时间:2023-07-14 17:35:28
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篇欧姆定律的结论,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。

欧姆定律在初中物理电学知识体系中占有极其重要的地位。作为一个实验定律,它的得出依赖于实验探究。初中阶段对欧姆定律的探究主要是针对部分导体的欧姆定律。
苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节,在探究欧姆定律之前,学生已经学习的电学内容有:初始家用电器和电路,电路连接的基本方式(串并联电路的认识),电流和与电流表的使用,电压和电压表的使用,电阻,变阻器。通过这些内容的学习,学生已经知道改变电流大小的两种方法:1. 改变电路中的电源电压;2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础,进行欧姆定律的探究学习。
教学过程中,按照教科书上实验电路图,采用控制变量的方法,根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。
问题1:“移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻,可以改变电路中的电流,但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢?”
问题2:“调节变阻器,使电阻R两端电压改变,为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R两端的电压不变呢?”
分析:学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比,从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看,正是因为有了电压,才会有电流的产生。
而在本书欧姆定律的探究实验中,二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小,利用欧姆定律的原理,从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象:“电阻改变电流,电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置,认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前,根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中,有学生对于这个的实验做出了错误的总结:在电阻一定时,电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导,必须加以改进。
本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。
虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单,但产生的负面影响是巨大的,导致了学生知识认知逻辑上的混乱,迷惑,弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器:
电阻不变时,探究电流与电压的关系的实验中,完全可以舍去滑动变阻器,直接把电阻接入电路,通过直接改变电源电压的方法来进行实验。
电压不变时,探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后,通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻,就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化(外电路电阻变大路端电压也变大),而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段,由于电池的内阻不作要求,因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。
综上分析,本人设计这样的探究实验:
实验器材:学生电源,电阻箱(或若干已知阻值电阻),电压表,电流表,导线,开关
实验步骤:按实物图连接好电路:
实验一,先保持电阻R不变,通过调节学生电源的输出电压(电压取值要小),研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验二,保持学生电源输出电压不变,调节电阻箱的阻值,研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验总结:将两方面结论综合,归纳出欧姆定律。
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.
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:
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
关键词: 初中物理教学 综合素质 物理教师
新时期国家之间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,为新世纪大面积培养具有较高思想素质和文化素质、健康身体素质和心理素质、较强的劳动技能的综合型人才及各种类型人才,下面谈谈物理教师的综合素质。
一、转变观念,树立正确的人才观和素质观
传统教育重知识的教学轻能力的培养,一直把学习成绩作为对人才的标准,限制了学生多方面能力的发展,扼杀了众多人才。今天,面向基础教育的教师应以全新的思想指导教学实践,首先要树立正确的人才观,从整体素质和社会需要评价、衡量人才。我们的社会不仅需要科学家、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、操作能力的同样是人才。只要有一技之长,能对社会作贡献的人就是人才。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,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,教学必须面向全体学生,教会他们求知,教会他们做人。
二、在物理课教学中树立科学思维的意识
初中物理中的“欧姆定律”的教学,依据大纲和编者的意图,补充和调整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)培养学生的实验操作能力、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,自然使学生明白变形公式R=U/I的物理意义。应用欧姆定律解答简单电路的有关问题不是本节内容的重点,只要引导学生讨论一两个例题即可。这样的教学才能揭示物理的研究方法和学法,才能让学生沿着科学家发现物理规律的足迹体会科学的思维方法。
三、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。现有的初中物理教材有了较大的进步,虽增大了实验容量,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,丰富自己的知识积累,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及未来社会的需要,做到:一是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,教师要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,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。同理,引导学优生对实验进行误差分析,并进行补偿讨论,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,都可以大胆地作为学生实验、教师适当指导,让学生自己操作、观察、分析实验现象,自己归纳实验结论。这样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。二是精选教学素材,真正把融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的生活实际,激发学生的情感,开发学生的智慧。如在牛顿第一定律、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辩证关系。
四、物理教师要善于转化薄弱学科的学生
教师可以进行问卷调查,综合起来物理薄弱成绩差异主要体现在:
1.学生层面分析存在的问题。(1)学生学习兴趣不浓厚,始终认为物理学科不重要。(2)学生学习习惯差,上课听讲效率不高,不能当堂掌握所学知识,课下又不能训练巩固,致使知识的负积累越来越多。(3)没有养成良好的思维习惯,对物理的学习,其实就是一种思维习惯的培养。但学生课上不按老师的思路进行思考,慢慢地和教师的思维逐渐脱节,难以养成良好的思维习惯。(4)学生基础知识掌握不牢固,运用知识解决问题的能力较差。
2.教师层面分析存在的主要问题。(1)对学生不熟悉,只关注部分成绩好的学生和个别成绩差的学生,对中间学生的关注不够,致使有很多有潜力的学生没有被发现。(2)由于赶进度,课上提问力度不够。(3)课堂效率低,有的知识不能做到堂堂清,对学生扩展和兴趣方面的知识关注多,忽视最根本的基础知识和基本技能。课堂练习量小,能力提升靠课下作业。(4)学优生培养力度不够,且作业检查力度不到位。
总之,要通过各种形式加强物理学科的教与学,努力提高学生的学习成绩,增强学生学习物理的自信心。
1 知识目标
1.1 知道电动势的定义.
1.2 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。
1.3 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。
1.4 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。
1.5 理解闭合电路的功率表达式。
1.6 理解闭合电路中能量转化的情况。
2 能力目标
2.1 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。
2.2 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。
2.3 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。
3 情感目标
3.1 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。
3.2 通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系。
3.3 通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想。
3.4 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
1 教育目标
1.1 知识教学点
1.1.1 初步了解电动势的物理意义。
1.1.2 了解电动势与内外电压的关系。
1.1.3 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。
1.1.4 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。
1.1.5 理解闭合电路的功率表达式,理解闭合电路中能量的转化。
1.2 能力训练点
通过用公式、图像分析外电压随外电阻变化而变化的规律,培养学生用多种方法分析问题的能力。
1.3 德育渗透点[来源:高考资源网]
1.3.1 通过外电阻的改变而引起I、U变化的深入分析,树立事物之间存在普遍的相互联系的观点。
1.3.2 通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒的思想。
2 重点、难点、疑点及解决办法
2.1 重点
①正确理解电动势的物理意义。[来源:高考资源网]
②对闭合电路欧姆定律的理解和应用。
2.2 难点
路端电压、电流随外电阻变化规律。
2.3 疑点
路端电压变化的原因(内因、外因)。
2.4 解决办法
制作多媒体课件,采用类比分析、动态画面、图像等帮助同学增强感性认识,逐步了解电动势的含义,推导闭合电路欧姆定律公式,分析各项的意义,使学生有初步整体感知,精选运用闭合电路欧姆定律分析路端电压随外电阻改变而改变的规律的典型例题,结合图像分析突破难点。
3 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。
4 课时安排[来源:高考资源网][来源:高考资源网]
1课时
5 教具学具准备
不同型号的干电池若干、小灯泡(3.8V)、电容器一个、纽扣电池若干、手摇发电机一台、可调高内阻蓄电池一个、电路示教板一块、示教电压表(0~2.5V)两台、10Ω定值电阻一个、滑线变阻器(0~50Ω)一只、开关、导线若干。
6 学生活动设计
学生观察、动手测电源电动势,并边观察边思考,逐步推导闭合电路欧姆定律,在教师的启发下逐渐理解公式含义,引导学生用公式法和图像法去分析同一问题。
7 教学过程
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:将小灯泡接在充电后的电容器两端,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,电子就在电场力作用下沿导线定向移动形成电流,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小为零,所以电流减小为零,因此要得到持续的电流,就必须有持续的电势差。
教师:能够产生持续电势差的装置就是电源。那么,如何描述电源的特性?电源接入电路,组成闭合电路,闭合电路中的电流有什么规律呢?这节课我们就来学习闭合电路欧姆定律。
8 板书设计
8.1 电源电动势:等于电源没有接入电路时两极间的电压。
8.2 闭合电路欧姆定律。
闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。
8.3 路端电压跟负载的关系。
路端电压随外电阻增大而增大。
【关键词】电路电动机纯电阻与非纯电阻
电流通过纯电阻与非纯电阻时的能量转化关系,是高中物理直流电路部分的重点知识,但由于很多同学不能够正确区分纯电阻与非纯电阻,导致很多问题的分析出现问题,本人结合教学过程中的实际情况,以电动机为例,较好的解决了纯电阻与非纯电阻中应用中的区别与联系。
一、设计的几个实验分析:
当电流通过电动机的过程中,消耗电能,同时会产生其他形式的能,这个能量转化的过程就是电流做功的过程,即电功W=IUt。而电流通过线圈时会产生焦耳热,Q=I2Rt,那么,Q与W相等吗?
解决方案:假设Q=W,将推导出I=U/R,即欧姆定律,而欧姆定律是有它的适用条件的。
分析:欧姆定律有它的适用条件,电流消耗的电能全部转化为内能,此时电功等于电热。所以,欧姆定律适用的电路叫做纯电阻电路;欧姆定律不适用的电路叫做非纯电阻电路。
实验1:探究电动机在不转动的状态下,电压、电流和电阻的关系有何特点。
实验2:探究电动机在转动的状态下,电压、电流和电阻的关系有何特点。
通过具体的实验让学生清晰的辨别纯电阻电路与非纯电阻电路。
实验3:进一步探究电动机在不转动的状态下,电压、电流和热功率、总功率的关系。
实验结论:电流通过纯电阻时,热功率在总功率中所占比值很高。在误差允许的情况下,纯电阻电路产生的电热近似等于消耗的电功,即W=Q.
实验4:进一步探究电动机在转动的状态下,电压、电流和热功率、总功率的关系。
实验结论:电流通过非纯电阻时,热功率在总功率中所占比值较小。从能量守恒的角度去考虑,W=Q+E,即电动机消耗的电能等于产生的热量及产生的机械能的总和。
二、大思路
含电动机的电路由于涉及电能转化为机械能,电动机正常工作的电压电流关系不再满足,我们需要从能量守恒的角度去研究。
电动机正常工作时的输入功率(即电动机消耗的总功率)一部分转化为电热,一部分转化为机械能输出。根据能量守恒:
P输入+P热=P输出
1.求电动机两端的电压U
2.求流过电动机的电流I
3.求电动机的内阻r
4.求电动机输入功率P输入,用电功率公式P=IU计算
5.求电动机内阻消耗的电热功率P热,根据焦耳定律求出P热=I2r
注意:4、5中的两个公式不能使用纯电阻电路中的其他变形。
6求出P输入、P热之后,不难求出P输出
举一反三,如果已知P输入、P热、P输出中的任意两个,则另一个可以通过解能量守恒方程求出。
三、例题分析:
例:一台电风扇,内阻为20Ω,接上220V电压后,消耗功率66W,问:
(1)电风扇正常工作时通过电动机的电流是多少?
(2)电风扇正常工作时转化为机械能的功率是多少?转化为内能的功率是多少?电动机的效率是多少?
(3)如果接上电源后,电风扇的风叶被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流,以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
分析(1)因为P入=IU
所以I=PUA=0.3A
(2)电风扇正常工作时转化为内能的功率
P内=I2R=0.32×20W=1.8W
电风扇正常工作时转化为机械能的功率
P机=P入-P内=66W-1.8W=64.2W
电风扇正常工作时的效率
η=64.266×100%=97.3%
(3)电风扇风叶被卡住后电动机不转时可视为纯电阻,通过电风扇的电流
I=UR=22020A=11A
电动机消耗的电功率
P=IU=11×220W=2420W
电动机发热功率
P内=I2R=112×20W=2420W
关键词:伏安法;欧姆定律;误差
中图分类号:TP311 文献标识码:A 文章编号:1009-3044(2017)07-0240-02
伏安法测电阻一直以来都是中学物理中非常重要的一个电学实验,同时也是整个中学物理中电学实验的基础,所以有必要掌握伏安法测电阻这个实验的具体设计和思想,以及对实验误差的处理方法,这可以更好地帮助我们更好地学习以后的电学实验。
1实验原理
伏安法测电阻的实验原理是欧姆定律,测出未知电阻两端的电压U和通过它的电流I,将欧姆定律的公式变为(R=U/D,便得到未知电阻的阻值。因电压单位:伏特,电流单位:安培,故名为伏安法。根据电流表与电压表的连接方式不同,存在两种测量方法:外接法和内接法。下图中,甲为电流表内接电路图,乙为电流表外接电路图。
2方法探究
一般情况下需要判断测量的数据是内接法还是外接法所得,在此简单探究两种方法如下:
1)触法:
当电压表接A点测得一组(UA、IA);接B点测得分别一组(UB、IB)。由此可得如下结论:
若(UR-UA)/UA>(IA-IB)/m,
则选择A接点,即外接法;
若(UB-UA)/UA
则选择B接点,即内接法。
当RV/RV>RX/RA或RX2>RVRA,电流表需内接,
当RY/RY
根据上述方法可以知道不论选取怎样的接法需根据具体情况而定。值得指出的是,内接法测量的电阻值大于真实值;外接法测量的电阻值小于真实值。
此外在实验步骤上也应注意:在连接电路的时候,应先将开关断开并移到滑动变阻器的滑片,使阻值达到最大;测量时闭合开关,调节滑动变阻器,读出电压表和电流表的示数。为使结果更加准确,需多次测量几组不同的数据,计算出每次测得的电阻值,最后取电阻的平均值。在这里测量多组数据中滑动变阻器就起到了至关重要的作用,通过分压作用,改变被测电阻两端电压,从而改变电路中的电流,多次测量,得到多组电阻值。此外,滑动变阻器也将起到限流作用,防止连接电路时,电阻短路,起到保护电路的作用。实验中需要注意针对具体电路首先判断采用的是外接法还是内接法,注意选择合适得量程,还有就是不要长时间通电,防止因温度变化影响电阻的测量值。
3误差分析
实际情况下,由于电压表和电流表自身有内阻,在数据处理过程中,往往要将其考虑进去。那么在做实验时,如何减少实验误差,则是我们应该注意的。对于减小实验误差的方法,通常情况下以还原法,补偿法为主。法,分别消除电流表的分压和电压表的分流作用。如上图,为还原电压法电路图。将开关K1闭合,开关K2接1,分别读出电流表的读数为I,电压表的读数为V;然后使开关K2接2,移到滑动变阻器的滑片,保持电压表的电压不变,然后记录电流表的读数分别为I1,I2;那么电流表的分得的电流为I1-I2,所以Rx的准确电流即I-(I1-I2),则:
这种方法是利用还原电压法来减小所测量的电阻的实验误差。
接下来看还原电流法的具体操作,同样,开关闭合,断开,读取电压表和电流表的读数V和I;保持墨闭合,将K2闭合,改变滑动变阻器的阻值,使电流表I保持不变,然后读出两电压表示数为V1、V2,最后得出电流表的分得的电压为V1-V2,所以R的准确电压为V-(V1-V2),则:
改变滑动变阻器的阻值使电流表电流I(即还原的电流)不变,此时电压也保持不变,这就是操作还原电流法的步骤。通过上述电流还原法和电压还原法的操作,我们都可以达到减小实验误差的作用。
补偿法也可以在伏安法测电阻实验中达到减小实验测量误差的目的。补偿法是通过补偿电流和电压,消除电流表和电压表的内阻,从而提高被测电阻的准确性的一种方法。为了进一步减少电表内阻带来的误差,常常利用补偿法改进实验。补偿法专门针对电流表外接和内接中存在的不足,实验测得的电流和电压都是真实值,而减小因系统带来的误差。对于减小伏安法测电阻这一实验的误差方法有很多,比如:电桥法、串联电阻法、并联电阻法等等,这里不再一一阐述。
1背景分析
1.1教材
不同版本的教材对这部分内容的处理方法有所差异,有的从非静电力做功的角度引入,也有的直接从电势升降的角度给出结论.笔者以教科版教材为基础,借鉴人教版教材的一些思路,以问题为线索,重新调整了教学顺序――先介绍电源的内阻,然后通过定量实验探究得到闭合电路的欧姆定律,最后再分析电动势的物理意义.
1.2学情
学生在初中已学过部分电路的欧姆定律,普遍认为电源提供的电压是不变的,也不知道电源有内阻,要打破这个思维定势,仅靠抽象的理论推导是不够的,应尽可能通过实验做到“眼见为实”,让学生真正信服.
2问题设计
问题1如图1,将小灯泡分别接到两节电池和三节电池的两端,猜一猜哪种情况更亮?
设计意图学生们根据初中所学的电学知识,很容易想到两节干电池提供的电压为3.0 V,而三节干电池提供的电压为4.5 V,肯定是接到三节电池上时灯泡更亮.教师在准备时,左侧可用两节新电池,右侧用三节旧电池,让小灯泡接到右侧时反而更暗一些,引导学生思考既然是相同的小灯泡,那么问题应该出在电源上,从而顺势引入外电路、内电路以及电源内阻的概念.这个设计可以激起学生的认知冲突,迅速把学生的注意力吸引到教学内容上来.
问题2依次闭合S1、S2、S3,观察小灯泡L的亮度变化,并阐述原因.
设计意图在初中时,学生们都认为电源提供的电压是不变的,所以即便多并联几盏灯泡,也不会影响到L的亮度,但实验中他们看到的却是L越来越暗,这是又一次思维上的冲突,此时可以让学生讨论现象背后的原因,由于有问题1的铺垫,学生们很容易想到从串联分压的角度来解释L变暗的原因.教师结合问题1,最后做一个归纳:灯泡的亮暗既与电源有关,又与外电路有关,这里面到底满足什么定量规律呢?从而顺势引入本节课的主题――闭合电路的欧姆定律.
问题3外电路以及内电路上电势的降落之和与“可乐电池”正负两极附近电势的上升之和有什么关系?
设计意图在教科版的教材上,焦耳定律放在了本节内容的后面,故暂时还不能用能量守恒定律的方法进行理论推导,只能从电势升降的角度进行探究.为了使实验尽可能精确,笔者用了四个电压传感器分别测量外电压U1、内电压U2,正极附近电势上升的值U3、负极附近电势上升的值U4.将电键闭合后,增大变阻器R,U1增大,U2减小,但是U3和U4基本保持不变,让学生对比U1+U2和U3+U4,很容易得出U1+U2=U3+U4的结论,接着很自然地就可以引出电动势E的概念,电动势即正负两极附近电势上升的值之和,即E=U3+U4.为了让学生能更清楚地认识到闭合电路中电势的变化情况,还可以用以下两幅图加深理解.
最后,假定外电路是纯电阻电路,经过简单的理论推导后,即可得到闭合电路的欧姆定律I=ER+r,整个过程非常自然,一点没有突兀的感觉.
问题4如果外电路出现了短路或者断路的情况,电路中电势的升降情况会如何?
设计意图这两种特殊情况,如果用理论推导的方式去讲解,略显枯燥,借助于问题4中的思路,则非常好理解.在短路情况下,电势的升降全部发生在电源内部,而在断路情况下,外电压Uab就等于电动势,这也是我们用电压表粗测电源电动势的依据.
问题5请用闭合电路的欧姆定律解释问题1和问题2中出现的现象.
设计意图学以致用是师生们共同的追求,在一开始回答问题1和问题2时,学生们多半是连蒙带猜的,并没有十足的把握,现在回过头来重新审视这两个问题,应该底气十足了.正是因为电源有内阻,导致外电压并不等于电动势,教师可在电源两端并联上电压传感器,学生就可以非常清楚地看到接上灯泡后,问题1中的U2
问题6我们常说一节干电池的电压是1.5 V,这种说法对吗?
设计意图通过问题5的分析,学生们非常直观地看到外电压一般是小于电动势的,少掉的那部分是内电压,电动势应等于内外电压之和,或者等于正负极附近上升的电势之和.为了进一步加深学生对电动势E的认识,教师还可以从非静电力做功的角度作进一步阐述,让学生知道电动势E的值等于电源把1C正电荷从它的负极搬运到正极的过程中,非静电力所做功,即E=W非/q.
关键词:电学;难学;难教;以生为本
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)2-0021-5
1 前 言
初中电学作为物理学的起始学习知识,难学、难教已成为广大师生的共识。学生从心理上畏惧,教师也感到头疼。苏科版物理教材相比较其他版本的教材,将电学放在初三的第13章到第16章,而不是在初二学习。虽然说初三的学生在智力、心理等各方面都有了极大的发展,但是大部分教师对于如何快速让学生跨入电学的大门,学好初中电学,为后续的高中学习打下坚实的基础,还是感到力不从心,收效甚微[1]。本文以相关教学案例,探究初中电学难学、难教的原因,并提出自己的一些建议。
2 教学案例分析
2.1 用电器被短路,“强扭的瓜不甜”
案例1 苏科版九下第13章的第一节“被短路现象”的教学(如图1)。
教师:请同学们注意观察,如果老师将一根导线接在这个正在发光的灯泡两端,会出现什么现象?
学生:灯泡不亮了。
教师:为什么灯泡不亮了?
学生猜想。
教师:电流不经过灯泡,从正极出发,直接回到了电源负极。
评析 由于电流本身是抽象的,对初中生来说很神秘,学生很难感知电流的流动路径。小灯泡被短路的实验中,学生只看到灯泡不亮了,学生虽然也猜想了,但对电流流动路径的认识是基于老师的说教,单调刻板,无法心服口服。造成了电学的入门困难,这也打击了学生学习电学的信心,不利于后续的学习。
建议 学生在学完第二节电路连接的基本方式之后,已经了解了串、并联电路的电流流动路径,对电流已经有了一定的认识。如果将用电器被短路的现象放在本节研究,将会减轻学生的学习难度。如图2,由学生亲自动手将三只灯泡组成一个串联电路,然后教师引导学生:如果将一根导线并联在任意一只灯泡两端,会看到什么现象?学生会看到被并联的灯泡不亮了。灯泡不亮的结果是学生自己实验发现的。学生自然对实验现象没有怀疑,主动去猜想“为什么灯泡不亮了”。教师再展示flash课件,模拟演示电流路径。比如,理解记忆灯泡被短路现象:把用电器比喻为消耗电能的“老虎”,电流比喻为我们,如果我们经过“老虎”,就会被“吃掉”,学生恍然大悟,电流当然不经过小灯泡了!
2.2 用电压表测电压的方法不清楚
案例2 苏科版电压表使用的教学过程。
教师:请同学们自学完成信息快递“使用电压表的注意事项”。
教师:电压表如何接入电路的?
学生:并联。
教师:哪位同学给大家演示一下。
学生演示电压表的接法。教师演示电压表反接实验。
教师:你看到了什么现象?
学生:指针反偏。
教师:如果把电压表直接接在电源两端,可以吗?
学生:可以。
评析 教师的授课确已完成了教材中电压表使用的基本教学要求,但没有总结出电压表使用的更深层次的方法。一旦电压表的两个接线柱所接位置改变,学生可能会看不懂电压表测的是哪个用电器两端的电压。将电压表接在电源两极,也只是看到了电压表没有损坏,教师没有引导学生思考:为什么电压表示数接近电源电压。学生由于缺少动手实验的机会,直接解决复杂问题的能力仍然没有形成,需要教师在习题课中反复练习。貌似新课改,实际上还是走的应试教育的老路。并没有有效地培养学生的物理实验探究能力,只是把学生当作学习的机器,为考试而学习。
建议 电压表教学中多给学生布置有阶梯的实验任务。如图3,首先测量简单电路中灯泡L1两端的电压,然后将电压表的接线柱由位置A改接到位置C。观察电压表指针的偏转情况,明白电压表不可反接的原因。再例如:2014年江苏宿迁中考试题的第9题(如图4所示),将电压表左边的负接柱沿着导线移动到L2的左边,电压表右边的正接线柱沿着导线移动到L2的右边,这样电压表的两个接线柱就是并联接在了L2的两端,测L2两端的电压。注意:移动只能沿着导线移动,不可越过电源和用电器。
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图3 学生实验任务电路图 图4 题图
2.3 运用类比建构电阻概念
案例3 电阻的教学,教材是通过直接给出概念,介绍电阻表示符号R和单位欧姆(Ω)。然后,教师要求学生按照影响电阻的因素(材料、长度、粗细)分组研究。温度对电阻的影响只通过“白炽灯不通电时的电阻大约为100欧,而通电时电阻高达1200欧”进行简单的比较。教师直接告诉学生,灯丝的电阻随着温度的升高,也随之变大。有少数学生通过其他课外资料的学习,小声地讲“半导体的电阻不是这个特点”,但教师“充耳不闻”,继续介绍不同物质的导电性能。
评析 电阻概念抽象,学生很难理解,直接告知学生,不作或只有很少地就“如何改变电流”作为铺垫,会对部分学生造成这样的错误认识:改变电源电压,也能改变电流大小,电阻与电压有关。电阻实验教师只是简单地介绍了控制变量法,就把实验时间交给了学生,没有对学生的实际认知水平有足够的认识。学生盲目地做实验,浪费了宝贵的课堂时间,不易留下深刻印象。特别是当有的同学提出“有些材料随着温度的升高,电阻变小”的结论时,教师为了按照自己的设计方案,选择性地忽视学生的观点。整个教学节奏太快,师生缺少互动的时间,学生被老师撵着走。
建议 学生之前已经掌握了运用类比方法认识电流、电压,对类比研究方法并不陌生。教师应充分利用学生的已有认知突破现有的电阻概念的学习。以笔者所在学校为例,每当周五放假的时候,学校门前的智慧路拥堵异常,学生对此苦不堪言,印象很深刻。将电阻和学生放学时候的交通拥堵进行对比,能够很好地起到理解电阻概念的作用。比如:把学生看作电流,问学生如果这条路一直堵到你家门口,你觉得阻碍作用如何?学生立刻就理解了其他条件相同时,长度越长,阻碍作用就越大的结论。再比如,问学生如果这条路扩宽为现在的10倍,对你的阻碍作用又怎样呢?同样,也很好地理解了其他条件相同时,导线越粗,电阻越小的结论。苏科版教材虽然对“温度对电阻的影响”降低了要求,但是当有学生提出不同观点的时候,教师同样可以采用类比冲突加深学生对温度影响电阻的理解。2.4 欧姆定律实验难探究
案例4 通过如何改变电流启发学生,引入电压、电阻对电流的影响教学不成功。
教师:如果电源电压超过小灯泡能承受的最大电压,我们怎么办?
学生:串联一个电阻。
教师:大家知道串联一个电阻,灯泡中的电流变小了,灯泡两端的电压也改变了。那么,影响电流的因素有哪些呢?
学生:影响电流大小的因素有电压、电阻。
教师:有哪些生活经验支持你的猜想呢?
学生讲述生活经验。
评析 欧姆定律的引入采用教师诱问的方式,学生顺着教师的思路,貌似联系生活实际,却紧紧地硬拽着学生,将学生的思维空间限制在教师自己的教学设计中。电流的变化与电压、电阻的思辨关系并未详细涉及。学生乐于效仿物理学家,重演物理知识的产生过程。但是,教师采用简单的“问答式教学”缺乏实验探究,束缚了学生对欧姆定律知识的学习。
建议 影响电流大小的因素有电压和电阻。让学生亲力亲为,通过实验探究引入如何改变电流大小,有利于培养学生的科学兴趣和热情。有的同学认为设计电路如图5(改变电池节数),也有的同学认为设计如图6。
学生自己亲自完成实验并观察现象,会产生这样的认识:选择不同的电源电压从而造成电流大小改变(图5);改变整个电路的阻值,也会造成电流大小改变,并且发现方案2的优点是能连续调节电路中的电流大小。学生通过动手实验发现改变电流的方法是改变电压和电阻,这是学生自己探究的,不是教师用语言强加的,自然对影响电流大小的因素认识更深刻。
案例5 学生在探究电流与电阻的关系时(如图7),教师提醒学生如何改变电阻?甲同学:只要调节滑动变阻器就可实现改变电阻从而改变电流大小。学生这样想,有其“合理”的原因,但教师并没有继续分析,而是让另外一位成绩较好的学生回答:将原来5欧姆的电阻换下来,再接上10欧姆的电阻。接下来教师要求学生按照控制变量法完成实验探究。
评析 学生通过调节滑动变阻器,发现确实改变了电流表的示数,于是认为调节滑动变阻器就可实现改变电阻从而改变电流大小。教师对学生的这一认识并没有作详细分析,而是选择成绩较好的同学来回答自己的问题,回避了学困生的思维障碍。看似教学过程很流畅,但学生的疑惑并没有得到解决,对于改变电阻影响电流的变化规律并不能让学生心悦诚服。
建议 研究电流与电阻的关系,需要控制电阻两端的电压不变[2]。改变电阻教师可打比方“狸猫换太子”,狸猫和太子是不同的个体,改变电阻就是把原来的电阻R拿掉,换上新的电阻,再引导学生:“滑动变阻器在电路中有什么作用呢?”学生恍然大悟,改变电阻不是改变滑动变阻器的阻值,调节滑动变阻器的目的是要控制电阻两端的电压不变。然后,再让学生重演实验过程。通过教师的引导,降低了研究电流与电阻关系的难度,对于学困生,能有效地保护他们学习电学的信心。
2.5 欧姆定律习题课分压、分流规律难记忆
案例6 如图8所示,若甲、乙两表均为电压表,闭合开关S,两表示数之比是4:1。若甲、乙两表均为电流表,断开开关S,两表示数之比是多少?
评析 此题涉及到电路连接方式,能否识得电表的作用是本题的第一个难点。学生在课堂上仅仅是看过教师对分压、分流规律的板演过程,没有亲自推演,教材也没有安排实验探究分压、分流规律。表面上看,分压、分流规律被淡化了,但江苏省13市中考题每年都有,在当前的考试大环境下,学生也只能硬着头皮死记硬背。
建议 准确理解分压、分流规律,关键还是在于对欧姆定律知识的理解与掌握。串联电路中的电流处处相等,所以通过每一个电阻的电流都是一样的。根据欧姆定律I=U/R,可知U1/R1=U2/R2=U3/R3=……所以,串联电路的电压之比等于电阻之比,即串联电路有分压的特点(如图9)。
为了便于学生记忆,还可以这样类比,如一家有兄弟好几个,只有一锅饭,当然是长得结实的兄弟多分点。各个电阻看作兄弟们,这锅饭看作电源电压,分压和分饭进行类比,能活跃课堂气氛,降低记忆难度。并联电路各支路两端的电压是一样的,同样也可以将电流与河流类比,主干河道的水流进入各支流,分减了水流,并联电路的电流有着同样的分流规律。通过化抽象为形象,把看似刻板的分压规律内化为学生有意义的记忆。
2.6 焦耳定律规律抽象,学生有抵触情绪
案例7
教师:电流通过导体时会发热,将电能转化为内能[3]。同学们能举出生活中相关的例子吗?
学生纷纷给出自己的例子。
甲学生:电流流过电热油汀、电水壶等会发热。
乙学生:电流流过取暖器会发热。
评析 以上的教学过程出现在很多焦耳定律教学的公开课上。表面上看活用学生的生活经验引入电流热效应的学习,但是考虑到学生的实验能力水平,后续的焦耳定律规律的得出,教材改为了定性实验。学生只能了解影响电流热效应的因素,对焦耳定律的认识还是会“心存芥蒂”。如何让学生愉悦地融入教学过程,减弱对焦耳定律学习的“抗拒”情绪,是值得广大物理教师思索的重要课题。
建议 物理教学离不开实验,没有实验的物理课绝不是成功的物理课。电流热效应现象留给学生自我完成,更能凸显过程与方法教育,学生实验热情高涨,这也为焦耳定律规律的学习减少了心理障碍。电流热效应的引入采用学生身边的器材——铅笔芯,为了现象更明显,可以将电源电压设置大一些(比如12 V),这样流过两只铅笔芯的电流也会很大,电流热效应更明显。将两只铅笔芯轻轻摩擦,还会看到耀眼的闪光,看到铅笔芯上冒出的浓烟。当然,还可以安排课后实验将铅笔芯替换为包口香糖的锡箔纸,利用锡箔纸导电性好和着火点低的特点,通电自燃。直观的视觉刺激比任何强大的语言都更具有说服力。
3 结 语
综上所述,初中电学难学、难教的原因主要有以下两个方面。
首先,学生的心理因素。刚进入电学的大门,学生满怀着好奇心,对电学充满了神秘感。但是,接下来的电路图以及实物连接图会让学生一筹莫展,不知道电流是如何流动的。学习的困惑如果得不到老师及时的帮助,学生的心理就会滋生对电学学习的挫败感,不利于电学的入门。有的老师说,学好欧姆定律、学好电功率就等于学好了初中电学,观点是有点偏颇的。试想如果在迈入电学的大门口,学生就心生怯意,欧姆定律、电功率的学习也就不是在学生自己内驱力的作用下进行的,只是为了学习而学习,谈不上兴趣,学习效果也就事倍功半了。
其次,教师对教材的处理水平不同。虽然新课改理念都强调以生为本,教师也确实朝着这个方向努力了,但由于个人的理解程度,在激发学生兴趣,保持高昂的学习热情方面做得还不够。甚至有的教师为了实现自己最初的教学设计,当课堂上学生提出自己的看法或观点时,若自己一时无法解释清楚就刻意回避。学生的问题依然没有得到解决,对教师的评价就会降低。“亲其师,信其道”,由于对教师的怀疑、不信任,电学的学习必将是一个煎熬的过程。
历经数代科学家的探究才得出的电学规律,却要求学生在短短的两三个月里熟练掌握并会运用它来解决问题,这对物理教师是一个巨大的挑战。因此,在教学中教师只有有效地运用实验重演当初科学家的探究过程,才能让学生知其所以然,对于抽象的电学概念不妨多用类比方法教学,毕竟这也是我国古代科学家常用的研究方法。只有让学生乐学电学,情感上喜爱电学,才能培养学生的质疑、创新精神,实现电学的有效教学。
参考文献:
[1]苗元秀.初中电学内容放在八年级的可行性研究[J].课程·教材·教法,2008(1):55—59.
教学策略作为教学设计的中心环节,其设计科学与否直接关系到教学的效率,甚至教学的成败。作为现代教育思潮典型代表,建构主义理论对新课程教学策略的设计具有重要的指导意义。建构主义理论针对教学策略设计这一环节强调指出:“我们不是仅仅为了选择教学策略,而是要创设学习者积极学习的现实环境。”为此,建构主义理论主张在教学设计中应注意“扩展学生对自己学习的责任感,包括允许学生决定自己想学什么,让学生能管理自己的学习活动,让学生在学习时能得到互相帮助,创设非威胁性的学习气氛,使得学习富有意义,包括最大限度地利用现有知识,在现实情境中使教学有固着点,提供学习内容的多种方式,促进积极的知识建构,包括利用活动促进高层次思维,鼓励审视不同的观点,鼓励创造性,灵活地解决实际问题,提供学生呈现学习过程与结果的机制”。根据建构主义的理论,物理课堂教学策略的设计应遵循以下原则。
1.坚持“以学生为本、以学生发展为本”的课堂教学设计策略,重视学生主动参与和内心体验;重视知识形成和应用的过程。
2.坚持“搭建平台、营造氛围”的课堂教学设计策略,重视教学情景和教学问题的设计,重视启发引导和协调交流。
3.坚持“以知识为载体、揭示知识内涵”的课堂教学设计策略,重视对知识内涵的把握;重视潜移默化再现知识内涵的手段和方法。
4.坚持“联系实际应用、激发学习激情”的课堂教学设计策略,重视教学过程中STS的拓展;重视教学过程中新技术的应用。
教学策略是实现教学目标的重要手段,是教学设计研究的重点。教学策略的设计包括许多方面,主要有:采用何种经济而有效的教与学的形式,安排什么样的教师教的活动和学习者学的活动,设计何种教的方法和学的方法,进行什么样的教学媒体及怎样进行设计,怎样利用现有的教学资源及挖掘潜在的教学资源,设计怎样的教学环节和步骤等一系列问题。下面我通过具体的案例设计与比较,探究新课程理念下物理课堂教学策略的设计的特点与规律。
[案例1]运用归纳教学策略设计《电流跟电压、电阻的关系欧姆定律》。
1.导入
讲述欧姆为探索真理,十年呕心沥血,坚持不懈地研究,最终得出欧姆定律的感人经历,激励学生的学习欲望。
2.演示实验
步骤1:研究电流与导体两端电压的关系,记录有关数据。
步聚2:研究电流强度与导体电阻的关系,记录有关数据。
以上步骤由教师与学生共同活动完成。
3.对实验结果进行归纳推理
当导体的电阻不变时,增大导体两端的电压,电压越高,通过导体的电流越大,电压增大几倍,电流强度就随之增大几倍;当加在导体两端的电压不变时,随着电阻的增大,流过电阻的电流强度就越小,电阻增大到原来的几倍,电流强度就减小为原来的几分之一。
通过以上推理,我们得出:导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比例关系;电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比例关系。
4.验证推理
设计两组实验数据表,每一组中留有适量的空白,请学生根据推理的结果在空白处填上适当的数据,教师通过演示实验与学生一道验证所得结论的正确性。
5.归纳得出结论
导体中的电流强度与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这个结论叫做欧姆定律。
[案例2]运用探究策略设计《电流跟电压、电阻的关系欧姆定律》。
1.提出问题
教师指出:我们曾通过实验发现,灯炮两端的电压越高,灯就越亮,流过灯的电流就越大。电流、电压与电流之间有什么关系呢?
2.形成假说
学生通过议论认为有可能电流与电压成正比,与电阻成反比(学生通过学过的有关电压与电阻的知识能够比较顺利地提出假说)。
3.制订方案
固定电阻、改变电压、研究电流与导体两端电压的关系,换用不同的电阻,重复上述步骤,研究电流与电阻的关系,教师与学生共同研讨,确定最佳方案。
4.实施方案
学生分组进行实验,并将实验结果填入自己设计的表格中。
5.分析与论证
分析实验结果,验证与假说是否相符,得出结论。
6.评价
检验实验过程的操作是否规范,实验结果是否可靠。
7.交流
各小组形成实验报告,交流实验结果,形成最终结论。
运用归纳策略设计的案例中,教师通过演示实验向学生展示了欧姆定律的形成过程,并经过归纳推理得出欧姆定律。通过师生双方的互动,学生不但能对定律的来龙去脉有清晰的了解,能够系统地理解和掌握知识,而且能受到科学方法的训练,发展观察能力和逻辑思维能力。同时,相对于探究策略而言,归纳策略是比较省时的,而运用探究策略设计的案例中,则是学生通过自己的探究活动得出结论的。由于学生亲自参与科学探究的全过程,因此,不但能发展发现问题、解决问题等多种能力,而且通过对探究乐趣的体验,能激发创新意识与欲望。同时,由于探究过程是以组为单位进行的,并且需要对结论进行交流与评价,因此,对培养学生的合作精神及反思和评价能力也是十分有利的。
以上是运用归纳策略和探究策略的特点,但它们也各有不足之处,运用归纳策略设计的课堂教学,由于教师的作用比较突出,相对地限制了学生的思维,不利于学生创新能力的培养,同时,对学生的合作、交流与评价等能力的培养也是不利的。而运用探究策略设计的课堂教学,探究过程的冗长而比较费时,由于能力的差别,容易导致部分学生不能较好地掌握学习内容。
那么,在进行课堂教学策略的设计时,如何使这一工作更富有成效呢?没有适合于各种情况的惟一优越的教学策略,也就是说,不存在能满足各种教学目标的最好的教学策略。最好地教学策略是在一定情况下达到特定目标的最有效的策略,只有教师对于教学内容的类型、学生的现状、现有的条件等各方面因素都能做到心中有数,才能考虑为达到某个特定目标的“最好”的教学策略。
人教版新教材《物理》选修3-1第二章第六节中电阻定律的编排确实是无违初衷。为了让学生能容易理解和掌握电阻定律,教材编置了两个探究实验:1. 探究导体电阻与其影响因素的定量关系;2. 探究导体电阻与材料的关系。两个探究以第一个为主要,它得出的数据正确并准确时,定律的架构就已经在学生的头脑中搭建并确立起来;再通过探究实验2的测量比较得出表达式中的比例常数,从而导出电阻定律及表达式。
由于配课实验欠缺科学性,误导了任课教师,致使新课材使用以来,该节课时上课的效果欠佳。究其原因应为:探究实验1的定位欠缺科学依据,也就是说单纯用电压表不可能直测导体电阻;用比较的方法也不可能比出电阻与其影响因素的定量关系。因此,课堂上想用配课实验提供的装置,按照实验的定位完成电阻与影响其因素的定量关系是不可能的;只能用直测电压比较量值来引导学生从定性方面认识和掌握导体电阻与长度及截面的比例关系。或者,从另一角度来看,能按示图装置多个电阻线串联的大规模装置,设定按欧姆定律定量解释――整个串联外电路的电流强度相等,由于电源的不稳定性等系统原因,也不可能得到电阻与影响其因素的定量关系。再者,按《教师用书》中提供的方案,让学生参与,达到探究的目标,由于仪表内阻的因素及其他人为的原因,也不能实现定量分析(以下是相关实验过程及实测数值)。
实验(1),按下图,以电阻定律演示器(T2359),演示电表(T0401)1台,低压电源(T1201或1201-1)1台,滑动变阻器(T2354-1.50Ω,1A)一个,连接电路(说明: A、B、C为同规格的镍铬丝,D为同规格的铁丝),完成演示实验。
1. 导体的电阻和长度的关系。
(1)测量取值:电源是直流2伏档,调节滑动变阻器,使A~D的两端接近2伏,改变镍铬丝的长度,取值。
(2)列表
(3)作图
从图像出现的偏差可以看出:测量过程中,电压出现波动不可预知,也不可能调整使其始终保持一定量值不变,所以出现测量值的误差。
2. 导体的电阻与截面的关系。
用连接片把其中两条镍铬丝并接起来,保持原来的串联电路。此时,长度同样1m,截面面积是原来的两倍。再进行测量,结果由于仪表内阻标准的问题,加上表头的最小量值为1伏,表针满度偏转,得不到测量数据。
结论:只能理论解释。
几年来,由于教材是新课程配备的教本,其权威效应可想而知;每到课期,任课教师都要求按照教材提供规格准备实验装置,并期望以定量方式来完成电阻定律的授课过程,结果总是事与愿违。
本人认为,该节课时的配课实验的定位存在一定的问题,可以不予以采用。可以另选用《高中物理实验大全》推介的间接测量法――“伏安法测电阻”来完成引导教学过程。其效果众所周知,并且此演示实验真正实现定量确立定律的不同物理量之间的关系,既简洁又明了,也不乏学生参与探究的环节。
实验(2),器材:电阻定律演示器(T2359),演示电表(J0401)2台,低压电源(J120或J1201-1)1台,滑动变阻器(J2354-4,50Ω,3A)1个,单刀开关等。
方法:
1. 导体电阻跟长度的关系(镍铬丝),始终保持电压为2伏不变,改变长度,测得:
明确立论:证明R与L成正比。
作图(如下图)
2. 跟截面面积的关系。
用连接片把镍铬丝并联起来接入电路,长为1m,截面面积为原来的两倍,保持电压2伏不变。
测得:
比较并明确立论:R与S成反比。
3. 金属导体的电阻跟材料的关系。
方法同上(注意:铜线的良导性能),A用0~5A,电压要求小于0.45V。测出量值,列表如下:
明确立论:长度及截面面积均相同的金属导体,因材料不同,其电阻也不相同。