时间:2023-07-21 17:27:17
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篇欧姆定律特点,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:理解;欧姆定律;电流;电压;电阻
欧姆定律是初中物理电学部分的核心内容,也是中考中考点的重点内容、难点内容。欧姆定律掌握的好坏直接影响学生的考试成绩,要多用时间将这块知识夯实,才能取得高考的胜利。
一、明确欧姆定律的内容
1、实验思想和方法
欧姆定律在教材上是通过在“控制变量法”的实验思想基础上归纳总结出来的:即在控制电阻不变,得到通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体的电流跟导体的电阻成反比。由此得到了电路中电流与电压、电阻之间的关系。
2、欧姆定律的表达式
由实验总结和归纳出欧姆定律: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。
表达式为:I=U/R;I的单位是安(A),U的单位是伏(V),R的单位是欧(Ω);导出式:U=IRR=U/I
注意表达式中的三个物理量之间的关系式是一一对应的关系,即具有同一时间,同一段导体的关系。
3、欧姆定律的应用条件
(1).欧姆定律只适用于纯电阻电路;
(2).欧姆定律只适用于金属导电和液体导电,而对于气体、半导体导电一般不适用;
(3).欧姆定律表达式I=U/R表示的是研究不包含电源在内的“部分电路”;
(4).欧姆电律中“通过”的电流I、“两端”的电压U及“导体”的电阻R都是同一个导体或同一段电路上对应的物理量,不同导体之间的电流、电压和电阻间不存在上述关系。
4.区别I=U/R和R=U/I的意义
欧姆定律中I=U/R表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻。当导体中的U或R变化时,导体中的I将发生相应的变化。可见,I、U、R都是变量。另外,I=U/R还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若R不为零,U为零,则I也为零;若导体是绝缘体R可为无穷大,即使它的两端有电压,I也为零。因此,在欧姆定律I=U/R中,当R一定时I与U成正比;当U一定时I与R成反比。
R=U/I是欧姆定律推导得出的,表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻。它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,因此,在导出式R=U/I中R与I、U不成比例。
对于给定的一个导体,比值U/I是个定值;而对于不同的导体,这个比值是不同的。不能认为导体的电阻跟电压和电流有关。
二、欧姆定律的应用
在运用欧姆定律,分析、解决实际问题,进行有关计算时应注意以下几方面的问题:
1.要分析清楚电路图,搞清楚要研究的是哪一部分电路。这部分电路的连接方式是串联,还是并联,这是解题的关键。
2.利用欧姆定律解题时,不能把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,也不能把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算。为了避免混淆,便于分析问题,最好在解题前先根据题意画出电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。同时要给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标;不能乱套公式,并注意单位的统一。
3.要搞清楚改变和控制电路结构的两个基本因素:一是开关的通、断情况;二是滑动变阻器连入电路中的阻值发生变化时对电路的影响情况。因此,电路变化问题主要有两种类型:一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各个物理量的变化;另一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各个物理量的变化。解答电路变化问题的思路为:先看电阻变化,再根据欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电压和电流的变化。这是电路分析的基础。
三、典型例题剖析
例1 在如图所示的电路中,R=12Ω,Rt的最大阻值为18Ω,当开关闭合时,滑片P位于最左端时电压表的示数为16V,那么当滑片P位于最右端时电压表的示数是多少?
解析:分析本题的电路得知是定值电阻R和滑动变阻器Rt 串联的电路,电压表是测R两端电压的。当滑动变阻器的滑片P位于最左端时电压表的示数为6V,说明电路中的总电压(电源的电压)是6V,而当滑动变阻器的滑片P位于最右端时,电压表仅测R两端的电压,而此时电压表的示数小于6V。
滑片P位于变阻器的最右端时的电流为I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此时电压表的示数为U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如图所示,滑动变阻器的滑片P向B滑动时,电流表的示数将;电压表的示数将。(填“变大”、“变小”或“不变”)如此时电压表的示数为2.5V,要使电压表的示数变为3V,滑片P应向端滑动。
图1
分析:根据欧姆定律I=UR,电源电压不变时,电路中的电流跟电阻成反比。此电路中滑动变阻器接入电路的电阻是AP段,动滑片P向B滑动时,AP段变长,电阻变大,所以电流变小。电压表是测Rx两端的电压,根据Ux=IRx可知,Rx不变,I变小,电压表示数变小。反之,要使电压表示数变大,滑片P应向A端滑动。
答案:变小;变小;A。
参考文献:
表2填0.15安和15欧。根据:在电压不变的情况下,导体中的电流跟导体的电阻成反比。
2.进行新课
(1)欧姆定律
由实验我们已知道了在电阻一定时,导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比,在电压不变的情况下,导体中的电流跟导体的电阻成反比。把以上实验结果综合起来得出结论,即欧姆定律。
板书:〈第二节欧姆定律
1.内容:导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。〉
欧姆定律是德国物理学家欧姆在19世纪初期(1827年)经过大量实验得出的一条关于电路的重要定律。
欧姆定律的公式:如果用U表示加在导体两端的电压,R表示这段导体的电阻,I表示这段导体中的电流,那么,欧姆定律可以写成如下公式:
I=U/R。
公式中I、U、R的单位分别是安、伏和欧。
公式的物理意义:当导体的电阻R一定时,导体两端的电压增加几倍,通过这段导体的电流就增加几倍。这反映导体的电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比例关系(I∝U)。当电压一定时,导体的电阻增加到原来的几倍,则导体中的电流就减小为原来的几分之一。反映了电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比例的关系(I∝U/R)。公式I=U/R完整地表达了欧姆定律的内容。
板书:<2.公式:I=U/R
I-电流(安)U-电压(伏)R-电阻(欧)>
有关欧姆定律的几点说明:
①欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。
②对于一段电路,只要知道I、U和R三个物理量中的两个,就可以应用欧姆定律求出另一个。
③使用公式进行计算时,各物理量要用所要求的单位。
(2)应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。
例题1:课本中的例题1。(使用投影片)
学生读题,根据题意教师板演,画好电路图(如课本中的图8-2)。说明某导体两端所加电压的图示法。在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。
解题过程要求写好已知、求、解和答。解题过程写出根据公式,然后代入数值,要有单位,最后得出结果。
板书:〈例题1:
已知:R=807欧,U=220伏。
求:I。
解:根据欧姆定律
I=U/R=220伏/807欧=0.27安。
答:通过这盏电灯的电流约为0.27安。〉
例题2:课本中例题2。(使用投影片)
板书:〈例题2〉
要求学生在笔记本上按例题1的要求解答。由一位同学到黑板上进行板演。
学生板演完毕,组织全体学生讨论、分析正误。教师小结。
①电路图及解题过程是否符合规范要求。
②答题叙述要完整。本题答:要使小灯泡正常发光,在它两端应加2.8伏的电压。
③解释U=IR的意义:导体两端的电压在数值上等于通过导体的电流跟导体电阻的乘积。不能认为"电压跟电流成正比,跟电阻成反比。"因为这样表述颠倒了因果关系也不符合物理事实。
例题3:课本中的例题3。(使用投影片)
板书:〈例题3〉
解题方法同例题2。学生板演完毕,组织学生讨论、分析正误。教师小结。
①解释R=U/I的物理意义:对同一段导体来说,由于导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,所以i的比值是一定的。对于不同的导体,其比值一般不同。U和I的比值反映了导体电阻的大小。导体的电阻是导体本身的一种性质,它的大小决定于材料、长度和横截面积,还跟温度有关。不能认为R=U/I表示导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。由于电阻是导体本身的一种性质,所以某导体两端的电压是零时,导体中的电流也等于零,而这个导体的电阻值是不变的。
②通过例题3的解答,介绍用伏安法测电阻的原理和方法。
板书:(书写于例题3解后)
〈用电压表和电流表测电阻的方法叫做伏安法。〉
3.小结
(1)简述欧姆定律的内容、公式及公式中各物理量的单位。
什么叫伏安法测电阻?原理是什么?
(2)讨论:通过课本中本节的"想想议议",使学生知道:
①电流表的电阻很小(有的只有零点几欧),因此实验中绝对不允许直接把电流表按到电源的两极上。否则,通过电流表的电流过大,有烧毁电流表的危险。
②电压表的电阻很大(约几千欧),把电压表直接连在电源的两极上测电压时,由于通过电压表的电流很小,一般不会烧毁电压表。
4.布置作业
课本本节后的练习1、4。
(四)说明:通过例题,要领会培养学生在审题基础上画好电路图,按规范化要求解题。
第四节电阻的串联
(一)教学目的
1.通过实验和推导使学生理解串联电路的等效电阻和计算公式。
2.复习巩固串联电路电流和电压的特点。
3.会利用串联电路特点的知识,解答和计算简单的电路问题。
(二)教具
学生实验:每组配备干电池三节,电流表、电压表、滑动变阻器和开关各一只,定值电阻(2欧、4欧、5欧各一只)三个,导线若干。
(三)教学过程
1.引入新课
(1)阅读本节课文前的问号中提出的问题,由此引出本节学习的内容。
板书:〈第四节电阻的串联〉
(2)问:什么叫串联电路?画出两个定值电阻串联的电路图。(同学回答略,板演电路图参见课本图8-7)
(3)问:串联电路电流的特点是什么?举例说明。
学生回答,教师小结,在板演电路图上标出I1、I2和I。
板书:〈1.串联电路中各处的电流相等。I1=I2=I。〉
(4)问:串联电路的总电压(U)与分电压(U1、U2)的关系是什么?举例说明。
学生回答,教师小结,在板演电路图上标出U1、U2和U。
板书:〈2.串联电路两端的电压等于各部分电路两端电压之和。U=U1+U2。〉
(5)几个已知阻值的电阻串联后,总电阻和各电阻之间有什么关系?这是本节课学习的主要内容。
2.进行新课
(1)实验:测R1和R2(R3)串联的总电阻。
问:实验的方法和原理是什么?
答:用伏安法测电阻。只要用电压表测出R1和R2串联电阻两端的总电压放用电流表测出通过串联电阻的电流,就可以根据欧姆定律逄出R1和R2串联后的总电阻。
要求学生设计一个测两个定值电阻(R1=2欧、R2=4欧)串联总电阻的实验电路。如课本图8-5所示。
进行实验:
①按伏安法测电阻的要求进行实验。
②测出R1(2欧)和R2(4欧)串联后的总电阻R。
③将R1和R3串联,测出串联后的总电阻R′。将实验结果填在课文中的结论处。
讨论实验数据,得出:R=R1+R2,R′=R1+R3。实验表明:串联电路的总电阻,等于各串联电阻之和。
(2)理论推导串联电路总电阻计算公式。
上述实验结论也可以利用欧姆定律和串联电路的特点,从理论上推导得出。
结合R1、R2的串联电路图(课本图8-6)讲解。
板书:〈设:串联电阻的阻值为R1、R2,串联后的总电阻为R。
由于U=U1+U2,
因此IR=I1R1+I2R2,
因为串联电路中各处电流相等,I=I1=I2
所以R=R1+R2。〉
请学生叙述R=R1+R2的物理意义。
解答本节课文前问号中提出的问题。
指出:把几个导体串联起来,相当于增加了导体的长度,所以总电阻比任何一个导体的电阻都大,总电阻也叫串联电路的等效电阻。
板书:〈3.串联电路的总电阻,等于各串联电阻之和。R=R1+R2。〉
口头练习:
①把20欧的电阻R1和15欧的电阻R2串联起来,串联后的总电阻R是多大?(答:35欧)
②两只电阻串联后的总电阻是1千欧,已知其中一只电阻阻值是700欧,另一只电阻是多少欧?(答:300欧。)
(3)练习
例题1:
出示课本中的例题1投影幻灯片(或小黑板)。学生读题并根据题意画出电路图(如课本图8-7)。标出已知量的符号和数值以及未知量的符号。请一名学生板演,教师讲评。
讨论解题思路,鼓励学生积极回答。
小结:注意审题,弄清已知和所求。明确电路特点,利用欧姆定律和串联电路的特点求解。本题R1、R2串联,所以I=I1=I2。因U1、U2不知,故不能求出I1或I2。但串联电路的总电压知道,总电阻R可由R1+R2求出,根据欧姆定律I=U/R可求出电流I。
板书:〈例题1:
已知:U=6伏,R1=5欧,R2=15欧。
求:I。
解:R1和R2串联,
R=R1+R2=5欧+15欧=20欧。
电路中电流:I=U/R=6伏/20欧≈0.3安。
答:这个串联电路中的电流是0.3安。〉
例题2:
出示课本中例题2的投影片,学生读题,画电路图(要求同例题1)。
讨论解题思路,鼓励学生积极参与。
①问:此题中要使小灯泡正常发光,串联一个适当电阻的意义是什么?
答:小灯泡正常发光的电压是2.5伏,如果将其直接连到6伏的电源上,小灯泡中电流过大,灯丝将被烧毁。给小灯泡串联一个适当电阻R2,由于串联电路的总电压等于各部分电路电压之和,即U=U1+U2。串联的电阻R2可分去一部分电压。R2阻值只要选取合适,就可使小灯泡两端的电压为2.5伏,正常发光。
②串联的电阻R2,其阻值如何计算?
教师引导,学生叙述,分步板书(参见课本例题2的解)。
本题另解:
板书:〈R1和R2串联,由于:I1=I2,
所以根据欧姆定律得:U1/R1=U2/R2,
整理为U1/U2=R1/R2。〉
3.小结
串联电路中电流、电压和电阻的特点。
4.布置作业
本节后的练习:1、2、3。
(四)说明
1.本节测串联电路总电阻的实验,由于学生已学习了伏安法测电阻的知识,一般掌握较好,故实验前有关要求的叙述可从简。但在实验中教师要加强巡回指导。
2.从实验测出串联电阻的总电阻和运用欧姆定律推导出的结果一致。在此应强调实践和理论的统一。在推导串联电阻总电阻公式时,应注意培养学生的分析、推理能力。
3.解答简单的串联电路计算问题时要着重在解题思路及良好的解题习惯的培养上下功夫。
第五节电阻的并联
(一)教学目的
1.使学生知道几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻的阻值都小。
2.复习巩固并联电路电流、电压的特点。
3.会利用并联电路的特点,解答和计算简单的电路问题。
(二)教具
每组配备干电池二节,电压表、电流表、滑动变阻器和开关各一只,定值电阻2只(5欧和10欧各一只),导线若干条。
(三)教学过程
1.复习
问:请你说出串联电路电流、电压和电阻的特点。(答略)
问:请解答课本本章习题中的第1题。
答:从课本第七章第一节末所列的数据表可以知道,在长短、粗细相等条件下,镍铬合金线的电阻比铜导线的电阻大;根据串联电路的特点可知,通过铜导线和镍铬合金中的电流一样大;根据欧姆定律得U=IR,可得出镍铬合金导线两端的电压大于铜导线两端的电压。
问:请解本章习题中的第6题。(请一名学生板演,其他学生自做,然后教师讲评。在讲评中要引导学生在审题的基础上画好电路图,按规范化要求求解。)
2.引入新课
(1)请学生阅读本节课文前问号中所提出的问题,由此提出本节学习的内容。
板书:〈第五节电阻的并联〉
(2)问:并联电路中电流的特点是什么?举例说明。
学生回答,教师小结。
板书:〈1.并联电路的总电流等于各支路中电流之和。即:I=I1+I2。〉
(4)问:并联电路电压的特点是什么?举例说明。
学生回答,教师小结。
板书:〈2.并联电路中各支路两端的电压相等。〉
(5)几个已知阻值的电阻并联后的总电阻跟各个电阻之间有什么关系呢?这就是本节将学习的知识。
3.进行新课
(1)实验:
明确如何测R1=5欧和R2=10欧并联后的总电阻,然后用伏安法测出R1、R2并联后的总电阻R,并将这个阻值与R1、R2进行比较。
学生实验,教师指导。实验完毕,整理好仪器。
报告实验结果,讨论实验结论:实验表明,几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻都小。
板书:〈3.几个电阻并联后的总电阻比其中任何一个电阻都小。〉
问:10欧和1欧的两个电阻并联的电阻小于多少欧?(答:小于1欧。)
(2)推导并联电路总电阻跟各并联电阻的定量关系。(以下内容教师边讲边板书)
板书:〈设:支路电阻分别是R1、R2;R1、R2并联的总电阻是R。
根据欧姆定律:I1=U1/R1,I2=U2/R2,I=U/R,
由于:I=I1+I2,
因此:U/R=U1/R1+U2/R2。
又因为并联电路各支路两端的电压相等,即:U=U1=U2,
可得:1/R=1/R1+1/R2。
表明:并联电路的总电阻的倒数,等于各并联电阻的倒数之和。〉
练习:计算本节实验中的两个电阻(R1=5欧,R2=10欧)并联后的总电阻。
学生演练,一名学生板演,教师讲评,指出理论计算与实验结果一致。
几个电阻并联起来,总电阻比任何一个电阻都小,这是因为把导体并联起来,相当于增加了导体横截面积。
(3)练习
例题1:请学生回答本节课文前问号中提出的问题。(回答略)
简介:当n个相同阻值的电阻并联时总电阻的计算式:R=R''''/n。例题1中:R′=10千欧,n=2,所以:R=10千欧/2=5千欧。
例题2.在图8-1所示电路中,电源的电压是36伏,灯泡L1的电阻是20欧,L2的电阻是60欧,求两个灯泡同时工作时,电路的总电阻和干路里的电流。(出示投影幻灯片或小黑板)
学生读题,讨论此题解法,教师板书:
认请此题中灯泡L1和L2是并联的。(解答电路问题,首先要认清电路的连接情况)。在电路图中标明已知量的符号和数值以及未知量的符号。解题要写出已知、求、解和答。
(过程略)
问:串联电路有分压作用,且U1/U2=R1/R2。在并联电路,全国公务员共同天地中,干路中电流在分流点分成两部分,电流的分配跟电阻的关系是什么?此题中,L1、L2中电流之比是多少?
答:(略)
板书:〈在并联电路中,电流的分配跟电阻成反比,即:I1/I2=R2/R1。〉
4.小结
并联电跟中电流、电压、电阻的特点。
几个电阻并联起来,总电阻比任何一个电阻都小。
5.布置作业
课本本节末练习1、2;本章末习题9、10。
参看课本本章的"学到了什么?,根据知识结构图写出方框内的知识内容。
(四)说明
1为什么要对《闭合电路的欧姆定律》进行教材二次开发
人教版教材对这节课的安排是:直接给出全电路的概念,从功能关系出发,根据能量守恒,理论推导出闭合电路欧姆定律和U内+U外=E;再根据闭合电路欧姆定律理论分析电源的路端电压与负载的关系.
教材的顺序安排优点是逻辑主线明了,缺点是对闭合电路特别是内电路的建构不够直观.而学生的具体情况是,已经掌握了部分电路的欧姆定律;根据初中学习的经验,他们认为电源两端的电压是恒定不变的;如何直观认识内电路的结构以及形成电源两端电压会随着负载的变化而变化的观点是本节课的重点之一.显然教材仅从理论角度来推导闭合电路的欧姆定律是不够解决学生的问题的.因此,笔者从学生的学情出发,深入地研究了本节课教材的编写意图和本校的实际情况,进行了教材的二次开发.
2怎样实施《闭合电路的欧姆定律》的教材二次开发
2.1教学呈现顺序的二次开发
如图1所示的演示实验引入,提出当开关S2、S3合上时电灯甲的亮度怎样变化,学生的回答是甲灯亮度不变.而实验发现甲灯的亮度逐渐变暗,引起学生认知的强烈冲突.课堂上通过实验探究甲灯亮度变暗的原因,引入内电路的概念.再呈现演示实验2,直接呈现出电源的内电路部分,用两只电压表测量出外电压和内电压,当负载变化时,实验发现U内+U外为常数.通过这样两个演示实验,学生对内电路有了非常直观的认识,从本质上理解电源具有内阻的原因,知道了如何测量内电压,对全电路的认识更加清晰.总体的教学顺序是:首先是演示实验一、二,然后得到U内+U外为常数,教师指出这个常数就是电源的电动势E,最后推导出闭合电路的欧姆定律.
本节课的最后环节是重新解释演示实验一电灯甲的亮度变暗的原因.这样的教学顺序,始终围绕着实验一展开讨论,在解决问题的过程中获得新知.比较符合学生的认知规律,对于本节课出现的新概念如闭合电路、外电路、内电路、路端电压、内电压有了非常直观的认识.
2.2教学内容的二次开发
从教学内容上看,原教材仅从理论的角度进行教学,而本节课笔者采取的方法是实验和理论相结合的方法进行教学.内容与原教材相比,内容更加丰富,学生要经历观察实验,产生疑问,解决问题,理论推导等多个过程.因此学生对闭合电路的欧姆定律有更全面而深刻的认识.从引入的方式来看,教材直接给出闭合电路的概念,而笔者通过演示实验设疑、答疑的过程中引入闭合电路.从思维的角度看,学生经历了形象思维到抽象思维,从实验到理论的过程.
第一种,学生观看视频
这种教学法是教师将欧姆定律的探究过程在课前以边讲边操作的方式制作成录像,然后在上课时直接播放给学生看.教师在上课时不需要做任何讲解,一直等到实验数据分析、归纳得出欧姆定律以后再进行课堂训练,以帮助学生理解欧姆定律的意义,学会用欧姆定律进行简单的计算.
第二种,学生浏览课件
这种方法是教师将教学内容制作成幻灯片,如实验题目、实验方法、实验电路图、电路连接注意点、用实物连接电路、通过滑动变阻器的调节对电压与电阻进行控制、实验数据表格及数据阅读分析、欧姆定律的文字描述、公式、单位等等.在课堂上,教师边讲解边放幻灯片,学生则合着老师的讲解进行观察、思考、分析、归纳与记忆.在欧姆定律得出以后,同样进行课堂训练,以巩固知识,加深理解.
第三种,学生实验探究
这种方法是教师上课时先通过演示实验启发学生发现问题、提出猜想与假设,然后再引导学生思考实验研究方法,帮助学生讨论、设计与制订实验计划、分组进行实验探究,记录、分析、归纳实验结论,再在此基础上对实验误差进行评估与交流等等.具体过程如下:
第一步,教师在演示电路板上用导线将干电池组、开关、小灯泡连接成一简单的电路,闭合开关小灯泡发光后,启发学生思考讨论,要想改变小灯泡的亮度可怎么做?有几种方法?当学生讨论回答出改变电池节数和用滑动变阻器串联移动滑片两种方法时,再引导学生明确灯泡亮度的变化是由于灯泡电压的变化使得通过灯泡的电流发生了变化,从而启发学生提出通过灯泡的电流与电压有关的猜想与假设.
第二步,移去变阻器,在上述简单电路中并联接入另一只不同规格的灯泡,闭合开关,引导学生观察两灯泡亮度的不同,思考讨论灯泡并联电压相同,两灯泡电阻的不同使得通过灯泡的电流不同,从而引起灯泡亮度不同,在此基础上启发学生提出通过灯泡的电流与电阻有关的猜想与假设.
第三步,当学生得出电流与电压和电阻有关的猜想后,教师引导学生讨论实验探究方法、规划实验方案、设计实验电路图、画出实验记录表格.
第四步,分组进行探究与实验、记录实验数据、分析讨论与归纳实验结论,引导学生在坐标纸上将研究电流与电压关系的实验数据用描点的方法作图,验证电流与电压的正比关系.
第五步,在实验结论得出后,介绍欧姆定律及其公式表达形式,讨论各物理量单位的使用,对各小组实验进行评估,分析误差和错误产生的原因.
第六步,讨论欧姆定律变换公式及其物理意义,利用欧姆定律及变换公式进行简单的计算.
以上三种教学方案中,第一种方案是老师在课前要进行实验操作录像并作配音讲解;第二种方案是老师只要从网上下载课件并稍作修改即可;第三种方案是老师在课前要准备演示及分组实验器材.第一种和第二种教学方案中,学生在课堂上主要是在老师放录像和课件时认真地听讲、观察、思考和记忆,这是一种接受式学习方式.而第三种教学方案中,学生在老师的引导下自主发现并提出问题、进行猜想与假设,自行制订实验规划、设计实验电路图,小组合作实验探究,师生共同讨论、归纳建构物理知识,这是一种以生为本的体验式的学习方式.前两种与后一种在落实课程目标和促进学生发展等方面有着明显的差别.我们可以从《欧姆定律》这节课的教学目标进行分析:
教育部2011年新版义务教育物理课程标准将欧姆定律的实验探究由原来的教师演示实验改成了学生必做的实验.根据新课标,《欧姆定律》一课的教学目标大致有以下几个方面:
1.知识与技能目标:
(1)理解欧姆定律及其变换公式的物理意义,能初步运用欧姆定律计算有关问题.
(2)学会同时使用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和其中的电流.
(3) 进一步体会用图像法研究物理问题的优越性.
2.过程与方法目标
(1)通过实验探究电流、电压、电阻的关系,会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压.
(2) 提高学生依据实验事实,分析、探索、归纳问题的能力,知道通过实验总结物理规律的研究方法.
3. 情感态度与价值观目标
介绍欧姆的故事,增进学生热爱科学、追求科学、献身科学的学习热情.重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识,注意学生科学世界观的形成.
教师如果采用前两种多媒体教学方案替代第三种学生实验探究教学方案,就会改变多媒体教学辅地位,违背教学规律,弱化教学效果.
首先,不恰当地使用多媒体教学手段,会抑制学生的学习兴趣,难以调动学生主体的积极性,从而影响教学效果.
夸美纽斯说过:“兴趣是创造一个乐观与光明的教学环境的主要途径之一.”兴趣作为诱发学生学习动机的重要因素,在物理教学中主要是靠教师引导学生观察物理现象、动手做各种实验来激发学生学习兴趣的.虽然第一、第二种教学方案中的光、声、像等信息作用于学生感官,以直觉形象也能激发学生浓厚的学习兴趣,但由于是人为的录制、合成的,学生没有身临其境、亲自动手,就很难体会到电压、电阻对电流的影响.即使通过多媒体教学展示了实验过程,一部分学生会认为这是由老师设计制作好的,缺乏可信性.因此,当老师向学生介绍欧姆的故事时,学生就难以体会到科学家探索知识的艰苦与辛劳、成功与快乐,学生的科学世界观就难以形成.
我们都有这样的体会:电脑电视上歌舞银屏再精彩,也还抵不住到剧院看现场演出,哪怕是一般的演出也会让人感到很兴奋.这是什么原因?这就是人们普遍具有的一种强烈的“参与”意识.卡拉OK的流行不就是人们这种参与意识的外在体现吗?因此用录像投影来代替做实验,往往会抑制学生具有的人类天性――“参与”意识,甚至会让学生对科学知识的形成产生怀疑,学习兴趣就此会大打折扣,主体的积极性很难被调动起来,从而影响教学效果.
其次,不恰当地运用多媒体教学手段取代相关的实验,会违背学生的认知规律.
物理学家牛顿认为:“科学研究离不开实验,应在实验的基础上,运用归纳的方法总结规律,进而建立起理论.”这也是哲学中由实践到理论、由感性认识到理性认识过渡的普遍规律.现行中学物理教材也正是遵循这一规律而编写的.然而在教学中,如果违背学生的认知规律,不恰当地用多媒体教学手段去取代实验,必然会导致事与愿违的结果.实践证明:实验是学生认识过程的起点,通过实验有助于学生将感性认识上升到理性认识的高度,同时还可以使学生在反复的实践中加深对所学知识的理解.第一、第二种教学方案虽然通过多媒体教学方式也能反映实验过程,但这个过程不是学生自己动手做的,缺乏实践体验,因此就没有感性认识,电流与电压、电阻之间关系的结论就不能由学生自主建构.
再次,以多媒体教学手段取代物理实验,会影响学生实验技能和各种能力的发展,不利于学生学习情感、态度、价值观的培养.
说课是把执教者的教学设想,教学思想及其理论依据说出来,供同行商榷和交流。今天“说课”的内容是“欧姆定律”一节。下面介绍说这节课的过程。
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(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——列表对比法和图像法;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。从教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,从教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。
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,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于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,怎样进行实验操作,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,物理规律必须通过实验的检验,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前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?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,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出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,通过提问和画图像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印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际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。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
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。
3.注意凑示实验的可视度。
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。
5.所编反馈练习题应重点放在概念辨析和方法训练上,不能把套公式计算作为重点。
关键词: 电路 电阻 闭合电路欧姆定律 综合应用能力
在中学电学知识中,电路问题是其中的核心内容之一。准确把握电路问题的处理方法,既是强化恒定电流复习的关键所在,又是提高电学知识综合应用能力的重要途径。本文就十大电路的分析方法作探讨。
1.有线性电阻的电路
线性电阻是指电阻阻值不随通过它的电流变化而变化的用电器。求解由线性电阻组成的电路问题,关键是弄清线性电阻的串、并联情况,注意有效进行电路等效简化,灵活应用闭合电路的欧姆定律和串并联电路的特点。
2.有非线性电阻的电路
非线性电阻是指电阻阻值不稳定,随着通过的电流的变化而变化的用电器,如“小灯泡”、“半导体二极管”等。求解含有非线性电阻的电路问题,关键是确定非线性电阻两端的电压和通过的电流大小的实际值。一般方法是作出非线性电阻的伏安特性曲线和除了非线性电阻外其余部分电路的伏安特性曲线,两条曲线的交点即为非线性电阻两端的实际电压U和通过的电流I。
3.动态电路
动态电路是指电路中因某个电阻阻值的变化、或者电路中开关的闭合与断开等因素,引起电路中电流、电压的变化的电路。求解此类问题的基本思路:从引起阻值变化的这部分电路入手,由电阻的串、并联特点判断总电阻R的变化情况,再由闭合电路的欧姆定律判断I和U的变化情况,最后由部分电路欧姆定律确定各部分电路的相关物理量的变化情况。
4.有电动机的电路
电动机是非纯电阻性用电器,它消耗的电能,一部分转化为机械能,另一部分转化为热能。在高中阶段,含有电动机的电路,欧姆定律不适用,一般选用能量守恒定律解题。
5.有电容器的电路
在恒定电路中,当电容器处于充电、放电状态时,电路处于不稳定状态。当电容器充、放电结束后,电路趋于稳定,此时,电容器相当于一个电阻无穷大的电路元件,与电容器串联的电路处于断路状态。求解含有电容器的电路问题,关键在于弄清电路结构,准确确定电容器两极板间的电压,有时还要分析电容器两极板极性的变化。
6.有故障的电路
电路故障主要有断路和短路两种。有故障的电路分析方法有电表检测法和假设分析法。
电表检测法一般使用电压表检测:(1)断路故障检测法。先用电压表与电源并联,若有电压,再依次与某电路(或某用电器)并联;当电压表指针偏转时,则这部分电路(或该用电器)发生断路。(2)短路故障检测法。先用电压表与电源并联,若有电压,再依次与某电路(或某用电器)并联;当电压表示数为零时,则这部分电路(或该用电器)发生短路。
假设分析法。通过对某电路(或某用电器)假设发生断路或短路故障,依据电路知识,结合电路结构,分析和判断可能出现的情况,对照题设条件确定可能发生的故障。
7.与电磁感应相联系的电路
在磁场中做切割磁感线运动的导体或磁通量发生变化的回路会产生感应电动势,将这部分导体或回路等效为电源,再与其他的电阻构成闭合电路,即为与电磁感应相联系的电路。求解这类与电磁感应相联系的电路问题,关键要明确哪部分是等效电源,明确电路的连接情况,然后熟练应用法拉第电磁感应定律、闭合电路欧姆定律等规律求解。
8.与电场相联系的电路
与电场相联系的电路一般通过电路中接平行板电容器、带电的电容器会产生电场、带电粒子在电场中运动等联系起来。求解这类问题的关键是弄清电容器两端的电压与电路中哪部分电路或哪个电阻两端的电压相等,再注意熟练应用闭合电路的欧姆定律和动力学规律。
9.与磁场相联系的电路
与磁场相联系的电路一般涉及平行板电容器,通过在平行板电容器中加上磁场,从而将磁场与电路联系起来。求解这类问题的关键是弄清带电粒子在电容器内的磁场和电场中的运动情况,弄清电容器两端的电压与哪部分电路两端的电压相等,再灵活选用有关电路、电场和磁场的知识求解。
10.与光电效应相联系的电路
关键词:探究性实验教学; 闭合电路欧姆定律; 模拟实验; 学生实验
中图分类号:G642.0 文献标识码:A文章编号:1006-3315(2014)05-155-002
在科学技术快速发展的今天,实施以创新精神和实践能力为重点的素质教育,重要的着眼点是转变学生的学习习惯和学习方式。大多数民考民预科生模仿性学习心理是构成接受知识的主要因素。这种依赖性强,靠模仿去接受知识的习惯,是一种较为简单的学习心理,民考民预科生普遍认为物理难学。究其原因难在学生各方面能力与预科物理学习要求的差距大。预科阶段,乃至大学阶段,要求自主学习物理。不同于自学,它是指学生在教师的指导下,以学生自己的体验、参与和探究为主,从自身社会生活实践中获取物理知识,并创造性地解决生活中的问题的一种学习方法。怎样才能把课堂教学与探究性学习、发现性学习和自主性学习相结合?在大力倡导探究性实验教学的今天,迫切需要大量优秀的、具有创新性的探究实验来丰富我们的课堂教学。为此,我们立足民考民预科生学习特点,对探究式实验教学作一些有益的尝试,希望能够引领学生较为深入地学习物理的相关理论、方法、技能;提高学生的科学素养,激发学生实验探究的兴趣;增强学生的创新意识;培养学生实事求是,严谨认真的科学态度;养成交流与合作的良好习惯;发展学生的实践能力。本文就《闭合电路欧姆定律》一节做探究性实验教学设计。
一、教材和教学对象分析
闭合电路的欧姆定律主要分为电动势和闭合电路的欧姆定律两部分。电动势的概念是闭合电路欧姆定律的关键和基础。其基本内容有两个方面:电源电动势由电源本身性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化成电能本领的大小。电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,在闭合电路里电源电动势等于内外电压之和。本节难点是路端电压和外电阻之间的关系。学生通过多媒体的仿真实验记录数据,导出规律,使学生有感性的认识,课后让学生进入实验室,在做好仿真实验的前提下,进行实验,验证结论,减少盲目性。
二、教学目标
1.知识目标
理解电动势的定义。理解闭合电路欧姆定律及其公式,并能熟练地用来解决有关的电路问题。理解路端电压随电流(或外电阻)关系的公式表达和图象表达,并能用来分析、计算有关问题。知道闭合电路中能量的转化。
2.能力目标
通过路端电压与外电阻的关系实验探究,培养学生利用“实验研究,得出结论”的科学思路和方法。研究路端电压与电流的关系公式、图象及图象的物理意义,培养学生应用数学工具解决物理学问题的能力,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3.情感态度与价值观
通过多媒体仿真探究实验和课后的学生探究实验,激发学生求知欲和学习兴趣,享受成功的乐趣,体会物理学研究的科学性。通过分析路端电压与电流(外电阻)的关系,培养学生严谨的科学态度,感受物理之美。通过学生之间的讨论、交流与协作探究,培养团队合作精神。
三、教学重点
闭合电路欧姆定律。路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示及图象表示。
四、教学难点
电动势的概念。路端电压与电流(外电阻)关系。
五、教学思路
《闭合电路欧姆定律》是学生感到较为难以理解的知识点,电动势的物理意义的理解是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。首先让学生课前感受生活中的一些电源,初步明确电源是将其他形式的能转化成电能的装置,让学生自己用电压表测量不同类型的电源两极间的电压,为引入电动势的概念作铺垫。再让学生在电脑上进行仿真实验,学生通过连接不同的开关,改变外电阻阻值,内电阻阻值,记录电流、电压,分析数据,探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系。然后在课堂仿真实验的基础上进入实验室实验。避免了盲目性,引发学生学习的兴趣,再进行讨论,解释现象原因。讲授闭合电路中的功率,进一步从能量的转化角度说明电源是将其他形式的能转化成电能的装置。最后,利用两道例题来应用闭合电路欧姆定律,并适当地延伸拓展,通过课外思考题,使学生对电动势的概念有更深刻的理解。
六、教学方法:探究性实验教学法、多媒体仿真实验探究,实验室验证、实验分析、讨论等方法
(一)电源。展示不同型号、种类电池、手摇发电机,对小灯泡供电。电源不同,结构不同,但有相同的规律。演示:1用小灯泡点触干电池,点触蓄电池,小灯泡发光。2将小灯泡与手机电池相接,小灯泡发光。3手摇发电机,同样能够使小灯泡发光。学生得出结论:干电池、蓄电池是将化学能转化成电能;手摇发电机是将机械能转化成电能。
(二)电源的电动势:模拟实验,介绍电路图(如图1),介绍实验仪器。得出内、外电路,内、外电压的概念,指出电源内部有电阻。看电池内部(如图2),电荷定向移动形成电流,电荷电势能减小.从能量转化的角度初步理解电动势的物理意义。观察仿真实验:电场中两点间电势差在数值上等于什么?利用计算机课件进行模拟实验(如图3)【模拟实验一】:不闭合S2、S3,只闭合S1,观察V1的大小。问题思考:(1)闭合开关S1后,此时伏特表V1测得的电压?(2)此时外电阻多大?学生回答:电动势越大,电源把其他形式的能转化成电能的本领越强。学生模拟实验,分析得出(1)伏特表测电源电动势;(2)外电路电阻无穷大。E在数值上等于外电路断开时电源两端点压。
图1 图2图3
物理是一门以实验为基础的学科,物理实验也一直是高
考考查的重要内容,由于电学实验具备开放性、设计性、探究
性、灵活性和思想性等多个维度的考查功能,所以电学实验
是高考实验考查的“宠儿”,然而不少学生最害怕的、失分最
多的就是电学实验,怎样更好地复习电学实验,让学生不再
惧怕甚至拿高分是一个值得思考与研究的问题。
2 电学实验复习的策略的几点思考
2.1 依纲扣本,研究真题,提高复习的针对性
笔者认为要更好地复习电学实验,首先必须研读高考考
试说明,并紧扣教材内容,以准确把握复习范围,研究近几年
江苏省和其他新课标地区的高考真题,挖掘其中考查的内涵
以及信息,并进行横向、纵向的对比、分析、总结,这样在复习
中才能做到重点、难点了然于胸,才能避免无原则地拓展、延
伸,尤其是对教辅资料的内容进行合理取舍,从而达到有的
放矢地进行复习的目标。
比如,研读江苏省2012年高考考纲,其中“电阻的串联
与并联”考点是工级要求,那么在具体实验题中,所使用的
电压表、电流表改装问题不宜深挖;涉及电表最小分度是“2”
或“5”的读数问题较为复杂,通过研读高考试题,不难发现高
考对此读数要求不高,所以教学时宜粗不宜细。
2.2 掌握电学实验的基础知识和基本技能,保证双基落实
实验题的基础知识和基本技能主要是指能明确实验目
的,能理解实验原理和实验方法,能控制实验条件,会使用仪
器,会观察、分析实验现象,会记录处理实验数据,并得出实
验结论,近几年的高考电学实验题,有很多考查学生的基础
知识、基本技能,不少试题源于教材,是教材实验的组合与改
装,如2010年江苏高考题中测定电源电动势和内阻实验,所
以在高三复习时应确保双基落实。
2.2.1 基本仪器的原理及使用
正确选用实验仪器是进行实验的前提,要想正确选用仪
器,就要对实验仪器原理及使用非常了解,电学实验的基本
仪器主要包括:电压表、电流表、欧姆表等测量仪器以及滑动
变阻器、电阻箱等控制仪器,使用时要注意滑动变阻器的分
压式与限流式接法的合理选用,要正确选择电流表内接法、
外接法,这是实验顺利进行并得出准确的实验结论的前提。
2.2.2
电学实验的原理与方法
2012年江苏高考大纲要求考查的电学实验有:决定导体
电阻的因素、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测定电源的电动
势和内阻、练习使用多用表等四个,其实验原理主要是:部分
电路欧姆定律、电阻定律、闭合电路欧姆定律等,这些规律的
理解和掌握是圆满完成实验的保证,同时也为今后实验的变
式、延伸提供了可能。
2.2.3 实验数据的分析与处理
实验操作过程是为了得出实验数据,对数据进行分析处
理得出结论才是实验最终的目的,这要求学生熟练运用列表
法、公式法、图象法等方法,在处理中能发现并剔除问题数
据,从而最终得出实验结论。
2.3
抓住电学实验的核心,构建知识网络
要立足基础,重视教材,引导学生注重知识点之间的联
系,抓住各个知识点的共性与核心,从实验原理的角度上说,
电学实验的核心是:欧姆定律,这在考纲上的四个电学实验
中都能有所体现,因此电学实验复习时要抓住欧姆定律这个
“纲”对这些实验进行归纳总结,使看似零散的知识点形成知
识网络,例如,如图1所示电路图,可能进行的实验有哪些?
①测定定值电阻的阻值
②测电池的电动势和内阻
③测定电阻材料的电阻率
通过欧姆定律这个核心,建立起
较为牢固的知识网络体系,再根据学
生的实情组织教学复习,总之虽然电
学实验形式多样、丰富多彩,但只要提纲挈领,抓住了那个
纲,就可以纲举目张。
2.4 重视典型例题的讲解、引导,促进学生知识迁移、能力
提升
2.4.1 电学实验例题讲解,思路要“看”得见
电学实验教学中笔者发现,一些电学实验题难度稍大,
学生便感觉无从下手,教师的解题过程只是一个认识的过
程,解题的结果是认知的成果,而元认知是对认知过程的认
知,因此在教学中,教师应该通过出声思维,让学生“看见”教
师思维的过程,“看见”教师在读到题目时头脑中激活哪些相
关的信息,会出现哪些可能的方案,怎样做出评价和选择,
“看见”教师有时也会进入死胡同但有能力自己走出来,“看
见”教师有时也会犯错误,但在元认知监控下能够意识到错
误并改正之,当然还可以在教学过程中通过学生对实验的分
析(有正确或有错误)暴露学生自己的思维过程,给教师反馈
信息。
2.4.2 引导学生解决问题,方向要清晰
第一找出实验有用的资料,明确实验目的;第二分析仪
器在实验中的特点(如电表的阻值)、作用(如定值电阻的用
途)及优缺点;第三实验中存在的数据进行分析、处理;第四
对实验进行评价,评价实验的优缺点、存在的问题、改进的措
施等等,如此一来才能在解答试题时稳操胜券。
2.4.3 知识迁移、能力提升,技巧要掌握
例如,当电表内阻已知时,电表功能可以互换,当电流表
一、动态电路
电路中开关的断开与闭合,滑动变阻器滑片的移动,会带来电路连接方式、电阻(用电器)的工作状态、通过电阻中的电流和电阻两端电压的变化,此类电路人们常习惯地称之为“动态电路”。但应注意的是,在“动态电路”问题中,一般来说有两个物理量是不变的,即电源的电压(初中阶段)和定值电阻的阻值(不考虑温度的影响)。
无论是开关的断开与闭合带来的电路变化问题,还是滑动变阻器滑片的移动引起的动态电路,考试的考查方向一般有两个方面,一是分析动态电路中电表示数的变化,二是进行定量计算。
二、开关型“动态电路”
这类电路在开关的通、断过程中,往往会引起电路结构的变化,即接入电路的电阻(用电器)的数量及其连接方式的改变。因此解答此类问题的首要步骤是要画出相应开关状态下的等效电路图,一般的方法是:(1)判断每种状态下,电流表和电压表的测量作用;(2)从电路中去掉电压表,将电流表看成是导线;(3)电路中被短路和被断路的元件要去掉;(4)画出相应开关状态下的等效电路图。第二步,利用串联和并联电路的规律、欧姆定律等知识,分析画出的各等效电路中电流表和电压表的示数,前后比较即可判断出电表的示数如何变化。
例1(2011,哈尔滨)如图所示,电源电压不变,闭合开关S1后,再闭合开关S2,电流表的示数 ,电压表的示数 (填“变大”“变小”“不变”)。
[答案] 变大 变大
开关类动态电路的计算,思路方法与上述步骤一相同,只是在每种开关状态下的等效电路图中,标出已知量和要求的量,题目的解答就容易多了。
例2如图所示的电路中,电阻R1的阻值为20欧,电源电压不变。当S1 、S2断开,S3闭合时,电流表的示数为0.45A;当S1 断开, S2、S3闭合时,电流表的示数为0.75A。
求:(1)电源电压为多少?
(2)R2的阻值是多少?
(3)S2、S3断开,S1闭合时,加在电阻R1两端的电压为多少?
[分析] 分别画出三种状态下的等效电路图甲、乙、丙,在图上标出已知量和要求量,可以发现,利用欧姆定律可以很容易求得答案。
[答案] (1)当S1 、S2断开, S3闭合时,电阻R2断路,电阻R1接在电源两端,等效电路如图甲所示,则电源电压U=I1R1=0.45A×20Ω=9V。
三、滑动变阻器型“动态电路”
由于滑动变阻器滑片的移动引起的动态电路,大多数情况下是滑片的位置处于两个端点或中点的特殊情况,解答此类题目的一般思路也是首先应该(1)画出每种滑片位置对应的等效电路图;(2)弄清滑动变阻器接入电路中的电阻是哪一部分,进而分清滑片移动过程中变阻器接入电路的电阻怎样变化,是变大还是变小;(3)分析电路中还有哪些物理量随之改变(哪个用电器中的电流和它两端的电压),电路中不变的量仍然是电源电压和定值电阻的阻值。
例3 (2013,乐山)如图所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S后,将滑动变阻器R的滑片P向左移动,在此过程中( )
A电压表 V1示数变小,电压表 V2示数变大
B电流表A示数变小,电压表V1示数不变
C电流表A示数不变,电灯L亮度变亮
D电压表V1示数不变,电灯L亮度变暗
[分析] (1)识别电路:电灯L和滑动变阻器R串联,电压表V1测电灯L两端电压,电压表 V2测R两端电压,电流表A测电路中的电流。
(2)当滑片P在最右端时的等效电路如图甲所示,电压表 V2被短路掉其示数为零,电压表V1的示数为UL=U,电流表A示数为I=■。
例4(2012,兰州)如图所示的电路中,电源电压不变,电阻R2为20Ω。闭合开关,滑动变阻器R3的滑片在b端时,电压表的示数为3V ;滑片移到中点时,电流表的示数为0.45A;滑片移到a端时,电压表的示数为9V。求:
(1) 电阻R1的阻值;
(2) 滑动变阻器R3的最大电阻;
(3) 电源电压U。
[分析]本题在电路识别方法上与例3相同,滑片在a端、b端及中点不同位置时,滑动变阻器接入电路中的电阻依次为0、R3、R3/2,相应地电流表和电压表的示数发生改变,但三种情况下的电路均为串联电路,电路中不变的物理量有电源电压、定值电阻R1和R2的值。题目中需要求解的未知量较多,可考虑利用串联电路的特点和欧姆定律列出关于R1、R3和U的方程,通过求解方程组得到需求的三个物理量。由于电源电压不变,可考虑每种状态电路中的总电压U、总电流I和总电阻R之间的关系、利用U=IR得到等式。
[答案]当滑片在b端时,R1、R2、R3串联,则有,U=I1(R1+R2+R3),
将R2=20Ω代入并解由此三个方程组成的方程组得:
R1=10ΩR3=60ΩU=27V。
例5 (2013,呼和浩特)如图所示的电路,电源两端电压恒为6V。若电路连接“3V 1.5w”的灯泡,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至点a 时,灯泡正常发光;若改接“4V 2W”的灯泡,闭合开关,调节滑动变阻器的滑片至点b 时,灯泡也正常发光。则( )
A电流表在两种状态下的示数均为0.5A
B点a在点b的右侧
C两种状态下,整个电路消耗的总功率相同
D电压表在两种状态下的示数之比是2∶3
[分析] 本题在电路连接方式分析上与例3、例4相同,不同的是,本题除了应用串联电路的特点、欧姆定律知识,还涉及电功率的知识,看似是选择题型,但需要经过计算才能确定所选答案。
(2)由滑片在a、b位置时,灯泡均能正常发光、串联电路中的电压关系及电源电压U=6V可知,在两种状态下电压表的示数分别为Ua =3V,Ub=2V,即Ua∶Ub=3∶2。再由Ua =IRa,Ub =IRb可知,滑动变阻器两种状态下接入电路的电阻Ra>Rb,结合图示可知a点在b点的右侧。
一、伏阻法:
此种方法是在传统的伏安法基础上没有电流表,给出一个已知阻值的定值电阻,测量未知电阻。设计思路是利用串联电路电流处处相等,分别测出已知电阻和未知电阻两端的电压,结合欧姆定律 的变形公式 建立等式关系,求出未知电阻。
设计一:如图1所示,电压表测出R0两端
电压记为U0,RX两端电压记为UX,由 得 ,这样求出未知电阻。
设计二:1、如图2所示,当S断开电压表测出R0两端电压记为U0,当S闭合时测将RX短路,电源电压全部加在R0两
端记为U,此时当R0和RX串联时,RX两端
电压UX=U-U0,由 得 ,或 ,这样求出未知电阻。
2、如图3所示,当S打到上触点时,电压表测出R0两端电压记为U0,当S打到下触点时电压表测R0和RX串联后的总电压记为U,此时RX两端电压UX=U-U0,由 得 ,或 ,这样求出未知电阻。
设计三:1、如图4所示,当S断开电压表测出RX端电压记为UX,当S闭合时测将R0短路,电源电压全部加在RX两端记为U,
此时当R0和RX串联时,R0两端电压U0=U-UX,由 得 ,这样求出未知电阻。
2、如图5所示,当S打到上触点时,电压表测出RX两端电压记为UX,当S打到下触点时电压表测R0和RX串联后的总电压记为
U,此时R0两端电压U0=U-UX,由 得 ,这样求出未知电阻。
注意:在使用伏阻法测电阻时,由于是动态电路我们应注意电压表的正负极不要接反了,如下图6和图7所示都不能测出电阻。图6中电压表由A点改接C点时电压表正负极接反了只能测其中一个电阻两端电压,不能测出两个电阻两端的电压,所以不能测出未知电阻。图7中当S1闭合时电压表测量R0两端电压,S1断开S2闭合时电压表的正负极接反了不能测出RX两端电压所以也无法测出未知电阻。下面介绍的各种方法中也是同样注意到这个问题,不要电表的正负极接反,否则就不能测出电阻。
二、安阻法:
此种方法是在传统的伏安法基础上没有电压表,给出一个已知阻值的定值电阻,测量未知电阻。设计思路是利用并联电路电压处处相等,分别测出已知电阻和未知电阻通过的电流,结合欧姆定律 的变形公式 建立等式关系,求出未知电阻。
设计一:1、如图8所示当S闭合时,分别读出通过R0的电流和通过RX的电流,分别记作I0和??IX,由U=I0R0=IXRX得 ,这样求出未知电阻。
2、如图9所示,当只闭合S1时电流表读出通过R0的电流记为I0,当只诸合S2时电流表读出通过Rx的电流记这Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,这样求出未知电阻。
3、如图10所示,当S打到1时电流表读出通过R0的电流记为I0,当S打到2时电流表读出通过Rx的电流记为Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,这样求出未知电阻。
设计二:如图11所示,当S断开时电流表读出通过R0的电流记为I0,当S闭合时电流表读出R0与Rx并联后的干路电流记为I,此时R0与Rx并联时通过Rx的电流为Ix=I-I0,由U=I0R0=IXRX得 ,这样求出未知电阻。
设计三:如图12所示,当S断开时电流表读出通过R0的电流记为Ix,当S闭合时电流表读出R0与Rx并联后的干路电流记为I,此时R0与Rx并联时通过R0的电流为I0=I-Ix,由U=I0R0=IXRX得 ,这样求出未知电阻。
设计四:如图13所示,当S断开时电流表读出R0与Rx串联后的电流记为I,当S闭合时将R0短路此时电路中只有Rx联入电路,电流表的示数记为Ix,由于电源电压不变U=I(R0+Rx)=IxRx得 ,这样求出未知电阻。
三、伏变法:
此种方法是在传统的伏安法基础上没有电流表,给出一个已知最大阻值的滑动变阻器,测量未知电阻。设计思路是利用串联电路电流处处相等,滑片移动测出电源电压和串联后Rx和R分别测出已知电阻和未知电阻两端的电压,结合欧姆定律 的变形公式 建立等式关系,求出未知电阻。
设计方案:如图14所,当P打到A时R0被短路此时电路中只有Rx联入电路,电源电压全部加在Rx两端记为U,当P打到B端时电压表测R0和Rx串联后Rx两端的电压记为Ux,此时R0两端的电压U0=U-Ux,R0和Rx串联后电流处处相等 得 ,可求出未知电阻。
四、安变法:
此种方法是在传统的伏安法基础上没有电压表,给出一个已知最大阻值的滑动变阻器,测量未知电阻。设计思路是利用电源电压不变,移动滑片分别测出只联入Rx和Rx与R0串联时通过的电流,结合欧姆定律 的变形公式 建立等式关系,求出未知电阻。
设计方案:如图15所,当P打到A时R0被短路此时电路中只有Rx联入电路,电流表读数记为Ix,当P打到B端时电流表测R0和Rx串联后的电流记为I,电源电压不变U=IxRx=I(Rx+R0)得 ,这样求出未知电阻。
五、等效替代法:
设计一:如图16所示,当S打到2时电流表的读数为I,当S打到1时调整电阻箱的旋扭直到电流表的示为I时为止,读出电阻箱的电阻即为未知电阻的阻值。
设计思路:利用可以读出示的电阻箱来替换未知电阻。
电源电压不变,由 可知只接入一个电阻时,电路中电流相等时电阻必相等。
设计二:如图17所示,将电阻箱调查整到0时电压表的示数记为U,即电源电压,调整电阻箱直到电压表的示数为 U时,电阻箱所指示的示数即为未知电阻的阻值。
上一期文章介绍了自制欧姆表的作品创意。但在测试阶段,我们发现测量0~1KΩ的电阻时,指针的偏转角度很小,误差很大。不知道大家有没有想出优化方案呢?对于这个问题,仁者见仁,智者见智。我也提出了解决方案,供大家参考。
如图1,这是原欧姆表的仪表盘。表盘的量程为0~10KΩ。经过测试,发现0~1KΩ的电阻测量误差较大,需要进一步优化作品,增加0~1KΩ的精确度。一定要注意,这里的误差是指指针指示的误差,如果用串口监视器观察电阻值,就会发现串口显示的数值误差较小,一旦转换成舵机的变化角度,误差就很明显。
那么,如何解决这个问题呢?真实的指针式电压表或者电流表一般有两个量程,并且两个量程共用一个表盘。由此可以做出猜想,欧姆表的大小量程是否可以共用一个表盘呢?将0~1 KΩ放大到整个表盘上,是否能实现0~1KΩ小量程段的精确测量?
改装
首先对表盘进行改进,在同一个表盘标明两个量程。如图2,在原有的基础上,将1KΩ均匀分成10份。每一份表示0.1KΩ,最小刻度为0.05KΩ。这是欧姆表改进的第一步。
除了对表盘进行改进外,是否还需要改进原欧姆表的电路连接呢?上文已经提到,对0~1KΩ电阻测量时,串口监视器观测到的电阻值显示精确,但转换成为舵机显示的数值时误差较大,因此可以推断出,电阻的计算公式完全正确,但在电阻值对应舵机角度变化的程序编写上,需要进一步优化。因此,多量程欧姆表电路连接图与原有电路图相比,只增加红、绿LED灯。绿灯和红灯正极分别连接到2、3管脚,负极共地。红、绿LED灯因程序需要添加,下文会详述(如上页图3)。
玩转
重新编写程序,需要设置多量程欧姆表的量程为0~1KΩ与0~10 KΩ。当程序检测到电阻小于1KΩ时,r值放大100倍,与表盘100度对应;当检测到电阻大于1KΩ时,r值放大10倍,与表盘100度对应。这个程序仍会出现一个问题:观察者不知道舵机显示的阻值是大于1KΩ还是小于1KΩ。因此,有必要加入提示,我们为电路添加红绿灯,区分电阻大小。当检测到电阻大于等于1 KΩ时,红灯亮;当检测到电阻小于1KΩ时,绿灯亮。打开Mixly图形化编程,编写程序。
程序的编写大致分为三个部分:第一个部分是对变量的定义,第二个部分是各个小程序的编写,第三个部分是用程序语句连接各个小程序,实现多量程欧姆表的功能。
第一部分程序定义变量。定义analog变量为小数变量,初始值为0,模拟端口A0的数值会赋予这个变量。同理,经过欧姆定律公式计算,得到的待测电阻数值用r来表示:r扩大10倍得到的数值赋予a,a表示0~10KΩ电阻;r扩大100倍得到的数值赋予b,b表示0~1KΩ电阻(如图4)。
第二部分是各个小程序的编写。首先根据欧姆定律,编写待测电阻的计算程序。将模拟端口的A0数值赋予analog变量,再代入计算公式中。这里的计算公式与上述欧姆定律的计算公式一致。不同的是,总电压V原先是5V,现在是与5V对应的1023,而电压V1用变量analog表示。
名为“电阻”的程序被执行后,会得到待测电阻的精确数值r。程序如上页图5所示。
舵机显示0~1KΩ电阻测量值,首先将数值r放大100倍,之后与舵机旋转角度一一对应,同时绿灯亮,程序如上页图6所示。输出管脚2为高、3为低表示绿灯亮、红灯灭。
舵机显示0~10KΩ电阻测量值,首先将数值r放大10倍,之后与舵机旋转角度一一对应,同时红灯亮,程序如上页图7所示。输出管脚2为低、3为高表示绿灯灭、红灯亮。
第三部分程序,是用逻辑关系连接第二部分的程序。如果r小于1KΩ,执行“0~1KΩ程序”,如果r大于等于1KΩ,执行“0~10KΩ程序”。需要注意的是,要想使欧姆表能够及时复位,当不测量阻值,即analog变量等于0时,将指针旋转到10KΩ的位置。具体程序如上页图8所示。
最后,连接三部分程序,得到最终程序,如图9所示。
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在初中物理教学中,电学是教学中的重点,而电功与电功率部分更是重中之重。如何更好地解决电路方
面的计算题,关键在于电路连接的正确判断。教学实践表明,在解答电路习题中,采用同位点的方法对习
题的理解能够较容易。应用同位点判断电路既简单,又直接,容易让学生接受。
一、初中物理电学
在初中物理教材中,电学部分占有很大的比重。在最新的初中物理教材中,一共有十七个章节,而电学就
占用了四章。在初中物理电学中,电路的分析以及计算的方法贯穿了整个电学,自身又是难点,对于初次
学习的学生来讲感到困难是合理的。在电学中,电路计算的题目种类繁多,题型多样,再加之初中物理中
欧姆定律以及串并联电路不是很好理解,就达不到活学活用的水平,一遇到电路方面的计算题就会感到无
从下手;或是对欧姆定律理解的不清,在解题时,常常忽略欧姆定律的同一性与同时性而解答错误。虽然
电路计算习题的种类比较繁多,题型多样,但只要认真总结,无非就是那几种类型。即单一用电器的最简
便算法、两个用电器组成的串联或并联电路的算法、滑动变阻器引发的电路变化以及多路开关引起的可变
电路的算法等。
二、初中物理电学规律
在初中物理电路计算题中,涉及许多电学电路方面的定律,这些定律在教材中都有所应用,在解题中要善
于将这些定律进行总结归类:
在串联电路中,各处电流均相等;并联电路的特点是干路电流等于支路电流的总和;串联电路电压的特点
是总电压等于支路电压的总和;并联电路电压的特点是总电压与各处电压相等;串联电路电阻的特点是总
电阻等于个支路电阻之和;并联电路电阻的特点是总电阻的倒数等于等支路电阻的倒数和等。这些只是电
路中一小部分定律的总结,学生应该对所用电学定律进行认真的归纳和总结。这样,学生可以在习题中运
用自如,对解答电路的计算题以及选择题有很大的帮助。
三、初中物理电路计算题的解法
初中物理电学中电路计算题在初中物理中是一个重点也是难点。学生不仅要对电路有着清楚的认识,还要
对电学定律有着深刻的掌握。如果能够掌握电学论述计算题,对学生推算逻辑思维以及推理都会有很大的
提高,也能培养学生的创新能力,对高中学习作好铺垫。
在解答电路计算题时,有些学生常常会感到无从下手,不知应该如何解答。其实,只要掌握扎实的电学知
识,对电学定律掌握熟练,就能够对习题的解答有着清楚的思路,解决相关的习题也不再是难点。
在解答电路计算题时,要先看电源的正负极,再看电流的流向。在解题时,要注意几点:在电路图中,电
流表与开关要看成导线,有电压表时要看成是断开的;要注意电路中电键的位置和所处的状态;电路中,
电路有分支,要分析好在什么地方开始分支又在什么地方汇总的。判断电路连接的方式大体可分为串联和
并联两种。但有些电路是混合式的串并联电路。在连接中,若不是串联式的,要分析清楚电路哪部分采用
了并联;如果是混合式的,要分析清楚是以并联为主体还是以串联为主体的连接。如果电路中含有电压表
或是电流表时,要分析电压表与电流表所测量的位置。找出已知量和未知量,要通过电学定律中,欧姆定
律、电路特点以及焦耳定律等,建立起物理量方面的联系。再通过这些联系与已知量构建起解题的思路。
在解题过程中,不必把每一个物理量都解答出来,要根据已知条件,寻找简单快捷的解题思路。只有熟练
掌握电学相关的知识以及定律,才能快速地分析出解题的思路。对电路计算题要认真审题,在审题的过程
中,就要在脑海中形成电路中的一般规律,电学定律的特点等相关的知识网络,尤其以上所说的几点以及
相关的规律。只有对电功率、电流、电阻、电压的基本计算方法以及推到公式应用自如,才不会产生没有
解题思路的问题。
学生要认真分析题目,找出题目中对相关电路的描述。若没有提供电路图,自己要将相应的电路图描画出
来。根据开关的闭合与断开时或滑动变阻器滑片滑动时,题目所提供的几种状态,画出相应的电路图。电
路图对解题的影响很大。在绘制电路图时,要从基本的入手。画法要求横平竖直,不能有任何的曲线。开
始绘制时要按照电流的流向从电源的正极开始绘画,元件的四条边框要均匀分布,可以从美观的角度考虑
,元器件应该画成长方形。画好后,再进行电路中电压以及电流的分析。在分析中,要看电压表断开或连
接时的状态,以及电路中串并联的情况,最后看电压表与谁并联就是测谁的电压。
总之,初中物理学科有着不同于其他学科的思维方式和自己独特的思维逻辑。要想学好初中物理,就要培
养这种思维逻辑。上述所讲的是初中物理中电路计算题的解法,以及在实际应用中总结出的一些小的规律