時間:2023-11-10 11:05:27
序論:在您撰寫歐姆定律的實質時,參考他人的優秀作品可以開闊視野,小編為您整理的7篇范文,希望這些建議能夠激發您的創作熱情,引導您走向新的創作高度。
歐姆定律是電學中的基本定律,是進一步學習電學知識和分析電路的基礎.歐姆定律中電流、電壓、電阻三者之間的定量關系是本章的核心.教材中安排了7個活動,其中探究電流大小與哪些因素有關、探究電流與電壓(或電阻)的關系、伏安法測電阻、串聯電路總電阻與各電阻的關系等實驗是本章的重點活動,這些活動能充分展示物理實驗的研究方法及規律,能充分培養學生實驗探究的能力.
教材編排上充分體現了實驗的探究過程,從小明和小華想設計一盞調光燈為探索背景,以任務驅動的方式將探究問題引向深入,本章緊緊圍繞這個中心任務,在引導學生自主學習的過程中,讓學生充分體驗發現問題、提出問題、研究問題、總結規律、拓展應用、解決問題的樂趣,體會做中學,學中做,既動腦又動手,在潛移默化中感知科學研究的一般方式,接受人類研究自然、尋求真理、不斷追求等崇高思想的熏陶.
下面我們一起分析兩個實驗探究題,來進一步體會實驗探究的思路和方法.
例1(原創)小明是一個愛動腦筋的學生,最近學習了電路的初步知識,對電學現象興趣濃厚.周日,他到住在老城區的奶奶家做客.晚上,他在房間里做作業,對房間里一只60 W的白熾燈發生了興趣.他觀察到:晚上7、8點鐘時,燈不是很亮,但到了夜里11、12點鐘時,燈顯得特別亮.小明想:燈越亮,表明通過燈絲的電流越大.那么,燈絲中的電流大小又取決于什么呢?請你和小明一起探究“電路中電流大小與哪些因素有關?”
(1)小明根據平時對電學實驗的觀察,提出的猜想是:電流大小與電路兩端的電壓有關.你的猜想是:電流大小與_______有關.
(2)根據你已有的知識和經驗,說說小明猜想的依據是_______.
(3)小明決定用實驗來驗證他的猜想,請你和他一起完成下列任務:
①所選用的實驗器材有:_______;
②實驗電路圖:
③小明設計了一個實驗表格來收集實驗中觀察到的實驗現象,你認為此表格存在的缺陷是_______.
④根據實驗數據,分析此次實驗結論:_______.
(4)通過實驗探究,小明知道了電路中電流大小與_______及_______兩個因素有關.他又產生了新的疑問:家庭電路的電壓是220 V,而燈泡燈絲的電阻也不變化,那為什么夜里燈比晚上時要亮呢?小明又開始了新的探究之路.
(5)小明在上面的實驗中經歷了哪些探究過程?請你選出并將相應的字母填入空格中.
___________________________________.
(A.評估、B.猜想與假設、C. 提出問題、D.進行實驗和收集數據、E.設計實驗、F.交流與合作、G.分析結論)
新課程標準中,要求培養學生科學探究的初步能力,科學探究過程中,要求學生能“提出問題、進行猜想與假設、制定計劃和設計實驗、進行實驗和收集證據、分析與論證、評估、交流與合作”.在上題中,小明從日常生活中感興趣的現象選取了一個改變電流大小因素的問題進行探究,從提出問題,并根據已有的知識和經驗進行猜想與假設,制定實驗計劃并進行實驗,根據實驗現象分析結論.最后還提出新的疑問.
分析與解答(1)在許多學生實驗中,能觀察到電燈亮度變化的原因,有的是電池節數變化,有的是兩個燈串聯,降低了燈的亮度,所以電流變化受電壓電阻的影響不難理解.也可用水流來類比電流,分析影響水流大小的因素同樣也能分析出來.第一空填“導體的電阻”.
(2)小燈泡接在兩節電池間時比接在一節電池間亮.
(3)①兩節干電池、開關、導線、小燈泡、電壓表、電流表.
②電路圖如圖1所示.
③缺電流表示數這一列.
④若前后兩次電流相等,則電流大小與電壓無關;若前后兩次電流不等,則電流大小與電壓有關.
(4)電路兩端電壓,導體的電阻.
(5)根據前面分析,可得:CBEDG.
例2(原創)小明在探究影響導體電阻大小的因素的活動后,想到鹽水也能導電,他猜想鹽水導電性可能與哪些因素有關.于是和同學們設計了如下實驗:他們連接了如圖2所示的電路,他們用兩塊表面平整大小相同的金屬板正對著平行地插入鹽水中,并將金屬板連入電路.請你幫他們完成下列探究過程.
(1)小明在實驗探究前先提出了假設,猜想影響兩金屬板間鹽水電阻大小的因素可能有:①_______;②_______;③_______;④_______.
(2)小明根據和同學們的交流和篩選,決定探究從猜想中選出的四個影響因素.他在設計實驗時思考了以下問題:
①實驗中,如何將鹽水電阻大小“顯示”出來?
②如果影響電阻大小的因素有多個,如果只研究其中的一個因素是否影響了電阻的大小以及影響的程度?
③為此,除了裝置圖中出現的器材外,你還需要哪些器材?
(3)小明和同學們分別進行實驗驗證,小明想驗證鹽水電阻大小與兩金屬板間的距離是否有關,請你幫他寫出實驗操作及分析過程.
(4)小明他們將實驗結果記錄在下表中:
①比較_______兩次實驗數據可知:金屬板間鹽水電阻大小與鹽水的濃度有關.
②比較2、3兩次實驗數據可知:_______.
(5)小明在探究實驗結束后,匯總了同學們的實驗結論,總結得出了影響鹽水導電性能的各種因素.他在向全班同學匯報時,又說了這樣的話:“影響液體導體和金屬導體的電阻大小因素都差不多,這又如何解釋呢?”
此題也體現了實驗的探究過程的一般規律.此題中比較突出的是各種實驗方法的運用,有控制變量法、轉換法、類比法.在猜想與假設階段,可將鹽水導電性能與金屬導電性能類比,金屬導體電阻與材料、長度、橫截面積、溫度等有關,同樣,可猜測兩金屬板間鹽水電阻大小與板間距離、板的面積、鹽水的濃度、鹽水的溫度等有關.用類比法幫助進行猜想,可以減少猜想的盲目性,更快捷、更準確地進行假設.電路中沒有測電阻的儀器,如何反映出電阻大小的呢?采用轉換法,當電壓不變時,用電流大小來間接反映電阻大小.在實驗過程中,影響電阻的因素有多個,就應采用控制變量法.并且要會通過分析實驗數據得出結論.
分析與解答(1)①金屬板間距離;②金屬板面積;③鹽水濃度;④鹽水溫度.
(2)①電流表示數大小,電流越大,電阻越??;電流越小,電阻越大.②采用控制變量法.③刻度尺、食鹽、玻璃棒、一套加熱裝置、溫度計.
(3)裝配好圖中的實驗裝置,閉合開關讀出電流I1,加大兩金屬板間的距離,再讀出電流I2,比較I1、I2的大小.若I1=I2,則金屬板間鹽水電阻與兩金屬板間的距離無關;若I1≠I2,則金屬板間鹽水電阻與兩金屬板間的距離有關.
關鍵詞:物理定律;教學方法;多種多樣
關鍵詞:是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質量不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以……”。教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
(4)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。(5)動量守恒定律歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
(1)牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當做第二定律的特例;慣性不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以……”教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T性系。
(2)牛頓第二定律。在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律。教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
(4)機械能守恒定律。這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不做功或所做的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
(5)動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。
(6)歐姆定律。中學物理課本中歐姆定律是通過實驗得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學時應注意:①“電流強度跟電壓成正比”是對同一導體而言;“電流強度跟電阻成反比”是對不同導體說的。②I、U、R是同一電路的3個參量。③閉合電路的歐姆定律的教學難點和關鍵是電動勢的概念,并用實驗得到電源電動勢等于內、外電壓之和。然后用歐姆定律導出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉化和守恒定律推導)。④閉合電路的歐姆定律公式可變換成多種形式,要明確它們的物理意義。⑤教師應明確,普通物理學中的歐姆定律公式多數是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導體就不服從歐姆定律。但不論導體服從歐姆定律與否,R=U/I這個關系式都可以作為導體電阻的一般定義。中學物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學生把歐姆定律公式跟電阻的定義式混淆。這樣處理似乎欠妥。
關鍵詞:物理定律;教學方法;多種多樣
關鍵詞:是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質量不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以……”。教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
(4)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
(5)動量守恒定律歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
一、牛頓第一定律。采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的含義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當做第二定律的特例;慣性不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以......”教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T性系。
二、牛頓第二定律。在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應注意公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
三、萬有引力定律。教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力常量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
四、機械能守恒定律。這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不做功或所做的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
五、動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
六、歐姆定律。中學物理課本中歐姆定律是通過實驗得出的。公式為I=U/R或U=IR。教學時應注意:①“電流強度跟電壓成正比”是對同一導體而言;“電流強度跟電阻成反比”是對不同導體說的。②I、U、R是同一電路的三個參量。③閉合電路的歐姆定律的教學難點和關鍵是電動勢的概念,并用實驗得到電源電動勢等于內、外電壓之和。然后用歐姆定律導出I=ε/(R+r)(也可以用能量轉化和守恒定律推導)。④閉合電路的歐姆定律公式可變換成多種形式,要明確它們的物理意義。⑤教師應明確,普通物理學中的歐姆定律公式多數是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,導體就不服從歐姆定律。但不論導體服從歐姆定律與否,R=U/I這個關系式都可以作為導體電阻的一般定義式。中學物理課本不把 R=U/R列入歐姆定律公式,是為了避免學生把歐姆定律公式跟電阻的定義式混淆。這樣處理似乎欠妥。
關鍵詞: 物理 歐姆定律 復習
在物理復習的整個知識體系中,電學知識板塊兒尤為重要。一是:它占整個三式合一理化試題物理部分的40%左右,即70分中的近30分屬于物理電學試題。二是:電學知識在生產實踐中的重要作用已凸顯出來。而要學生全面掌握、領會初中階段電學知識,對于相當一部分初中生來說具有較大的難度。從教以來我聽過一些初中電學復習課:有的先把所要用到的電學公式板書在黑板上,再講典型例題,接著練習;有的則通過學生作題中所反饋的問題對知識進行補充強調,再練習;有的直接強調萬變不離其宗,讓學生多看教材,然后講例題等。復習中講例題沒錯,但選擇的例題過多,又無代表性,既延長了復習時間,又不能使學生的知識得到升華。久而久之,學生疲勞,老師厭煩。要使復習課在短時間內生動、奏效,應選擇恰當的例題,在講例題的基礎上,對知識進行歸納和升華。
復習課,一要體現“從生活走向物理,從物理走向社會”,教學方式多樣化等新課程理念;二要體現“知識與技能、過程與方法以及情感態度和價值觀”三維目標的培養;三要優化學生的認知結構,讓學生在教師的引導、幫助下,把學到的知識歸納起來,從而便于提練和記憶。所以對電學的復習要從學生喜聞樂見的小電器起步,從典型例題入手進行歸納總結。
例1:如圖-1是一個玩具汽車上的控制電路。小明對其進行測量和研究發現:電動機的線圈電阻為1Ω,保護電阻R為4Ω。當閉合S后,兩電壓表的示數分別為6V和2V,則電路中的電流為?搖 ?搖?搖?搖A,電動機的功率為?搖?搖 ?搖?搖W。(這是陜西師范大學出版社出版,經陜西省中小學教材審定委員會2008年審定通過的《物理課堂練習冊》中的一道題)
學生通常按下列方法計算電路中的電流:
R中的電流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
電動機中的電流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空電路中的電流就有兩個值0.5A和4A。
于是第二空的對應值為:P=UI=4V×0.5A=2W與P=UI=4V×4A=16W。這就存在兩個問題:
1.根據歐姆定律計算出兩個串聯元件中的電流不相等,與串聯電路中電流的特點相矛盾。
2.由串聯分壓原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①當U=2V時,U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②當UM′=4V時,U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,這與串聯電路中的電壓關系相矛盾。
對此,應找出題中所涉及的知識點,分析這些知識點間的聯系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,應對歐姆定律有深入的理解。
例2:如圖2所示電路(R≠R≠R)。引導學生分析如下:
1.對電路狀態的分析。
(1)當S、S、S都閉合時,R與R并聯,并聯后作為一個整體再與R串聯。A測R中的電流,V測R或R兩端電壓。
(2)當S、S閉合S斷開時,則由圖-2演變為圖-2(a)到(b)。
R與R串聯,R處于斷開狀態,A測整個電路中的電流。
(3)當S、S閉合S斷開時,則由圖2演變為圖-2(c)到(d)。
R與R串聯,R處于斷開狀態,V測R兩端電壓。
2.歐姆定律中涉及I、U、R三個量間的關系。
(1)歐姆定律中的I、U、R三個量是針對同一個用電器或者同一部分電路而言的,即必須滿足“同一性”。
當圖-2中的S、S、S都閉合時,A測R中的電流為I,V測R兩端電壓為U。此時能否用U與I的比值來計算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R時,由于R與R并聯,所以R兩端電壓U等于R兩端電壓U,即U=U=U。根據R=U/I得R=U/I,R=U/I。這樣計算出的R2的值雖然是正確的,但屬于不正確的方法得出了正確的結果,實屬偶然巧合。
若R≠R時,那么R=U/I,若再按R=U/I來計算R的電阻值就沒有上述的巧合了。因為電壓相等是并聯電路電壓的特點,R、R中的電流是不相等的。上述中錯誤地認為R、R中電流相等。這里的電壓是R兩端電壓,而電流是R中的電流,電壓與電流是兩個不同電阻(或用電器,或電路)的對應量,也就違背了“同一性”。
這就告訴我們,在應用歐姆定律解題時,一定要遵循“同一性”原則,切忌“張冠李戴”,電學中的所有公式都不能違背“同一性”原則。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)歐姆定律中的I、U、R三個量必須是同一狀態、同一時刻存在的三個物理量,即必須滿足“同時性”。
在圖-2中,當S、S閉合時,R中的電流大小與S、S閉合時R中的電流大小是否相等?
在圖-2中,當S、S閉合S斷開時,不難看出,R與R串聯:I=I=I則I=U源/(R+R);當S、S閉合S斷開時,R與R串聯:I=I=I,則I=U/(R+R)。因為R+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即兩次電流不相等。S、S閉合時,R中的電流大小與S、S閉合時R中的電流大小不相等,這是因為S、S閉合時與S、S閉合時電路狀態不同,R是在不同的狀態下工作,不是同一時間內電流的大小,電流不相等。
在利用公式計算的過程中,不能用第一狀態下的量值與第二狀態下的量值代入關系式計算。如:要計算R的電阻值,就不能用第一狀態下R兩端的電壓值與第二狀態下R中的電流的比值來計算R的電阻值。在計算電流、電壓時,也不能這樣處理。
因此在利用公式計算時,帶值入式的物理量必須是同一狀態下的物理量,必須滿足“同時性”。
(3)歐姆定律中的I、U、R三個量的單位必須同一到國際單位制,即I―A、U―V、R―Ω。即應滿足“統一性”。
除各物理量的主單位外,還應記住常用單位及其單位換算關系,將常用單位換算為國際單位制單位,在利用其它電學公式計算時也要統一單位。
如:電功的公式W=UIt中,各物理量的對應單位:U-V、I-A、t-S;這樣W的單位才是J。電熱的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;這樣Q的單位才是J。電功率的公式P=UI中:U-V、I-A,這樣P的單位才是W。
我們要確定歐姆定律的適用條件。
1.歐姆定律只對一段不含電源的導體成立,即只適用于純電阻電路。因此,歐姆定律又稱為一段不含源電路的歐姆定律。
例1中涉及到電磁轉換的知識,電動機工作時實質上也是一個發電機。電動機工作時,其閉合線圈切割磁感線會產生感應電流,所產生的感應電流對流過電動機線圈中的電流有一定影響。
實際上圖1相當于一個“RL”串聯電路,總電壓的有效值不等于各分電壓有效值的代數和,即U≠U+U。但得到的電流有效值的關系I=U/Z與直流(或部分)電路的歐姆定律相似,各元件上的分電壓與該元件的阻抗(Z)成正比。
雖然電動機工作時產生的阻抗目前初中階段無法計算出來,但無論電動機工作時產生的阻抗為多少,電路中的電流都等于電阻R中的電流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。電動機兩端的實加電壓等于總電壓(電源電壓)減去電阻R兩端的電壓,即U=U-U=6V-2V=4V。則電動機的功率為:P=UI=4V×0.5A=2W。
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上述分析說明,電阻R所在的這部分電路與電動機所在的這部分電路有著本質的不同。從能量轉化的角度看:電阻R所在的這部分電路是將電能全部轉化為熱能;而電動機所在的這部分電路電能只有少部分轉化為熱能,大部分轉化為機械能。前者屬于純電阻電路,后者屬于非純電阻電路。
歐姆定律只適用于純電阻電路,即用電器工作的時候電能全部轉化為內能的電路。例如電熨斗、電暖氣、電熱毯、電飯鍋、熱得快等。而電動機、電風扇,等等,除了發熱外,還對外做功,所以這些是非純電阻電路,歐姆定律不再適用。由歐姆定律導出的公式也只適用于純電阻電路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.歐姆定律適用于金屬導體和通常狀態下的電解質溶液;但是對于氣態導體(如日光燈管中的汞蒸氣)和其它一些導電元器件,歐姆定律不成立。歐姆定律對某一導體是否適用,關鍵是看該導體的電阻是否為常數。當導體的電阻是不隨電壓、電流變化的常數時,其電阻叫線性電阻或歐姆電阻,歐姆定律對它成立;當導體的電阻隨電壓、電流變化時,其電阻叫非線性電阻,如:電子管、晶體管、熱敏電阻等,歐姆定律對它不成立。
3.歐姆定律只有在等溫條件下,即導體溫度保持恒定時才能成立。當導體溫度變化時,歐姆定律對該導體不成立,因為電阻是溫度的函數。
在講解歐姆定律的應用時,常舉白熾燈的例子,實際上白熾燈的鎢絲在溫度變化很大時電阻具有非線性,隨著電流的增大,鎢絲的溫度升高很多,其電阻也隨著變化。對非線性電阻,歐姆定律不成立,但是作為電阻定義的關系式R=U/I仍然成立,只不過對非線性電阻,R不再是常量。
綜上所述,例1中第一空電路中的電流有兩個值0.5A和4A,一個是在純電阻電路(電阻R)中用歐姆定律算出的電流0.5A。另一個是用歐姆定律計算在非純電阻電路(含電動機的電路)中的電流為4A,顯然不對。
通過對例1的全面、透徹的分析,我們對電學知識得到了進一步升華:(1)判斷電路的連接方式;(2)判斷電表的作用;(3)利用歐姆定律解決實際問題時必須注意“三性”;(4)復習了電功率、焦耳定律等相關電學公式;(5)歐姆定律的適用范圍。
學生能夠領悟到,復習不是為了解題,而是要掌握知識的前后聯系,優化知識結構;仔細觀察,認真分析;發散思維,以點帶面;舉一反三,融會貫通。這樣,從而體現出知識與技能、過程與方法,以及情感態度和價值觀的培養。
參考文獻:
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[3]梁紹榮等.普通物理學―電磁學高等教育出版社,1988.
[4]新課程實施難點與教學對策案例分析叢書,(初中卷).中央民族大學出版社.
張君甜
【摘 要】隨著高中新課程改革的深入發展,教育教學大環境也隨之悄然發生著。人們的教育理念發生了很大的變化,不僅改變了“老師教學生學,教師為主導”的片面教學觀,還開始注重應用更好的引導方式來引導學生,倡導學習方式的多元化。哲學家狄德羅說過:“有了真正的方法,還是不夠的;還要懂得運用它。至于如何去運用,這要我們不斷從學習和反思中獲取方法,做高效型教師,打造高效課堂。為此,根據我校實施“271”課程改革的大環境結合自己的教學實踐和經驗,推出了這種高中物理“合作討論探究式小組學習法”,旨在轉變教學過程中教師的教學行為和學生的學習方式。
關鍵詞 高效課堂;高中物理的“有效教學”;物理教學;小組合作討論探究式學習
在高中物理教學的課堂上,教師教得辛苦,學生學得痛苦。高耗低效,缺乏策略,成為教與學的阻礙。因此,教師應當充分利用好每一堂,特別是在新授內容的公式和規律的推導,教師要不斷的有層次的向學生提出引導問題,有目的的引導學生去一層一層破解物理實質,讓學生通過與小組成員合作討論對新授進行的發散探究,學生因為自己積極參與了問題討論,對問題的認識自然也就更深一個層次了這也就達到了深化知識目標目的。一堂好的物理課必然是一堂高效率的課堂教學,如何抓住課堂,開展高中物理的“有效教學”探索實踐活動,這正是本文所要研究的內容。下面我們就于《閉合電路的歐姆定律》課題為例題探討“271”討論探究式學習高中物理的主要過程。
第一,教師課前要向學生詳細解讀教學目標:教學目標要明了,目標性強,教學前一定要讓學生明確知道我們這節課的目標,學習起來才不會盲目,不會被動,也便于學生對學習的自我評價。
《閉合電路的歐姆定律》教學目標(部分展示):(1)經歷閉合電路歐姆定律的理論推導過程,體驗能量轉化和守恒定律在電路中的具體應用,從而理解電源的電動勢等于內、外電路上電勢降落之和。(2)熟練掌握閉合電路歐姆定律的兩種表達式及其適用條件。
第二,預習自學、自主探究:這個環節最具挑戰性的,必須保證學生有足夠的興趣,全身心地投入進去,所以預習案和探究案要精心設計,按照學生學習的最初狀態,讓興趣和創造的欲望引領學生自主學習。學生以預習案和探究案為學習“路線圖”,預習自學,解決了傳統課堂學生被動學習、盲目學習的問題。
《閉合電路歐姆定律》預習案(部分展示):分為①知識點預習②知識點應用預練
①知識點預習(部分展示):
閉合電路是由哪幾部分組成的_______,電動勢E、外電壓U外與內電壓U內三者之間的關系________。電動勢等于電源_______時兩極間的電壓。用電壓表接在電源兩極間測得的電壓U外_______E。
第三,提出質疑,探究案二次探究:在自主學習的基礎之上,學生通過完成探究案上的訓練題目,檢驗自學效果,提出質疑。質疑的過程,實際上是一個積極思維的過程,是發現問題,提出問題的過程,質疑是創新的開始,也是創新的動力,創新來自質疑。該過程教師當適時的發揮引導作用,引領學生朝著目標研究、比較、創新。學生在探究案的引領下進行二次探究,對教材和知識的把握也提升到一個新的層次,很好地解決了傳統課堂學生缺乏獨立思考、深入探究的問題。
通過你的自主學習,你還有哪些疑惑?①疑惑點:________ ②疑惑內容:________
《閉合電路歐姆定律》探究案(部分展示):
探究:閉合電路的能量轉化
某閉合電路,外電路有一電阻R,電源是一節電池,電動勢為E,內電阻r,當電鍵閉合后,電路電流為I。①整個電路中在t時間內電能轉化為什么能?各是多少?
(外電路中電流做功產生的熱為:E外=I2Rt;內電路中電流做功產生的熱為:E內=I2rt)
②電路中電能是什么能轉化來的?在電源內部是如何實現的?(是有化學能轉化而來的,依靠非靜電力做功實現的。電池化學反應層非靜電力做的功:W=Eq=EIt)
根據能量守恒定律可以得到怎樣的一個等式:
(1)W=E外+E內(2)EIt=I2Rt+I2rt
(3)E=IR+Ir=U內+U外 或者(4)I=E/(R+r)
第四,①分組合作,討論解疑:這個環節是高效課堂的重要組成部分,是課堂走向自主的基礎。運用分組合作學習,在小組中學生能主動操作、觀察、思考、討論,學生參與教學活動的機會增多;分組合作學習有助于學生提高口頭表達能力。在學習小組中學生相互啟發、相互幫助、共同解決問題。這樣更能能培養學生之間團結、協調的合作意識,提高學生的人際交往能力。②展示點評、拓展提升:這個過程可以讓學生充分發揮初生牛犢不怕虎的精神,在黑板上展示疑難,展示困惑,展示方法,提高學生的思維水平和表達能力。
分小組討論,展示點評:
(1)(2)兩式反映了閉合電路中的什么規律?(能量守恒)
(3)式反映了閉合電路中的什么規律?(因消耗其他形式的能量而產生的電勢升高E,通過外電路R和內電路r而降落。外電路電勢降低,內電路電勢升中有降)
(4)式反應了閉合電路中的什么規律?(電流與那些因素有關,這就是閉合電路的歐姆定律)
①內容:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比,跟內、外電路的電阻之和成反比,這個結論叫做閉合電路的歐姆定律。②公式:I=E/(R+r)③適用條件:外電路是純電阻的電路。④根據歐姆定律,外電路兩端的電勢降落為U外=IR,習慣上成為路端電壓,內電路的電勢降落為U內=Ir,代入E=IR+Ir得E=U內+U外該式表明,電動勢等于內外電路電勢降落之和。
通過這樣一次自主探究一次小組合作探究過程,學生通過功能關系的分析建立閉合電路歐姆定律學生應該感到熟悉并且容易理解,已經可能夠嫻熟地從做功的角度認識并理解電動勢的概念了。
第五,清理過關,當堂檢測:學生經過激烈的討論,思維比較活躍,這時需要靜心總結歸納,反思學習目標的達成情況,清理過關。最后一項是當堂內容檢測,當堂檢測可以分段講授、講練結合也可口筆結合、當堂訓練等形式,讓學生體驗學習成就感。檢測環節,教師也可以對例題進行開拓變形,將題目的已知條件作些變更,使一題變為多題,可使學生的思維得到充分發揮,也能較好地發揮例題的潛在功能,有助于培養學生思維的獨創性和流暢性。