的迁移:
(1)运用先行组织者促进学习的迁移。
所谓“组织者”是在学习新材料之前呈现给学生的一种引导性学习材料,它以通俗的语言概括说明将要学习的新材料与认知结构中原有知识的联系,为新知识的学习提供认知框架。在物理规律教学中,先行组织者可以是呈现一个现象、一个实验、原先学习过的概念、规律,通过给学生提供足够的感性知识,有助于学生学习的迁移。
(2)通过充分的练习促进陈述性知识向程序性知识的迁移。
运用物理规律解决问题需要将陈述性知识转化为程序性知识,这也需要一定的过程。一方面,要用典型的问题通过教师的示范和师生共同讨论,使学生结合对实际问题的讨论,深化、活化对物理规律的理解,逐渐领会分析、处理和解决问题的思路和方法;另一方面,要组织学生进行运用规律的练习,引导和训练学生善于联系日常生活中的实际问题学习物理规律,经常用学过的规律科学地说明和解释有关的现象,通过训练,使学生逐步学会逻辑地说理和表达。对于运用物理规律分析和解决实际问题,逐步训练学生运用分析、解决问题的思路和方法,使学生学会正确地运用数学解决物理问题。帮助和引导学生在练的基础上,逐步总结出在解决问题中一些带有规律性的思路和方法,逐步提高各种思维品质的水平。
(3)提高学生的元认知水平。
元认知是指有关个体认知过程中的知识,负责对个体的认知过程进行监控、调节和协调,其中包含了对个体认知过程的意识、监控及调节。具有较好的元认知技能的学习者,能自动地监督、控制和掌握自己的认知过程。他们在面临新的学习或问题情景时,能主动寻求当前情境与已有经验之间的联系,并运用已有经验对当前情境进行分析概括,寻求解决问题的策略,因此在教学中要向学生传授有关学习策略知识,帮助学生如何学习,促进知识的迁移。
关键词:公式;电学;串联电路;并联电路
中图分类号:G632.41 文献标志码:A ?摇文章编号:1674-9324(2014)04-0115-02
在初中阶段,电学是中考中的重点,占有重要地位。由于这部分内容的容量大、概念多,学生容易混淆,因此电学的复习对于学生有一定的难度。我认为,复习好电学应从以下三个方面入手。
一、在学生头脑中建立起明确的知识体系
在复习中,首先让学生知道电学有什么仪器、公式、物理量、定律,对电学内容有一个整体的认识。电学主要有三个基本电学实验仪器——电流表、电压表、滑动变阻器;七个电学物理量——电量、电流、电压、电阻、电功、电功率、电热;两个基本电路连接方式——串联电路、并联电路;一种典型的电学实验方法——伏安法;两个规律——欧姆定律、焦耳定律;三种电路状态——通路、开路、短路。这些基础知识让学生熟练地背下来,是复习好电学的前提,也为解决电路分析题做好准备。
二、教给学生判断电路的连接、状态的正确方法
电路的连接方式主要是串联和并联,让学生快速掌握,可以从以下几个方面入手:通过定义判断;根据循流法,让电流从正极出发经过用电器回到电源负极,途中电流只有一条路径的,连接方式为串联;若电流在某处分流,出现支路,连接方式为并联;有的时候还必须用拆除法,拆除其中的一个用电器,如果其余用电器都不工作,则用电器为串联连接,如果其余用电器照样工作,则用电器为并联连接。我找一些典型的电路图,画在黑板上,让学生识别,然后说明识别的依据,再适当布置相应的作业,巩固练习。我还用生活中的常见现象说明串联和并联:节假日,很多小彩灯为什么有一个坏了,其余都不发光?它们是什么连接方式?我用这些现象去激发学生的求知欲,经过很短的时间,学生就能准确判断串联和并联了。电路有三种状态——通路、开路、短路,通路和开路学生容易理解,但对于短路的分辨显得力不从心,总犯糊涂。我先给学生做了这样一个实验,用导线给两节干电池短路,结果只需要很短的时间,我让学生摸摸导线,学生发现导线已经热了。告诉学生,电源短路是很危险的,容易发生电路起火,生活中应避免电源短路,让学生在心中对短路有较深刻的认识。给学生指出电流具有走捷径的特点,捷径是指这条路径中电阻很小,小到可以忽略不计,当一根空导线,或开关、或电流表与某个用电器并联时,电流只走空导线、开关或电流表而不走用电器,使该用电器被短路,从而不能工作。再找适当的典型电路题给学生讲解,练习,一定能收到很好的效果。
三、讲清七个重要的物理量
电学部分有七个重要的物理量——电量、电流、电压、电阻、电功、电功率、电热。学生对这七个物理量中涉及到的概念、单位、公式、计算,特别吃力,而且经常混淆。能否学好这七个物理量,是学好电学的关键,我用最长的时间给学生复习这部分知识。
1.讲清七个物理量的定义、特点。电荷的定向移动形成电流,这是电流的形成定义,简单便于理解;电压是形成电流的原因,没有电压就没有电流;电阻是指导体对电流的阻碍作用,即阻碍作用越大,电流越小。物理学中电功没有确切的定义,当电能转为其他形式能时,就说做了电功。即电功就表示有多少电能转化为其他形式的能,如果知道了电功的多少,就知道了消耗多少电能。而用电器单位时间内消耗的电能叫做电功率。电功率的大小不仅取决于消耗电能的多少,也取决于所用的时间的长短。电流通过导体时所产生的热量叫电热,即电流的热效应。我对学生的要求就是能清楚这些物理量的定义,知道它们的表示符号、单位,不用死记硬背。
2.讲清七个物理量的公式。有些公式,学生不知道什么时候该用哪个,比如公式:I=Q/t和欧姆定律的表达式I=U/R。给学生指出,公式:I=Q/t是电流的定义式,I=U/R是电流、电压、电阻的定量关系式,只适用于电能转化成内能的纯电阻电路,这样学生就知道这两个公式的区别和用法了。电功定义式——W=UIt=Pt、导出式——W=I2RtW=(U2/R)t、电功率定义式——P=W/t、决定式—P=UI(因为W=UIt=Pt)、导出式——P=U2/R=I2R、电热定义式——Q=I2Rt(焦耳定律)、导出式——Q=W=UIt、Q=(U2/R)t。学生会问:这么多公式,怎么用呀?遇到具体问题有些慌。有一道2010年中考电学题:某校师生自制了一台电烘箱,电烘箱的电阻丝通过5A的电流时,每分钟可产生6.6×104J的热量,求①此时电阻丝的电功率。②此时电阻丝的电阻。③此时电阻丝的工作电压。告诉学生首先明确已知物理量,然后想用学过的哪个公式去解题,挑选好公式后,这个题就容易解决了。还要强调,公式的运用必须注意适用范围,可以给学生多出一些关于电动车、洗衣机等电动机的计算题,练练定义式和导出式的区别。
3.讲清七个物理量在串、并联电路中的特点。做电路综合题时,除了能准确识别电路,正确运用公式外,还必须明白上述七个物理量在串、并联电路中的特点,就像我们开门的钥匙一样重要。在串联电路中:电流处处相等;电路两端的总电压等于部分电路两端电压之和;总电阻等于各导体的电阻之和;电压、电功、电功率、电热,和电阻成正比。在并联电路中:干路中电流等于各支路电流之和;各支路两端的电压相等;并联电路总电阻的倒数等于各并联导体的电阻倒数之和;电流、电功、电功率、电热,和电阻成反比。熟记这些规律,我们做题的时候又快又准,只要我们知道了两个或几个定值电阻的阻值比,就很容易知道在串、并联电路中的电压、电流、电功率的比了,基本上口算都不会出错,学生做起类似的题来就很轻松,感觉电学的计算也不是那么难了。
1、时间安排:2016年3月1日至2016年4月30日
2、第一轮复习的形式:重点是让基础差的学生有所收获,基础好的同学有所提高。
物理概念、物理规律、物理实验中的技能和方法等基础内容是中考的重点,也是所有中考题的来源。分析中考成绩显示,无论是成绩差的同学,还是成绩好的同学,都有基础题失分严重的现象。第一轮复习就要依据教材,落实基本概念、基本规律、基本方法和基本能力的掌握。具体应注意以下几点:
1.对基本概念的理解,复习时应多问几个为什么。如:
该概念的物理意义是什么?即“为什么要引入该概念?”
该概念的含义是什么?
怎样测量?
计算公式及公式中各物理量的物理意义是什么?
有没有易混淆的概念?它们之间的区别和联系是什么?
2.对基本规律的理解,复习时可以从以下几个方面思考:
该规律是怎样建立起来的?
该规律成立的条件或适用范围是什么?
该规律的公式表达式及每个符号的物理意义、单位是什么?
如何应用该规律解决实际问题?
3、对物理概念、物理规律形成过程中的科学方法的理解。近几年中考物理试题中,考查科学方法的题目所占比例逐年增加,现在已达10%~15%。初中物理常见的科学方法有“控制变量法”、“等效替代法”、“转换法”、“类比法”等。复习时要通过具体例子来理解和认识这些科学方法,如速度、密度、压强等概念的形成中,以及欧姆定律、影响电阻大小的因素、液体内部压强的规律、阿基米德原理等物理规律的形成中都含有“控制变量法”;合力、串并联总电阻等概念的形成中含有“等效替代法”;电流、电阻等概念形成中含有“类比法”。
总之,第一轮复习一定要以课本为主,对课本上的每一段话、每一幅图、每一个实验都要认真思考其中所包含的物理原理和基本规律,要特别注意发现自己尚不理解或理解不深的问题,在复习中及时向老师提出,或向同学请教,以达到真正解决问题的目的,真正做到对基本知识和基本技能的理解既全面又深刻。
第一轮复习的目的是要“过三关”:(1)记忆关。要求记住所有的计算公式。没有准确的记忆,就不可能有良好的结果,尤其在我校学生整体基础偏差的情况下。(2)基本方法关。如控制变量法的理解等。(3)基本的解题技巧关。要求熟练掌握解基础题的思路。基本宗旨:知识系统化,练习专题化,专题规律化。利用这一阶段的教学,把书中的内容进行归纳整理。
第一轮:3月1日——4月25日,拉网式双基复习。
今年在这轮的复习中,让学生变被动为主动,以《导引》、《榜上有名》这本资料为模板,《名师学案》为辅导。认真研读资料上的“知识清单”、“典例剖析”、“基础过关”、“跨越中考”必要时有针对性地翻阅教材,老师针对集中问题点拨,达到用最短时间、最佳效果来梳理“双基”,之后学生完成资料上的训练题,起到进一步巩固检测的作用。
第二轮复习:专题复习
在第一轮复习掌握基础知识和基本概念的基础上,第二轮复习时应打破章节的限制,完善并梳理初中物理知识结构,找出知识点之间的内在联系,要使前后知识联系起来,系统巩固知识,形成一个由知识点到知识面、最后到知识网络的综合体,使复习具有系统性。具体可以从以下几点进行专题复习:
1、按照知识点可以将初中物理分成力、热、声、光、电等版块,用知识树的形式把每个版块涉及的内容展现出来,建立相对独立的知识体系。这样将有助于同学们将第一轮复习的零碎知识进行整合,有利于弄清各个知识点的内在联系,建立由点到面的知识网络。
2、按照中考题目类型,可以分为选择、填空、实验探究(包括操作实验)、计算、信息综合等专题,进行专门练习,体会每种题型常见解题方法,使复习纵横交错,既练习了解题技巧,又能从整体上掌握复习重点。另外平时要注意观察思考社会或生活中的热点问题,因为这些热点常常也是中考的热点。如“2008年奥运会中涉及的物理知识”、“嫦娥一号卫星中涉及的物理知识”等。
3、通过对某些特殊知识点的深挖细究,达到对某一类知识或某一专题的融合、深化。例如电学中的滑动变阻器,是“探究欧姆定律”、“测定小灯泡的电阻”、“测定小灯泡的电功率”、“探究影响电磁铁磁性强弱的因素”等实验中不可缺少的重要仪器。同学们可以总结滑动变阻器在每个实验中的用途,深化对电学实验的理解。
1、时间安排:2016年4月30日至2016年5月25日
2、第二轮复习的形式
分析我市近三年物理中考试题,结合试题编排,对各类题型特点,针对训练,提高解题技巧,重点知识系统复习。
3、第二轮复习应该注意的几个问题
(1)第二轮复习不再以节、章、单元为单位,而是以专题为单位。
(2)专题的划分要合理。
(3)专题的选择要准、安排时间要合理。专题要有代表性,切忌面面俱到;专题要有针对性,围绕热点、难点、重点特别是中考必考内容选定专题;根据专题的特点安排时间,重要处要狠下功夫,不惜“浪费”时间,舍得投入精力。
(4)注重解题后的反思。
(5)专题复习的重点是揭示思维过程。适当加大学生的练习量,但不能把学生推进题海。
第二轮:4月26日——5月25日,分块复习及提高
以《中考说明》为模板,按照上边的各版块分类、分块复习和训练,提高学生一定的综合分析能力和应用能力。
第三轮复习:热点、重点知识复习,重新回到物理课本
可以根据实际情况有选择地进行模拟训练,以提高解题速度和正确率,并通过练、评、反思及时发现问题。在这一轮复习期间,可以将第一、第二轮复习中做过的易错题进行归纳、梳理,建立错题档案集,研究自己的错题,寻找自己思维或知识的漏洞,进行有目的性的训练,达到“知彼知己,百战不殆”的目的。
1、2016年5月20日至2016年6月10日
2、第三轮复习的形式
第三轮复习的形式是模拟中考的综合拉练,查漏补缺,考前练兵,犹如一个建筑工程的验收阶段。研究历年的中考题,训练答题技巧、考场心态、临场发挥的能力等。
3、第三轮复习应该注意的几个问题
(1)模拟题必须要有模拟的特点。时间的安排,题量的多少,低、中、高档题的比例,总体难度的控制等要切近中考题。
(2)模拟题的设计要有梯度,立足中考又要高于中考。
(3)批阅要及时,趁热打铁,切忌连考两份。
(4)评分要狠。可得可不得的分不得,答案错了的题尽量不得分,让苛刻的评分教育学生,既然会就不要失分。
(5)详细统计边缘生的失分情况。这是课堂讲评内容的主要依据。因为边缘生的学习情况有代表性,是提高班级成绩的关键,课堂上应该讲的是边缘生出错较集中的题,统计是关键的环节。
(6)归纳学生知识的遗漏点。为查漏补缺积累素材。
(7)立足一个“透”字。一个题一旦决定要讲,有三个方面的工作必须做好,一是要讲透;二是要展开;三是要跟上足够量的跟踪练习题。切忌面面俱到式讲评,切忌蜻蜓点水式讲评,切忌就题论题式讲评。
(8)留给学生一定的纠错和消化时间。教师讲过的内容,学生要整理下来;教师没讲的自己解错的题要纠错;与之相关的基础知识要再记忆再巩固。教师要充分利用这段时间,解决个别学生的个别问题。
(9)注意帮助学生进行心理调整,这是每位教师的责任,也是学生取得理想成绩的关键。
总之,在中考物理总复习中,发掘教材,夯实基础是根本;共同参与,注重过程是前提;精选习题,提质减负是核心;强化训练,发展能力是目的。只有这样,才能以不变应万变,以一题带一片,开发学生的思维空间,取得较好的复习效果。
【关键词】物理规律 理解 生活
物理规律是物理学科结构的核心,是学生学习解题过程中探究的主体。认识物理规律,对于掌握物理这门学科的帮助很大。本文浅谈在初中学习物理规律方面的几点认识
一、克服思维障碍,了解物理规律
《新课标》注重从社会生活中寻找物理规律的相似点,学生对于生活中很多现象都有个先入为主的印象,总是用自己所谓的经验来认识,而忽略其中一些最基本的物理常识。其主要表现在以下几个方面。
第一,生活经验的“牵制”。学生在学习物理规律之前,已经积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些观念。比如在研究力的相互作用的时候,一个物体放在桌子上,总是会认为是物体先对桌子产生压力,然后桌子才会对物体产生支持力。再比如人推讲台而讲台未动,总是会认为一定是推力小于了摩擦力,而不能明白这边的摩擦力是静摩擦力,会随着推力的改变而改变。这就存在一个很大的问题,就是学生凭借一些所谓的生活经验来片面的理解问题,而要克服这些问题,就必须让学生从生活入手,去理解物理规律真正的含义。
第二,数学应用的“干扰”。比如,初中物理密度方面的问题,从公式ρ=M/V来说,从纯数学的角度考虑,学生会认为密度和体积成反比关系,与质量成正比关系。再如匀速运动中的公式V=S/t,学生会认为速度和时间成反比。形成的原因是,没有搞清楚在物理里面所谓的正比反比应该如何定义,如何把握量的变与不变的问题。对于确定的单个物体的一些物理量是不变的,不随其他量改变而改变。如果认识了正比反比在物理里面的要求,那就不会犯这样的错误了。
第三,感性认识的“欠缺”。初中生抽象思维能力不强,理解物理规律要有充分的感性材料作基础。如果没有很明显的实例或者生活经验,势必造成学习困难,理解也一知半解。
二、采用多种策略,理解物理规律
第一,创设生活情境,让学生融入其中。创设的情境要让学生比较容易明白,能够从情境中边学习边掌握物理规律,达到学习娱乐两不误。比如谈到决定摩擦力大小与什么因素有关的时候,让学生自己去体验拔河比赛,让他们自己去体会、去讨论怎么样才能取胜。同学体会讨论后明白,要穿鞋底粗糙的鞋子,最好有钉子的,要握紧绳子等等。通过让学生融入到情境之中更好的认识物理规律。
第二,引导学生讨论,理解物理规律。讨论的内容包括:①讨论物理规律文字的描述、含义的推敲、内容的叙述;②明确规律的应用条件,适用范围。不能学了某个规律后,看到什么就抓上去就直接应用,这样肯定是不行的;③讨论与所学的物理规律有关联的其他规律公式,达到融会贯通。
第三,综合相关知识,运用物理规律。学习的目的是运用,学生学习了基本的物理知识后要用来解决实际问题。初中阶段,需要学生运动学习的物理规律,去解决一些生活中碰到的问题,对于一些物理规律进行综合应用。比如运用欧姆定律、串联并联电流电压、电功电功率知识、家庭电路知识等,来解决一些电学方面的实际问题。这就需要学生理解这几个知识的联系,掌握各自的特点,达到综合应用的地步。
三、联系实际应用,掌握物理规律
第一,在解决实际问题中加强物理规律的掌握。学习物理规律的目的,就在于能够运用规律解决实际问题。例如,在学习光学知识的时候,让学生联系生活思考大客车为什么前窗玻璃是倾斜的。在学习受力分析的时候,让学生联系外出过安检时候的传送带,分析物体放上去以后受力情况。明白了这些道理,对于所学的物理规律就会有更深刻的理解。
第二,利用学习的物理规律解决实际问题。比如学习了电学方面的知识,当家里的小电器坏了,自己可以试着去修修,在动手中加强电学知识的了解,当然要提醒学生要注意安全,在不带电的情况下完成探究。指导学生获得成功,以后遇到问题,学生还是会自己想办法解决问题,也锻炼了学生的动手能力。
1.发现问题作出猜想
生活中的电热油汀、“热得快”、电暖器、电水壶、电炉等都是利用电流做功将电能转化为内能的装置,这类装置统称电热器.电流通过电热器时会产生热量,这种通电导体发热的现象称为电流的热效应.在发现电流热效应时,我们同时还会发现:①电热器只有通电时才发热,因此我们猜想它们产生的热量可能与电流的大小有关;②电炉是通过铜导线接入电路,通电时电炉丝热得发红,而铜导线却几乎不发热,我们猜想它们产生的热量可能与电阻的大小有关;③同样的电热水壶装满水,必须有足够的通电时间吸收了到一定的热量时才能将水烧开,因此我们猜想电热器产生的热量是否与通电时间有关.由此,我们对影响电流热效应的因素作出如下猜想:电流、电阻、通电时间.
2.巧妙运用研究方法
为了对上述猜想作出系统的正误判定,我们需要设计实验来验证.在电流、电阻、通电时间都不同的情况下,实验必须采用控制变量法,即:①保持电流和通电时间不变,研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响;②保持电阻和通电时间不变,研究电流的大小对产生热量的影响;③保持电流和电阻不变,研究通电时间对产生热量的影响.
在实验过程中,通电导体产生热量的多少是如何得知的呢?我们没有一个专门的仪器去测量,所以我们用转换法来获知通电导体产生热量的多少.将一段电阻丝浸没在一定质量的液体(如煤油)中,通电时电阻丝产生的热量被液体吸收,液体的温度就会升高,导体产生的热量越多,液体吸热后温度的升高也越大,因此我们可以通过比较相等质量的同种液体温度的升高来比较电阻丝发热的多少,即把电阻丝发热的多少转换成液体上升的高度.
3.动手实践发现规律
(1)实验装置如图1所示,在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各装一根电阻丝,甲瓶中电阻丝的电阻比乙瓶中的大,串联起来,通电后电流通过电阻丝产生的热量使煤油的温度升高,体积膨胀,煤油在玻璃管里会上升.电流产生的热量越多,煤油上升得越高.观察煤油在玻璃管里上升的情况,就可以比较电流产生的热量.
(2)实验步骤
①保持电流和通电时间不变,研究通电导体电阻的大小对产生热量的影响
两个电阻串联,它们的电流相等,加热的时间相同,甲瓶相对乙瓶中的电阻较大,甲瓶中的煤油上升得高.表明:电流和通电时间相同时,电阻越大,电流产生的热量越多.
②保持电阻和通电时间不变,研究电流的大小对产生热量的影响
在两玻璃管中的液柱降回原来的高度后,调节滑动变阻器,加大电流,重做实验,让通电的时间与前次相同,比较两次实验中甲瓶(或乙瓶)前后两次煤油上升的高度,第二次煤油上升得高.表明:电阻和通电时间相同时,电流越大,电流产生的热量越多.
③保持电流和电阻不变,研究通电时间对产生热量的影响
加长通电的时间,瓶中煤油上升越高,表明:电流和电阻相同时,通电时间越长,电流产生的热量越多.
(3)实验结论
综合上述实验的结果得出结论:
电流通过导体时产生的热量与电流的平方成正比,与导体的电阻成正比,与通电的时间成正比,这个规律叫做焦耳定律.
数学表达式为Q=I2Rt,其中电流的单位是安(A),电阻的单位是欧(Ω),时间的单位是秒(s),则电流产生热量的单位是焦(J).
4.拓展延伸联系实际
焦耳定律是一个实验定律,它的适用范围很广.遇到电流热效应的问题时,例如要计算电流通过某一电路时放出的热量,比较某段电路或导体放出热量的多少,即从电流热效应角度考虑对电路的要求时,都可以使用焦耳定律.
例1电炉丝通过铜导线接入电路通电时,电炉丝热得发红,而与电炉相连的铜导线却几乎不发热,,这是为什么?
因为电炉丝的电阻远大于铜导线的电阻,而电炉丝和铜导线是串联在一起的,所以电流相等,根据焦耳定律Q=I2Rt,相等时间内电炉丝产生的热量更多.
由例1我们联想到电路中出现火灾的原因与焦耳定律是否有关呢?请同学们自行解答.
5.注意电功、电热的区别
把欧姆定律的表达式I=U/R代入电功的表达式W=UIt,就可以得到电热的表达式:
Q=(U2/R)t,Q=I2Rt.初学者很容易将电功电热视为等同的两个物理量,其实这种理解是片面的.电流通过一段电路所做的功叫做电功,电流通过导体产生的热量叫做电热.
如图2所示,电流通过含有一台电动机的电路时,这段电路的电功是W=UIt,由于电动机有电阻R′,电阻上产生的电热是Q=I2R′t,所以在这段电路中电能通过电流做功转化成了两部分,一部分驱动电动机转动,转化成了机械能,另一部分通过电阻R′时转化成了内能.电路中含有洗衣机、电风扇、电吹风、电视机等用电器时,电能除一部分转化为内能,还会转化为其他形式的能(如机械能、光能等),这样的电路叫做非纯电阻电路.非纯电阻电路中用电器消耗的电功W=UIt大于电热Q=I2R′t,即W>Q.
如图3所示,电路中只有电阻R,电流做功将电能全部转化为内能,此时电功等于电热W=Q=UIt=I2Rt=(U2/R)t.电路中只有电水壶、电饭锅、热水器等用电器时,电流做功将电能全部转化为内能,这样的电路叫做纯电阻电路.
由此可见,电功是电路上消耗的总能量,包括内能和其他形式的能;电热仅是电能转化为内能的这部分能量.在非纯电阻电路中,电功大于电热;在纯电阻电路中,电功等于电热.
6.串联并联选择不同
计算纯电阻电路的电热有两个表达式:Q=I2Rt与Q=(U2/R)t(U是电阻R两端的电压),前一个表达式表明在I、t一定时,Q与R成正比,所以在串联电路中,电阻越大,产生的热量越多;后一个表达式表明在U、t一定时,Q与R成反比,所以在并联电路中,电阻越大,产生的热量越少.这两个表达式中,由于它们的成立条件不同,因而Q与R的关系也不同.
例2甲乙两条电热丝,甲的电阻大于乙的电阻.将它们分别串联在同一电路中,在相同的时间内,_______产生的热量更多.将它们并联在同一电路中,在相同的时间内,________产生的热量更多.