时间:2023-08-09 17:32:30
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篇欧姆定律的作用,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。
1.地位和作用
《欧姆定律及其应用》这一节在学生学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法及电流与电压、电阻的关系之后才编排的。通过这一节的学习,要求学生初步掌握和运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法,了解运用“控制变量法”研究物理问题的实验方法,为进一步学习电学内容打下一定的基础。
2.教学目标
(1)知识目标
理解掌握欧姆定律及其表达式,能用欧姆定律进行简单计算;根据欧姆定律得出串并联电路中电阻的关系;通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生的逻辑思维能力。
(2)技能目标
学习用“控制变量法”研究问题的方法,培养学生运用欧姆定律解决问题的能力。
(3)情感目标
通过介绍欧姆的生平,培养学生严谨细致的科学态度和探索精神,学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神。通过欧姆定律的运用,帮助学生树立物理知识普遍联系的观点以及科学知识在实际中的价值意识。
3.重点和难点
重点:理解欧姆定律的内容及其表达式和变换式的意义,并且能运用欧姆定律进行简单的电学计算。
难点:运用欧姆定律探究串、并联电路中电阻的关系。
二、说学生
1.学生学情分析
在学习这节之前学生已经了解了电流、电压、电阻的概念,并且还初步学会了电压表、电流表、滑动变阻器的使用,具备了学习欧姆定律基础知识的基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系的认识是肤浅的、不完整的,没有上升到理性认识,需要具体的形象来支持。所以在本节学习中应结合实验法和定量、定性分析法。
2.知识基础
要想学好本节,需要学生应具备的知识有:电流、电压、电阻的概念,电流表、电压表、滑动变阻器使用方法,电流与电压、电阻的关系。
三、说教法
结合学生情况和本节特点本人采取以下几个教法:采用归纳总结法、采用控制变量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、说教学过程
1.课题导入(采用复习设置疑问的方式,时间3分钟)
复习:电流是如何形成的?导体的电阻对电流有什么作用?
设疑思考:电压、电阻和电流这三个量之间有什么样的关系呢?通过简单的回顾、分析,使学生很快回忆起这三个量的有关概念,通过猜想使学生对这三个量的关系研究产生了兴趣,达到引入新课的目的。
2.展开探究活动,自主总结结论(时间37分钟)
根据上节探究数据的基础,让学生自主总结出两个结论:导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
为了进一步得出欧姆定律的内容,可采用以下几点做法:各小组在教师指导下,对实验数据进行数学处理,理解数学上“成正比关系”“成反比关系”的意思,从而引入欧姆定律的内容;让学生思考用一个什么样的式子可以将这两个结论所包含的意思表示出来,从而引入欧姆定律的表达式。
3.说明事项
在欧姆定律中有两处用到“这段导体”,其意思是电流、电压、电阻应就同一导体而言,即同一性和同时性。
向学生介绍欧姆的生平,以达成教学目标中的情感目标。学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神,激发学生的学习积极性。
欧姆定律应用之一:通过课本第26页例题和第29页习题2和习题3,让学生自己先试做,然后教师再加以点评和补充,使学生理解掌握欧姆定律表达式及变形式的应用,达成教学目标的知识目标,充分体现了课堂上学生的自主地位。
应用欧姆定律解题时应注意以下几点问题:
(1)同一性
即公式中的U、I,必须针对同一段导体而言,不许张冠李戴。
(2)统一性
即公式中的U、I、R的单位要求统一(都用国际主单位)。
(3)同时性
即公式中的U、I,必须是同一时刻的数值。
(4)规范性
解题时一定要注意解题的规范性(即按照已知、求、解、答四个步骤解题)。
欧姆定律应用之二:探究串并联电路中电阻的关系。
(1)实验分析
在演示实验之前,要鼓励学生进行各种大胆的猜想,当学生的猜想与实验结果相同时,他会在实验中体验到快乐与兴奋,有利于激发学生的学习兴趣。
①演示实验
将两个电阻串联起来,让学生观察灯泡的亮度情况(变暗了),并说出原因(电路中的电流变小了,说明总电阻变大了)。
得出结论:串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大。
②演示实验
将两个电阻并联起来,同样让学生观察灯泡的亮度情况(变亮了),并说出原因(路中的电流变大了,说明总电阻变小了)。
得出结论:并联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出问题)为什么串联后总电阻会变大?并联后总电阻会变小?
得出结论:电阻串联相当于导体的长度变长了,所以串联电阻的个数越多总电阻就越大;电阻并联相当于导体的横截面积变粗了,所以并联电阻的个数越多总电阻就越小。
(3)定量分析
利用欧姆定律公式以及前面学过的串并联电路中电流和电压的特点推导串并联电路中总电阻的关系得出结论:(1)电阻串联后的总电阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)电阻并联后的总电阻=+…+。
4.小结(4分钟)
(1)理解掌握欧姆定律的内容及其表达式
(2)运用欧姆定律解决有关电学的计算题以及探究串、并联电路中电阻的关系
5.布置作业(1分钟)
本节作业的布置主要是针对欧姆定律表达式及其变形公式的运用,并结合前面学习过的串并联电路中电流、电压的特点的一些常见题型加以知识的巩固。
作业:《课堂点睛》17页至18页的习题。
五、说板书设计
欧姆定律的内容: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。
欧姆定律的表达式:I
电阻的串联:R串=R1+R2+…+Rn
《闭合电路欧姆定律》是高中物理电学部分中各种电路的基础内容,同时也是高中物理电路部分的重点内容,深刻理解并掌握本节内容对今后电路学习具有极大的帮助。在高中物理课堂教学活动开展中,为了有效提高《闭合电路欧姆定律》教学设计的有效性,下面本文首先简单分析了《闭合电路欧姆定律》教学目标,并在此基础上提出创设“问题情境”的教学设计为方法的课堂教学实践,以供参考。
高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的。教材在设计中意在从能量守恒的观点推导出闭合电路欧姆定律,从理论上推出路端电压随外电阻变化规律及断路短路现象,将实验放在学生思考与讨论之中。为了有效提高课堂教学质量和教学效果,我们特提出在《闭合电路欧姆定律》教学中创设“问题情境”的教学设计。
1.《闭合电路欧姆定律》教学目标分析
《闭合电路欧姆定律》教学目标主要有以下几个方面:一是,经进闭合电路欧姆定律的理论推导过程,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,培养学生推理能力;二是,了解路端电压与电流的U-I图像,培养学生利用图像方法分析电学问题的能力;三是,通过路端电压与负载的关系实验,培养学生利用实验探究物理规律的科学思路和方法;四是,利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的,其中涉及到了“电动势和内阻”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”以及“欧姆定律”等诸多内容,这些内容之间具有一定的联系, 只要能够为其构建一个完善的体系,将这些知识有机的结合起来,就能够得出闭合电路的欧姆定律。以建构主义教学思想为基础,采用创设“问题情境”的教学设计,对于提高课堂教学有效性具有积极意义。
2.创设“问题情境”的教学设计具体实践
首先,通过问题的提出激发学生的求知欲。例如:将一个小灯泡接在已充电的电容器两极,另一个小灯泡在干电池两端,会观察到什么现象?并展示生活中的一些电源,演示手摇发电机使小灯泡发光和利用纽扣电池发声的音乐卡片实验,使学生进行思考这些现象出现的原因。通过观察学生会发现手摇发电机是将机械能转化成电能的过程,停止摇动就没有电能,灯泡就不会亮,而干电池、蓄电池是将化学能转化成电能,其化学能能够为干电池提供持续供电的功能,因此小灯泡能够持续发光。然后教师再在这个基础上提出问题:什么是电源的电动势?之后指出电源电动势的概念,帮助学生认识电源的正负极,并画出等效的电路图,利用学生已知的知识,如电势相当于高度,电势差则相当于高度差,这样学生就能够很好的对电势差以及电源电动势的内电压和外电压等概念进行理解了。
其次,在教学中可采用类比、启发、多媒体等多种方法进行教学。教师在课堂教学汇总可借助于多媒体播放flash课件, 借助于升降机举起的高度差或者儿童滑梯两端的高度差,帮助学生更好的理解电源电动势。另外还可以从能量的角度引导学生对其进行理解,例如小花去买衣服,共有100元,其中10元用于打车,90元用于买衣服,在这里,100元就相当于电源的电动势,车费相当于内电压(必要的无用功),买衣服的费用就相当于外电压(有用功),从而使学生掌握内外电压的本质属性。
最后,要通过实验来引导学生进行探究。物理学是一门以实验为基础的科学,观察和实验是提出问题的基础,在实验教学中应鼓励学生观察要细致人微,要善于从实验中发现问题,直观、形象的实验现象能激发学生思考。可以让学生通过实验来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,再从理论上进行分析。然后演示电动势分别为3V和9V(旧)的电源向一个灯泡供电实验,引发学生学习的兴趣,让学习进行讨论,解释现象原因。通过这种方式能够让学生很容易就明白流过灯泡的实际电流不仅与电源的电动势有关,还与电路中的总电阻有关,从而顺理成章的得出闭合电路欧姆定律,完成课堂教学任务。
3.总结语
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。
一、知识网络
欧姆定律探究电流与电压、电阻的关系欧姆定律内容、公式欧姆定律的应用伏安法测电阻串联、并联电路电阻的特点
二、知识梳理
(一)欧姆定律的探究(探究电流与电压、电阻的关系)
1.探究方法:控制变量.
2.实验电路图:如图1所示.
3.实验结论:在电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比;在电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比.
(二)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.
2.表达式:I=■
3.适用范围:欧姆定律所研究的电路是电源外部的一部分或全部电路;在非纯电阻电路中(如含有电动机的电路),公式中的U、I、R的关系不成立.
4.适用条件:欧姆定律公式中的各个物理量具有同一性,即I、U、R是对同一段电路(或导体)、同一时刻(或状态)而言的.
5.公式变形:由欧姆定律数学表达式可得到公式R=■、U=IR,用于计算导体的电阻和导体两端的电压.
(三)欧姆定律的应用
1.伏安法测电阻
伏安法测电阻的实验原理是R=■.用伏安法测量导体电阻的大小,即用电压表测量导体两端的电压大小,用电流表测量导体中电流大小,根据公式R=■,即可得到导体电阻的大小.在用伏安法测电阻时,要正确选择电压表与电流表的量程,同时,要利用多次测量求平均值以减小实验误差.
2.推导串联电路的总电阻
如图2,根据串联电路中电流、电压的特点可知:
I=I1=I2,U串=U1+U2
再根据欧姆定律变形公式可得:
IR串=I1R1+I2R2
所以,R串=R1+R2
结论:串联电路的总电阻等于各串联导体电阻之和.(若有n个导体串联,其总电阻为R串=R1+R2……+Rn)
3.推导并联电路的总电阻
如图3,根据并联电路中电流、电压的特点可知:
I=I1+I2,U=U1=U2
再根据欧姆定律的变形公式可得:
■=■+■
所以,■=■+■
结论:并联电路总电阻的倒数等于各并联导体电阻倒数之和.(若有n个导体并联,其总电阻为■=■+■+……+■)
三、典型例题
例1 由欧姆定律数学表达式可以得出公式R=■.关于此表达式,下列说法正确的是( ).
A.当导体两端的电压是原来的2倍时,导体的电阻也是原来的2倍
B.当导体中电流是原来的2倍时,导体的电阻是原来的0.5倍
C.当导体两端的电压增加几倍,导体中的电流也增加几倍,导体的电阻不变
D.当导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零
解析 公式R=■是由欧姆定律数学表达式变形得到的,它表示一段导体两端的电压与通过导体电流的比值是不变的,它反映了导体对电流的阻碍作用.电阻是导体本身的一种属性,跟导体两端电压、电流均无关.
答案 C.
例2 小明同学想探究“一段电路中的电流跟电阻的关系”,设计了如图4所示的电路图(电源电压恒为6V).
(1)根据小明设计的图4,用铅笔将图5的实物连接完整.
(2)小明将第一次实验得到的数据填入了下面表格中,然后将E、F两点间的电阻由10Ω更换为20Ω,让滑动变阻器的滑片P向 移动(选填“A”或“B”),直到电压表的示数为 V.此时电流表的指针位置如图6所示,请把测得的电流数值填入表格.
(3)小明根据实验数据得到如下结论:导体中的电流与导体的电阻成反比.请你对以上的探究过程和得出的结论做出评价,并写出两点评价意见: ; .
解析 (1)连接实物图时,电压表要并联在定值电阻两端,并注意选择合适的量程;连接滑动变阻器要注意连接“一上一下”两个连接柱.
(2)因为导体中的电流与导体电阻和导体两端的电压均有关,所以探究“一段电路中的电流跟电阻关系”时应控制定值电阻两端电压相同.当E、F两点间的电阻由10Ω更换为20Ω时,如果滑动变阻器滑片P不移动,则电压表示数会变大,为了保持电压表示数不变,滑片P应向B端移动,直到电压表示数与第一次实验时一样,即4V.
(3)通过数据分析找出物理规律是研究物理问题的常用方法,但仅通过一两次实验数据就得到结论并不科学,常常会使结果带有偶然性,因此需要进行多次实验;得出的结论是有条件限制的,结论缺少前提条件.
答案 (1)如图7所示.
(2)B 电压表的示数为4V 0.2
(3)实验次数太少(没有进行多次实验);结论缺少“电压一定”的前提条件
例3 小华想测出一个电阻Rx的电阻值,将选用的器材连接成如图8所示的电路,R0为已知阻值的定值电阻.由于电源电压未知,所以,没能测出电阻Rx的阻值.请你选添合适的器材,帮他完成这个实验.要求:(1)用两种不同的方法,分别画出电路图,简要说明实验方法,并写出电阻Rx的表达式.(2)每一种方法在不拆除原有电路接线的条件下,只允许选添一种器材和导线接入电路.
解析 方法1:如图9,用电流表测出通过Rx的电流I,用电压表测出Rx两端的电压U,则电阻Rx=■.
方法2:如图10,用电流表测出通过Rx的电流为I,用电压表测出Rx和R0两端的总电压为U,则电阻Rx=■-R0.
方法3:如图11,先用电流表测出电路中的电流为I1,再将导线并联在电阻Rx两端,测出电流表为I2,则电阻Rx=■R0 .
点评 本题采用特殊方法测量电阻.因为已有电流表,这样就可以测出电阻Rx和已知电阻R0的电流值.但由于缺少电压表,因此解决本题的关键是如何测量出电阻Rx两端的电压.解决本题的方法是开放性的,只要能测出电阻Rx两端的电压(或Rx和R0两端的总电压),即可利用R=■求出电阻Rx的阻值(或电阻器Rx与R0的总电阻,从而可求Rx的阻值).另外,将导线并联在电阻Rx或已知电阻R0两端,可使得电路中电流发生变化.根据电流表的数值,并利用欧姆定律即可求出电阻Rx的阻值.
例4 在学校举行的物理创新大赛上,小明和小红所在的科技小组分别设计了一种测量托盘所受压力的压力测量仪,如图12、图13所示.两装置中所用的器材与规格完全相同,压力表是由电压表改装而成,R1为定值电阻,阻值为10Ω,R2为滑动变阻器,规格为“10Ω 1A”.金属指针OP可在金属杆AB上滑动,且与它接触良好,金属指针和金属杆电阻忽略不计.M为弹簧,在弹性限度内它缩短的长度与其所受的压力大小成正比.当托盘所受压力为零时,P恰好位于R2的最上端;当托盘所受压力为50N时,P恰好位于R2的最下端,此时弹簧的形变仍在弹性限度内.
(1)图12装置中,当P位于R2的最下端时,电压表的示数为3V,则电源电压是多少?
(2)图12装置中,压力25N的刻度位置标在电压表表盘多少伏的刻度线上?
(3)在图12、图13两种装置中,两个压力表的刻度特点有何不同?试说明理由.
解析 (1)图12装置中,当P位于R2的最下端时,
电路中的电流I=■=■=0.3A.
电源电压U=I(R1+R2)=0.3A×(10Ω
+10Ω)=6V.
(2)图12装置中,当托盘所受压力为25N时,P恰好位于R2的中点,滑动变阻器接入电路的电阻R2为5Ω.电压表测R2两端电压.
电路中的电流I=■=■=0.4A.
电压表的示数为U2=IR2=0.4A×5Ω=2V.
压力25N的刻度位置标在电压表表盘2V的刻度线上.
(3)图12装置中压力表的刻度是不均匀的,图13装置中压力表的刻度是均匀的.
图12装置中,当改变托盘所受的压力时,R2接入电路中的电阻发生变化,电压U2=■,U2与R2不是正比关系,压力表的刻度不均匀.
一、教学目标
1、知识与技能
(1)能说出欧姆定律的内容、公式及其涉及的单位;
(2)理解欧姆定律,能进行欧姆定律公式的变形,理解应用公式时要注意“同体性”和“同时性”,会在新的问题情境中,应用欧姆定律进行解释、推断和计算。
2、过程与方法
(1)经历探究通过导体的电流与电压、电阻的关系的实验研究过程,从而能较熟练地运用图像处理实验数据,了解电流与电压、电阻间的正比、反比关系。
(2)初步学会在实验探究的基础上交流讨论,互相合作。
(3)学习用数学公式来表达物理规律的方法,体会这样做的优势。
3、情感态度与价值观:
结合欧姆当年研究电流、电压和电阻三者关系的简史,培养学生刻苦钻研、大胆探索的科学精神,同时让学生在自我实现中增强成功体会。
二、教学重点:
欧姆定律所揭示的物理意义及其数学表达式;
三、教学难点:
欧姆定律的实验设计及学生对实验数据的分析、归纳以及结论的得出。
四、教学器材:
调光灯、小灯泡、电池组、滑动变阻器、电流表、电压表、阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω的电阻各一个、导线数根等。
五、教学过程
(一)设置物理情境进行讨论,提出问题。
如图的电路,你有哪些方法可以改变小灯泡的亮度?小组内讨论,然后进行交流。
学生的方法:①改变电源的电压,②改变定值电阻的阻值③串联一个滑动变阻器等。
实验验证,学生观察灯的亮度的变化
师:灯时亮时暗说明什么?
生:电路中的电流有大有小。
师:电路中电流的大小由哪些因素决定?
(二)大胆猜想,激活思维
鼓励学生大胆猜测:你猜电流的大小究竟由哪些因素决定呢?
学生分组讨论,教师适当提示。学生联系已学内容以及刚才的实验现象,猜想:电流与电压的大小有关,因为电压是形成电流的原因;电流与导体的电阻有关,因为电阻对电流有阻碍作用——教师针对学生的回答,给予肯定:最后,根据猜想师生共同得出结论:电路中的电流与电压、电阻两者有关:
过渡:到底有怎样的关系呢?
“创设情景——提出问题——猜想”这两步引起学生极大的兴趣,学生注意力高度集中,急切盼望问题的解决,产生主动探索的动机,
(三)设计实验
1、课件出示思考题
(1)根据研究电阻大小影响因素的方法,这个问题应采用什么方法研究?
(2)选择使用哪些器材?
(3)该实验应分几步,具体步骤怎样?
2、学生激烈讨论,明确本问题的研究方法:必须设法控制其中一个量不变,才能研究另外两个物理量之间的变化关系,即控制变量法。
学生讨论,提出本实验必须分两步来完成:第一步,保持R不变(确定应该用定值电阻而不用灯泡),研究I与U的关系;第二步,保持U不变,研究I与R的关系。对于第一步,改变U(用电压表测),观察I(用电流表测量),且电压的调节可通过:改变电池节数来实现(阻值为R的电阻直接接在电源两端),或者通过电阻与滑动变阻器串联,移动变阻器滑片来实现。
师生共同讨论:通过改变滑动变阻器的滑片改变电阻两端的电压比通过改变电池节数方案要好。
(四)分组合作,深入探究
在此环节中,学生以小组为单位,像科学家那样兴趣盎然地开始按拟定的方案实验,边做边想边记。教师巡视,注意他们的设计是否合理,仪器使用是否得当,数据记录是否正确,作个别辅导。
学生在教师的指导下,自觉、主动地和教师、教材、同学、教具相互作用,进行信息交流,自我调节,形成了一种和谐亲密、积极参与的教学气氛和一个思维活跃、鼓励创新的环境。学生的思维在开放、发散中涨落,在求异、探索中又趋于有序,这培养了学生的独立操作能力,发展了学生的思维能力、创造能力:
(五)综合分析,归纳总结
例2、家庭中使用的是交流电,当人体通过交流电的电流达到50mA时,就会导致人体呼吸麻痹、心室颤动。假定某人身体的电阻为2kΩ,算一算,当通过50mA电流时的电压是多大?
初次应用欧姆定律进行计算的计算题,规范解题的要求。
(七)课堂教学小结与延展:
(1)让学生回顾本课的探究过程:发现问题——进行猜想——探索研究——得出结论——指导实践,指明这是研究物理的基本思路;物理教学中应注意渗透科学研究方法,同时也进行学法指导和辩证唯物主义教育。
【关键词】教学难点;应对方法;比热容;欧姆定律;电功率
九年级物理教学过程中,教师在进行到比热容、欧姆定律、电功率的计算等这几个教学难点时,就需要多加注意这些重点难点,并且对其进行恰当的处理,从而达到最好的教学效果。
1.比热容在热学课程教学
比热容是涵盖四个物理量的综合概念,新课程实施后,教师的任务就是通过实验让学生理解和认识比热容,并且引导学生用比热容说明生活中简单的自然现象。
1.1本课的重点在于理解比热容的概念
利用比热容的有关知识解释生活中的有关问题,而难点则在于掌握热量的计算相关公式。教师首先应当从生活引入,通过实验建立概念,学生生活经验相对较少,教师可以根据人教版物理教科书做演示实验:用相同的电加热器质量相同的水和食用油,使它们升高相同的温度,发现加热水需要的时间较长,然后比较它们吸收热量的多少,看看这两种物质的吸热情况是否存在差异,最后实验表明说明水所吸收的热量较多。
教师可以带领学生再更换其他的液体或固体来做此实验,最后更多的实验都表明不同的物质在质量相等、并升高的温度相同时,吸收的热量不同,使学生深刻理解比热容的概念;教师要启发学生积极思考设定质量和升高温度的乘积被除以吸收的热量是何原因,这是教师在教学过程中非常重要的一点。
1.2学生掌握比热容概念后
教师可以通过定量实验的方法使学生自主计算热量的相关计算公式。用相同的电加热器加热质量不同物质A和物质B,一定时间后在自制的表格中记录它们升高的温度和吸收的热量,教师需要根据加热器功率和加热时间提供热量数据,并且认为这是A、B吸收的热量,学生在教师带领之下探究表格,可以自主计算出“物体吸收的热量与它的质量和升高温度乘积的比值”,计算公式有具体数据的支撑,因此更加易于理解。
2.直流电流教学中欧姆定律的学习
在电学中,电流、电压和电阻这三个物理量之间的联系是被欧姆定律这一条实验定律所揭示的,而欧姆定律一直就是电学实验定律的中心。
2.1通过创设问题情景归纳出欧姆定律
在欧姆定律的教学课时中,教师的任务是引导学生透过实验看到电流跟电压还有电阻之间的关联,总结出欧姆定律。而在教学过程中,本课时的难点就在于如何设计实验,如何分析实验中所取得的实验数据并进行归整总结,如何评估实验后得到的结果。
教师可以通过创设问题情景,引入新课问题让学生自己提出猜想和假设,自主进行实验探究电流、电压和电阻之间的关系,带领学生制定计划与实验方案,用控制变量法进行实验与收集证据,在自主设计实验方案的过程中,让学生的实验设计能力得到提升。
教师在学生汇报实验方法时做适当的提示与补充,完善学生提出的需要准备的实验器材,启发学生用多种方法来解决问题,比如在电路上串联一个滑动变阻器来改变电源电压的取值。
根据学生的分析和汇报,教师将学生的实验思路和方法进行总结,实验可分为两步,第一步控制电阻不变,通过调节滑动变阻器,改变电阻两端的电压并使其成倍数变化,再观察通过电阻的电流的变化情况,找出电流与电压的关系;第二步需要分别接入电路的,应当是阻值显示为倍数关系的不同类型电阻,学生在实验过程中,为了保持电阻两端的电压维持某一个固定值不变,就应当适当得调节滑动变阻器,同时观察电流的变化,从而能够准确地找出电阻与电流之间的联系。
在学生分组实验记录数据之后,教师引导学生分析轮涨得出结论,给出评价,让学生自主构建知识,学习科学研究方法,培养学生实验和观察的能力,但本课教学容量大,教学时间紧,教师不可一味放手,在适当的时候还需要引导学生进行归纳总结,从而使本课圆满完成。
3.电功率是电学的重点内容
电能转化为其他形式的能得过程也可以说是电流做功的过程。电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。作为表示电流做功快慢的物理量,电功率等于电流与时间之比。
3.1体会电功率在实际生活中的概念
教师在本课时的教学中,应当着重引导学生理解电功率的概念,通过实验或者举例让学生认识到电功率在现实生活中的广泛应用。
而难点则在于如何理解实际功率和额定功率的区别与联系。教师应当根据课程标准,引导学生根据实例,认识功的概念,知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。通过做演示实验引入课题,从实验中得知电流做功有快慢之分,引导学生得出电功率的知识以及电功率的意义从而得出定义公式以及单位和换算关系。
教师可以通过比较800W的电吹风机与40W的灯泡在相同的时间内消耗的电能让学生理解功和功率的区别与联系,同时从能量转化的角度对电功率进行分析,便于学生加深理解。通过设置课堂练习和演示实验,例如将两灯泡先后并联和串联接入家庭电路中,观察灯泡的发光情况,探究灯泡的功率是否改变了,从而使学生意识到利用灯泡铭牌上得电功率判断灯泡的亮暗,要一并考虑电压的影响,最后得知用电器的正常工作状态和非正常工作状态,指导用电器的功率不是固定不变的。
教师最后结合电功率和电功率的计算以及额定功率和实际功率的板书,梳理本课所学知识,使之形成一个完整的知识体系,同时也可以帮助学生进行记忆,最后让学生掌握运用于解题。
4.总结
由简单到繁杂,由浅显到深刻的认识规律是物理教学的特点,在教学过程中,教师要做好足够的铺垫,这样才能充分发挥物理教学的探究性,但同时,也要顾及到学生的接受能力,只有教师在教学过程中起到了“穿针引线”的串联作用,知识的系统性和结构性才能够保持。
教师要使学生能够全方面的体验到学习物理的乐趣,从而认识到应用科学方法的重要性,并且在探究过程中,科学思想得到熏陶,能力得以提升,掌握正确的学习方法获得知识。
参考文献:
[1]陆长海.中学物理重难点教学的几点建议[J].考试(教研).2010年12期
[2]黄耀华.中学生物理学习中思维错误及原因探讨[J].西北职教.2008年09期
分析其根源:初中电学抽象难懂,面对纵横交错的电路图,学生们往往感到无从下手,错综繁杂的电学概念、定律及计算公式常常使学生不知所措,然而电学综合题历来又是中考物理的压轴热点,并且综合性强、障碍设置多。通过师生共同分析根源,我觉得在学习电学的过程中注重以下策略,可以有效提高学习效率:
一、人人“三会” 电路-------会连接、会画、会分析
《课程标准》指出:“实验是物理课程改革的重要环节”要求学生能动脑动手地“学”科学,改变过去以书本为主、实验为辅的教与学的方式,把实验地位空前提升。要解决学好抽象的电学这个问题,以实验课堂为主阵地,通过用电器工作过程中的具体情境学习抽象的电学。
利用课外活动时间让学生走进实验室操作,并且利用多媒体、实物讲解操作过程:什么是串联?什么是并联?什么是首尾相连?什么是两端分别连在一起?还有如何判断电路是串联还是并联?讲解连接电路时要注意的事项。对于特别害羞的女同学,她们不敢动手,要善于开导,训练她们的胆量,提高她们的动手实践能力,让她们通过实验体会接线柱接反了的现象,比你讲解多次效果明显。这样,人人会连接、分析电路,就能做好电路图和实物图之间的互相转化。
二、培养探究意识,做好探究性教学实验
在实施素质教育的过程中,物理教学主要是以探究性学习为主,注意对整个物理概念和结论的过程的探究,通过提出疑问、设计方案、动手操作、思考解决、得出结论等具体步骤,让学生自主地参与教学的整个过程。电学学习更是如此。
为此,要精心设计实验,激发学生探究的主体性,做好探究性实验,充分发挥探究式边学边实验的教育功能,实现教与学的双赢。而不是简单的把书中的演示实验做一遍,然后直接把结论告诉学生。
如“探究电阻上电流跟两端电压关系”时,可以创设这样的情境:先把一个2.5V的小灯泡接在一节干电池上,看看小灯泡的发光情况,再把电源换成两节干电池上,看看此时小灯泡的发光情况。
三、理解欧姆定律并突破定律
欧姆定律一章,是在学习了电流、电压、电阻三个重要物理量的基础上来学习这三个物理量之间的关系。它是贯穿整个电学的重要规律,奠定了整个电学的基础,是学习下一章电功率的前提,因此,本章内容处于重要地位,起着承上启下的作用。因此,欧姆定律是学好电学的关键。
欧姆定律最难理解的知识点是:
当导体两端电压一定时,导体的电流与导体中的电流成反比?
当导体电阻一定时,导体两端电压与导体中的电流成正比?
学生初学欧姆定律时最难理解知识点,所以在实验时应注意探究的方法、结合图像得出电流与电压、电阻的关系。首先巩固练习电路分析,然后理解串并联电路的特点,利用变化的量表示不变量或抓住其中相等的量列出关系式(电源电压一般不变、串联电流相等、并联电压相等……),若能熟能生巧,在做计算题时,这些隐含的条件便会在学生看到题的同时马上就跳出来,再结合欧姆定律,你就能轻易地解出此题。
定律中的电流、电压和电阻都必须是同一个导体或同一段电路上对应的物理量。不同的导体之间的电流、电压和电阻间不存在U=IR关系。因此在运用欧姆定律公式时,必须将同一个导体或同一段电路的电流、电压和电阻三者一一对应,再带入计算。对于欧姆定律及导出公式,前者既有物理意义又有数学意义,后面两个只有数学意义,所以就不成比例关系变形公式并非欧姆定律的内容,切勿混淆。把上述问题弄明白了,电学难题就迎刃而解了。
四、加强学生说题训练,升华学生思维
新课程倡导自主、合作、探究的学习方式,让课堂激扬,充满生命活力,让学生成为学习的主人。但相当多学生来自农村,许多学生生性胆怯,不善言谈,我们要用激励方式,让他们敢于开口,表达自己的想法。因此我以"说题"(把题目的已知条件和所求的内容用自己组织的物理语言叙述出来,)为突破口,消除知识点在审题过程中的错误,是做题更高一层的升华,以此来提高学生学习物理的能力。
利用“说题”来强化所学知识内容,通过“说题”为学生学习而设计活动,为学生发展而开展活动,提高课堂效率,就能使我们的课堂变得生机勃勃、充满智慧的欢乐与发展创造的快意。
五、加强变式训练,总结中考重要考点
对于初中物理知识中最大的一块知识“电学”, 题型杂乱,变幻莫测,学生如果抓不住解题规律,就题做题,进步不会很大。为了让学生更好的解决这部分的问题,深入理解基本内容,培养分析问题和解决问题的能力,针对电学的一些考点,我进行了以下几种变式处理练习,简化学习难度:
(一)经典中考试题,变换已知量的数据进行未知量的求解;把已知量和未知量求解交换进行的;达到举一反三的目的,触类旁通。
(二)同类的题型归类,找出题目中存在的异同
滑动变阻器在电学实验中的作用:
相同点:保护电路;
不同点:探究电流与电阻:保持电阻两端电压不变:
探究电流与电压关系实验中的作用:改变定值电阻两端的电压和通过的电流,多次测量,从而找出规律。
伏安法测电阻中的作用:改变定值电阻两端的电压和通过的电流,实现多次测量,从而减小实验误差。
伏安法测小灯泡电功率中的作用:改变小灯泡两端电压,使之分别小于、等于、大于灯泡的额定电压,以便测出不同电压时的实际功率。
滑动变阻器在测电阻实验中还可做定值电阻用
(三)固定的套路,变换求解
电学综合题有何规律可循呢?分析历届中考物理的电学计算题,我们也称之为电学综合题,此题看似简单,其实暗藏玄机?细分析做此题也有固定的套路:
1.由实物图转化为电路图,建立物理模型
2.做出每种情况的等效电路,注意同一性、同时性
3.抓住物理量那些变化,那些未变,用变化量表示不变量;利用电路特点,根据各状态之间的联系建立等式关系
4.解未知量
在进行变式练习时,认真钻研教材,精选例题;精讲例题,以点代面,突出重点;一题多变,等几个方面进行。应注意练习的层次,层层推进,使学生在解题时达到异中求同、同中存异、多题同解,沟通相关知识的联系,培养其联想思维、纵向思维能力化题型,通过解题的比较,体会解题思想,善于用概念、规律去揭示问题的本质特征,培养知识迁移运用的能力。
实践证明,通过师生共同努力,在教学过程中吸引学生主动参与学习,注重以上“策略”,初中生完全可以学好物理电学。
参考文献:
1、《初中物理教学中的问题与对策》东北师范大学出版社
关键词:外特性曲线;系统论;高考
近代科学的基本方法是还原论,它认为整体可以还原成一些基本的部分,通过解释这些基本的部分就能解释整体。在还原论的影响下,人们习惯于以一种“静止的、孤立的”观点考察各部分的行为和性质,然后将这些性质“组装”起来完成对整体的描述。与还原论相对的是系统论。何谓系统?钱学森说:“由相互作用和相互依赖的若干组成部分结合成的具有特定功能的有机整体。”对这句话,我们可以从四个角度来理解:①世界上任何事物都可以看成是一个系统,大至渺茫的宇宙,小至微观的原子,都是系统。②只要整体存在,那它就必然包含着部分,必然能够被划分成部分。描述整体就是在描述部分。③系统中各部分(要素)不是孤立存在的,而是相互关联着的,描述部分就相当于描述整体。④不管事物发生了什么变化它都还是一个整体,不管整体怎样变化,都有相应的要素发生变化。当然,此时的整体不再是原来的整体,要素也不再是原来的要素。
今天高中物理学到的全电路欧姆定律,也不可避免地涉及到了系统论:电源、用电器、内电阻共同组成一个系统,当用电器的阻值改变时,整体的电流发生改变,内阻上的电压、功率和输出电压、输出功率都发生改变,但不管怎样变化,它们都还是一个整体,遵循共同的规律――欧姆定律。
将欧姆定律变形则有U=E-Ir,如果E、r为常数,则U-I图线为一条直线,这就是电源的外特性曲线,它仍然描述了一个系统――对应一系列大小不等的负载,其干路电流的集合、其外电压的集合。
作为一个高频考点,在解答相关高考题的时候,我们绝不能忘记系统论的应用。
【例1】(2010重庆卷,22题)在探究小灯泡的伏安特性实验中,电路连接正确后,分别测得两只灯泡的伏安特性曲线如图B中I和II所示,然后将灯泡与电池组(电动势和内阻均恒定)连成图C所示电路。多次测量后得到通过的电流平均值分别为0.30A和0.60A。
A.在图B中画出电池组路端电压U和电流I的关系曲线。
■
B.由该曲线可知电池组的电动势为 V,内阻为 Ω。(取2位有效数字)
【分析与解答】电源的外特性曲线包含若干负载对应的干路电流和两端电压。本实验用两个小灯泡交替使用以改变负载,必然获得两个电流值,从灯泡的伏安特性曲线上必能查出两个电压值,从而得到两坐标(0.30A,3.8V)和(0.60A,3.0V),将两坐标点连成直线,即得如下图像,这里体现了一种由部分到整体的思想。由于每颗灯泡与电池、内阻组成的系统都遵循欧姆定律,于是每个坐标都对应一个方程:①E=3.8+0.30r;②E=3.0+0.60r,这样就从理论上算出E=4.6V,r=2.7Ω,这里体现了一种各要素相互关联的思想、一种由整体(电路)到部分的思想(电池、内阻)。
【例2】(2010天津卷,9题)要测绘一个标有“3V 0.6W”小灯泡的伏安特性曲线,实验得到小灯泡的伏安特性曲线如图所示。如果将这个小灯泡接到电动势为1.5V,内阻为50Ω的电源两端,小灯泡消耗的功率是 W。
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、辨析概念,夯实基础
任何知识的学习掌握都离不开基础知识。电学部分的基础知识多、散、要辨析清楚、固记脑中。
(一)、关于电路
1、串联、并联
初中物理中要求学生掌握最基本的两种连接方式:串联、并联。能否正确分析辨别他们对后面内容的学习至关重要。识别电路的类型,可以根据定义:“逐个顺次连接”为串联,各元件“首首相接、尾尾相接”并列地连在电路的两点间,(“首”为电流流入用电器的哪一端,“尾”指电流流出用电器的那一端)此电路为并联电路。
2、通路、开路、短路
电路中出现的这三种状态,其中通路为处处相通的电路,开路为电路中有处断开的电路,这两种状态易于接受,便于分清。但是学生对于短路的分辨显得力不从心,不知道何处短路,为什么短路。其实只要注意分析的要点即可辨出何处短路。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、即为空导线,当一根空导线,或开关、或电流表(电阻小到可以认为没有)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。
(二)三个重要的物理量—电流、电压、电阻
1、概念辨析
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。
2、表示符号
电流、电压、电阻三物理量分别用i、u、r表示,而单位表示字母分别为a(安培)、v(伏特)、ω(欧姆)。
3、工具的使用
电流表是测量电流的工具;电压表是测量电路两端电压的工具;调节电路中的电流和用电器两端的电压,可以使用滑动变阻器。
(三)电功(w)、电功率(p)
物理学中电功没有确切的定义,只是描述性的,当电能转为其它形式能时,就说做了电功。即电功就表示有多少电能转化为其它形式的能,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。
二、理解规律,把握关键
(一)三个物理量在串、并联电路中的特点
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。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。
(二)欧姆定律
一段导体的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。这个定律非常重要,一定要加强理解,熟记其使用的条件及注意事项。
(三)电功定律
某段电路上的电功,跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间成正比。物理学中用电路两端的电压u,电路中的电流i,通过的时间t,三者的乘积来计算电功。
(四)焦耳定律
导体中有电流通过时,导体就要发热,此现象称为电流的热效应。英国物理学家焦耳经过多年的研究,做了大量的实验,精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系:电流流过某段导体时产生的热量跟通过这段导体的电流的平方成正比,跟这段导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。
三、疏通关系,构建框架
在掌握了上述理论知识的基础上,还要想法疏通各个物理量之间的关系,熟悉各物理量的单位及换算关系,能够快速选择相应的计算公式,列式解答。
(一)重要的计算公式
1、三个物理量的关系公式
串联时:i=i1=i2;u=u1+u2;r=r1+r2(若有几个等阻值为r0的电阻串联则r=nr0)
并联时:i=i1+i2;u=u1=u2;1/r=1/r1+1/r2(若有几个阻值为r0的电阻并联则总电阻r=ro/n)
2、欧姆定律:i=u/r
此公式中只有电流、电压、电阻三个物理量,但它的作用非常重要。在使用公式时要注意:①三个物理量都要针对同一段导体,或同一个电路而言;②三个物理量的单位都要使用国际单位,即分别为a、v、ω;③已知其中的任意两个量都可以求出第三个量。
3、电功公式:w=uit;电功率公式:p=ui
电功、电功率这两个物理量的计算由于欧姆定律及其变形公式的影响,使计算电功率公式特别多,在选择使用时很难选择,所以要注意选取的技巧和方法,要求的问题所在电路为串联时:电功选用公式:w=i2 rt,电功率选用p=i2 r;而当要求所在的电路为并联时,则分别选用w=u2/r.t,p=u2/r,这样的选择都利用了所在电路的特点(电流相等或电压相等)加快解题。
4、焦耳定律:q=i2 rt
焦耳定律的公式与电功公式的形式基本一样,使用时同样要注意公式的选择问题,当所求问题的电路为纯电阻(除了电能转化为内能外,别无其他形式的能产生)电路时,几个公式可以任意选取;若不是纯电阻电路只可使用公式q=i2 rt不然的话计算有误。
(二)单位的换算
单位换算的前提条件有两个:一是记住每个物理量的单位及表示符号;二是要牢记各单位之间的换算进率。其中电流、电压、电阻这三个物理量的单位较多,注意每个物理量的任何两个相邻的单位间的换算进率都为1000。还要注意一点,由于欧姆定律及其变形公式的影响,电功、电功率,焦耳定律的公式较多,产生的单位同样很多,使用时各物理量均使用国际单位。
四、善于总结,归纳要领
下面的这些要领非常重要。
(一)串、并联电路的识别
上面已经提到区别它们的方法,在做题中要选取适当的方法,迅速作出判断。
(二)短路的辨别
把握短路现象的真正含义——电流不经过用电器回到电源的负极。注意电流的特性——电流走捷径。当在电路中发现有空导线,开关或电流表等元件与用电器并联时,相应的用电器被短路不工作。
(三)串、并联电路中的三个物理量的关系
两种电路中的三个物理量的大小关系,前面已说得较为详细,但这一点要特别重视,牢记串联时电流相等,并联时电压相等,这一点解题时作用特别大。
2008年各地中考试卷中,电学板块常考的知识点有:识别串并联电路、串并联电路中电流的特点、有关电压表的使用及读数和串并联电路电压的特点、决定电阻大小的因素、滑动变阻器的原理及应用等。其中,电流表、电压表的作用及串并联电路电流、电压的特点等内容在中考中所占比例较大,这些知识点常会与欧姆定律、电功率的计算综合起来考查。
电功和电功率部分的常考知识点有:电功和电功率的概念、公式、单位、计算以及电功率的测量;额定功率与实际功率的概念及应用;电流的热效应及其在电热器上的利用和防止。
电和磁部分除了考查磁场、磁感线等简单知识点外,还考查电流的磁场、影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁感应现象、电动机和发电机的原理以及磁场对电流的作用等知识。从2008年各地的中考试卷可以看出,试题多联系生活实际,注重对能力的考查和研究问题的方法的考查。对于简单电路和欧姆定律的考查在各地中考中均有体现,难点出现在识别串并联电路和电流表、电压表的示数变化。预计2009年中考对本部分知识的考查不会出现较大的变化,但可能会稍稍增大探究题和创新题的分量。有关电功、电功率的考试命题将在继承2008命题特点上有所创新。如从电器的铭牌上获取信息、利用电能表计算家庭用电器使用的电费来考查节能、电器使用时的安全问题、电功率的测量、电器在使用时有关电热、电能及效率的问题等。其中,采用伏安法测电功率、电与热相结合的计算以及节能问题是中考中的重中之重,注重考查实际情境中解决问题的能力。如围绕电冰箱、电吹风、洗衣机、电水壶、电磁炉等家用电器展开的电功、电功率、电热的应用计算尤为重要,特别是在减少环境污染和建设节能型社会的今天,电能和太阳能相结合的题目更要引起我们重视。
随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也是中考的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率会加大。
在中考复习中,基本知识忘记得比较快,所以复习时要注重基础。电路部分的知识单独考的并不多,对很多知识点的考查是隐藏在对欧姆定律、电功率的综合考查中的,复习的关键在于灵活掌握知识,理解题目意思,应对具体问题,努力尝试知识的总结和迁移。
考点一:电路设计与电路故障
冲刺点金设计简单的电路是目前中考中经常出现的题型,特别是与生活实际相结合的电路设计题已成为中考的热点。其形式有:根据具体的要求设计出电路图;给出电路图判断哪一个比较适用;既要设计电路图,又要连实物图等等。在画电路图时一定要规范:元件位置安排要适当,分布要均匀,元件不要画在拐角处,整个电路图最好呈矩形,图要完整美观,横平竖直,简洁工整。
电路故障通常有以下几种情况:串联电路或并联电路的干路出现断路故障,用电器不能工作,电流表没有示数;若电流表有示数,串联电路或并联电路的干路肯定是通路。
电路在教材中所占篇幅较多,汇集了基本电路、电路的连接、电流的测量等问题。中考出现的题型较多,主要有电路的设计、分析、连接实物、故障判断、电流和电压的规律研究等问题,难度以中、低挡为主,在近几年中考中已经大量涉及生产、生活中实际电路的应用及探究,这种趋势预计在2009年的中考还会得到更多的体现。
预测1:(素材来自于生活实际,主要考查电路的应用及电路设计)
投影仪用强光灯泡作为光源,发光时必须用风扇降温。为了保证灯泡不被烧坏,只有当带动风扇的电动机工作后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在图1所示的四个电路图中符合要求的是()
预测2:(考查电路设计,串并联电路的特点及开关的作用)
2008奥运会男子佩剑决赛中,我国选手仲满不负众望,以15比9击败法国选手赢得冠军。如图2所示,在击剑比赛中,要求剑身连着导线,导线一头连通着电子计分器,一头连接着特制衣服,形成一个环形电路。比赛过程中,运动员(甲)没有刺到对方(乙)的时候就是断电的过程(对方的灯不亮同时计分器不计分),刺到对方的过程就是按下开关的过程(对方的灯亮同时计分器计分)。根据所学的物理知识,小明设计了如图3所示的几种电路图。能正确判断选手成功地击中对手的有效部位并显示得分的电路是()
预测3:(考查串联电路的特点,以及电路分析、故障判断)
图4所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S,电路正常工作。一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则()
A. 电流表的示数也增大
B. 电流表的示数可能不变
C. 电阻R可能断路
D. 电阻R可能短路
考点二:欧姆定律
冲刺点金欧姆定律是初中电学部分最基础的内容。探究欧姆定律和伏安法测电阻体现了电学部分最基本的实验技能,同时也体现了物理学最基本的研究方法――控制变量法,有很强的综合性,是历年来各地中考试题的必考内容。通过以上分析,我们可以看出,2009年中考也将是如此。随着新课程改革的深入,命题在联系实际,突出物理方法,考查实验的过程性方面会有所侧重,纯模型式串并联电路的计算会降低难度,创新题会增多。探究欧姆定律、伏安法测电阻在中考中必有一者出现,滑动变阻器的创新应用也有可能成为大题。
欧姆定律的内容是:一段导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。用公式表示为:I=。
由欧姆定律可导出R=,它表示导体的电阻可由计算出,即R与U、I的比值有关,但R与外加电压U和通过电流I无关。
在运用欧姆定律进行计算时,要注意公式中的I、U、R是对同一段电路同一时刻而言的,三者单位依次是A、V、Ω。有些试题通常会给出几组电压值和几组电流值,这些数值有时并不是相对应的,我们要从中选出具有对应关系的数值,如开关的闭合与断开、滑片的移动前后,会出现不同的电流、电压值,要能判断哪些数据是这个用电器或电阻在相同的状态下所拥有的。
从新课程改革的进程看,有关欧姆定律的命题形式将更加新颖灵活,重在考查知识的灵活应用及激发学生进一步学习物理的潜能。如电压表内阻的测量、不满足欧姆定律的非线性元件电压、电流关系的探究、水果导电性能的探究、伏安法测电阻系统误差的讨论、欧姆表的改装、压敏电阻、油量表、全电路欧姆定律,均很有创意,要注意消化吸收,推陈出新,做到举一反三。
预测1:(考查对导体的电阻和欧姆定律的正确理解)
由欧姆定律可以得出导体的电阻公式R=。下面几位同学对此公式的理解,其中正确的是()
A. 当电压为零时,导体的电阻也为零
B. 当电流减小时,电阻增大
C. 当电压减小时,电阻也减小
D. 电阻是导体本身的一种性质,与电流、电压无关
预测2:(结合欧姆定律,考查串联电路电流、电压的特点)
如图5所示,电源电压不变,当开关S闭合,滑动变阻器滑片从a向b移动的过程中()
A. 电压表示数变大,电压表示数变大,电流表的示数变大
B. 电压表示数不变,电压表示数变大,电流表的示数变小
C. 电压表示数不变,电压表示数变小,电流表的示数变大
D. 电压表示数变大,电压表示数变小,电流表的示数变小
预测3:(考查用欧姆定律分析变化电路中电表的变化情况)
如图6所示的电路中,电源电压不变。在滑动变阻器的滑片P移动的过程中,电流表示数变化范围是1.5~1.0 A,电压表的示数相应的变化范围是0~5 V,求R的阻值和电源电压。
考点三:电功
冲刺点金电功比较抽象,不像机械功那么直观,我们可以从能量转化的角度去理解电功的意义:电流做了多少功就消耗了多少电能,就有多少电能转化为其他形式的能。电功公式W=UIt是计算电功普遍适用的公式,对任何类型的用电器(或电路)都适用。结合欧姆定律I=,可推出电功公式的变换式W=t和W=I2Rt,这两个式子不适用于电动机以及蓄电池电路,只适用于纯电阻电路,即电能全部转化为热能的电路。
电能表是测量电能或电功的仪器。把电能表接在电路中,电能表计数器上前后两次读数之差就是这段时间内用电的度数,要弄清楚电能表铭牌上几个参数的含义。
从2008年的中考试卷可以看出,中考试题在考查基础知识和基本技能的同时,更注重考查学生应用知识的能力和实践探究的能力。而以能源开发和利用为背景来考查电功知识的应用则是近年来中考命题的新亮点,这类试题知识跨度大,更能综合考查学生应用电学知识的能力。
预测1:(考查对电功公式的理解和灵活应用)
灯泡L和L并联在电路中,L的电阻比L大,在相同的时间里,电流做功的情况为()
A. 对L灯做的功多B. 对L灯做的功多
C. 对两灯做的功一样多D. 无法确定
预测2:(考查学生是否会读家用电能表,会用电能表测量用电器在某段时间内所消耗的电能)
在家庭电路中,电能表是测量用户在某段时间内所消耗的电能的仪器。如果表面盘上标有“3 000 r/kW•h”字样,表示的意思是每消耗_________的电能,它的转盘转3 000转。把这个电能表接入家庭电路中,通过某用电器的电流使电能表在3 min内转了60转,那么,此时通过用电器的电流做功为_________J。
预测3:(考查光能与电能的转化,以及对电功公式的理解和应用)
太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的。如图7所示。已知一种太阳能汽车,太阳光照射到电池板上的辐射总功率为1.2×104 W,且电池板对着太阳时产生的电压为240 V,并对车上的电动机提供10 A的电流。问:
(1)若通电1 min,车上电动机消耗的电能是多大?
(2)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少?
考点四:电功率
冲刺点金电功率是描述电流做功快慢的物理量,它是指电流在单位时间内所做的功。电功率的定义式是P=,常用公式是P=UI,表明电功率跟电压、电流两个因素有关。电功率大的用电器消耗电能快,但不能说明电流做的功多。电功率公式的变换式W=和W=I2R只适用于纯电阻电路,对于电动机、电风扇等用电器来说,这两个公式都不适用。
用电器正常工作时的电压叫额定电压,在额定电压下的电功率叫额定功率。一个用电器一旦生产出来,其额定电压和额定功率就确定了。实际功率是用电器在实际工作时的电功率,是不确定的。用电器的实际功率不一定与额定功率相同,小灯泡的亮度是由其实际功率决定的。
电功率的计算是中考命题的热点,压轴题基本都在此出现,命题时常将欧姆定律、电功率、串并联电路结合起来出综合计算,并且分值多,难度较大。其内容主要为:①密切联系生活实际,如电热水壶、饮水机、居民用电等,真正体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的新课程理念。②注重对能力的考查和研究问题的方法的考查,如从电器的铭牌上获取信息的能力、探究电流做功快慢需采用控制变量法等。
预测1:(考查串联电路中各用电器功率的分配关系)
有两个电阻,R的阻值为2 Ω,R的阻值为8 Ω,把它们串联起来接在某电源的两极上,R的电功率为2 W,则此时R的电功率是_______W。
预测2:(考查对电功率公式的理解和应用)
图8所示为一玩具汽车上的控制电路,其电动机的线圈电阻为2 Ω,保护电阻R为8 Ω,当闭合开关S后,两电压表的示数分别为12 V和4 V,求:
(1)电路中的电流。
(2)电动机的功率。
预测3:(考查用电器额定功率与实际功率的关系)
某品牌电热水壶的铭牌上标着如右表所示的数据。根据表格中的数据,可知此电热水壶的电阻为多少?若在用电高峰时期用该电热水壶烧水,电压只有200 V,此时电热水壶发热时的功率为多大?
考点五:电热及其作用
冲刺点金电流在电路中做功,电能转化为内能的那一部分,称为电热,其公式Q=I2Rt适用于任何电路。注意两点:①在电流所做的功全部用来产生热量的情况下,Q=W=UIt=t。这里的条件是电功全部用来产生电热,而电流所做的功全部用来转化成热的情况,也只有纯电阻电路才成立,故上述导出公式只适用于纯电阻电路。②在电流所做的功只有一部分用来产生热量的情况下,如电动机正常工作时消耗的电能为W=UIt,产生的电热为Q=I2Rt,则转化为机械能的那部分能量为W-Q。若知道用电器将电能转化为热能的效率η(η
电与热相结合的计算是近年来中考命题的主要方向,以日常生活中电和热现象的实例为载体,将电学和热学结合在一起是中考命题的热点,是中考中的重中之重。随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也正在成为中考出现的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率可能会进一步加大。
预测1:(考查电能与内能的转化,在不计热损失的情况下,消耗的电能等于产生的内能,即Q=W)
一电饭煲铭牌上标有“220 V1 100 W”的字样,其原理图如图9所示。它有高温烧煮和焖饭、保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R为电热丝。当开关S接高温烧煮挡时,电路的功率为1 100 W;当开关S接焖饭、保温挡时,电路的总功率为22 W。
(1)电饭煲在高温烧煮挡时,开关S应与哪个触点连接?
(2)电热丝R的阻值多大?
(3)电饭煲焖饭、保温1 min,电热丝R产生的热量为多少?
预测2:(考查电能与内能的转化,在有热损失的情况下,消耗电能的一部分等于产生的内能,即Q=ηW)
电视节目主持人,衣着光鲜,时尚靓丽,令人羡慕,其背后的艰辛却鲜为人知。由于演播室灯光密集,室内气温往往很高,在炙热灯光的“烧烤”下,看似风光无限的主持人其实也很不好受,几个小时的节目下来,主持人往往会大汗淋漓。若一个高3 m,面积为40 m2的演播室,灯的总功率为20 kW,灯将电能的80%转化为热能,且热能的10%被空气吸收。查阅资料得知,空气的密度约为1.3 kg/m3,空气的比热容约为103 J/(kg•℃)。现录制一个0.5 h的节目,求:
(1)演播室内所有灯消耗的电能。
(2)演播室内所有灯散发出的热量。
(3)演播室内空气升高的温度。
预测3:(通过电动机做功,考查电能与其他能量的转化及能量守恒定律)
从能量转化的角度看,电动机主要是把电能转化为机械能,同时还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现实验室有一个微型电动机,如图10所示,铭牌上标有“12 V 3 W”的字样。问:
(1)每分钟该微型电动机消耗的电能是多少?
(2)若该微型电动机线圈的电阻是4 Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少?
(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
考点六:生活用电
冲刺点金家庭电路由电能表、总开关、保险丝、插座、用电器及其开关几部分组成。插座和各用电器之间是并联,用电器和控制它们的开关之间是串联,且开关应一端连火线一端连用电器,螺旋口灯座的螺旋套只能接在零线上。三孔插座比两孔插座多出的那个孔要接地,通过三脚插头与用电器的外壳相连,保证外壳与火线接通时的人体安全。生活中安全用电的原则是:不接触低压带电体,不靠近高压带电体。不用湿手触摸开关,不用湿抹布擦电器,不在电线上晾晒湿衣服,不在高压线附近放风筝,电视天线不要靠近树木,及时检查电器的绝缘皮是否有破损等。发现有人触电后,要切断电源或用绝缘的东西把电线挑开;电路着火时,必须先切断电源,切不可泼水救火。高大建筑要安装避雷针,雷雨天不能在大树下避雨,防止雷击。家庭电路中电流过大的原因有两个:①用电器的总功率过大;②发生短路。
以往的中考,重点考查生活中的安全用电原则、家庭中基本的电路连接和日常生活中用电事故的处理以及家庭电路中的故障分析。由于家庭电路与我们的生活息息相关,让学生掌握安全用电知识,提高安全用电的意识,具有实际意义。预计今年的中考热点是家庭电路中用电器的正确连接、生活中安全用电的知识和生活中出现用电事故的分析和处理。
预测1:(考查安全用电的原则)
用电安全是保证人民生命财产安全的基本原则。如图11所示的现象中,符合安全用电原则的是()
预测2:(考查学生对家庭电路中开关、电灯、带金属外壳的用电器连接的掌握情况)
请在如图12所示的家庭电路中,按照安全用电的原则,以笔画线代替导线,将一个带按钮开关的螺口灯泡、一个电热水壶接入电路。
预测3:(考查学生对用电器工作时的能量转化问题的理解,明确家庭电路中发生火灾的原因及发生电器火灾时应怎么做)
洗衣机是我们日常生活中最常用的电器之一,如图13所示。它工作时把电能转化为______和______,在使用洗衣机洗涤时,要注意掏清衣裤口袋里的物品,并在投放衣物时控制合理的投放量。若洗衣机一次性投入衣物过多,涡轮被绳、带、发卡等小物件卡住,会使洗衣机负荷过大甚至停止转动,进而导致电线过热,可能发生_________而起火。起火时应先________,再灭火。
考点七:电和磁
冲刺点金物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性,具有磁性的物质叫磁体。磁体上磁性最强的部分叫做磁极,分别为南极(S)和北极(N)。同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
磁感线是形象地研究磁场的一种方法,它不是真实存在的线,是人们为形象地描述磁场而假想的一些曲线。磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出来回到磁体的南极。
奥斯特实验表明通电导线周围存在着磁场,且磁场方向与电流方向有关。通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场一样,其极性可以由安培定则来判定:先辨清绕线方向,标出螺线管上电流的环绕方向;用右手握住螺线管,让四指弯向电流的方向;此时大拇指所指的一端即为通电螺线管的N极。将铁芯插入螺线管中就做成了电磁铁,螺线管的磁性强弱与通入电流的大小、线圈匝数的多少及是否插入铁芯有关。电磁铁的优点是磁性有无可以通过通断电来控制;磁性强弱可以由电流的大小来控制;磁极方向可以由电流的方向来控制。
让一个磁体接近一个通电导体就会产生磁力的作用。电动机就是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的,在工作中把电能转化为机械能。
闭合电路的一部分导体,在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生感应电流,这种现象叫做电磁感应,产生感应电流的条件:第一,导体是闭合电路中一部分。第二,导体在磁场中做切割磁感线的运动。当导体平行于磁感线运动时,不产生感应电流;当导体放入磁场中不运动时,也不会产生感应电流。产生感应电流的方向和磁场方向、导体运动方向有关。发电机就是根据电磁感应现象制成的,工作时将机械能转化为电能。
根据近几年的中考题分析,这部分知识主要考查的是磁现象、电流对磁场的作用、电磁铁、电磁感应。随着人类社会的发展,能源危机和污染的日渐加剧,利用电磁感应知识产生清洁的电能将成为以后能源利用的一个重点方向。预计今年的中考热点可能在磁现象、电流的磁场和电磁感应及应用上。
预测1:(考查磁化现象、利用安培定则判断通电螺线管的磁场方向、磁感线方向的规定、影响电流的磁场的因素及磁极间的相互作用)
如图14所示,在螺线管中插入一根铁棒,通电后,铁棒被_________________,请在图中画出磁感线的方向。当变阻器向左滑动时,弹簧的长度将________。(选填“伸长”或“缩短”)
预测2:(考查发电机的原理是电磁感应,明确什么是电磁感应现象)
据分析,由于中国经济仍将保持高速增长,因此电力供需矛盾在近几年将非常突出。为确保生产生活中用水、用电需求,许多单位、宾馆饭店、居住小区甚至家庭都备起了发电机。图15所示为一款家用小型发电机,其原理是___________________________________。它是由轴承及端盖将发电机的定子和转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做_______运动,从而产生______________。
有人可能认为培养优秀学生主要靠课外小组和个别辅导,与课堂教学关系不大,这种看法是片面的,实际上课堂教学是至关重要的。本文着重从高中物理课堂教学这一侧面来总结取得这些成果的经验。
我们十多年来的课堂教学经验可以总结成三句话:追根寻源真一点,实验研究多一点,能力要求高一点,简称“三点”教学法,因此我们称自己的教材为“三点”法教材。我们的“三点”法教学完全是根据国家教委颁布的高中物理教学大纲编写的。因为我们面对的是全班学生,不可能而且也不应该把课堂教学变成物理竞赛辅导,我们确实通过课堂教学明显提高了学生的素质和能力,为学生在高考和物理竞赛中取得优异成绩打下了扎实基础。
一个学生学习物理,首先接触到的就是物理定律。因此,怎样搞好物理定律教学,必然是每个物理教师首先要考虑的问题。
在进行某一物理定律教学时,我们有意识补充了大量的与这一定律的建立过程有关的内容,这就是所谓的“溯源”教学。任何一个重要物理定律的建立,都有一个艰辛而漫长的过程。探索定律的工作只所以能成功,这个定律最后只所以能够确立起来,其中一定有很多科学的研究方法和正确的推理思维方式,这些内容毫无疑问是属于物理学科中最重要的东西,是人类一笔宝贵的知识财富,也是我们物理教学的宝贵财富。
在讲授牛顿万有引力定律时,我们从第谷对行星进行几十年的观测积累的大量第一手资料讲起,然后是开普勒在拥有这些数据的基础上,通过大量计算总结出描写天体运动的经验规律(开普勒三定律),最后才是牛顿用定量的动力学原理对这些规律予以解释,终于发现了对天上、地上的物体具有普遍意义的万有引力定律。
在学习牛顿万有引力定律的过程中,我们还着重向学生介绍在学习库仑定律的过程中,我们纠正了学生由于大多数教科书叙述笼统而形成的错误观念,使学生明白:①库仑当年只用扭秤做了两个同种电荷互相排斥的实验,而没有做两个异种电荷互相吸引的实验,因为在后一实验中的平衡有可能是不稳定的。库仑是用电摆来完成后一实验的;②无论是扭秤还是电摆,精确度都是很有限,根本无法确定两电荷之间的作用力与距离的平方成反比,更不是与距离的1.98次方或2.02次方成反比。当年的库仑(实际上还有更早的卡文迪许),以及后来的麦克斯韦、普林普顿等人都是用另一种实验方法将指数的精度逐渐提高,直至今天的2±3×10-16,终于使库仑定律成为当今物理学中最精确的定律之一。结合库仑定律的建立过程,我们还向学生介绍了“类比”和“演绎验证”的方法。
在学习欧姆定律过程中,学生一开始都以为研究通过导体的电流和导体两端的电压之间的关系不是很困难的,只要用电流表、电压表再加电源和可变电阻器等组成电路即可。可是我告诉他们,在欧姆那个年代,没有电流表、电压表等仪器,连电压、电流和电阻的定义和单位都没有,欧姆所面临的困难之大是可想而知的。他到底是怎样得到这个电学中最重要的定律呢?学生顿时产生了浓厚的兴趣。在学习欧姆定律诞生过程的同时,我们还结合欧姆的实践,介绍了用图线探究新规律的方法。
此外,我们还结合牛顿运动定律介绍了“理想实验”、“推理”、“实验研究”等方法,结合气体定律介绍了“分析法”,结合能量的转化和守恒定律介绍了“综合法”,使学生比较系统地掌握了一些重要的科学研究方法,有的同学深有体会地说:物理定律是宝贵的,但研究物理定律的科学方法更宝贵;谁掌握了这些方法,谁就能不断地去探索大自然层出不穷的奥秘。
在物理定律教学中,我们在课堂上经常采用设问方法,不是直接告诉学生某个定律是怎样建立起来的,而是不断提出问题让学生去思考,摆出困难让学生去克服,提出任务让学生去完成,制定目标让学生去实现,这样可以有效发展学生的创造性思维和解决问题的能力。