時間:2023-08-04 16:47:38
導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇歐姆定律的推導過程,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內(nèi)容能為您提供靈感和參考。
關(guān)鍵詞:是對物理規(guī)律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結(jié)論。反映物理現(xiàn)象在一定條件下發(fā)生變化過程的必然關(guān)系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關(guān)物理概念,再通過實驗歸納出結(jié)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(qū)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(guān)的物理定律之間的關(guān)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(yǎng)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(tài),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(fā)點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質(zhì)量不是狀態(tài)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(tài)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(tài),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(nèi)研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
(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(zhì)量存在什么關(guān)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(jié)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(zhì)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(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯(lián)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(jié)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(fā)現(xiàn)等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調(diào)萬有引力跟質(zhì)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(zhì)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(fā)現(xiàn)了它的局限性。
“歐姆定律”是在學生學習了電流、電壓、電阻等概念以及使用電壓表、電流表、滑動變阻器之后的內(nèi)容,這樣的安排既符合學生由易到難、由簡到繁的認知規(guī)律,又保持了知識的結(jié)構(gòu)性、系統(tǒng)性。通過學習“歐姆定律”,主要使學生掌握在同一電路中電學三個基本物理量之間的關(guān)系,初步掌握運用歐姆定律解決簡單電學問題的思路和方法,同時也為下一步學習“電功率”以及“焦耳定律”等其他電學知識與電路分析和計算打下基礎,起到了承上啟下的作用。
2.教學目標
(1)知識與技能
通過實驗探究電流跟電壓、電阻的定量關(guān)系,分析歸納得到歐姆定律。理解歐姆定律,能運用歐姆定律分析解決簡單的電路問題。
(2)過程與方法
運用“控制變量法”探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系,歸納得出歐姆定律。
(3)情感態(tài)度與價值觀
通過對歐姆定律的認識,體會物理規(guī)律的客觀性和普遍性,增強對科學和科學探究的興趣。
3.教學的重難點
重點:理解歐姆定律,能運用歐姆定律分析解決簡單的電路問題。
難點:對歐姆定律的理解和應用。
二、說教法
這節(jié)課可綜合應用目標導學、講授和討論等多種形式的教學方法,提高課堂效率,培養(yǎng)學生學習物理的興趣,激發(fā)學生的求知欲望。充分體現(xiàn)以教師為主導,以學生為主體的原則。
三、說學法
在物理教學中,應該對學生進行學法指導,應重視學情,突出自主學習,鍛煉實驗操作能力。在本節(jié)課的教學中,通過閱讀例題,讓學生在閱讀過程中進行分析、推理,培養(yǎng)學生的自學能力與分析推理能力。
四、說教學設計
中圖分類號:G633.7 文獻標志碼:A 文章編號:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在實驗探究中讓學生學習歐姆定律
歐姆定律是電學重要內(nèi)容之一,也是中考重點考查內(nèi)容,所以能否教好歐姆定律關(guān)系到之后對中考的重點知識復習,更有可能影響學生對于物理學的熱情。在實驗探究的過程之中以學生為主,教師起引導作用,讓學生通過觀察電壓表、電流表、滑動變阻器的微量變化發(fā)現(xiàn)問題、提出問題,他們對于自己發(fā)現(xiàn)的問題會比老師直接教導的印象深刻,從而達到了教學目的。
二、在歐姆定律的學習中最經(jīng)常遇到的問題
在實際的教學之中,教師要把電路的認識與畫電路圖、連接電路作為主要的教學任務,開闊學生的思維,加強對電路的認識。物理是一門比較枯燥的課程,只有激發(fā)學生的熱情,才能更好地完成授課。電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動變阻器的使用,是最基礎的概念。電流表測量電流、電壓表測量電壓、變阻器調(diào)節(jié)電路中的電流,這部分則比較重要,需要重點講解。電流、電壓、電阻的概念是基本的電學測量儀器,明確這些儀器的使用與操作,是非常重要的,關(guān)系到后期實驗的正確性與對知識的理解。以上基礎知識的理解與運用又是進一步學習歐姆定律的基礎。
三、歐姆定律的主要內(nèi)容是電流、電壓、電阻的關(guān)系
這部分知識是在實驗的基礎上概括、歸納出了電路中電壓、電流、電阻三者相互關(guān)聯(lián)的關(guān)系。教師在實驗中要讓學生理解電流隨電壓和電阻的變化而變化,對于多個變量問題的研究是采用固定一個量不變,研究其余兩個量的變化的處理方法,從而讓學生學會物理學中常用這種方法。歐姆定律在初中只講部分電路的歐姆定律,是電學中的基本定律,是進一步學習電學知識分析和進行電路計算的基礎,是初中電學的重點知識。
歐姆定律是初中物理學電學的重點、也是難點,想要研究歐姆定律必須要建立電流、電壓、電阻的關(guān)系,并在實驗的基礎上得出歐姆定律,做好演示實驗,歸納、分析、概括實驗結(jié)果,使學生正確理解歐姆定律的基礎。所以,使用電流表、電壓表、滑動變阻器是這部分知識中的重點實驗的基礎。
電流、電壓、電阻的概念是學生學習的難點,由于初中學生水平有限,對電流、電壓的概念要求較低,并沒有下準確的定義。因此,電阻的概念就成了學生理解的難點。教師要多舉例子幫助學生理解電阻是導體本身的屬性,決定于導體的材料、長度、橫截面和溫度,它用兩端的電壓和通過的電流的比值來表示是為了測量的方便,與外加電壓、電流無關(guān)。同時,教師一定要糾正一些學生經(jīng)常出現(xiàn)的電阻隨電壓、電流的變化而變化的錯誤概念,也就是對歐姆定律的錯誤理解。歐姆定律在學生頭腦的建立過程是十分重要的,認真做好演示實驗,用實驗來探索一個量隨兩個量變化的定量關(guān)系是第一次。首先要向?qū)W生交代清楚實驗的研究方法,本實驗彩用控制變量法來研究,即“固定電阻不變,研究電流跟電壓的關(guān)系;固定電壓不變,研究電流跟電阻的關(guān)系”。在連接如圖(圖略)所示的實驗電路時,要將具體接法演示給學生看。可以先從電源正極開始,按電流方向依次為電池、開關(guān)S、滑動變阻器R′、定值電阻R、電流表串聯(lián)起來組成一個閉合回路,最后將電壓表并聯(lián)在定值電阻R兩端。同時提醒學生注意電流必須從電流表和電壓表的正接線柱流進電表,負接線柱流出電表及量程選擇,電流表與R串聯(lián),其示數(shù)等于通過R的電流。電壓表與R并聯(lián)其數(shù)等于R兩端的電壓。
運用歐姆定律可以推導串聯(lián)電路中的總電阻跟各串聯(lián)電阻之間的關(guān)系及電壓分配跟導體電阻的關(guān)系,具體推導如下:
在串聯(lián)電路中:I=I1=I2;U=U1+U2;由歐姆定律公式I=U/R,可得U=IR;U1=I1R1;U2=I2R2將這些式子代入上式得:IR=I1R1+I2R2即R=R1+R2;也就是說串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導體的電阻之和。
在串聯(lián)電路中:I=I1=I2;由歐姆定律公式I=U/R,可得:I1=U1/R1;I2=U2/R2;將這些式子代入上式得:U1/R2=U2/R2 變換一下形式得:U1/U2=R1/R2;即串聯(lián)電路中,電壓分配跟導體電阻成正比。
四、結(jié)束語
通過對物理教學內(nèi)容的分析、思維方法、能力訓練的具體研究,對教學內(nèi)容進行歸納總結(jié),可以使初中物理教師掌握歐姆定律的基本理論方法,更好地駕駛物理教材,提高物理教學質(zhì)量,把重點真正落實在教學過程中,幫助學生提高實驗操作能力、歸納概括能力、演繹推理能力、邏輯推理能力、抽象思維能力及靈活運用知識解決問題的能力,讓學生學會控制變量法研究多個變量的問題,學會用等效法分析復雜電路。因此,教師要注重培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度,從而有效培養(yǎng)學生的物理素質(zhì)。
《歐姆定律及其應用》這一節(jié)在學生學習了電流表、電壓表、滑動變阻器的使用方法及電流與電壓、電阻的關(guān)系之后才編排的。通過這一節(jié)的學習,要求學生初步掌握和運用歐姆定律解決實際電學問題的思路和方法,了解運用“控制變量法”研究物理問題的實驗方法,為進一步學習電學內(nèi)容打下一定的基礎。
2.教學目標
(1)知識目標
理解掌握歐姆定律及其表達式,能用歐姆定律進行簡單計算;根據(jù)歐姆定律得出串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系;通過計算,學會解答電學計算題的一般方法,培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。
(2)技能目標
學習用“控制變量法”研究問題的方法,培養(yǎng)學生運用歐姆定律解決問題的能力。
(3)情感目標
通過介紹歐姆的生平,培養(yǎng)學生嚴謹細致的科學態(tài)度和探索精神,學習科學家獻身科學、勇于探索真理的精神。通過歐姆定律的運用,幫助學生樹立物理知識普遍聯(lián)系的觀點以及科學知識在實際中的價值意識。
3.重點和難點
重點:理解歐姆定律的內(nèi)容及其表達式和變換式的意義,并且能運用歐姆定律進行簡單的電學計算。
難點:運用歐姆定律探究串、并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系。
二、說學生
1.學生學情分析
在學習這節(jié)之前學生已經(jīng)了解了電流、電壓、電阻的概念,并且還初步學會了電壓表、電流表、滑動變阻器的使用,具備了學習歐姆定律基礎知識的基本技能。但對電流與電壓、電阻之間的聯(lián)系的認識是膚淺的、不完整的,沒有上升到理性認識,需要具體的形象來支持。所以在本節(jié)學習中應結(jié)合實驗法和定量、定性分析法。
2.知識基礎
要想學好本節(jié),需要學生應具備的知識有:電流、電壓、電阻的概念,電流表、電壓表、滑動變阻器使用方法,電流與電壓、電阻的關(guān)系。
三、說教法
結(jié)合學生情況和本節(jié)特點本人采取以下幾個教法:采用歸納總結(jié)法、采用控制變量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、說教學過程
1.課題導入(采用復習設置疑問的方式,時間3分鐘)
復習:電流是如何形成的?導體的電阻對電流有什么作用?
設疑思考:電壓、電阻和電流這三個量之間有什么樣的關(guān)系呢?通過簡單的回顧、分析,使學生很快回憶起這三個量的有關(guān)概念,通過猜想使學生對這三個量的關(guān)系研究產(chǎn)生了興趣,達到引入新課的目的。
2.展開探究活動,自主總結(jié)結(jié)論(時間37分鐘)
根據(jù)上節(jié)探究數(shù)據(jù)的基礎,讓學生自主總結(jié)出兩個結(jié)論:導體的電阻一定時,通過導體的電流與導體兩端的電壓成正比;導體兩端的電壓一定時,通過導體的電流與導體的電阻成反比。
為了進一步得出歐姆定律的內(nèi)容,可采用以下幾點做法:各小組在教師指導下,對實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)學處理,理解數(shù)學上“成正比關(guān)系”“成反比關(guān)系”的意思,從而引入歐姆定律的內(nèi)容;讓學生思考用一個什么樣的式子可以將這兩個結(jié)論所包含的意思表示出來,從而引入歐姆定律的表達式。
3.說明事項
在歐姆定律中有兩處用到“這段導體”,其意思是電流、電壓、電阻應就同一導體而言,即同一性和同時性。
向?qū)W生介紹歐姆的生平,以達成教學目標中的情感目標。學習科學家獻身科學、勇于探索真理的精神,激發(fā)學生的學習積極性。
歐姆定律應用之一:通過課本第26頁例題和第29頁習題2和習題3,讓學生自己先試做,然后教師再加以點評和補充,使學生理解掌握歐姆定律表達式及變形式的應用,達成教學目標的知識目標,充分體現(xiàn)了課堂上學生的自主地位。
應用歐姆定律解題時應注意以下幾點問題:
(1)同一性
即公式中的U、I,必須針對同一段導體而言,不許張冠李戴。
(2)統(tǒng)一性
即公式中的U、I、R的單位要求統(tǒng)一(都用國際主單位)。
(3)同時性
即公式中的U、I,必須是同一時刻的數(shù)值。
(4)規(guī)范性
解題時一定要注意解題的規(guī)范性(即按照已知、求、解、答四個步驟解題)。
歐姆定律應用之二:探究串并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系。
(1)實驗分析
在演示實驗之前,要鼓勵學生進行各種大膽的猜想,當學生的猜想與實驗結(jié)果相同時,他會在實驗中體驗到快樂與興奮,有利于激發(fā)學生的學習興趣。
①演示實驗
將兩個電阻串聯(lián)起來,讓學生觀察燈泡的亮度情況(變暗了),并說出原因(電路中的電流變小了,說明總電阻變大了)。
得出結(jié)論:串聯(lián)電阻的總電阻比任何一個分電阻的阻值都大。
②演示實驗
將兩個電阻并聯(lián)起來,同樣讓學生觀察燈泡的亮度情況(變亮了),并說出原因(路中的電流變大了,說明總電阻變小了)。
得出結(jié)論:并聯(lián)電阻的總電阻比任何一個分電阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出問題)為什么串聯(lián)后總電阻會變大?并聯(lián)后總電阻會變小?
得出結(jié)論:電阻串聯(lián)相當于導體的長度變長了,所以串聯(lián)電阻的個數(shù)越多總電阻就越大;電阻并聯(lián)相當于導體的橫截面積變粗了,所以并聯(lián)電阻的個數(shù)越多總電阻就越小。
(3)定量分析
利用歐姆定律公式以及前面學過的串并聯(lián)電路中電流和電壓的特點推導串并聯(lián)電路中總電阻的關(guān)系得出結(jié)論:(1)電阻串聯(lián)后的總電阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)電阻并聯(lián)后的總電阻=+…+。
4.小結(jié)(4分鐘)
(1)理解掌握歐姆定律的內(nèi)容及其表達式
(2)運用歐姆定律解決有關(guān)電學的計算題以及探究串、并聯(lián)電路中電阻的關(guān)系
5.布置作業(yè)(1分鐘)
本節(jié)作業(yè)的布置主要是針對歐姆定律表達式及其變形公式的運用,并結(jié)合前面學習過的串并聯(lián)電路中電流、電壓的特點的一些常見題型加以知識的鞏固。
作業(yè):《課堂點睛》17頁至18頁的習題。
五、說板書設計
歐姆定律的內(nèi)容:導體中的電流,跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。
歐姆定律的表達式:I
在過去的教學過程中,按照教材提供的素材和呈現(xiàn)知識的順序進行施教.在實際教學中,學生就會出現(xiàn)以下的現(xiàn)象:(1)容易混淆電功和電熱這兩個物理概念.因為教材中,就是從電功公式推導出焦耳定律.很容易讓學生認為求電熱就用電功來計算,再遇到非純電阻電路不能清晰的區(qū)分開,要費力抹掉前面的那些“深刻印象”,重新認識問題,這樣的反復往往使學生感到比掌握新知識還要困難.(2)閉合電路歐姆定律各公式的適用范圍含糊不清.根據(jù)教材的設計,從純電阻電路推導出了公式I=ER+r或E=IR+Ir,再把公式推導成E=U外+U內(nèi).這種從特殊到一般的推導順序違背了學生的認知規(guī)律,學生不能理解E=U外+U內(nèi)適用于一切電路.
2 適當調(diào)整教材中概念和規(guī)律的設計
在施教恒定電流的過程中,以電動勢、電功兩個概念和焦耳定律為基礎,貫徹能量轉(zhuǎn)化與守恒定律思想的講授順序,學生反映知識的系統(tǒng)是清晰的,掌握起來比較方便.
這樣的教學設計一方面從理論分析的角度使學生對概念和規(guī)律有了更深刻的理解;另一方面使學生體會到,許多概念和規(guī)律都靠邏輯關(guān)系聯(lián)系著,物理學是一個自洽的體系.
2.1 電動勢概念的建立
從非靜電力做功的角度引入電動勢的概念,教學設計上要有層次,努力使學生經(jīng)歷一個理性的、邏輯的科學思維過程,并將其思維上的臺階搭建合理.
設計的幾個臺階:①電源能維持電荷逆勢而上,一定存在著“非靜電力”;②非靜電力一定要克服靜電力做功,靜電力做負功,所以電能在增加.從能量轉(zhuǎn)化的角度看,電源是把其他形式能轉(zhuǎn)化為電能的裝置,非靜電力做功的物理意義就是量度了產(chǎn)生多少電能.③把相同的正電荷從負極經(jīng)電源內(nèi)部移到正極,非靜電力在不同的電源中做功不一樣,即不同的電源非靜電力做功的本領(lǐng)是不同的,引入電動勢來表達電源的這種特性.
可以看出,以這樣方法引入電動勢,的確要比直接給出一個名詞費些時間,但這是值得,因為這里體現(xiàn)了物理學的基本思想之一,通過做功研究能量變化的思想,用比值定義物理量的思想.不僅如此,這樣的學習還有助于建立閉合電路中電荷運動的圖景.
2.2 焦耳定律的教學
教材中,根據(jù)功和能的關(guān)系,從電能的轉(zhuǎn)化引入電功的概念,然后根據(jù)靜電力做功知識和電流與電荷量的關(guān)系得到了電功的公式W=UIt.此處要強調(diào)電功的物理意義,功是能量轉(zhuǎn)化的量度,電流做了多少功,就有多少電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能,即電功量度了電路中電能的減少,這是電路中能量轉(zhuǎn)化與守恒的關(guān)鍵.
焦耳定律的教學,我們要歸還焦耳定律的本來面貌,以物理學史的方式進行教學,更科學更合理.學生知道焦耳定律是一條實驗規(guī)律,電流的熱效應Q=I2Rt,反映了電流流經(jīng)電阻就產(chǎn)生Q=I2Rt電熱.通過電動機電路,討論消耗的電能與產(chǎn)生電熱的關(guān)系,這樣學生對電功和電熱的關(guān)系就一目了然.
2.3 閉合電路歐姆定律的教學
教材的基本思路:電源所產(chǎn)生的電能即非靜電力做功等于內(nèi)外電路產(chǎn)生的電熱.即
EIt=I2Rt+I2rt,
可推導出
E=IR+Ir
或
要做好兩次演示實驗,這為學生實驗“伏安法測電阻”打下基礎。并注意兩次演示實驗的異同,講清實驗過程中電流表、電壓表及滑動變阻器的正確連法,以及滑動變阻器在兩個實驗中作用的異同,以及注意事項。
讓學生感知實驗探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系,經(jīng)歷科學探究的全過程,使學生感悟:“控制變量”來研究物理多因素問題,是一種有效的科學方法。
第二節(jié)“歐姆定律及其應用”繼第一節(jié)后對數(shù)據(jù)的分析歸納,通過用列表法、觀察法、數(shù)學比例法、圖象法、類比法、分析、綜合與歸納等方法來對實驗數(shù)據(jù)進行研究的一些科學方法。從而分析電流、電壓、電阻三者之間的定量關(guān)系——歐姆定律及其表達式。最終培養(yǎng)學生運用這些方法對實驗數(shù)據(jù)進行研究、分析、歸納、概括物理規(guī)律的一些能力。
又通過實驗探究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點”。歐姆定律是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的關(guān)鍵。
在教學中這一節(jié)可分為四課時教學:
第一課時理解歐姆定律,進行簡單計算(求電流、電壓和電阻的三種書寫格式),初步掌握運用歐姆定律解決實際電學問題的思路和方法;可補充:有兩個用電器的簡單計算(注意強調(diào)用不同角碼區(qū)分不同用電器)。為下節(jié)課講串并聯(lián)電阻關(guān)系作鋪墊。
第二課時通過歐姆定律的推導定量研究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點”,得出:
串聯(lián)電路:R=R1+R2
并聯(lián)電路:1/R=1/R1+1/R2
第三課時運用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點練習靜態(tài)固定電路的相關(guān)計算;培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,注意教給學生解題思路、規(guī)范解題。
串聯(lián)電路的特點:
①電流:I=I1=I2
②電壓:U=U1+U2
③電阻:R=R1+R2
④串聯(lián)分壓成正比,即
U1:U2=R1:R2
電阻變大分得的電壓變大,電阻變小分得的電壓變小。
并聯(lián)電路的特點:
①電流:I=I1+I2
②電壓:U=U1=U2
③電阻:R=1/R1+1/R2
④并聯(lián)分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
電阻變大通過的電流變小,電阻變小通過的電壓變大。
第四課時運用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點,練習動態(tài)電路的相關(guān)計算。
動態(tài)電路------由于開關(guān)的通斷、滑動變阻器滑片的移動導致電路中的物理量發(fā)生變化的電路。
簡化電路的方法:
1、電流表看成導線,電壓表看成斷路。
2、短路和斷路的電路可以去掉。
3、閉合的開關(guān)看成導線
解決變化電路問題的關(guān)鍵是把動態(tài)電路變成靜態(tài)電路(電路的識別),可以把電流表簡化成導線,將電壓表簡化成斷開的或干脆拿掉。把閉合的開關(guān)看成導線,把被局部短路的用電器拿掉;把開關(guān)斷開的支路去掉,來簡化電路。畫出每次變化后的等效電路圖,標明已知量和未知量,再根據(jù)有關(guān)的公式和規(guī)律去解題。
第三節(jié)“測量小燈泡的電阻”是歐姆定律內(nèi)容的延續(xù),教學過程中以學生為主,本節(jié)主體內(nèi)容是利用電壓表、電流表測算出小燈泡的電阻,通過實驗探究去發(fā)現(xiàn)燈絲電阻變化的規(guī)律,并最終找到影響燈絲變化的因素及它們之間的相互關(guān)系。注意多測幾組數(shù)據(jù),指明不能用平均法求電阻值(測量定值電阻的阻值用平均法求電阻值)。
通過本實驗,進一步讓學生認識到導體的電阻大小是導體本身的一種性質(zhì),與導體兩端的電壓和導體中的電流無關(guān),只與導體的材料、長度、橫截面積有關(guān),此外跟溫度有關(guān)。這也為電功率中“測量小燈泡的電功率”作了鋪墊。
第四節(jié)“歐姆定律及其安全用電”:課前安排學生收集安全用電的常識,課堂上進行交流,教師進行補充。再播放《安全用電》視頻。
節(jié)課從電壓的高低、電阻的大小對用電安全的影響入手,讓學生學會運用已學的電學知識,解決有關(guān)生活中的實際的問題,既增強自我保護意識,又提高在幫助他人時講安全、講規(guī)則、講科學的意識。
另外本節(jié)涉及電路故障(斷路或短路),在教學中應加強練習,注意區(qū)分兩者對電路造成的影響,以及電路中電流表、電壓表的變化。要求學生懂得一些簡單的電路故障的問題,學會簡單的故障排除方法,目的是為了培養(yǎng)學生基本的生活技能。了解短路的知識,使學生懂得安全用電的基本常識,提高安全用電的意識。
教材中介紹了避雷針,使學生注意防雷的重要性,提高自我保護的意識。
2.理解串聯(lián)電路的等效電阻和計算公式.
3.會用公式進行簡單計算.
能力目標
1.培養(yǎng)學生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養(yǎng)學生理論聯(lián)系實際的能力.
情感目標
激發(fā)學生興趣及嚴謹?shù)目茖W態(tài)度,加強思想品德教育.
教學建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題,從實驗得出結(jié)論.串聯(lián)電路總電阻的計算公式是本節(jié)的重點,用等效的觀點分析串聯(lián)電路是本書的難點,協(xié)調(diào)好實驗法和理論推導法的關(guān)系是本書教學的關(guān)鍵.
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實驗和理論證明相結(jié)合的方式進行學習.
實驗法和理論推導法并舉,不僅可以使學生對串聯(lián)電路的總電阻的認識更充分一些,而且能使學生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些.
由于實驗法放在理論推導法之前,因此該實驗就屬于探索性實驗,是伏安法測電阻的繼續(xù).對于理論推導法,應先明確兩點:一是串聯(lián)電路電流和電壓的特點.二是對歐姆定律的應用范圍要從一個導體擴展到幾個導體(或某段電路)計算串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻時,常出現(xiàn)一個“總”字,對“總”字不能單純理解總和,而是“總代替”,即“等效”性,用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路.
--方案
1.引入課題
復習鞏固,要求學生思考,計算回答
如圖所示,已知,電流表的示數(shù)為1A,那么
電流表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表V的示數(shù)是多少?
通過這道題目,使學生回憶并答出串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系
(1)串聯(lián)電路中各處的電流相等.
(2)串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和.
在實際電路中通常有幾個或多個導體組成電路,幾個導體串聯(lián)以后總電阻是多少?與分電阻有什么關(guān)系?例如在修理某電子儀器時,需要一個10的電阻,但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻,而只有一些5的電阻,那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢?
電阻的串聯(lián)知識可以幫助我們解決這個問題.
2.串聯(lián)電阻實驗
讓學生確認待測串聯(lián)的三個電阻的阻值,然后通過實驗加以驗證.指導學生實驗.按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯(lián)入電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的讀數(shù)為一整數(shù)(如3V),電流表的讀數(shù)為0.6A,根據(jù)伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯(lián)起來接在電路的a、b兩點之間,提示學生,把已串聯(lián)的電阻與當作一個整體(一個電阻)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時讀數(shù)為0.2A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結(jié)果得出總電阻與、的關(guān)系.
再串入電阻,把已串聯(lián)的電阻當作一個整體,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表的示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時示數(shù)為0.1A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結(jié)果,得出總電阻與的關(guān)系:.
3.應用歐姆定律推導串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯(lián)電路中
所以
這表明串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導體的電阻之和.
4.運用公式進行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯(lián)起來接在6V的電源上,求這串聯(lián)
電路中的電流
讓學生仔細讀題,根據(jù)題意畫出電路圖并標出已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導學生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經(jīng)比較得出第(3)種方法簡便,找學生回答出串聯(lián)電路的電阻計算
解題過程
已知V,求I
解
根據(jù)得
答這個串聯(lián)電路中的電流為0.3A.
強調(diào)歐姆定律中的I、U、R必須對應同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發(fā)光時燈絲電阻為8.3,兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源,要使燈泡正常工作,需要串聯(lián)一個多大的電阻?
讓學生根據(jù)題意畫出電路圖,并標明已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導學生分析得出
(1)這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V,而電源電壓是6V,那么串聯(lián)的電阻要分擔的電壓為
(2)的大小根據(jù)歐姆定律求出
(3)因為與串聯(lián),通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據(jù)求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:A 文章編號:1003-6148(2016)12-0060-3
1 P于閉合電路歐姆定律
1.定律內(nèi)容:在外電路為純電阻的閉合電路中,電流的大小跟電源的電動勢成正比,跟內(nèi)、外電阻之和成反比。
2.定律的得出:仔細分析人教版和教科版教材,他們給出定律的過程是相同的。在電源外部,電流由電源正極流向負極,在外電路上有電勢降落,習慣上稱為路端電壓或外電壓U,在內(nèi)電路上也有電勢降落,稱為內(nèi)電壓U';在電源內(nèi)部,由負極到正極電勢升高,升高的數(shù)值等于電源的電動勢。理論和實踐證明電源內(nèi)部電勢升高的數(shù)值等于電路中電勢降低的數(shù)值,即電源電動勢E等于外電壓U和內(nèi)電壓U'之和,即E=U+ U'=U+Ir。若外電路為純電阻,則U=IR,所以E=IR+Ir,I=
從教學實際看,上述給出定律的方法很多同學并不能理解,只能生硬的接受,這給學生對定律的理解和運用帶來困難。在教學中筆者嘗試從能量角度推導定律,效果較好,過程如下:從能量轉(zhuǎn)化觀點看,閉合電路中同時進行著兩種形式的能量轉(zhuǎn)化:一種是把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能,另一種是把電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。
設一個正電荷q,從正極出發(fā),經(jīng)外電路和內(nèi)電路回轉(zhuǎn)一周,其能量的轉(zhuǎn)化情況如下:
在外電路中,設外電路的路端電壓為U,那么正電荷由正極經(jīng)外電路移送到負極的過程中,電場力推動電荷所做的功W=qU,于是必有qU的電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量(如化學能、機械能等)。在內(nèi)電路中,設內(nèi)電壓為U',那么正電荷由負極移送到正極的過程中,電場力所做的功W=qU',于是必有qU'的電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。若電源電動勢為E,在電源內(nèi)部依靠非靜電力把電量為q的正電荷從負極移送到正極的過程中,非靜電力做的功W=qE,于是有qE的其他形式的能(化學能、機械能等)轉(zhuǎn)化為電能。
因此,根據(jù)能量轉(zhuǎn)化和守恒定律,在閉合電路中,由于電場力移送電荷做功,使電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能(qU+qU'),應等于在內(nèi)電路上由于非靜電力移送電荷做功,使其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能(qE),因而qE=qU+qU',即E=U+U'。若外電路為純電阻R,內(nèi)電路的電阻為r,閉合電路中的電流強度為I,則U=IR,U'=Ir,代入上式即得I=
E/(R+r)。
3.定律的理解:不論外電路是否為純電阻,E=U+ U'=U+Ir總是成立的,只有當外電路為純電阻時,才能成立。閉合電路歐姆定律的適用條件跟部分電路歐姆定律一樣,都是只適用于金屬導電和電解液導電。
2 不同的物理量間的圖像關(guān)系以及對圖像的理解(以外電路為純電阻為例)
圖像1 電路中的總電流與外電阻的關(guān)系即I-R圖像
圖像2 外電壓與外電阻的關(guān)系即U-R圖像
由閉合電路歐姆定律可得:
分析可得:R增大,U增大;R減小,U減小,但不成線性關(guān)系。R0,U0; R∞,UE。故U-R圖像如圖2所示。當外電路短路(R=0),外電壓為0;當外電路開路R∞,外電壓等于電動勢E,即若題目中告訴某一電源的開路電壓,則間接告訴了電動勢E的值。
圖像3 外電壓與總電流的關(guān)系即U-I圖像
由閉合電路歐姆定律可得:U=E-U'=E-Ir。
分析可得:由于E、r為定值,故U與I成線性關(guān)系,斜率為負,故圖像應如圖3所示。當I=0,U=E,即圖像的縱截距表示電動勢;當 此時外電路短路,此電流即為短路電流,即橫截距表示短路電流。斜率k=-r,即斜率的絕對值表示內(nèi)電阻。
由上述分析可知,若給出了U-I圖像,則由圖像就可以知道電源電動勢E和內(nèi)阻r這兩個重要的參量。若將不同電源的U-I圖像畫在同一個圖中,如圖4所示,則可以比較不同電源的電動勢和內(nèi)阻的大小。由圖4可知E1=E2、r1
圖像4 電源的輸出功率與外電阻的關(guān)系,即P-R圖像
圖像5 電路中的功率與總電流的關(guān)系,即P-I圖像
與閉合電路相關(guān)的功率有3個:電源的總功率、電源內(nèi)部的熱功率、電源的輸出功率。
由P=IE可知P與I成正比,圖像應為過原點的一條傾斜的直線。
由P=I2r可知圖像應為頂點過原點的關(guān)于縱軸對稱的開口向上的拋物線的一半。
由P=P-P=IE-I2r可知圖像應為過原點的開口向下的拋物線的一部分。
若將3個功率與電流的關(guān)系圖像畫在同一圖像中,則分別對應著圖6中的圖線1、2、3。
利用圖線1可求電動勢E,利用圖線2可求內(nèi)阻r,需要特別注意的是:此圖像中3條圖線不能隨意畫。“1”“2”交點說明此時P=P,即P=0,外電路短路,電流最大,此狀態(tài)下圖線“3”與橫軸交點值一定是“1”“2”交點對應的橫坐標值,否則就是錯誤的。“2”“3”交點的含義為P=P,此狀態(tài)下R=r,則“2”“3”交點對應的橫坐標一定為 ,若不是則錯誤。還必須注意的是“2”“3”的交點一定是“3”的最高點,因為R=r時,P最大,若不是這樣則此圖畫錯了。
案例 在圖7(a)所示電路中,R0是阻值為5 Ω的定值電阻,R1是一滑動變阻器,在其滑片從最右端滑至最左端的過程中,測得電源的路端電壓U隨電流I的變化圖線如圖7(b)所示,其中圖線上的A、B兩點是滑片在變阻器的兩個不同端點時分別得到的,討論以下問題:
問題1 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電流表示數(shù)如何變化?
分析:滑片從最右端滑至最左端的過程中,由電路結(jié)構(gòu)可知外電阻R變小,由I-R圖像可知電流表示數(shù)變大。
問題2 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電壓表示數(shù)如何變化?
分析:滑片淖鈑葉嘶至最左端的過程中,由電路結(jié)構(gòu)可知外電阻R變小,電壓表測量的是外電壓,由U-R圖像可知電壓表示數(shù)變小。
問題3 電源電動勢和內(nèi)阻各為多大?
分析:圖7(b)給出的是外電壓與電流的關(guān)系,由圖可求得斜率絕對值為20,將圖線延長與縱軸相交,可得縱截距為20,由U-I圖像的物理含義可知電源電動勢E=20 V,內(nèi)阻r=20 Ω。
問題4 滑片從最右端滑至最左端的過程中,電源的輸出功率如何變化?最大輸出功率為多少?
分析:由題目所給條件可求得R1的最大阻值為75 Ω,滑片從最右端滑至最左端的過程中,外電阻的變化范圍為80 Ω~5 Ω,由P-R圖像可知P先變大再變小。調(diào)節(jié)過程中可以滿足R=r,則當R1的有效阻值為15 Ω時,電源輸出功率達最大 ,即為5 W。
問題5 若在上述條件下,僅將R0的阻值改為30 Ω,滑片從最右端滑至最左端的過程中,電源的輸出功率如何變化?電源的最大輸出功率為多少?
分析:滑片從最右端滑至最左端的過程中,外電阻的變化范圍為105 Ω~30 Ω,由P-R圖像可知P一直變小。由于無法滿足R=r,則電源輸出功率不可能為,則當R與r最最接近即R1=0 Ω時電源輸出功率最大,計算可得為4.8 W。
與閉合電路歐姆定律應用相關(guān)的題目較多,題型多種多樣,解決這類題目的關(guān)鍵是要搞清電路結(jié)構(gòu),搞清電表的測量對象,分清已知量與未知量,再運用相應規(guī)律求解則可。當然,這也不是一蹴而就的,只有多做、多練、多思考才能達到較好的效果。在解答閉合電路問題時,部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律經(jīng)常交替使用,這就要求我們認清研究對象是全電路還是某一段電路,是這一段電路還是另一段電路,以便選用對應的歐姆定律,并且要注意每一組物理量(I、U或I、E、R、r)的對應關(guān)系是對同一研究對象的,不可“張冠李戴”。
物理概念是物理知識的核心內(nèi)容.著名科學家錢學森曾說過:“學習理科的關(guān)鍵是概念清,多練習.”學生的物理概念是否清楚對學好物理至關(guān)重要.學習物理概念需要重視物理概念的形成過程.學習物理概念需要知道為什么要引入它,它是如何定義的,定義式是什么,單位是什么,如何測量(或測定),有什么應用等.例如:密度是一個十分重要的物理概念,學習它要重視以下過程:在物理學中為了比較相同體積的不同物質(zhì)的質(zhì)量一般不同的特性引入了密度,單位體積的某種物質(zhì)的質(zhì)量叫做這種物質(zhì)的密度,定義式是ρ=m/V,國際單位是kg/m3,常用單位是g/cm3,測密度的方法很多,但基本方法是測質(zhì)量,測體積,再利用密度公式計算出密度,應用有求密度,求質(zhì)量,求體積等等.速度、壓強、功率、比熱容、電功率等等都是重要的物理概念,望廣大師生重視其形成過程.
2學習物理規(guī)律需要重視規(guī)律的形成過程
物理規(guī)律是物理知識中的最核心內(nèi)容,多數(shù)是從物理事實的分析中直接概括出來的,學習物理規(guī)律更需要重視物理規(guī)律的形成過程.要知道物理規(guī)律的實驗基礎、基本內(nèi)容、數(shù)學表達式、適用范圍、應用等等.例如:歐姆定律是電學中最重要的規(guī)律之一,學習它,我們要知道歐姆定律的實驗基礎,歐姆定律是研究電流與電壓、電阻的關(guān)系,首先要用到控制變量法,電阻一定,研究電流與電壓的關(guān)系,電壓一定,研究電流與電阻的關(guān)系.電阻一定,可找一定值電阻(R=5 Ω),研究電流與電壓的關(guān)系,實際上要看電壓變,電流變不變,若變,如何變.如何改變定值電阻兩端的電壓呢?方法一:可以改變電源的電壓,方法二:可以通過滑動變阻器來改變定值電阻兩端的電壓.通過探究實驗得出電阻一定時,電流與電壓成正比.電壓一定,可找一穩(wěn)壓電源,也可通過滑動變阻器來保持電阻兩端的電壓不變,研究電流與電阻的關(guān)系,實際上是看電阻變,電流變不變,若變,怎么變?改變電阻,還要知道它的值,可以逐次更換定值電阻(5 Ω、10 Ω、15 Ω),移動滑動變阻器,保持電阻兩端的電壓(U=3 V)不變,從而測出相應的電流值.分析實驗數(shù)據(jù)得出,電壓一定時,電流與電阻成正比.
歐姆定律的基本內(nèi)容是:通過導體的電流,跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比.數(shù)學表達式為I=U/R,歐姆定律是在金屬導體做實驗的基礎上,總結(jié)出來的,一定適用于金屬導體,對于其它的導體是否適用,要用實驗驗證,通過實驗證明,歐姆定律還適用于電解液導電,不適用于氣體導電,可見歐姆定律的適用范圍是適用于金屬導體,電解液導電,不適用于氣體導電.應用有三方面:(1)求電流,(2)求電壓,(3)求電阻.解題時要注意I、U、R三個物理量的對應性、同時性、統(tǒng)一性,即對應于同一導體、同一段電路,同一時刻、同一狀態(tài),單位要統(tǒng)一于國際單位.
3學生實驗需要重視實驗過程
學習物理要以觀察、實驗為基礎,觀察自然界中的物理現(xiàn)象,進行學生實驗,能夠使學生對物理事實獲得具體的明確認識,這種認識是理解物理概念和規(guī)律的必要的基礎.學生實驗需要重視實驗過程,如要了解每個學生實驗的實驗目的、實驗原理、實驗方法、需要測量的物理量、實驗器材、實驗步驟、實驗記錄、實驗結(jié)論、必要的誤差分析等等都應該清楚.
4科學探究需要重視探究過程
科學探究就是讓學生模擬科學家的工作過程,按照一定的科學思維程序探索學習的過程,從中學習科學方法、發(fā)展科學探究所需要的能力、增進對科學探究的理解,體驗探究過程的心理感受.科學探究需要重視探究過程.科學探究的過程是一個創(chuàng)造的過程,而創(chuàng)造力的核心是創(chuàng)造性思維.因此,探究實質(zhì)是一個思維的過程,這個思維的過程是模擬科學工作者進行科研的思維程序來進行的,這種思維程序就是學生科學探究的程序步驟.即提出問題、猜想與假設、制定計劃與設計實驗、進行實驗與收集證據(jù)、分析與論證、評估、交流與合作.
5做物理習題需要重視解題過程
學習物理要求概念清,多練習.可見做物理習題很重要,做題可以幫助我們鞏固所學的知識,檢驗學習效果,錘煉思維的靈活性,全面提高學生的科學素養(yǎng),培養(yǎng)學生觀察、實驗能力,分析概括能力,運用物理知識解決簡單的實際問題的能力,以及創(chuàng)新精神和實踐能力.物理題型很多,如填空題、選擇題、實驗題、探究題、簡答題、計算題、作圖題、推理題等等.無論是做何種題型的物理習題,都需要重視解題過程.不同的題型,有不同的解題要求,不同的解題方法,不同的解題過程.一般來說,無論是做何種物理習題,都要正確理解題意,正確審題;明確相應的物理過程,物理情景,建立物理模型;運用相應的物理概念、物理規(guī)律,直接得出結(jié)果或結(jié)論.稍微有點靈活性,有點難度的題目,要分清層次,理清思路,找出聯(lián)系,或進行物理公式變換或公式推導,或運用數(shù)學思想(如列方程、列方程組)求解.最后就是檢查.
6學習物理需要重視有的物理量是過程量
物理學所研究的許多問題,都直接涉及到某一物理現(xiàn)象發(fā)生的整個過程,或者是過程中的某些狀態(tài).因此,相應地就引人了許多關(guān)于描述某些物理過程的過程量和用來描述某些特定的物理狀態(tài)的狀態(tài)量.
1.如何方便地測定電源的電動勢?
演示:用伏特表按圖(1)電路直接測電源的電動勢,測得伏特表示數(shù)為2.9伏。
2.若電路中加接電阻R,閉合開關(guān)S,觀察此時伏特表的讀數(shù)。
演示:按圖(2)電路,測得伏特表的示數(shù)為2.1伏。
此時教師及時把握實驗造成的認識沖突進行設問:此時電源電動勢變化了嗎?為何第二次伏特表示數(shù)變小了呢?你能知道此時電源的內(nèi)電壓是多大嗎?
通過上述的問題情境,使學生的思維進入專注的學習狀態(tài),隨之,通過學生的思維,有利于理解E=U外+U內(nèi)的關(guān)系式以及伏特表測量的物理意義,為閉合電路歐姆定律的教學埋下了伏筆。
3.若上述電路中再串聯(lián)一個安培表(圖3),當電阻R發(fā)生變化時,伏特表和安培表的示數(shù)將如何變化?
先讓學生進行猜想,后演示,并運用歐姆定律I=U/R進行分析。猜想與實驗結(jié)論形成了矛盾,使學生的認知再次發(fā)生了沖突。接著,在教師的引導下,讓學生在矛盾的思索中,以直觀的形象進入理性的頓悟,從而得出某部分電路R的變化對電路的影響,只用某部分電路的歐姆定律來分析已不適用,因而必須對整個電路進行認識把握。教師由此把握契機,導出本堂課的研究課題。
接著,我通過設計以下教學程序,讓學生主動參與探索規(guī)律的活動,使之身臨其境,再現(xiàn)了當年科學家研究的思維方法和發(fā)現(xiàn)的過程。
1.鼓勵學生進行大膽猜想。
設問:閉合電路中的電流強度可能與哪些因素有關(guān)?
教師可啟發(fā)學生在歐姆定律中決定電流強度I的有關(guān)要素,從而通過思維方法的遷移、猜想得到:I與R、與E、與r、等因素有關(guān)。
2.引導學生設計實驗驗證上述猜想。
設問:你能用什么方法驗證上述猜想呢?(教師提示:物理學中最有說服力的武器――科學實驗。)
設問:那么多變量之間的關(guān)系又如何處理?(教師啟發(fā)學生:探索牛頓第二定律時對那么多變量問題的處理――控制變量的方法。)
3.實驗的具體設計及演示驗證。
通過逐個控制變量的方法,討論、設計并演示如下實驗:
(1)用手搖直流發(fā)電機M作電源(圖4)。通過改變轉(zhuǎn)速來改變電動勢的大小。(當R、r一定時,I與E關(guān)系?)
(2)選用可調(diào)電源(圖5),改變外電阻R,觀察安培表示數(shù)變化。(當E、r一定時,I與R的關(guān)系?)
(3)選用可調(diào)電源(圖6),改變電源內(nèi)阻,觀察安培表示數(shù)變化。(當E、R一定時,I與r的關(guān)系?)
通過上述教學程序,學生的思維實現(xiàn)了從猜想到實驗性驗證的探索過程。
4.引導學生根據(jù)已有知識進行科學推理,使之由定性升華到定量。
設問:由E=U外+U內(nèi)能得出I與上述各量的定量關(guān)系嗎?
對于外電路U外=IR,那么內(nèi)電路U內(nèi)=Ir亦成立嗎?
再次引導學生運用實驗手段驗證。如圖(6)所示,用探針接伏特表,可測得內(nèi)電壓,安培表可測得內(nèi)電路的電流。通過改變R,測得伏特表和安培表的示數(shù)如下:
分析上表所得的數(shù)據(jù),觀察得到U內(nèi)/I=定值,得出歐姆定律也同樣適用于內(nèi)電路,即U內(nèi)=Ir。由此,學生可推導出:E=IR+Ir。討論I的決定因素,將公式變換得I=E/(R+r),即閉合電路歐姆定律的數(shù)學表達式。
對閉合電路歐姆定律進行剖析、運用時,好讓學生思考、觀察、分析、討論,增強課堂思維量,加深對規(guī)律的進一步理解,我通過設計以下問題的思維階梯來拓展思維層次:
設問:1.請大家運用此規(guī)律解釋前面導課中、的示數(shù)如何變化?
2.當外電路處于斷路狀態(tài)時,=E,為什么?
3.若電源兩端連接一根導線(即電路處于短路狀態(tài)),I=?短路狀態(tài)有何危害?(學生思考后,教師演示短路狀態(tài)時保險絲熔斷實驗。)
4.請大家根據(jù)U=E-I r關(guān)系式,畫出U-I函數(shù)圖線,并說明物理意義。
5.先通過實驗演示,然后提出問題。
如圖(7)電路,已知電阻R1=5Ω,當S閉合時,讀出的讀數(shù)(I1=0.35A),據(jù)此數(shù)據(jù)能否求電源的E和r?
(2)如何想法求得?(提示:若再給一只R2 =10Ω的電阻,行嗎?)演示實驗并測得的示數(shù)(I2 =0.22A),請學生列式求得(E=3V,r=3.5Ω)。
然后小結(jié),此題告訴了我們一種測量E、r的重要方法,即課本中例題解決的問題,并進一步設問(留給學生課外思考):
①若把改成一只,如何設計實驗測量E、r?
②若只給一只和一只及一只可變電阻,又如何設計實驗測量E、r?
6.先給實物電路,讓學生運用規(guī)律計算求解,后讓學生觀察實驗,在發(fā)生認知沖突中,使學生自悟自解,深化思維層次。
(1)圖(8)電路中,若把電阻R換成一只內(nèi)阻為1.5Ω的電動機,當閉合開關(guān)S,的示數(shù)多大?(請學生求解。)