发布时间:2023-09-22 10:35:36
序言:作为思想的载体和知识的探索者,写作是一种独特的艺术,我们为您准备了不同风格的14篇欧姆定律的实验结论,期待它们能激发您的灵感。
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
摘 要:本文对人教版物理选修3-1教材中引入焦耳定律的方式提出了质疑,指出了其不利影响,同时提出了自己的方案并分析了这样引入的好处。
关键词:物理选修3-1;焦耳定律;欧姆定律;纯电阻电路
人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1课本对焦耳定律的引入过程如下:
电流通过白炽灯、电炉等电热元件做功时,电能全部转化为导体的内能,电流在这段电路中做的功W等于这段电路发出的热量Q,即
Q=W=UIt
由欧姆定律
U=IR
代入上式后可得热量Q的表达式
Q=I2Rt
即电流通过导体产生的热量跟电流的二次方成正比,跟导体的电阻及通电时间成正比,这个关系最初是焦耳用实验直接得到的,我们把它叫做焦耳定律。
这里用公式推导的方式得出了焦耳定律的公式和内容,笔者认为不太恰当,理由如下:
第一,焦耳定律是焦耳通过大量实验总结出来的规律,科学实验是自然规律最直接的反映,科学理论正确与否必须接受实验的检验,正如课本上所说焦耳定律是焦耳用实验直接得到的,焦耳定律本身就是一个实验规律,这是焦耳通过大量实验总结得到并经过无数次实验验证了的实验结论,我们不应该淡化科学实验在焦耳定律建立过程中所起的巨大作用,公式推导的方式掩盖了焦耳定律的真实面目。
第二,这里Q=W应用了能量转化与守恒定律来推导焦耳定律,而实际情况是焦耳本人是在得出焦耳定律后,又进行了长期的、大量的、精确的科学实验,在大量实验事实面前焦耳提出了能量转化和守恒定律.并且电流通过导体时所做的电功和导体发出的电热相等是焦耳得出能量转化与守恒定律的重要实验基础.由此看来,用能量转化和守恒定律来推导焦耳定律是不符合科学发展的实际历程的。
第三,上述推导过程用到了欧姆定律,欧姆定律的表达式应该为[I=UR],不应该用U=IR,另外,欧姆定律是只能在纯电阻电路中才适用的规律,用欧姆定律来推导焦耳定律会使学生认为焦耳定律也只适用于纯电阻电路,对电动机等非纯电阻元件求电热不适用的错误认识.学生一旦建立这样的错误认识再来纠正是比较困难的.
基于以上考虑,笔者认为引入焦耳定律的过程可以做一些调整.建议设计“电流通过电学元件时产生的电热与谁有关?”的探究实验(或者介绍焦耳所做的实验).通过探究实验得出Q=I2Rt,即焦耳定律.然后结合能量转化与守恒定律在纯电阻电路中电流做功全部转化为电热W=Q,即UIt=I2Rt,可以得到[I=UR]。由此可见欧姆定律是能量转化与守恒定律在纯电阻电路中的具体反映和内在要求.
这样设计的好处是还原了人们认识自然规律的实际历程,体现出了科学实验在科学理论建立过程中的巨大作用,使人们认识到焦耳定律是一条实验规律,物理学科是一门实验科学,能真实反映自然规律.通过探究实验的设计我们可以引导学生像科W家那样设计实验方案,探究、总结得出规律,使学生在实验中体会科学实验对自然科学的重要意义,也能使学生获得科学研究的方法.
我们又利用焦耳定律和能量守恒定律反过来得出了欧姆定律,说明欧姆定律、焦耳定律虽说是在实验中得出的,同时它们也是物理理论大厦的有机组成部分,可以反映出焦耳定律在物理理论体系中的地位和物理理论的完备性,在理论层面上证明焦耳定律可以纳入已有的物理理论当中,使实验结论和理论框架得到完美融合.更重要的是我们能够得到欧姆定律的适用条件――纯电阻电路,如果不是纯电阻电路,电流做功没有全部转化为电热则不能得出W=Q即UIt=I2Rt,欧姆定律也就不适用.另外我们还能体会到能量转化与守恒定律在自然界中的普适性,欧姆定律是能量转化与守恒定律在纯电阻电路中的必然要求.
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。
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.
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.要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.
关键词:欧姆定律;电流;电压;电阻
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)02-0086
实验是从感性到理性认识的过程,是从具体到抽象、从简单到复杂的思维形成过程,符合学生的身心特点和认识过程。因此,实验既是学习物理的重要基础,又是物理教学的重要内容、方法和手段。利用实验可以培养学生多方面的能力,通过对实验原理的理解、观看或亲自动手进行操作、信息(现象或数据)的获取、分析综合等过程,可以培养学生的多种能力。
欧姆定律是初中物理电学的重要定律之一,它把电流、电压和电阻三者融为一体,它在电学中起到桥梁和纽带的作用,同时欧姆定律的探究能力培养、考查学生的综合能力,所以对欧姆定律的探究也是中考中的高频考点。
例:某实验小组的同学探究电流与电压的关系时,用到如下器材:电源为2节干电池,电流表、电压表各1只,定值电阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑动变阻器1只(标有“10Ω,2A)字样,开关1个,导线若干(如图1所示);设计的电路如图2所示,
(1)在这个实验中,电压表应选用的量程为 ,电流表应选用的量程为 。
(2)这个实验的探究方法是 ,其中被控制的变量是 ,下面是他们获取的几组实验数据。
(3)实验中他们选用的定值电阻为 Ω。
(4)请在图3的坐标系上画出电流随电压变化的图象。
(5)请根据电路图用笔画线代替导线,将图1中的元件连成电路.要求:滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大。
(6)分析表中的数据或图象,可得到的初步结论是:
解析:(1)根据题目中给定的条件可知:电路中的电源为2节干电池,所以最大电压为3V,因此电压应选量程为0~3V(或3V);当滑动变阻器的滑片在最左端时,电路中的电阻最小,由欧姆定律得电路中的最大电流:I最大=■=■=0.6A,所以电流表应选量程为0~0.6A(或0.6A)。
(2)由于电路中的电流与导体导体两端的电压有关,也和这段导体的电阻有关,所以要探究电流与电压、电阻三者关系时应采用的探究方法是控制变量法。这个实验是探究电流与电压的关系,所以应控制的变量是电阻。
(3)在这个实验中所给的定值电阻有三个,那究竟用的那个电阻呢?这就要根据表中的实验数据,通过计算来确定。I=■,R=■=5Ω。所以他们选择的定值电阻应该为5Ω。
(4)根据表中的实验数据,在坐标系上将对应的电流值、电压值进行描点,再用笔画线将这些点连接起来,便画出了电流随电压变化的图象,如图答案⑷所示。
特别注意:在I-U图象中,当电压为0时,电流也为0,所以坐标原点为0。但根据电流、电压值所描绘的线表示电阻,而电阻是导体的一种属性,它的大小由导体的长度、横截面积、材料和温度决定,而与电流、电压无关,所以这条线不能以过坐标原点,如果经过坐标原点,那就会得出电压为0,电流为0时,电阻也为0的这种错误结论。
(5)电流表要串联在电路中,电压表要并联在被测电阻两端,又因为滑动变阻器的滑片向左移动时,电流表的示数变大,即说明当滑片向左移动时,电路中的电阻减小。所以滑动变阻器电阻丝上的两个接线柱应接左端那个(无论金属杆上的两个接线柱接哪个),金属杆上的两个接线柱可任意接,如图答案⑸所示。
(6)不论是从表中的数据还是从图象分析都可以得出结论:在电阻一定时,导体中的电流与导体导体端的电压成正比。
答案:(1)0~3V(或3V),0~0.6A(或0.6A)。(2)控制变量法,电阻。(3)5Ω。(4)如图答案(4)所示。(5)如图答案⑸、⑹在电阻一定时,导体中的电流与导体导体端的电压成正比。
点评:本题从器材的选择、元件的使用方法、电路的连接、滑动变阻器的使用方法、数据的分析与处理、作I-U图象及分析归纳得出科学合理的实验结论等进行了一系列的考查。这是一道欧姆定律探究题最全面的题,难度较大,综合性也很强的实验题目,考查了学生的实验技能,很好地体现了新课程标准理念。
知识目标
1.理解欧姆定律及其表达式.
2.能初步运用欧姆定律计算有关问题.
能力目标
培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
情感目标
介绍欧姆的故事,对学生进行热爱科学、献身科学的品格教育.
教学建议
教材分析
本节教学的课型属于习题课,以计算为主.习题训练是欧姆定律的延续和具体化.它有助于学生进一步理解欧姆定律的物理意义,并使学生初步明确理论和实际相结合的重要性.
教法建议
教学过程中要引导学生明确题设条件,正确地选择物理公式,按照要求规范地解题,注意突破从算术法向公式法的过渡这个教学中的难点.特别需强调欧姆定律公式中各物理量的同一性,即同一导体,同一时刻的I、U、R之间的数量关系.得出欧姆定律的公式后,要变形出另外两个变换式,学生应该是运用自如的,需要注意的是,对另外两个公式的物理含义要特别注意向学生解释清楚,尤其是欧姆定律公式.
教学设计方案
引入新课
1.找学生回答第一节实验得到的两个结论.在导体电阻一定的情况下,导体中的电流
跟加在这段导体两端的电压成正比;在加在导体两端电压保持不变的情况下,导体中的电
流跟导体的电阻成反比.
2.有一个电阻,在它两端加上4V电压时,通过电阻的电流为2A,如果将电压变为10V,通过电阻的电流变为多少?为什么?
要求学生答出,通过电阻的电流为5A,因为电阻一定时通过电阻的电流与加在电阻两
端的电压成正比.
3.在一个10的电阻两端加上某一电压U时,通过它的电流为2A,如果把这个电压加在20的电阻两端,电流应为多大?为什么?
要求学生答出,通过20电阻的电流为1A,因为在电压一定时,通过电阻的电流与
电阻大小成反比,我们已经知道了导体中电流跟这段导体两端的电压关系,导体中电流跟这段导体电阻的关系,这两个关系能否用一句话来概括呢?
启发学生讨论回答,教师复述,指出这个结论就叫欧姆定律.
(-)欧姆定律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.
1.此定律正是第一节两个实验结果的综合,电流、电压、电阻的这种关系首先由德国
物理学家欧姆得出,所以叫做欧姆定,全国公务员共同天地律,它是电学中的一个基本定律.
2.介绍《欧姆坚持不懈的精神》一文.
3.欧姆定律中的电流是通过导体的电流,电压是指加在这段导体两端的电压,电
阻是指这段导体所具有的电阻值.
如果用字母U表示导体两端的电压,用字母R表示导体的电阻,字母I表示导体中的电流,那么欧姆定律能否用一个式子表示呢?
(二)欧姆定律公式
教师强调
(l)公式中的I、U、R必须针对同一段电路.
(2)单位要统一I的单位是安(A)U的单位是伏(V)R的单位是欧()
教师明确本节教学目标
1.理解欧姆定律内容及其表达式
2.能初步运用欧姆定律计算有关电学问题.
3.培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
4.学习欧姆为科学献身的精神
(三)运用欧姆定律计算有关问题
【例1】一盏白炽电灯,其电阻为807,接在220V的电源上,求通过这盏电灯的电流.
教师启发指导
(1)要求学生读题.
(2)让学生根据题意画出简明电路图,并在图上标明已知量的符号及数值和未知量的
符号.
(3)找学生在黑板上板书电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下图
(5)找学生回答根据的公式.
已知V,求I
解根据得
(板书)
巩固练习
练习1有一种指示灯,其电阻为6.3,通过的电流为0.45A时才能正常发光,要使这种指示灯正常发光,应加多大的电压?
练习2用电压表测导体两端的电压是7.2V,用电流表测通过导体的电流为0.4A,求这段导体的电阻,
通过练习2引导学生总结出测电阻的方法.由于用电流表测电流,用电压表测电压,
利用欧姆定律就可以求出电阻大小.所以欧姆定律为我们提供了一种则定电阻的方法这种
方法,叫伏安法.
【例2】并联在电源上的红、绿两盏电灯,它们两端的电压都是220V,电阻分别为
1210、484.
求通过各灯的电流.
教师启发引导
(1)学生读题后根据题意画出电路图.
(2)I、U、R必须对应同一段电路,电路中有两个电阻时,要给“同一段电路”的I、U、R加上“同一脚标”,如本题中的红灯用来表示,绿灯用来表示.
(3)找一位学生在黑板上画出简明电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下
学生答出根据的公式引导学生答出
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
解题步骤
已知求.
解根据得
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
答通过红灯和绿灯的电流分别为0.18A和0.45A.
板书设计
2.欧姆定律
一、欧姆定律
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.
二、欧姆定律表达式
三、欧姆定律计算
1.已知V,求I
解根据得
答通过这盏电灯的电流是0.27A
2.已知求.
解根据得
通过的电流为
通过的电流为
答通过红灯的电流是0.18A,通过绿灯的电流是0.45A
探究活动
【课题】欧姆定律的发现过程
【组织形式】个人和学习小组
【活动方式】
1.制定子课题.
关键词: 新课标 《欧姆定律》 探究性实验教学
《初中物理新课程标准》将科学探究纳入了物理教学的内容,旨在将学生学习的重心从过去的过于强调知识的传承和积累向知识的探究过程转化。
所谓“实验探究教学模式”,是指学生在教师的引导下,运用已有的知识和技能,充当新知识的探索者和发现者的角色的学习模式。
笔者多年从事初三物理教学,结合新课改要求,在《欧姆定律》探究教学中进行了尝试,现谈谈自己的实践和体会。
一、在探究过程中,着重应用控制变量法
控制变量法是指决定某一物理量的因素有很多。为了弄清这个量与这些因素之间的关系,往往先控制住其他几个因素不变,集中研究其中一个因素变化所产生的影响,然后通过比较归纳出与这些量之间的关系。
欧姆定律揭示了电流、电压、电阻三个物理量之间的关系,由于电流大小与电压、电阻都有关系,因此探究步骤中的设计实验应尽量引导学生分为两步设计。
1.保持电阻不变,研究电流跟电压的关系。
要让学生明确“研究电流跟电压的关系时,应保持电阻不变”,设计实验电路时应考虑:①怎样测量定值电阻两端的电压U和定值电阻中的电流I呢?②怎样保持导体的电阻R不变呢?③通过什么方法改变定值电阻两端的电压U呢?
设计并连接电路利用滑动变阻器改变定值电阻两端的电压,使它成整数倍地增加,并记录所对应的电流值,
2.保持电压不变,研究电流跟电阻的关系。
要让学生明确“研究电流跟电阻的关系时,应保持电压不变”,实验探究时应考虑:①怎样改变导体电阻R的大小?②怎样保持导体两端的电压U不变呢?让学生讨论交流,使学生认识到:当定值电阻的大小发生变化时,可通过滑动变阻器控制其两端的电压U保持不变。
更换定值电阻,利用滑动变阻器保持定值电阻两端的电压不变,记录对应的电流值,在具体的探究教学中可能会遇到这样的问题:在电阻R阻值改变时,电阻R两端的电压也发生变化,如何移动滑动变阻器的滑片,使电阻R两端的电压恢复到原来的电压值。这也是把控制变量法从理论升华到实际的一个方面。
二、在探究过程中,让学生亲身体验,增强课堂教学效果
学生是教学活动的主体,教师对思维活动过程的展开,不能代替学生自己的思维活动。因此,在设计本节探究活动时笔者以学生为中心,进行分组实验。激发学生的求知欲和参与意识,使不同层次学生的认知结构、个性品质在参与中都得到发展。设计学生活动程序如下:
(1)提出问题:电流与电压,电流与电阻的关系?
(2)作出假设:①不成比例。②成正比。③成反比。
(3)设计并进行实验:①设计电路图。②设计步骤。③进行实验。
(4)分析数据得出结论。
这样做有以下好处:第一,可以充分调动学生的积极性。对于初中学生来说,他们已不再局限于看老师演示实验,都喜欢自己动手操作,通过自己的实践解决问题。第二,可以清楚地发现并指出学生的操作中的错误,物理实验中一些仪器的使用,要求学生掌握,培养学生正确而良好的操作技能。但是,在实践过程中,笔者认为学生的练习机会实在太少,有些仪器的使用方法尽管学生课上听懂了,但真正操作起来并不如想象的那样简单顺手。就像本节中的电流表、电压表的使用,学生往往会把电表的串并连搞错,把正负接线柱接错等,滑动变阻器的使用也不够到位。第三,可以巩固学生对相应知识的掌握情况。对于人的记忆方式来说,自己动手操作过的情景记忆起来要比单纯的聆听接受记忆要牢固得多。
三、在探究过程中,引导学生反思应用迁移
这一方法要求把已知迁移到未知、把此一类知识迁移到另一类知识中,使学生受到相互渗透、影响和转化的观点的教育。例如,启发学生把已有的知识迁移到欧姆定律的探究中,把欧姆定律的知识迁移到其他知识的学习中。这样就使学生不仅提高了知识学习的效率,而且逐渐树立普遍联系、转化的观点。
例如:在总结欧姆定律的公式(I=U/R)时,可以压强的公式为母本,压强的公式是P=F/S,它的理解可以是:当受力面积一定时,压强与压力成正比;当压力一定时,压强与受力面积成反比。而欧姆定律是:通过导体的电流,与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比。两者是可以相互迁移的,所以很顺利地得出欧姆定律的公式I=U/R。这对于知识和思维不是很完善的初中学生来说,可以很容易地掌握知识,得出结论。
当然在欧姆定律的探究教学中还有很多地方可以运用知识迁移,例如:在运用探究的基本过程解决电流、电压、电阻三者关系时,可以反思以往用探究的方法解决过的问题,如液体压强、深度、液体密度三者的关系,用以往的经验为本次探究的顺利完成做铺垫。
四、在探究过程中,利用教材对学生进行德育教育
德育是五育之首,新课程标准关注人的发展,把德育放在十分重要的地位。作为基础学科的物理理所当然承担着重要的德育任务。
在《欧姆定律》探究教学中,笔者首先做了大量的准备工作,这样学生不仅学得很愉快,而且在心里会产生一种对教师的敬佩之情,并从老师身上体会到一种责任感,这对以后的学习工作都有巨大的帮助作用。其次,在教学过程中,利用分组实验的合作性学习潜移默化地对学生进行德育教育,培养他们团结协作的精神。最后,利用欧姆的事迹和成果激发学生的学习热情,树立崇高理想,榜样的力量是无穷的,它对学生具有强大的感染力和说服力。
教育部颁布的《物理课程标准》首先提出科学探究,其次才是科学内容,它把科学探究作为很重要很有价值的学习方法和教学方法提出来,说明越来越多的教育者注意到探究教学在教改中的重要地位。《欧姆定律》一课的探究教学不仅要求教师有较高自身的修养素质,还要做好在探究教学中与学生一起双向地、互动地建构学科知识、促进能力发展。因此,在初中物理新课标下如何更好地开展探究教学,值得我们探讨。
参考文献:
关键词:全电路;欧姆定律;实验教学;感性教学
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)08-0098-02
欧姆定律是《电工基础》中最常用的基本定律之一,技工院校现在使用的《电工基础》教材(中国劳动社会保障出版社出版,第四版)中把欧姆定律分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律两部分。对于部分电路欧姆定律,由于中学物理课本已作详细介绍,学生容易接受,但对于全电路欧姆定律,由于其涉及的概念较多且各物理量之间的关系复杂,再加上教材未附相应的实验,学生缺乏感性认识。因此,学生很难理解和接受,也是其成为教师教学中重点和难点的原因。笔者针对学生在学习过程中容易产生的困惑和疑问,借助实验来帮助学生理解,收到了较好的效果。
明确教学目标是教师组织
全电路欧姆定律教学的关键
掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程来说至关重要。因为后续章节中多处电路的分析和计算要应用到这一定律。教学是一个教师与学生双向互动的过程,作为教师,要组织好全电路欧姆定律教学,必须先明确教学目标,做到心中有数,才能更好地开展教学。
知识目标:(1)理解电动势、内电阻、外电阻、内电压、外电压、端电压、内压降等物理量的物理意义;(2)掌握全电路欧姆定律的表达形式,明确在闭合电路中电动势等于内、外电压之和;(3)掌握端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律;(4)掌握全电路欧姆定律的应用。
能力目标:(1)通过实验教学,培养学生的观察和分析能力,使学生学会运用实验探索科学规律的方法;(2)通过对端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律的讨论,培养学生的思维能力和推理能力。
理解各物理量的物理意义是
学生掌握全电路欧姆定律的基础
全电路欧姆定律的难点在于概念较多,且各物理量之间的关系复杂。因此,首先,应让学生准确理解各物理量的含义。
全电路是指含有电源的闭合电路,如图1所示。其中,R代表负载(即用电器,为简化电路,只画一个),r代表电源的内电阻(存在于电源内部),E代表电源的电动势。整个闭合电路可分为内、外两部分,电源外部的叫外电路(图1中方框以外的部分),电源内部的叫内电路。外电路上的电阻叫外电阻,内电路上的电阻叫内电阻。当开关S闭合时,电路中就会有电流产生,I=,该式表明:在一个闭合电路中,电流强度与电源的电动势成正比,与电路中内电阻和外电阻之和成反比,这个规律称为全电路欧姆定律。
要理解这个定律,要先理解以下几个物理量的物理意义:第一个是电动势,它是指在电源内部,电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功。这个概念比较抽象,涉及知识面较广,要使学生全面、深刻地理解它是有困难的。考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要,需向学生讲清两个问题:一是电动势的值可用电压表测出——电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;二是电动势的物理意义是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领,是由电源本身的性质决定的。第二个是电源的端电压(简称端电压),它是指电源两端的电位差(在图1中指A、B两点之间的电压,也等于负载R两端的电压)。需要注意的是,端电压与电动势是两个不同的概念,它们在数值上不一定相等。第三个是内压降,它是指当电流流过电源内部时,在内电阻上产生的电压降。全电路欧姆定律也可表示为:“在闭合电路中,电动势等于内、外电压之和。”
掌握各物理量的变化规律是
掌握全电路欧姆定律的重点
全电路欧姆定律的难点在于各物理量之间的变化规律,也是学生容易产生疑惑的地方。可以利用演示实验来验证各物理量之间的变化规律,以增加学生的感性认识,提高学生的逻辑推理能力。
第一,验证电源内电阻的存在并计算其大小。对于电源的内电阻,由于存在于电源的内部,既看不见,也摸不着,学生对此存在质疑。为此,可用图2进行实验,不但可以证明内电阻的存在,还可测出内电阻的大小。在图2中,用1节1号干电池作电源,电阻R为已知值(可根据实际情况选定)。开关闭合前,记下电压表的读数U1(此值即为干电池的电动势),开关闭合后,记下电压表的读数U2,发现U2比U1小(见表1),就是因为电源内部存在内电阻的缘故。
根据公式r=R可算出该电池的内电阻。再用不同型号的干电池(如5号干电池、7号干电池)进行重复实验,发现它们的电动势虽然相等(为了后面实验的需要,尽量选用电动势相等的电池,并保留这些电池),但内电阻不一定相同。
第二,端电压U跟外电阻R的关系。
实验电路如图3所示,用1节1号干电池作为电源,移动滑动变阻器的滑动片,观察电流表和电压表的读数变化,并将它们的读数记录到表2中。通过观察发现:当滑动片从左向右移动时(为保证实验设备安全,滑动片不要移到最右端),电流表的读数慢慢变大,电压表的读数慢慢变小;当滑动片从右向左移动时,电流表的读数慢慢变小,电压表的读数慢慢变大。由此得出结论:端电压随外电阻上升而上升,随外电阻下降而下降。根据表2中的数据可绘成曲线(如图4所示),即电源的端电压特性曲线。从曲线上可以看出:电源端电压随着电流的大小而变化,当电路接小电阻时,电流增大,端电压就下降;当电路接大电阻时电流减少,端电压就上升。
思考:如果滑动片移到最右端,电压表、电流表的读数将为多少?
第三,端电压与内电阻r的关系。
根据公式U=E-Ir分析可知:当电流I 不变时,内阻下降,端电压就上升;内阻上升,端电压就下降。实验电路同图3,只需将电路中的电源用前面已测过内阻值的不同型号的电池代替即可,观察电流表、电压表的读数,上述结论即可得到验证。
应用规律,解决实际问题
首先向学生提出问题:你是否注意到,电灯在深夜要比晚上七八点钟亮一些?这个现象的原因何在?在回答这个问题之前,可先通过实验验证这一现象的存在,如图5所示。图中5个灯泡完全相同,先将开关全合上,使灯泡发光,再逐个断开开关,发现灯泡逐渐变亮,原因分析:随着开关的断开,外电阻增大,导致干路电流减小,使得内压降下降,从而端电压增大,即灯泡两端的实际电压增大,故灯泡变亮了。上述问题也得到了解决。
在教学过程中,如果尽可能地增加一些实验,通过生活中的实验记录其数据并指导学生得出规律,提高感性认识,不但可以提高学生的学习兴趣,也会提高教学效果。
参考文献:
[1]李书堂.电工基础(第4版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2001.
[2]毕淑娥.电工与电子技术基础(第2版)[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.
[3]王兆良.关于“全电路欧姆定律”的教学[J].福建轻纺,2007(2).
一、探究过程
欧姆定律是实验定律.要正确理解欧姆定律,应了解如何通过试验来揭示电流、电压、电阻三个物理量之间的关系.因为是三个物理量,所以我们在研究实验时要采用控制变量法,探究过程中分两步.
1.保持电阻不变,研究电流跟电压的关系
研究电流跟电压的关系时,应保持电阻不变,那么,设计实验电路时就要考虑以下几个方面:①怎样测量定值电阻两端的电压U和定值电阻中的电流I?②怎样保持导体的电阻R不变?③通过什么方法改变定值电阻两端的电压U?设计实验电路图(如图1):
按电路图连接实物电路,利用滑动变阻器改变定值电阻两端的电压,使它成整数倍的增加,并记录所对应的电流值,填入表一中.
表一:R=10Ω
通过上表可得:电阻一定时,电流与电压成正比.
2.保持电压不变,研究电流跟电阻的关系
同学们一定要明确“研究电流跟电阻的关系时,应保持电压不变”的思想.实验探究时应考虑:①怎样改变导体电阻R的大小?②怎样保持导体两端的电压U不变?这是这个探究实验的难点,当电阻的大小发生变化时,可通过滑动变阻器来控制其两端的电压U保持不变.
不断更换定值电阻,利用滑动变阻器保持定值电阻两端的电压不变,记录对应的电流值,填入表二中.
表二:U=3V
通过上表可得:电压一定时,电流与电阻成反比.
综上所述:导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比.
同学们在具体的探究活动中可能会遇到这样的问题:在电阻R阻值改变时,电阻R两端的电压也发生变化,如何移动滑动变阻器的滑片,使电阻R两端的电压恢复到原来的电压值.这也是把控制变量法从理论升华到实际的一个方面.
例1小刚同学用如图2电路探究欧姆定律的“一段电路中电流跟电阻的关系”.在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的惟一操作是().
A.保持变阻器滑片不动
B.将变阻器滑片适当向左移动
C.将变阻器滑片适当向右移动
D.将电池个数增加
解析当A、B两点间的电阻由5Ω更换为10Ω后,电路中的电流减小,滑动变阻器两端的电压减小,而A、B两点间的电压增大,所以滑动变阻器的电阻应当增大才能使A、B两点间的电压保持不变.这道题让大家真正了解到应如何灵活应用控制变量法.
二、正确理解欧姆定律
在欧姆定律中,三个物理量是指同一导体或同一段电路在同一时刻的I、U、R,同时三个物理量的单位必须要用国际单位制.
对于欧姆定律I=U/R和欧姆定律的变形式R=U/I,这两个公式是大家最容易混淆的.
特别是R=U/I只是用来计算导体电阻的,决不能认为R与U成正比,R与I成反比;对同一导体而言,即使导体上不加电压,导体电阻仍然存在.切记导体电阻与电压电流无关,它是导体本身的一种性质.
为了更形象深刻地理解欧姆定律,我们可以借助图像来描述.
根据I=U/R,当R一定时,I与U成正比,相当于数学中的正比例函数的图像.如图3甲所示.而在U一定时,I与R成反比,相当于数学中的反比例函数的图像.如图3乙所示.
应用这种图像可以来比较电阻的大小.
例如图4所示为接入闭合电路中阻值不同的两个电阻的电流随电压变化的I-U图像,从图中可知().
A.R1R2
B.R1R2串联后,总电阻I-U图线在区域Ⅱ内
C.R1R2并联后,总电阻I-U图线在区域Ⅲ内
D.R1R2并联后,总电阻I-U图线在区域Ⅰ内
解析 首先大家要对串并联电路的总电阻非常清楚,串联的总电阻大于任何一个分电阻,并联的总电阻小于任何一个分电阻.从图上可以选择电压一定时,比较电流的大小关系,I1I2,所以R1R2,可推出RⅠRⅡRⅢ,所以正确答案为D.
三、欧姆定律的应用
根据欧姆定律:①知道导体两端的电压和导体的电阻就可以求出导体中的电流;②知道通过导体的电流和导体的电阻就可以求出导体两端的电压;③知道通过导体的电流和导体两端的电压就可以求出导体的电阻值,即I=U/R,U=IR,R=U/I.
例2一个定值电阻两端加上6V电压时,通过它的电流是0.4A.如果给它加上3V的电压时,则流过它的电流是多少?为什么?
解析一
要求当电压是3V时,电流是多少,还需知道电阻,根据前面的两个条件可以求出电阻是15Ω,因为电阻是不变的,所以I=U/R=3V/15Ω
=0.2A.
解析二
根据欧姆定律,R一定时,I与U成正比,即得I=0.2A.
例3如图5所示,开关闭合后,当滑动变阻器滑片P向右滑动过程中().
A.电流表示数变小,电压表示数变大
B.电流表示数变小,电压表示数变小
C.电流表示数变大,电压表示数变大
D.电流表示数变大,电压表示数变小
解析当滑动变阻器滑片P向右滑动时,电路的总电阻变大.电压一定时,电阻变大,电流变小,所以电流表示数变小;通过定值电阻的电流减小,所以定值电阻分担的电压减小,电压表的示数变大.故选A.
例4如图6所示是“伏安法测电阻”的实验电路图.
(1)在图6中的圆圈内填入电流表、电压表的符号;
(2)某同学规范操作,正确测量,测得3组实验数据分别是:U1=2.4V,I1=0.20A;U2=4.5V,I2=0.38A;U3=6.0V,I3=0.50A.请你在虚线框内为他设计一个表格,并把这些数据正确填写在你设计的表格内.
(3)根据表格中数据,请你算出待测电阻Rx≈_______Ω.
(4)分析表格中的数据,你能得出的一个结论是:_______________________________.
解析(1)填入电流表和电压表,如图7所示.
(2)实验数据表格设计如下表:
(3)根据公式R=U/I分别求得三次实验测得的电阻为12Ω、11.8Ω、12Ω,求平均值从而算出待测电阻Rx≈11.9Ω.
(一)知识目标
1、知道电动势的定义.
2、理解闭合电路欧姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意义,并能熟练地用来解决有关的电路问题.
3、知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和.
4、理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题.
5、理解闭合电路的功率表达式.
6、理解闭合电路中能量转化的情况.
(二)能力目标
1、培养学生分析解决问题能力,会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化的规律
2、理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题.
3、通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律,培养学生用多种方式分析问题能力.
(三)情感目标
1、通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生普遍联系观点
2、通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系
3、通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想
4、知道用能量的观点说明电动势的意义
教学建议
1、电源电动势的概念在高中是个难点,是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础,在处理电动势的概念时,可以根据教材,采用不同的讲法.从理论上分析电源中非静电力做功从电源的负极将正电荷运送到正极,克服电场力做功,非静电力搬运电荷在两极之间产生电势差的大小,反映了电源做功的本领,由此引出电动势的概念;也可以按本书采取讨论闭合电路中电势升降的方法,给出电动势等于内、外电路上电势降落之和的结论.教学中不要求论证这个结论.教材中给出一个比喻(儿童滑梯),帮助学生接受这个结论.
需要强调的是电源的电动势反映的电源做功的能力,它与外电路无关,是由电源本生的特性决定的.
电动势是标量,没有方向,这要给学生说明,如果学生程度较好,可以向学生说明,做为电源,由正负极之分,在电源内部,电流从负极流向正极,为了说明问题方便,也给电动势一个方向,人们规定电源电动势的方向为内电路的电流方向,即从负极指向正极.
2、路端电压与电流(或外电阻)的关系,是一个难点.希望作好演示实验,使学生有明确的感性认识,然后用公式加以解释.路端电压与电流的关系图线,可以直观地表示出路端电压与电流的关系,务必使学生熟悉这个图线.
学生应该知道,断路时的路端电压等于电源的电动势.因此,用电压表测出断路时的路端电压就可以得到电源的电动势.在考虑电压表的内阻时,希望通过第五节的“思考与讨论”,让学生自己解决这个问题.
3、最后讲述闭合电路中的功率,得出公式,.要从能量转化的观点说明,公式左方的表示单位时间内电源提供的电能.理解了这一点,就容易理解上式的意义:电源提供的电能,一部分消耗在内阻上,其余部分输出到外电路中.
教学设计方案
闭合电路的欧姆定律
一、教学目标
1、在物理知识方面的要求:
(1)巩固产生恒定电流的条件;
(2)知道电动势是表征电源特性的物理量,它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.
(3)明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和.
(4)掌握闭合电路的欧姆定律,理解各物理量及公式的物理意义
(5)掌握路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律.
2、在物理方法上的要求:
(1)通过电动势等于电路上内、外电压之和的教学,使学生学会运用实验探索物理规律的方法.
(2)从能量和能量转化的角度理解电动势的物理意义.
(3)通过对路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律的讨论培养学生的推理能力.
(4)通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律,培养学生用多种方式分析
二、重点、难点分析
1、重点:
(1)电动势是表示电源特性的物理量
(2)闭合电路欧姆定律的内容;
(3)应用定律讨论路端电压、输出功率、电源效率随外电阻变化的规律.
2、难点:
(1)闭合回路中电源电动势等于电路上内、外电压之和.
(2)短路、断路特征
(3)应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系
三、教学过程设计
引入新课:
教师:同学们都知道,电荷的定向移动形成电流.那么,导体中形成电流的条件是什么呢?(学生答:导体两端有电势差.)
演示:将小灯泡接在充满电的电容器两端,会看到什么现象?(小灯泡闪亮一下就熄灭.)为什么会出现这种现象呢?
分析:当电容器充完电后,其上下两极板分别带上正负电荷,如图1所示,两板间形成电势差.当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后,电子就在电场力的作用下通过导线产生定向移动而形成电流,但这是一瞬间的电流.因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少,两极板间电势差也逐渐减少为零,所以电流减小为零,因此只有电场力的作用是不能形成持续电流的.
教师:为了形成持续的电源,必须有一种本质上完全不同于静电性的力,能够不断地分离正负电荷来补充两极板上减少的电荷.这才能使两极板保持恒定的电势差,从而在导线中维持恒定的电流,能够提供这种非静电力的装置叫电源.电源在维持恒定电流时,电源中的非静电力将不断做功,从而把已经流到低电势处的正电荷不断地送回到高电势处.使它的电势能增加.
板书:1、电源:电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置.它并不创造能量,也不创造电荷.例如:干电池是把化学能转化为电能,发电机是把机械能、核能等转化为电能的装置.
教师:电源能够不断地把其他形式的能量转变为电能,并且能够提供恒定的电压,那么不同的电源,两极间的电压相同吗?展示各种干电池(1号、2号、5号、7号),请几个同学观察电池上面写的规格,发现尽管电池的型号不同,但是都标有“1.5V”字样.我们把示教电压表直接接在干电池的两端进行测量,发现结果确实是1.5V.讲台上还摆放有手摇发电机、蓄电池、纽扣电池,它们两端的电压是否也是1.5V呢?(学生回答:不是)那么如何知道它们两端的电压呢?(学生:用电压表直接测量)·
结论:电源两极间的电压完全由电源本身的性质(如材料、工作方式等)决定,同种电池用电压表测量其两极间的电压是相同的,不同种类的电池用电压表测量其两极间的电压是不同的.为了表示电源本身的这种特性,物理学中引入了电动势的概念.
板书:2、电源电动势
教师:从上面的演示和分析可知,电源的电动势在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压.
板书:电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时其两极间的电压.
例如,各种型号的干电池的电动势都是1.5V.那么把一节1号电池接入电路中,它两极间的电压是否还是1.5V呢?用示教板演示
,电路如图所示,结论:开关闭合前,电压表示数是1.5V,开关闭合后,电压表示数变为1.4V.实验表明,电路中有了电流后,电源两极间的电压减少了.
教师:上面的实验中,开关闭合后,电源两极间的电压降为1.4V,那么减少的电压哪去了呢?用投影仪展示实验电路,介绍闭合电路可分为内、外电路两部分,电源内部的叫内电路,电源外部的叫外电路.接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压.在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压.我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系.
板书:3、内电压和外电压
教师:向学生介绍实验装置及电路连接方法,重点说明内电压的测量.实验中接通电键,移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小,由两个电压表读出若干组内、外电压和的值.再断开电键,由电压表测出电动势.分析实验结果可以发现什么规律呢?
学生:在误差许可的范围内,内、外电压之和等于电源电动势.
板书:在闭合电路中,电源的电动势等于内、外电压之和,即.
下面我们来分析在整个电路中电压、电流、电阻之间的关系.
教师:我们来做一个实验,电路图如图所示
观察电键S先后接通1和2时小灯泡的亮度.
结论:把开关拨到2后,发现小灯泡的亮度比刚才接3V的电源时还稍暗些.怎么解释这个实验现象呢?这就要用到我们将要学习的内容——闭合电路的欧姆定律.
板书:闭合电路的欧姆定律
教师:在图1所示电路图中,设电流为,根据欧姆定律,,,那么,电流强度,这就是闭合电路的欧姆定律.
板书:4、闭合电路的欧姆定律的内容:闭合电路中的电流强度和电源电动势成正比,和电路的内外电阻之和成反比.表达式为.
同学们从这个表达式可以看出,在电源恒定时,电路中的电流强度随电路的外电阻变化而变化;当外电路中的电阻是定值电阻时,电路中的电流强度和电源有关.
教师:同学们能否用闭合电路的欧姆定律来解释上一个实验现象呢?
学生:9V的电源如果内电阻很大,由闭合电路的欧姆定律可知,用它做电源,电路中的电流I可能较小;而电动势3V的电源内阻如果很小,电路中的电流可能比大,用这两个电源分别给相同的小灯泡供电,灯泡的亮度取决于,那么就出现了刚才的实验现象了.
教师:很好.一般电源的电动势和内电阻在短时间内可以认为是不变的.那么外电阻的变化,就会引起电路中电流的变化,继而引起路端电压、输出功率、电源效率等的变化.
几个重要推论
(1)路端电压随外电阻变化的规律
板书:5几个重要推论
(l)路端电压随外电阻变化的规律演示实验,图3所示电路,
4节1号电池和1个10Ω的定值电阻串联组成电源(因为通常电源内阻很小,的变化也很小,现象不明显)移动滑动变阻器的滑动片,观察电流表和电压表的示数是如何随变化?
教师:从实验出发,随着电阻的增大,电流逐渐减小,路端电压逐渐增大.大家能用闭合电路的欧姆定律来解释这个实验现象吗?
学生:因为变大,闭合电路的总电阻增大,根据闭合电路的欧姆定律,,电路中的总电流减小,又因为,则路端电压增大.
教师:正确.我们得出结论,路端电压随外电阻增大而增大,随外电阻减小而减小.一般认为电动势和内电阻在短时间内是不变的,初中我们认为电路两端电压是不变的,应该是有条件的,当无穷大时,0,外电路可视为断路,0,根据,则,即当外电路断开时,用电压表直接测量电源两极电压,数值等于电源的电动势;当减小为0时,电路可视为短路,为短路电流,路端电压.
板书5:路端电压随外电阻增大而增大,随外电阻减小而减小.断路时,∞,0,;短路时,,.
电路的路端电压与电流的关系可以用图像表示如下
(2)电源的输出功率随外电阻变化的规律.
教师:在纯电阻电路中,当用一个固定的电源(设、r是定值)向变化的外电阻供电时,输出的功率,
又因为,
所以,
当时,电源有最大的输出功率.我们可以画出输出功率随外电阻变化的图线,如图所示.
板书6:在纯电阻电路中,当用一个固定的电源(即、是定值)向变化的外电阻供电时,输出的功率有最大值.
教师:当输出功率最大时,电源的效率是否也最大呢?
板书7:电源的效率随外电阻变化的规律
教师:在电路中电源的总功率为,输出的功率为,内电路损耗的功率为,则电源的效率为,当变大,也变大.而当时,即输出功率最大时,电源的效率=50%.
板书8:电源的效率随外电阻的增大而增大.
四、讲解例题
五、总结
探究活动
1、调查各种不同电源的性能特点。
(包括电动势、内阻、能量转化情况、工作原理、可否充电)
2、考察目前对废旧电池的回收情况。
(1)化学电池的工作原理;
(2)废旧电池对环境的污染主要表现在哪些方面;
(3)当前社会对废旧电池的重视程度;
(4)废旧电池的回收由哪些主要的途径和利用方式;
[关键词]:欧姆定律;物理结论;表述;形成过程
中图分类号:G4
物理结论常用的表达方式有:文字叙述、数学语言表达、特定表示法,初中物理中以文字叙述最为常见。物理结论的表述要求科学、准确,同时必须注意结论的严密性和逻辑性。物理结论的形成通常建立在数据分析和因果关系分析,这两种关系的分析一般采用控制变量的研究方法,如果能知道一个现象的发生是由于某个原因引起的,又能从该现象和某原因之间所存在的数量关系中找出规律,只要把这两个方面概括起来进行描述,就很容易得出实验结论。下面结合欧姆定律的形成和理解,就同学们表述物理结论时出现的错误,谈谈物理结论的准确表述及形成过程。
欧姆定律这一基本规律,是初中电学知识的基础和重点,可以说它是解决电学问题的一把金钥匙。它揭示了电流、电压、电阻三者之间的定量关系,是利用控制变量法在实验的基础上归纳总结出来的。即控制电阻不变,得到通过导体中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,得到通过导体中的电流跟导体的电阻成反比。教材(北师大版九年级物理教材)中表述为: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。它的表达式为:,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,当导体两端的电压(U)或导体本身的电阻(R)变化时,通过导体的电流(I)将发生相应的变化。其中电流(I)、电压(U)、电阻(R) 这三个物理量必须是对应于同一导体(或同一段电路)在同一时刻(或同一段时间),也可以说是"一一对应"的,即应用欧姆定律时,必须讲究同一性和同时性。用它进行计算时,带入数据的单位必须统一为国际单位。另外,它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。若导体本身的电阻(R)不为零,两端的电压(U)为零,则通过导体的电流(I)也为零,也就是,给一导体两端不加电压,就没有电流通过;若导体是绝缘体电阻(R)可为无穷大,即使它的两端有电压(U),通过导体的电流(I)也为零,电流无法通过。
而通过欧姆定律得到的变形式表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比是一个不变的值,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,是表示导体对电流阻碍作用的本领大小,其大小只决定于导体的材料、长度、横截面积和温度,跟导体两端的电压和导体中有无电流无关,不能受数学的思维定势影响。
例题:某同学在做"探究通过导体的电流与电阻的关系"的实验中,收集了一些实验数据如下表,由表内数据可得的结论是:___________。【电压U=3V】
电流I/A
0.3
0.2
0.1
电阻R/Ω
10
15
30
【错误结论之一】当导体两端的电压一定时,导体的电阻跟通过导体的电流成反比。
【病因】颠倒因果关系,犯逻辑错误
【分析 】原因和结果,在物理实验中,通常表现为物理条件和现象,物理条件是原因,物理现象是结果,物理条件的改变引起了物理现象的变化。因此要归纳科学规律,一方面要关注物理条件改变与物理现象变化之间的联系,另一方面还要注意两个物理量的因果关系,不能前后颠倒。由于通过导体的电流跟导体两端的电压和导体的电阻这两个因素有关,因此本实验探究通过导体的电流跟电阻的关系的方法是:保持导体两端电压不变,通过改变导体的电阻,来观察电流的变化情况。电阻的变化是原因,电流的变化是结果。因此,表述这类问题必须首先明确"那是因、哪是果"。
【错误结论之二】当导体两端的电压一定时,导体的电阻越大,导体中的电流就越小。或者,当导体两端的电压一定时,导体的电阻随导体中的电流的增大而减小。
【病因】混淆定量描述与定性分析
【分析】从表中电流、电阻的实验数据的规律表明:当导体两端的电压一定时,导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。两个物理量之间存在反比关系,属于定量关系,上述错误却表达为×××随×××的增大而减小,属于定性关系,不准确。
【错误结论之三】导体中的电流跟导体的电阻成反比。
【病因】注重结果,忽视条件
【分析】物理结论都有其成立的条件,表达时如果忽视了成立的条件,就是不准确的,甚至是错误的,这类问题常常用控制变量探究问题,分析实验数据时,要分清哪个因素是自变量(引起实验结果变化的原因),哪个因素是因变量(实验结果,其变化是由其它因素的变化引起的),哪个因素是不变量(包括相等的量),最后得出正确结论,其格式一般为"在......不变(或相等)的情况下(条件) ......(结果)"
本人在长期的教学实践中总结出,物理结论的形成一般分为以下四步:
(1)、抓问题。就是通过审题弄清要研究的问题,即研究对象。也就是说首先明确被研究量及相关的各个因素。上述问题研究的是通过导体的电流跟导体的电阻的关系。
(2)、找条件。确定结论成立的条件,即找出题目中给出的条件或控制哪些量不变。上述题目中给出导体两端的电压不变。
(3)、论关系。利用题目中的数据或现象分析物理量之间的变化关系或规律,同时明确物理量之间的因果关系。从表中电流、电阻的数据变化中可以发现:导体的电阻增大为原来的几倍,导体中的电流就减小为原来的几分之一。也就是说通过导体的电流跟导体的电阻成反比。
关键词:理论知识与技能训练一体化;学生分组;实验报告
中图分类号:712?摇 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)05-0220-02
电工技能实验课的教学目的在于培养学生的基本操作技能,开发学生的探究能力、思维能力和创新能力;课堂上要求学生根据实验目的设计实验电路,选择仪表,确定实验步骤,测取实验数据,并能对数据进行分析研究,总结结论。本文以验证欧姆定律的内容为例,浅析采用理论知识与技能训练一体化上好电工技能实验课的教学方法。
一、预习
在准备过程中,带领学生复习欧姆定律的内容,设定本次实验目的、方法和步骤,明确实验过程中应注意的问题,并按照实验目的设计记录数据用的表格。同时根据实验内容设置若干探究、扩展认知的问题,用于开拓学生思维,有利于实验的顺利进行。
例如欧姆定律的实验目的是验证电压U、电流I和电阻R三者之间的关系,即电阻R的伏安特性。导体中的电流I与导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比,公式I=U/R。在准备过程中,设置问题为:某同学认为,由公式R=U/I可知,在一段导体上所加的电压越大,这段电阻就越大,这种认识对吗?为什么?
二、实验的过程
为了提高实验的效率,保证实验安全,有序的进行,实验过程按以下步骤进行:
1.学生分组。实验以小组为单位进行,每组4人,明确每个人在实验过程中接线、控制负载、调节电压或电流、记录实验数据等分工工作,在时间允许情况下,调换组员的分工,重复实验。
2.选择器材。实验时领用实验元器件和仪表,熟悉它们的参数、结构、功能和注意事项等,这些能帮助学生构建电路,分析原理,进行实验。
如欧姆定律实验用到的元器件和仪表包括:直流稳压电源1台、直流电压表(0~15V~30V)1只、直流电流表(0~2.5A~5A)1只、单刀单掷开关1个、万用表一只、电阻若干。其中电源的输出电压是可以调节的,调整范围(0~10V);电压表与电阻R并联,用来测量被测电阻R两端的电压;电流表与电阻R串联,用来测量被测电阻R中流过的电流。仪表在测量的过程中应放置最大量程上,观察指针的摆动情况,指针的摆动的幅度不能太小,也不能满偏超过量程。
3.按图接线,通电观察。接线必须在切断电源的情况下进行。依据(图1)电路图,把元器件连接好。接线过程中力求简单,在完成电路功能的情况下,导线用得尽可能少;同时为了查找线路方便,每根功能相同或相近的线路可用颜色相同的导线和插头,也可以用套管给每根线加上编号。
接线完成后,经指导教师检查线路无误后,方可接通电源。改变直流稳压电源的输出值,学生如实记录各仪表的数值填入表中。实验中,人体不能接触带电线路。
4.整理数据和器材。在实验前学生应该根据公式计算所测数据值。变换输入信号的大小,如实记录各个仪表读数。多测几组数据,求出平均值。各组所测的数据可能有存在误差,但总的变化趋势是一定的(图2)。
根据上表的数据,以电压U为横坐标,电流I为纵坐标,表示电阻R的U/I关系的曲线,称为伏安特性曲线。由于在实验中,我们用到的是阻值不变的电阻元件,其伏安特性是线性的。通过发现可以看出,当稳压电源输出9V、7V、5V时,电阻R=50Ω测出的电流值也是按一定规律变化,与我们用欧姆定律计算出来的值基本一致。
实验完毕后,切断电源,学生将所测数据交给指导教师审阅,经老师认可后拆线,把所有的元器件、仪表等整理好,放在指定位置处。
三、设置问题
在学生完成实验后,可以根据实验设计思考题,增强学生对实验的认识和理解。使学生做到理论联系实际,提高学生运用知识的能力,达到实验课的教学目的。
四、实验报告
实验报告是根据实验目的,电路图的工作原理、测取的数据及实验中观察和发现的问题,经过分析研究后写出对的实验结论。实验报告应包括以下内容:
1.实验名称、专业、班级、姓名和实验日期等。
2.列出实验中所用元器件的名称及编号、实验时的电路图、仪表及其仪表量程。
3.以表格的形式对数据进行整理和计算。
21世纪是高新科技、信息革命和经济迅猛发展的新时期,国家之间经济的竞争是科技的竞争,科技的竞争是人才的竞争。目前,摆在教育工作者面前最紧迫的任务是:如何转变教育观念,改进教学方法,为21世纪大面积培养具有较高的思想素质和文化素质、健康的身体素持和心理素质、较强的劳动技能等综合型人才及各种类型人才。跨世纪的物理教师,必须抓住时机,深入研究,在教学实践中大胆实验,充分发挥物理学科的自身优势,在实施素质教育的主渠道——课堂教学上不断创新,创造出物理学科的教学特色,履行自己的职责。
一、转变观念,树立正确的人才观和素质观。
几十年来,应试教育重知识的教学而轻能力的培养。人们一直把学习成绩的好坏视为人才的标准,限制了学生多方面能力的发展,扼杀了众多人才。今天,作为面向基础教育的教师应树立全新的思想,去指导教学实践。首先要有正确的人才观,要从一个人的整体素质和社会需要来评价、衡量人才。我们的社会,不仅需要科学家、艺术家、专家、学者,而且需要更多的普通专业技术人员和普通劳动者。学习成绩好的能考上大学的是人才,学习成绩不太好但有较强组织能力、活动能力、操作能力的学生同样是人才。大企业的经理是人才,个体老板也是人才。只要有一技之长,能对社会作贡献的人都 是人才。其次要树立正确的素质观。我国有十几亿人口,仅靠培养少数人为目标的“天才教育”或“精英教育”是无法使中华民族永远屹立于世界民族之林的。只有全面推进素质教育,提高全民族的素质,才能把人口的包袱转化为人才的优势,也才能在当今的经济竞争和综合国力的竞争中以足够的人才优势稳操胜券。因此,我们的教学必须面向 全体学生,教会他们求知,教会他们做人。
二、优化教学过程,把素质教育的培养目标落实到课堂教学中。
1、从实际出发,优化教学目标。
制定教学目标,应以现代教育思想为指导,全面领会素质教育的要求,依据教学大纲、教材内容,结合本样教学实际和学生实际综合考虑,既要确定长远的教学目标,又要确定每节课的具体目标;既要确定基础素质的群体培养目标,又要确定较高素质的个体培养目标;既要有知识教学目标,又要有方法指导和能力培养目标。使学生学到的不仅是物理知识本身,而且更重要的是学习物理的方法,研究物理的能力,探索自然的志向,献身科学的精神。
例如:关于沪科版初中物理教材第二册中“欧姆定律”的教学,我们依据大纲和编者意图,补充和调整了教参上拟定的教学目标。调整后的目标是:(1)知道“分离变量法”是探索物理规律的一种基本方法;知道列表对比法是分析实验数据、归纳实验结论的基本方法之一;(2)理解欧姆定律的内容、公式及其变换式的物理意义,会用欧姆定律分析、解决简单电路的有关问题;(3)培养学生实验操作能力、分析思考能力和总结概括能力。因为在教学过程中,指导学生亲自参与整个实验研究过程和数据分析过程,不仅能理解实验结论和定律的内容,而且知道结论和定律是如何得出的,在得出结论时用了什么样的方法和手段,在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的。归纳得出欧姆定律后,再引导学生反复讨论记录表格中的实验数据,把每一组U/I的值与导体的电阻值相比较,自然使学生明白了变形公式R=U/I的物理意义。应用欧姆定律解简单电路的有关问题,不是本节内容的重点,只要引导学生讨论一、二个例题即可。可见,这样的教学才能揭示物理学的研究方法和学法,才能让学生沿着科学家发现物理规律的历史足迹体会科学家的思维方法。
2、科学使用教材,优化教学内容。
教材是教学之本,是连接教与学、知识与方法、能力与发展的纽带。现有初中物理教材较老教材有了较大的进步,虽然增大了实验容量,但大部分是教师演示实验,学生分组实验较少。学生学到的知识不能适应高速发展的当今社会。这就要求教师不断学习现代教育教学理论,充分运用自己的聪明才智,调动自己的知识积累,站在科学方法论的高度,研究教材、把握教材、使用教材,优化教学内容。
优化教学内容,必须依据学生的身心特点和知识发展水平以及未来社会的需要,做到:(1)对教材中某些教学内容进行适当调整和补充,使之更适合学生学习和社会需要。如:在伏安法测电阻的实验教学中,教师引导学生选择实验器材、设计实验电路,完成课本规定的实验内容后,提出新的问题:在上述实验中若只允许你使用电压表(或电流表),实验能否进行?需要补充什么辅助器材?教师作适当点拨,让学生充分思考、酝酿、讨论,设计实验方案,进一步进行实验,使伏安法测电阻的实验原理和思想在学生头脑中得到进一步理解和升华。同进,引导优生对实验进行误差分析,并进行补尝讨论,培养尖子生的综合实验素质。另外,电学中影响电阻大小的因素、欧姆定律、电磁感应、影响电功大小的因素等演示实验,都可以大胆地必为学生实验、教师适当指导,让学生自己操作,自己观察、分析实验现象,自己归纳实验结论。不仅能掌握知识和规律的内容,还能知道知识的来龙去脉,学会研究方法。 (2)精选教学素材,真正把溶于教材中的思想观点、方法内容、智力价值和精神素养挖掘出来,展示给学生。举例讲解更要贴近学生生活实际,激发学生情感,启迪学生智慧。如牛顿第一定律、机械能的转化与守恒、电阻的教学中,都应渗透“内因与外因”的辨证关系;惯性和摩擦力的教学应渗透“一分为二”的辩证思想教育。
3、摆正角色位置,优化教学程序。