发布时间:2023-09-26 14:43:46
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《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.
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(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——列表对比法和图像法;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。从教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,从教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。
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,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于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,怎样进行实验操作,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,物理规律必须通过实验的检验,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前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?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,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出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,通过提问和画图像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印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际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。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
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。
3.注意凑示实验的可视度。
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。
一、辨析概念,夯实基础
任何知识的学习掌握都离不开基础知识。电学部分的基础知识多、散、要辨析清楚、固记脑中。
(一)、关于电路
1、串联、并联
初中物理中要求学生掌握最基本的两种连接方式:串联、并联。能否正确分析辨别他们对后面内容的学习至关重要。识别电路的类型,可以根据定义:“逐个顺次连接”为串联,各元件“首首相接、尾尾相接”并列地连在电路的两点间,(“首”为电流流入用电器的哪一端,“尾”指电流流出用电器的那一端)此电路为并联电路。
2、通路、开路、短路
电路中出现的这三种状态,其中通路为处处相通的电路,开路为电路中有处断开的电路,这两种状态易于接受,便于分清。但是学生对于短路的分辨显得力不从心,不知道何处短路,为什么短路。其实只要注意分析的要点即可辨出何处短路。电流具有走捷径的特点,捷径是指这条路径中电阻很小,小到可以忽略不计、即为空导线,当一根空导线,或开关、或电流表(电阻小到可以认为没有)与某个用电器并联时,电流只走空导线,开关或电流表而不走用电器,使该用电器被短路,从而不能工作。
(二)三个重要的物理量—电流、电压、电阻
1、概念辨析
电荷的定向移动形成电流,这是电流的形成定义,简单便于理解;电压是形成电流的原因,没有电压就没有电流;电阻是指导体对电流的阻碍作用,即阻碍作用越大,电流越小。
2、表示符号
电流、电压、电阻三物理量分别用I、U、R表示,而单位表示字母分别为A(安培)、V(伏特)、Ω(欧姆)。
3、工具的使用
电流表是测量电流的工具;电压表是测量电路两端电压的工具;调节电路中的电流和用电器两端的电压,可以使用滑动变阻器。
(三)电功(W)、电功率(P)
物理学中电功没有确切的定义,只是描述性的,当电能转为其它形式能时,就说做了电功。即电功就表示有多少电能转化为其它形式的能,如果知道了电功的多少,就知道了消耗多少电能。而用电器单位时间内消耗的电能叫做电功率。电功率的大小不仅取决于消耗电能的多少,也取决于所用的时间的长短。
二、理解规律,把握关键
(一)三个物理量在串、并联电路中的特点
在串联电路中:电流处处相等;电路两端的总电压等于部分电路两端电压之和;总电阻等于各导体的电阻之和。在并联电路中:干路中电流等于各支路电流之和;各支路两端的电压相等;并联电路总电阻的倒数等于各并联导体的电阻倒数之和。
(二)欧姆定律
一段导体的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。这个定律非常重要,一定要加强理解,熟记其使用的条件及注意事项。
(三)电功定律
某段电路上的电功,跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间成正比。物理学中用电路两端的电压U,电路中的电流I,通过的时间t,三者的乘积来计算电功。
(四)焦耳定律
导体中有电流通过时,导体就要发热,此现象称为电流的热效应。英国物理学家焦耳经过多年的研究,做了大量的实验,精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系:电流流过某段导体时产生的热量跟通过这段导体的电流的平方成正比,跟这段导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。
三、疏通关系,构建框架
在掌握了上述理论知识的基础上,还要想法疏通各个物理量之间的关系,熟悉各物理量的单位及换算关系,能够快速选择相应的计算公式,列式解答。
(一)重要的计算公式
1、三个物理量的关系公式
串联时:I=I1=I2;U=U1+U2;R=R1+R2(若有几个等阻值为R0的电阻串联则R=nR0)
并联时:I=I1+I2;U=U1=U2;1/R=1/R1+1/R2(若有几个阻值为R0的电阻并联则总电阻R=RO/n)
2、欧姆定律:I=U/R
此公式中只有电流、电压、电阻三个物理量,但它的作用非常重要。在使用公式时要注意:①三个物理量都要针对同一段导体,或同一个电路而言;②三个物理量的单位都要使用国际单位,即分别为A、V、Ω;③已知其中的任意两个量都可以求出第三个量。 转贴于
3、电功公式:W=Uit;电功率公式:P=UI
电功、电功率这两个物理量的计算由于欧姆定律及其变形公式的影响,使计算电功率公式特别多,在选择使用时很难选择,所以要注意选取的技巧和方法,要求的问题所在电路为串联时:电功选用公式:W=I2 Rt,电功率选用P=I2 R;而当要求所在的电路为并联时,则分别选用W=U2/R.t,P=U2/R,这样的选择都利用了所在电路的特点(电流相等或电压相等)加快解题。
4、焦耳定律:Q=I2 Rt
焦耳定律的公式与电功公式的形式基本一样,使用时同样要注意公式的选择问题,当所求问题的电路为纯电阻(除了电能转化为内能外,别无其他形式的能产生)电路时,几个公式可以任意选取;若不是纯电阻电路只可使用公式Q=I2 Rt不然的话计算有误。
(二)单位的换算
单位换算的前提条件有两个:一是记住每个物理量的单位及表示符号;二是要牢记各单位之间的换算进率。其中电流、电压、电阻这三个物理量的单位较多,注意每个物理量的任何两个相邻的单位间的换算进率都为1000。还要注意一点,由于欧姆定律及其变形公式的影响,电功、电功率,焦耳定律的公式较多,产生的单位同样很多,使用时各物理量均使用国际单位。
四、善于总结,归纳要领
下面的这些要领非常重要。
(一)串、并联电路的识别
上面已经提到区别它们的方法,在做题中要选取适当的方法,迅速作出判断。
(二)短路的辨别
把握短路现象的真正含义——电流不经过用电器回到电源的负极。注意电流的特性——电流走捷径。当在电路中发现有空导线,开关或电流表等元件与用电器并联时,相应的用电器被短路不工作。
(三)串、并联电路中的三个物理量的关系
1.技能性错误
技能性错误指学生因缺乏操作技能和仪表读数技能而产生的错误。“探究通过导体的电流与电压、电阻的关系”实验包括电流表、电压表、滑动变阻器等众多电学器材,实验操作具有综合性,主要表现在:(1)两表怎样接入、如何选择量程、如何读数?(2)滑动变阻器涉及四个接线柱,怎样接入可以达到实验目的?(3)电池盒电源的选择。(4)连接电路应注意断开开关,滑片移到电阻最大的地方。(5)探究活动暂停时,及时断开开关。由于学生对每种器材掌握程度可能不一样,一旦这些器材整合在一起后,在操作或读数上就容易犯错,成为实验探究的障碍。
2.客观性错误
客观性错误指并非由于学生知识、能力等主观因素造成,而是由于客观因素的影响而造成的错误。主要表现为:(1)器材自身原因。其一,器材使用时间过长,致使局部损坏,影响测量准确性;其二,器材质量有问题,如,劣质电表在使用中指针来回晃动,影响学生收集数据,导致得不到正确的实验结论;其三,器材设计复杂,如图1,电池盒接线柱太多,电池的组装和接线变成了难点,而这并不是实验重点,人为地制造困难。(2)实验综合性强,只要一种仪器的使用存在短板,就会造成结论错误。(3)缺乏适度的引导,或没有提供充裕的探究时间。第一种情况,探究盲目,导致学生“盲”中出错;第二种情况,时间紧迫,导致学生“忙”中出错。
3.生成性错误
生成性错误指在实验探究中产生的、在教师预设之外的错误。怎样利用这类错误资源,对教师的教学智慧是一种挑战。在探究通过导体的电流与导体电压的关系时,基于学生实际,预设的电路设计为图2,预设的教学过程是:引导学生发现该电路只能收集一组数据,不能发现规律,再启发学生如何获得多组数据,学生想到改变电池个数来改变电压和电流,最后从操作方便程度和采集数据连续性方面,说明该电路存在缺陷,从而引导出串联一个滑动变阻器。在笔者按部就班教学时,有学生提出用电阻箱代替定值电阻R,通过改变电阻箱电阻来收集多组数据,该方案得到一些学生的认可,但该方案的最大错误是没有控制R不变。
4.素养性错误
素养性错误指学生因缺乏科学素养所表现出的错误行为、习惯和意识。《义务教育物理课程标准(2011版)》指出,物理课程应“以提高学生科学素养为宗旨”,使学生“养成实事求是、尊重自然规律的科学态度”,“具有保护环境和可持续发展的意识”。回首课堂,实验过程中学生篡改数据、拼凑数据的现象时有发生,而且学生节能意识淡薄,如,探究活动暂停,开关还一直闭合,没有及时断开开关。
5.观念性错误
观念性错误指学生将课堂探究与真正的科学探究等同起来,意识不到科学发现的艰辛与曲折,形成“物理发现不过如此”的错误观念。学生探究的问题和模式都是由教材或教师给出的,而且教材中的各种提示为学生指明了探究方向。因此,学生感到概念规律的得出十分容易,顺理成章,甚至感叹自己生不逢时。但真正的科学探究都是在黑暗中摸索,没有人可以引路,经过许多年、很多次的不断猜测和实验,仍有可能以失败告终。这些情况,学生是没有遇到也体会不到的。当介绍欧姆定律的发现经历了约十年时间,付出了艰辛的努力时,学生在内心深处并不认同,他们认为一堂课的功夫就探究出欧姆定律,哪里来的“艰辛与曲折”?
二、基于错误资源的实验教学策略
1.变“讲授”为“探索”,促进实验技能的构建
实验仪器的操作都有一定的规范,正确操作实验仪器是一项基本技能。在刚接触新仪器时就要严格要求、熟练掌握,为今后的综合探究夯实基础。对实验仪器的教学,有人提倡采用讲授式,以师讲生听为主,而教学实践证明,这种方法不易引起学生兴趣,扼杀学生使用新仪器的欲望。科学技术在不断发展,现在没有的东西,可能明天就会出现,学生在未来的生活、工作中肯定会遇到许多新的科技产品,这些产品怎么使用,需要学生自己摸索。因此,物理课堂上,教师的一个重要职责就是培养学生探索新器材的能力,这是一种适应现代化生活的能力。
基于这些考虑,可以采用探索式教法,充分调动学生对新鲜事物的好奇心和探究欲。比如,教学“电流表的使用”,可以将教材内容编辑成仪器使用说明书的形式,在前面部分列出几个注意事项,学生阅读说明书后,试着去测电路中的电流。探索中,学生必然要经历犯错、反思、纠错的过程,而这正是学生自我建构操作技能的过程,印象自然根深蒂固,同时,培养了学生使用新仪器的能力。又如,对电流表的读数,教师先投影一组学生的表盘,但故意不显示接线柱,如图3,请学生读数,有些学生马上就报出读数,但出现不同结果,还有学生犹豫不决,教师启发学生为什么出现这种现象?学生反映,不知道接线柱。此时,学生就会明白,读数先要明确接线柱或量程。接着,告诉学生是小量程,再请学生读数,又出现了两个答案:0.24A和0.28A。教师追问,到底哪个正确,为什么?引导学生要看清分度值,并回答不同量程下的分度值分别是多少?两种量程、相同的偏转角度,示数有何关系?经历“发现问题、分析原因”的探索过程,学生自主完成读数技能的构建,最后总结读数步骤:先看量程,再看分度值。这种探索式教法同样适合电压表的使用与读数,为探究欧姆定律作好技能铺垫。
2.变“异常”为“正常”,营造良好的探究环境
每堂探究课都有预期目标和探究重点,而时间有限,所以,要为学生创造一个好的实验环境,避免一些客观的、非重点因素的干扰,为探究重点赢得更多时间。实验器材使用时间过长或质量不过关,不能正常工作,学生在操作过程中就会麻烦不断,影响探究情绪。尤其是测量类器材,比如电流表和电压表,如果器材质量有问题,学生的数据能准确吗?又谈何发现数据中蕴藏的物理规律?因此,学校采购器材时应严把质量关,对有问题的器材要及时更换,同时,检修器材也非常重要,特别是使用频繁高、易损耗的器材。建议教研组抽出专门的时间和精力,集中检修,一来减轻实验员的工作压力,二来掌握一些检修技能。当提供的都是能正常使用的器材后,学生的实验就不会受其他因素影响,从而保障探究正常进行。
3.变“错误”为“正确”,彰显错误资源的价值
学生对教师问题的即时性反映,折射出学生的原始思维和创造性火花,这些想法有的是正确的,有的虽然错误,但能给教学启发,其价值不亚于正确的创意。学生错误的想法里可能蕴藏着创新思维,我们要善于发现并加以利用。
例如,图2中,用电阻箱代替定值电阻R的方案是错误的,但这种想法在研究通过导体的电流与导体电阻的关系时,却可以派上用场。如图4,用电阻箱代替定值电阻R,有以下优点:其一,电阻箱是一种可读出阻值的变阻器。初中阶段学生对不能读出示数的滑动变阻器使用频率高,使用较熟练,但对电阻箱,教材只局限于读出电阻大小,没有机会让学生体验电阻箱的优势,而在这里,电阻箱的接线和读数得到运用,体现了其教学价值,弥补教材的不足。其二,简化实验操作过程。本电路的连接在研究电流与电压的关系时已经得到强化,因此,连接电路不是本探究内容的重点。当定值电阻R不断改变时,该电路局部要不断拆装、重组,这在技能上只是简单重复,缺乏教育意义。而换为电阻箱后,只要旋转旋钮就能快速改变电阻,不需要拆装电路,为数据的采集与分析等重点内容争取更多时间。其三,实验探究提倡开放性,不应是封闭的,数据的采集要常态化。如果选教师提供的三个定值电阻,学生会想,为什么要选这几个电阻?随机一点不可以吗?是不是也能得出反比结论?而这一系列问题均由电阻箱的使用得到较好突破,供选择的电阻值范围更广、更灵活,为学生采集数据拓展空间,增加实验结论的可信度。
4.变“说教”为“身教”,给学生潜移默化的影响
在实验细节上,教师苦口婆心,谆谆教导,而学生一意孤行,当耳边风,教学效果一直欠佳。什么原因呢?要学生低碳环保,教师自己在实验教学中的一言一行、一举一动反馈给学生的却是铺张浪费;要学生尊重实验事实,不得篡改数据,教师却图方便省事,不做实验,空降实验数据;要学生表达准确,教师的教学语言却欠科学性,甚至“脚踩西瓜皮,滑到哪是哪”。这样矛盾的教学言行,怎能让学生养成低碳环保的意识和实事求是的科学态度?要提升学生的科学素养,除平常注意要求外,更重要的是教师要加强自身修养,以身垂范,给学生树立良好的榜样。
5.变“单一”为“饱满”,落实三维教学目标
探究教学不能仅局限于学生掌握物理概念和规律,还应将历史上物理学家进行探究、获得发现的历史资料引入教学,通过历史情境再现,展现科学研究方法,体验科学发现的艰辛,实现教育价值最大化。
历史上欧姆定律的建立过程与课堂上的科学探究有很大差异,将欧姆的探究过程和对他成功的分析补充到课堂中,可以使学生在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个维度上获益。
在欧姆所处的时代,他遇到的最大困难与挑战有以下几点[1]:(1)当时的直流电源只有伏打电堆,最初用它进行实验,电流不稳定,未能获得理想结果。后来,接受其他科学家的建议,将伏打电堆改为温差电源,提高了电流的稳定性,使测量结果更准确。这与他善于学习、关心科技发展、重视科学交流是分不开的。(2)在欧姆进行研究时,没有现成的电压表和电流表,也不知道如何测电阻,也就是说,I、U、R均无法测量,这些问题都得一一解决。欧姆巧妙地设计出电流扭秤,用磁针的扭角实现了电流大小的测量;用相同粗细、不同长度的铜导线来得到不同电阻;用温差电池两个接点的温度差得到不同电势差,这在当时是想象不到的,都是开创性研究。而且,欧姆凭直觉假定电流大小与扭秤的扭角成正比,电阻与导线长度成正比,而电压与温差电池的温度差成正比。这种直觉思维,是科学创造力的重要表现。(3)欧姆定律发表后,遇到权威人士的反对甚至诋毁,认为他的理论是空洞的臆造,许多年后他的成果才得到科学界的普遍认同。为了科学研究,欧姆在孤独与困难的环境中,自己动手制作仪器,坚持进行科学探索,把全部生命都奉献给了科学事业,这种献身精神是值得钦佩和学习的。
我今天要说的类比教学法应属于讲授法中的一种常用方法,讲授法的特点就是通过教师的语言,适当辅以其他手段(利用实物、挂图、类比、演示实验等),使学生掌握知识,启发学生思维,发展学生能力。讲授法要求物理教师通过各种直观演示,或以生动形象的事例唤起学生已有的感性认识,系统地讲解物理知识,揭示事物的矛盾,讲解问题的关键、要害,教给学生处理问题的方法,引导学生积极思考,学会掌握物理知识的特点。类比的教学法就是把学生不容易理解的问题通过类比后变得容易理解,把学生容易混淆的知识点通过类比变得清晰,把学生难于记忆的知识通过类比后变得容易记忆,通过比较、分析、综合、概括、推理等思维过程和形式,把科学的客观性、逻辑性与一些艺术手法结合起来,使学生在学习知识的过程中,掌握发现问题、处理问题、解决问题的方法,从而发展学生分析问题和解决问题的能力。
在中学物理的教学中,能够应用类比方法教学的地方很多,如讲静电力学的问题时,我们就可以用类比的方法,通过学生已知的“重力势能”来类比“电势能”。在重力场中,物体因受重力作用而相对于某点(参考点)具有重力势能,而在电场中,电荷因受电场力作用而相对于某点(参考点)具有电势能;在重力场中,物体在重力作用下从高处向低处移动时,重力做功,对同一物体,高度差越大,重力做功越多。与此类似,电荷在电场中移动时,电场力做功,同一个电荷从一点移动到另一点时,电场力做功越多,就说这两点间的电势差越大,从而讲清楚“电势差”(即电压)的概念;另外,说“电势”和说“高度”一样,得选一个高度的起点,即电势零点和高度的起点是可类比的,选好高度的起点就可以测量物体的高度了,如选海平面为高度的起点,就可以测量各地的海拔高度,选人的脚底为高度的起点就可以测量人的身高等等,同理,选了电势零点即可用电势差(电压)测量电场中各点电势的高低了。
在学生刚接触“电压”这一概念时是比较抽象和难于理解的,电压即“电位差”,如果用“水位差”来类比不就可以把抽象的问题变得形象化了吗?,以U形管为例,当两端水位高度一致时,U形管中的水是不会流动的,只有当两端的水位高度不一致时,即有水位差时,U形管中的水才会流动,且水流方向是从高水位端流向低水位端。同理,在电路中,没有电位差就不会形成电流,在电阻电路中,电流方向也总是从高电位端流向低电位端;在特殊情况下,水流可以从低水位端流向高水位端,如抽水机抽水时,那是外力对水做了功。类似的,电流也可以从低电位端流向高电位端,如电源内部,那是非静电力做功的结果。相似吗?
在讲库仑定律时,我们常把万有引力定律拿来对比讲解,因为库仑定律的公式和万有引力的公式真是有着惊人的相似,库仑力和万有引力的大小都与两个物体之间距离的二次方成反比,与两个物体的质量或电荷量的乘积成正比,力的方向都在两个物体的连线上。利用这种相似性的类比,可以使学生更好地记住这两个公式,这种相似性也可以启发人们思考这样的问题:库仑力和万有引力之间有没有内在联系?从更深层次上看,会不会是同一种相互作用的不同的表现呢?从而激发学生的求知欲。
在讲到磁路欧姆定律时,我们往往用电路欧姆定律来类比,因为磁路和电路也有很多相似之处,如电路有电阻,磁路有磁阻;电路有电动势,磁路有磁动势;电路有电流,磁路有磁通;电路中的电流跟电动势成正比,而磁路中的磁通跟磁动势成正比;电路中电流跟电阻成反比,而磁路中磁通跟磁阻成反比;磁路欧姆定律的数学表达式为:磁通=磁动势?M磁阻。电路欧姆定律:电流=电动势?M电阻。可见他们非常相似,故教学时宜采用类比的方法进行教学。
2强化电路设计、突出难点,合理利用课堂生成
笔者认为实验电路图的设计是本节课的难点之一,打破以往过分重视实验过程,轻设计的观念.学生只有清楚地理解实验设计的原理及目的,才会在接下来的实验中得心应手.引导设计实验,这个环节的设计体现了教师主导、学生主体的双主教学模式.在设计电流与电压的关系的电路时,学生很容易想到的是用电压表、电流表来测量电压和电流.用电器的选择学生会提出用小灯泡、定值电阻;而如何改变用电器两端电压将成为学生思维的障碍,学生会提出更换电池节数、串联定值电阻分压等方案.由于前面变阻器的学习学生通过把变阻器串联在电路中移动滑片观察灯泡的亮度变化这一直观实验现象,清楚了变阻器可以改变电路中的电流及保护电路的作用.而对滑动变阻器可以改变用电器两端电压这一性质理解模糊,所以帮助学生理解滑动变阻器可以改变用电器两端电压成为此次实验设计的难点.教师可以通过连接实物电路图,移动滑动变阻器滑片观察电压表示数来实现教学.强调探究三个物理量之间的关系,要控制变量.正如叶澜教授所说:“课堂应是向未知方向挺进的旅程,随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景,而不是一切都遵循固定线路而设有激情的形成”,课堂上会产生一些意料之外的有价值的资源,所以教师不应抓住预设教案不放,要及时调整预设,关注并有效利用生成资源.所以在电路原理图设计部分,是教师与学生思维碰撞的最佳时期,教师应充分把握学生思维的盲点,及时调整方案.
3合理设计实验,巧妙处理数据
课标对《欧姆定律》这一节有三个要求:(1)通过实验,探究电流与电压,电流与电阻的定量关系,分析归纳得到欧姆定律;(2)理解欧姆定律,能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题;(3)通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力,培养学生解答电学问题的良好习惯.显然,这节课教学内容比较紧张,需要教师在有限的时间内高效完成教学任务.为了完成第一个课标要求教师要设计两次实验才能完成,这种方法受课堂时间限制可能完不成教学任务.实验设计完毕,再提出连接实物图有哪些注意事项,学生可以通过思考对前面所学内容进行回顾,给学生更多的思考空间,课堂关注让不同层次的学生有收获.这样可以从学生中发现问题,及时修正教学,便于抓住教学的契机.在物理教学过程中学生行为上的探究和思想上的探究都要有.教师可以合理设计实验,在实验报告单记录数据设计两项规定,一项是规定动作,要求每组都测1V、2V、3V电压下通过定值电阻的电流;另外再附加一项,在量程范围内学生可以自由选择几组电压值进行测量.在学生分组实验时,每三组发放同一个阻值的电阻,发三个不同的电阻。启发学生通过数据发现当电压是1V、2V、3V时电流有什么变化?通过表格不难看出成正比关系.每一横行成正比关系,每一纵列为何差别很大?循序渐进地引出是由于电阻不同引起的.同学们的数据是否说明同样的问题呢?为了将每组数据尽量汇集到一起说明问题,要求学生将剩余数据以描点的形式描在坐标纸上,以电压为横轴电流为纵轴,强调不需要连线,因为学生手里的是单独的数据.坐标纸的设计是将透明胶片放在坐标纸上,相同阻值的三组发放相同颜色的描点笔.教师只收集胶片,最后将所有的胶片叠放在一起展示给学生,会发现阻值相同的三组同学的数据大致在同一直线上.由此得出结论,电阻一定时,电流与电压成正比.提出研究电流与电阻关系可不可以仍然用这个电路图呢?因为在设计电路图时学生清楚滑动变阻器是可以改变电压的,引导学生更换不同电阻通过滑动变阻器实现电阻两端电压一定,教师在前面演示.回归前面表格通过记录的数据能否找到在相同的电压条件下,电阻变化时电流有什么变化?观察表格中一纵列很容易得出,电压一定时,电阻越大电流越小.通过引导学生把数据依次画在坐标纸上,以电阻为横坐标电流为纵坐标,很明显看出是反比例函数.所以得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比.物理规律教学,规律表达要严谨,所以最后不仅要给出欧姆定律内容的文字表述还要有公式表述,强调公式表述中I、U、R是针对同一导体同一时刻而言.
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。
■
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。1 试题呈现
2015年苏锡常镇二模卷第10题:将两个金属电极锌片和铜片插入一个水果中就可以做成一个水果电池,某兴趣小组欲测量水果电池的电动势和内阻。
(1)甲同学用多用表的直流电压(0~1 V)档估测某水果电池的电动势,稳定时指针如图[TP12GW39。TIF,Y#]1中A所示,则读数为[CD#3]V;用多用表的欧姆×100档估测水果电池的内阻,稳定时指针如图1中B所示,则读数为[CD#3]Ω。上述测量中存在一重大错误,是[CD#3]。
(2)乙同学采用如图2所示电路进行测量,并根据测量数据做出了[SX(]1[]I[SX)]-R图象,则根据图3,该水果电池的电动势为[CD#3]V,内阻为[CD#3]Ω。(结果保留两位有效数字)
[TP12GW40。TIF,BP#]
答案如下:(1)0。84;3。2×103;不能用多用电表电阻档直接测电源内阻;(2)0。96±0。02 (1。6±0。1)×103
1。2 试题分析
本题围绕一个重要的电学实验――“测量电源电动势和内阻”展开考查,具体涉及多用电表的读数及操作、实验电路的设计、图象法处理数据等内容。如表1所示。
[JZ][HT6]表1
[BG(!][BHDFG2,WK3,K10,K17W]
序号[]考查内容[] 易错点解析 [HJ*3]
[BHDG4*2,WK3,K10ZQ*3,K17ZQ*3W]1[]会正确进行多用电表的读数[]读电压时应注意量程(“0~1 V”),读电阻时要注意多用电表欧姆档刻度不均匀,还有读数应乘以所选的倍率
[BH]2[]会正确使用多用电表欧姆档[]用多用电表欧姆档测电阻时必须把电阻从回路中取出,因此不能直接测电源的内阻
[BHG4*2]3[]“安阻法”测电源电动势和内阻的原理[]由闭合电路欧姆定律得到1/I-R图象是线性的,且图线的斜率大小等于1/E,图线的纵截距大小等于r/E
[BHDG2]4[]图象法处理实验数据[]单位要换算成国际单位(A和Ω) [HJ2mm]
[BG)F][HJ]
1。3 试题评价
本题用水果电池代替常见的干电池、铅蓄电池、手机锂电池作为实验对象,给人一种独辟蹊径、眼前一亮的感觉。水果电池取材方便、贴近生活、变化丰富,既适合学生进行探究,也体现了“从生活走向物理”的教育理念。
2 两处不同
2。1 实验对象
本题的实验对象变成了水果电池。在平时的教学中,许多教师都会习惯性地选择干电池进行实验,这是因为干电池比较稳定,实验操作也较简单方便。实际上,学生在初中就已经接触过水果电池,在化学课“原电池”部分也学习过相关内容,所以对水果电池并不陌生。笔者在讲评课上与学生进行了交流。
师:水果电池的工作原理是什么?
生1:水果中含有丰富的水果酸,是一种很好的电解质,将不同的金属材料做成电极插入水果中,用导线将电极与用电器相连,回路中就会有电流通过。
师:如何判断水果电池的正、负极?
生2:根据原电池的工作原理,水果电池两电极必须存在金属活动性上的差异。本题中锌更活泼,所以锌片失去电子,其反应方程为Zn-2e-[FY=]Zn2+。电子经外电路流向铜片,由于物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流方向,所以外电路中电流从铜片流向锌片,由此判断铜片是水果电池的正极。
师:水果电池的电动势、内阻与哪些因素有关?[HJ1。5mm]
生3:正负电极的活动性差异越大,水果电池的电动势越大。由电阻定律R=ρ[SX(]l[]S[SX)]可知,增加两电极间的距离,相当于增加导体长度,水果电池的内阻增大;增加电极插入的深度,相当于增大导体横截面积,水果电池的内阻减小。
2。2 实验器材和电路
由于实验对象发生了变化,实验器材和电路也需要进行相应的调整。在测量干电池的电动势和内阻时,通常选择学生电表(电压表0~3 V、电流表0~0。6 A)和滑动变阻器进行实验。由于水果电池的内阻很大(一般上千欧姆),为了便于读数和操作,选择电阻箱和微安表进行实验。
实验器材 水果,电极:铜片、锌片,MF47多用电表,微安表:量程0~500 μA,电阻箱(0~9999 Ω),带鳄鱼夹的导线若干、开关、砂纸、小刀等。
实验电路及测量原理 实验电路如图4,根据闭合电路欧姆定律E=I(r+R),整理得
[SX(]1[]I[SX)]=[SX(]1[]E[SX)](r+R)。
作出[SX(]1[]I[SX)]-R图线,若图线的斜率为k,[TP12GW41。TIF,Y#]纵轴截距为b,则电源的电动势E=[SX(]1[]k[SX)],内阻r=[SX(]b[]k[SX)]。
3 三个追问
3。1 追问1(实验误差分析)[HJ]
本题中微安表也有内阻,因此会引起实验误差。用此电路测电池电动势与内阻,测量值与真实值的关系是:E测[CD#3]E真、r测[CD#3]r真。(填“”或“=”)。
分析 若考虑微安表的内阻,不妨设其为rg,则根据闭合电路欧姆定律E=I(r+rg+R),整理得[SX(]1[]I[SX)]=[SX(]1[]E[SX)](r+rg+R)。作出[SX(]1[]I[SX)]-R图线,若图线的斜率为k,纵轴截距为b,则电源的电动势E=[SX(]1[]k[SX)],内阻r=[SX(]b[]k[SX)]-rg。与上面推导的结果相比可得:E测=E真、r测>r真。
3。2 追问2(实验注意事项)
为能较为准确地完成该实验,在仪表、导线都正常工作的前提下,请依据水果电池的工作原理,提出一些实验操作过程中需要注意的事项。(只需填写一项即可)[CD#3]。
分析 水果电池很不稳定,容易极化,因此电池电动势会明显下降,内阻会明显增大,因此实验中读数要快,每次读完立即断开开关。也可回答:用砂纸将金属片表面的氧化层磨去以增加其导电性;将所选水果切开,用小刀在其上划几刀以增加其导电性等。
3。3 追问3(实验思想方法)
某研究性学习小组对水果电池电动势和内阻可能的影响因素进行探究。成员们通过讨论,得出了以下一些可能影响的因素:水果种类、水果温度、电极种类、电极间距、电极插入深度等。在进行实验探究时,需要用到的物理思想方法是[CD#3]。
分析 本探究实验运用“控制变量”的思想方法,分别对不同影响因素进行探究。
4 四点策略
4。1 “会操作”打基础
研究近几年各地高考实验题不难发现,命题者越来越重视对基本仪器操作的考查。如2014年江苏高考物理试卷第10题的第1问,考查了用螺旋测微器测合金丝的直径。“为防止读数时测微旋杆发生转动,读数前应先旋紧哪个部件?”真正操作过的学生会比较熟悉,反之则不容易得分。
针对这一变化,教师在指导学生复习实验时,应特别关注基本仪器的使用。《考试说明》中所列的基本仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器和电阻箱等。要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练操作、正确读数。
本题中所考查的多用电表使用,还包括诸如机械调零、欧姆调零、倍率的选择等操作,假如在高考复习中让学生操作一次多用电表,完成几项测量任务,将会起到事半功倍的复习效果。
4。2 “懂原理”是关键
高考实验题的命题往往是在几个重点实验的基础上进行的,因此掌握这些实验的原理是解题的关键所在。分析近五年江苏高考物理试卷(如表2)可以发现,电学中常考的三个经典实验:探究决定导线电阻的因素、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量电源的电动势和内阻,以及新增考点“练习使用多用电表”分别出现在各年的试卷上。
针对上述情况,教师在进行实验复习教学时,应加强对实验原理的分析。同时,也要关注基本实验的变式,提升学生对实验原理的迁移应用能力。
本题考查的测电源电动势和内阻,可以用伏安法,也可以
[HT6][JZ]表2
[BG(!][BHDFG2,WK4,K18,K8W]
年份[]实验名称[]实验原理(操作)
[BHD]2010年[]测量电源的电动势和内阻[]“伏阻法”
[BH]2011年[]测量电阻的阻值[]“替代法”
[BH]2012年[]用多用电表探究黑箱中的电学元件[]多用电表的操作
[BH]2013年[]探究小灯泡的功率P与电压U的关系[]“伏安法”
[BH]2014年[]测量合金丝的电阻率[]“伏安法”
[BG)F]
用安阻法、伏阻法,甚至可以用伏伏法或者安安法,但是实验原理均为闭合电路欧姆定律E=U+Ir,都是在用各种方法寻找方程解出E和r。因此,在复习备考时牢牢抓住几个基本实验,确保每一个的原理都了然于心,高考解题时就游刃有余了。
4。3 “能分析”促严谨
实验误差的分析也是高考实验题考查的重要内容。如2014年海南高考物理试卷第12题考查了用伏安法测量一电池的内阻,其中第(4)问“在你设计的电路中,产生系统误差的主要原因是[CD#3]”。熟悉的学生知道该实验的系统误差主要是由于电压表不能看成理想表而引起的。
《考试说明》中明确指出:认识误差问题在实验中的重要性,了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差;知道多次测量求平均值的方法可以减小偶然误差;能在某些实验中分析误差的主要来源。这就要求教师多关注误差分析,多对学生进行指导,而且笔者认为,教师不但要教会学生如何“定性分析误差的来源”,还要启发学生“合理给出减小误差的方法”,从而不断提高学生分析问题和解决问题的能力。
本题中由于微安表有内阻,会引起系统误差,由闭合电路欧姆定律分析可以得到E测=E真、r测>r真。其实,通过前面的推导不难发现,只要知道了微安表的内阻值,该系统误差就可以消除了。误差分析能培养学生科学、严谨的研究态度,很好地体现了物理学中“情感态度价值观”的课程目标,所以在复习中应引起足够的重视。
4。4 “巧设计”提能力
高考实验题中的设计性问题是对学生理解能力、创新能力的综合考查,这类试题要求高、难度大,对学生很具有挑战性。
1、理解伏安法测电阻的原理。
2、知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法。
3、理解两种方法的误差原因,并能在实际中作出选择。
4、理解多用电表直流电流档、直流电压档、欧姆档的基本原理.
(二)能力目标
1、通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
2、了解欧姆表的原理,学会使用欧姆表。
3、练习使用多用电表。
(三)情感目标
1、通过本课学生测量分析,器材选择判断,树立学生知识来源于实践,应用于实践的观点。
教学建议
1、伏安法测电阻这个实验学生在初中阶段已经学习过了,但是初中时只要求学生掌握测量基本原理,不需要学生考虑测量的误差以及引起误差的原因,也不需要学生掌握两种连接方法,而在高中阶段,本节重点是伏安法测电阻的两种接法,使学生知道在什么情况下应该用哪种接法,知道两种接法对测量值带来的不同测量结果,要求学生对两种连接方法所产生的误差来源有所了解。
在新课讲解中可以首先复习电阻定义,引出测量电阻的思路,结合具体实际,提出两种测量方式,分析误差原因,总结适用条件,通过测量分析,进一步巩固。通过器材分析选择,培养学生解决实际问题能力。
学生活动展开时应该在教师的引导下,分析两种测量电阻方法的误差原因及适用条件,利用自行测量进一步体会适用条件,通过练习题,进一步培养学生综合分析能力,器材选择判断能力,解决实际问题能力。本节是闭合电路欧姆定律的运用,具有联系实际的意义,为学生提供运用知识分析和解决问题的机会
2、教材要求了解欧姆表的原理,不要求进一步讲解欧姆表的刻度等问题.
通过对欧姆表原理的讲解,进一步加强学生使用欧姆表的能力,重点强调欧姆表在使用前调零的重要性和必要性,使学生分清欧姆表的各档位之间的转换,知道欧姆表内置电源的正负极与两个表笔之间的连接,会对欧姆表进行读数和测量。
3、对于程度不同的学生可以采取不同的教学方法,如果学生的程度较好,可以对电阻的测量进行展开教学。除了讲解以上两种电阻测量方法以外,还可以向学生介绍其他方法。比如替代法,补偿法,惠斯通电桥法,另有利用一个已知电阻和伏特表,一个已知电阻和安培表进行测量的方法。
教学设计示例
电阻的测量
一、教学目标
1、在物理知识方面的要求:
(1)了解用伏安法测电阻,知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法,无论用“内接法”还是“外接法”,测出的阻值都有误差。
(2)懂得误差的产生是由于电压表的分流或电流表的分压作用造成的,并能在实际中根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器。
(3)知道欧姆表测电阻的原理。
2、能力方面的要求:
(1)引导学生理解观察内容的真实性,鼓励学生寻查意外现象及异常现象所发生的原因。
(2)通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
(3)培养学生细心操作、认真观察的习惯和分析实际问题的能力。
二、重点、难点分析
1、重点:使学生掌握引起测量误差的原因及减小误差的方法。
2、难点
(1)误差的相对性。
(2)根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器来减小误差。
三、教具
电压表,电流表,欧姆表,测电阻的示教板。
四、主要教学过程
(-)引入新课
我们在初中时已经做过了“用电压表、电流表测电阻”的实验,现在,再做“伏安法测电阻”,是不是简单的重复呢?大家可以回想一下,当初做实验时的情况,把两个示数相除,再多次求平均即可,那你们有没有想过,这样得到的就是电阻的真实值吗?不是,原因在于电压表和电流表都不是理想的。
(二)教学过程
1、伏安法测电阻
我们已经了解了电流表并非无电阻,而电压表也并不是电阻无穷大,用这样的表去测量电阻,会对测量结果有什么样的影响?
(1)、原理:利用部分电路欧姆定律
我们利用电压表,电流表测量电阻值时,需把二者同时接入电路,否则无对应关系,没有了测量的意义,那么接入时无非两种接入方法,那么电路应如何?请同学们画出。
(2)、电路:
如果是理想情况,即时,两电路测量的数值应该是相同的。
提出问题,实际上两块表测量的是哪个研究对象的哪个值?测出来的数值与实际值有什么偏差,是偏大还是偏小?
外接法
是两端电压,是准确的,是过和的总电流,所以偏大。
偏小,是由于电压表的分流作用造成的。
实际测的是与的并联值,随,误差将越小。
内接法
是过的电流,是准确的,是加在与A上总电压,所以偏大。偏大,是由于电流表的分压作用造成的。
实际测的是与A的串联值,随,误差将越小。
进一步提问:为了提高测量精度,选择内、外接的原则是什么?
适用范围:;
[思考题]给你电源、电流计、已知电阻、开关和未知电阻各一只,如何设计测量电阻的电路。
方法:将A前后两次串入和各支路,测得电流强度为和,应有,则)
2、欧姆表测电阻
伏安法测电阻比较麻烦,实际应用时常用能直接读出电阻值的欧姆表来测电阻,关于欧姆表的构造,先请同学们看书。
以上欧姆表的结构示意图。借助电流表显示示数,测电阻不同于测电流、电压,表内本身含有电源,表盘上本身刻定的是电流值。试想,在两表笔间接入不同的电阻时,电路中的电流强度会随之发生改变,且一个阻值对应一个电流值,即指针偏在某一位置,所以可知:
(1)、原理:闭合电路欧姆定律
(2)、刻度的标定:
①两表笔短接,调,使,刻出“0”
②两表笔断开,指针不偏,刻出“∞”
③任意加上,,在指针偏转到的位置,刻出“”;
④若是正好是呢?应有,不难看出此时、,是此时的欧姆表内阻,也称中值电阻。
拿出一块欧姆表演示一下刚才的过程,同时说明:
①红、黑表笔的规定是为了与以往的电压表、电流表“+、-”极统一,即电流流入的为正极,电流流出的为负极。
②由于与并不是简单的反比关系,所以欧姆表的刻度是不均匀的,从有向左,刻度越来越密。
(3)、使用欧姆表的注意事项:(请同学回答并总结出)
①测电阻时,要使被测电阻同其它电路脱离开。
②欧姆表一般均有几档,而且使用时间长了,电池的E,r均要发生改变,所以在每次使用前及换挡后都要进行调零。
③每次使用后要把开关拨到OFF档或交流电压档的最大量程。
由此也可看出,利用欧姆表测电阻仅是粗测而已,在此基础上,应再利用伏安法测量才会比较准确。
九年级上册物理复习资料章一
(一)电荷
1、用摩擦的方法使物体带电,叫摩擦起电。
2、带电体都具有能吸引轻小物体的性质。
3、被丝绸摩擦过的玻璃棒上带的电荷,叫正电荷;被毛皮摩擦过的橡胶棒上带的电荷,叫负电荷。
4、同种电荷互相排斥,异种电荷互相吸引。
5、电荷量:是指电荷的多少,单位:库仑,简称库,符号C。
6、原子是由原子核和电子组成的,原子核带正电、核外电子带负电。
7、元电荷:最小的电荷叫元电荷,用符号e表示,e=1.6×C.
8、容易导电的物体,叫导体;不容易导电的物体,叫绝缘体;金属导电靠的是自由电子。
9、常见的导体:金属、大地、人体、石墨、酸碱盐的水溶液。
10、常见的绝缘体;橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油。
11、验电器是实验室用来检验物体是否带电的仪器,是根据同种电荷相互排斥的道理制成的。
(二)、电流和电路
1、电流是电荷的定向移动形成的。
2、把正电荷定向移动的方向规定为电流的方向;在实际电路中,电流的方向总是:电源的正极→用电器→电源负极。
3、电路的基本构成:电源、开关、导线、用电器。
4、电路中产生持续电流的必要条件:(1)电路中必须有电源;(2)电路必须是通路。
5、电路的基本连接方式是串联和并联;电路的三种状态是通路、断路和短路。
(三)、电流的强弱
1、电流的强弱:就是电流的大小,用电流表示,符号是I,单位是安培,单位符号是A。
2、电流表的使用规则:(1)将电流表串联在被测电路中;(2)要求电流正进负出;(3)被测电流不能超过电流表的测量值;(4)绝不允许将电流表直接接在电源的两极上。
四、串、并联电路
1、把电路元件逐个顺次首尾相连组成的电路叫串联电路。
2、串联电路的特点:(1)电流只有一条路径,无干路、支路之分;(2)通过一个用电器的电流,一定通过另一个用电器;(3)用电器之间的工作情况相互影响,通则都通,断则都断;(4)电路中只需一个开关,即可控制整个电路。
3、串联电路中电流的规律:在串联电路中,各处的电流相等。公式:I==
4、把电路元件并列地首首相连、尾尾相连组成的电路叫并联电路。
5、并联电路的特点:(1)电流有两条或两条以上路径,有干路、支路之分;(2)每条支路都可与电源形成一个通路;(3)各支路中的用电器工作情况互不影响,一条支路断开,其他支路仍可工作;(4)干路上的开关控制整个电路,支路上的开关只能控制它所在的该支路。
6、并联电路中电流的规律:在并联电路中,干路中的电流等于各支路中的电流之和。公式:I=+。
九年级上册物理复习资料章二
(一)电压
1、电压
(1)电路中提供电压的装置是电源。
(2)电压的作用是使电路中的自由电荷发生定向移动形成电流。
(3)电压用字母U表示。电压的单位是伏特,简称伏,符号是V。
(4)一节干电池两端的电压是1.5V,一个铅蓄电池的电压是2V,家庭照明电路的电压是220V,对人体的安全电压是不高于36V。
2、电压的测量
(1)电压表是测量导体或电路两端电压仪表,电路中的符号。
(2)电压表的使用规则:①使用前注意观察:接线柱、量程、分度值、校“0”;
②电压表应该并联在被测电路的两端;(否则电流会很大,此时测的是电源电压);
③电压表正接线柱应与靠近电源正极的一端相连,负接线柱应与靠近电源负极的一端相连;(即电流从电压表的“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出,否则指针会反偏);
④不允许被测电路两端的电压超过电压表的测量值。(用较大量程试触,否则指针可能打弯);
⑤读数时看清接线柱(量程)、明确分度值、看清指针位置。
3、串联电池组的电压等于各节电池的电压之和。
4、串联电路两端的总电压等于各部分电路两端电压之和;并联电路中各支路两端的电压相等。
5、把电压比作水压→类比法。
6、电压表与电流表使用方法的相同点:电流表或电压表的电流都要从“+”接线柱流入,从“-”接线柱流出;被测的电流或电压都不要超过电流表或电压表的测量值。
7、电压表与电流表使用方法的不同点:电流表与被测部分串联,电压表与被测部分并联;电流表不允许直接接到电源的两极上,而电压表能直接接到电源的两极上。
(二)电阻(R)
1、导体对电流碍作用叫电阻,任何导体都有电阻,电阻是导体本身的一种性质。
2、电阻用字母R表示,电阻的国际单位是欧姆,简称欧,符号Ω;常用单位:兆欧(MΩ)、千欧(KΩ);1MΩ=1×KΩ,1KΩ=1×Ω。
3、导体两端的电压相同时,通过导体的电流越小,导体的电阻大,或电压相同时,灯泡越暗,电阻大。(转换法)
4、决定导体电阻大小的因素有材料、长度、横截面积、温度。
5、长度和横截面积相同的不同材料的导体电阻一般不同。
6、材料和横截面积相同的导体,长度越长,电阻越大。
7、材料和长度相同的导体,横截面积越小,电阻越大
8、大多数金属的电阻随温度的升高而增大;大多数非金属的电阻随温度的升高而减小。
9、导体的电阻很小,绝缘体的电阻很大;导电能力介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体,如:硅和锗。
10、某些导体在温度很低的情况下电阻就变成了零,这就是超导现象。
(三)、变阻器
1、滑动变阻器能改变电路中的电流、控制某电路两端的电压、分担电压保护电路。
2、滑动变阻器的原理是通过改变连入电路中电阻丝的长度来改变电阻。
3、滑动变阻器使用规则:?串联在电路中;?不能使通过它的电流超过铭牌上所标的电流;?连接时,所使用的接线柱要“一上一下”。④闭合开关前,滑动变阻器的滑片要置于阻值处。
4、规格的物理意义:“50Ω,1.5A”表示滑动变阻器的阻值变化范围为0——50Ω,允许通过的电流是1.5A。
5、使用口诀:一上一下接线柱,阻值变化观下柱,滑片靠近阻值小,滑片远离阻值大。
6、电阻箱的优点:能显示电阻箱连入电阻大小的变阻器;
7、电阻箱的原理:与滑动变阻器的原理相同;
8、电阻箱的读数方法:每个旋盘所指示的数字乘以相应的倍数的总和。
十七章、欧姆定律安全用电
(一)探究电阻上的电流跟两端电压的关系
1、电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比。即R一定时,︰=︰。
2、电压不变时,导体中的电流跟导体的电阻成反比。即电压不变时︰=︰。
3、若电压表、电流表的指针反偏,则是电压表、电流表的正负接线柱反了;
4、若电压表、电流表的指针偏转很小,则电压表、电流表的量程选大了,若电压表、电流表的指针偏转到最右边,则电压表、电流表的量程选小了。
5、无论怎样移动滑动变阻器的滑片,电流都不变,若此时的电流较大,则是滑动变阻器的两个接线柱都接在了金属杆上,若此时的电流很小,则是欢动变阻器的两个接线柱都接在了电阻丝上。
(二)欧姆定律
1、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;数学表达示:I=U/R;
2、使用欧姆定律时应注意同时性和同体性;
3、“同体性”指公式中的I、U、R必须是同一电路或同一电阻或是整个电路的三个物理量;
4、“同时性”是指公式中的I、U、R必须是同一时刻的值;
5、使用公式时I、U、R都必须用国际单位,即,I——安培,U——电压,R——欧姆;
6、I=U/R,变形为U=IR,R=U/I;
7、R=U/I表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻,它是电阻的计算式,不是电阻的决定式。
8、电路计算时应做到“两步三查”。两步是指画图标量(书写已知条件、求解的问题)和列式求解(①写出计算公式,②带数字和单位,③计算出结果)。三查是指查物理公式、查下标、查单位。
9、电阻的串联实际上是增加了电阻的长度,因此串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大;
10、串联电路的总电阻等于各串联电阻之和,公式是R=+;
11、n个阻值相同的电阻串联后的总电阻=nR
12、串联电路中,导体两端的电压与导体电阻成正比,即::=︰
13、电阻的并联实际上是增加了电阻的横截面积,因此并联电路的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
14、并联电路的总电阻的倒数等于各并联电阻的倒数之和。公式是1/R=1/+1/;
15、n个相同的电阻R并联,总电阻=1/n。
16、并联电路中,电流与电阻成反比,即︰=︰。
17、串联、并联电路的电流、电压、电阻关系的口诀:串流并压各相等,串压并流总之和,串联电阻总之和,并联电阻合倒和。
(三)测量小灯泡的电阻
1、伏安法测电阻的实验原理:R=U/I;
2、操作时的注意事项:①电流表、电压表的量程要选择适当;②连接电路时开关应处于断开状态;③闭合开关前,应使滑动变阻器连入电路的电阻;
3、测量的物理量:用电压表测出电压,用电流表测出电流代入公式R=U/I计算出电阻值;
4、滑动变阻器的作用:改变连入电路的阻值,从而改变电流和电压,以达到多测几次的目的。
5、该实验中至少要测三组数据,是为了求电阻的平均值,以减小误差。
6、在该实验中闭合开关时,灯泡不亮,电流表无示数,电压表有明显的示数,则出现的故障是灯泡断路(即灯丝断了、接灯泡的导线断了或接线柱松动、接触不良)。
7、在该实验中移动滑片时,电流表和电压表的示数变化不一致,则是电压表并联在了滑动变阻器的两端。
(四)欧姆定律和安全用电
1、人体的电阻一定,根据欧姆定律,电压越高,通过的电流越大;
2、只有不高于36V的电压才是安全的;
3、不能用湿手触摸电器,或扳开关;
4、断路:由于导线断了、用电器损坏、开关断开或接触不良造成电路中没有电流的现象。
5、短路:电源的两端或用电器两端被导线直接连接起来的电路,发生短路时会烧坏电源或电流表,也有可能发生火灾。
物理实验对于建立物理基本概念和理论及加强对基本概念和基本理论的理解有着不可取代的作用,实验专题复习课是以实验为载体展开,以问题为主线分析,进行综合复习,从而达到对相关知识的理解更深刻,通过归纳和总结,找出解决问题的思路和技巧的目的。
复习是一个知识再现的过程,复习课是毕业班的重头戏,专题复习课是每个教师的必教课型。如果教师仍然采用“讲知识—做练习—讲练习”的模式,或采用背结论的形式来上专题复习课,很容易使学生产生枯燥乏味的感觉,课堂缺少生机和活力。不少教师上实验复习课时,感觉学生基础差、遗忘率高,但因课时紧,所以直接帮学生归纳出很多口诀、实验步骤、注意事项等让学生熟记,只重视理论知识的总结,而忽视了学生的主动性复习。往往教师讲了很多,但教学效果却不甚理想,学生不懂的仍然不懂。专题复习课的目的不是要求学生死记一堆物理公式、实验原理、步骤和注意事项,而是帮助他们掌握解决物理问题的程序和方法。在实验专题复习中,创造条件多让学生参与到实验探究中来,以实验为载体把学生吸引回课堂,帮助他们“把书从厚读薄”、“化整为零”。 借助实验,将科学探究渗透到物理复习中,这样便可以让学生既巩固了旧知识,又在疲劳的复习中通过实验得到放松,自然能激起学生的学习兴趣,从而提高复习的效率。
二、善于分析、归纳,彰显实验专题复习的理性
初中物理实验可以划分为“测算性实验”和“探究性实验”。利用实验仪器对某个物理量进行直接或间接测量的为“测算性实验”,如测量牛奶的密度、测量小灯泡的电阻。通过实验中出现的现象或测得的数据,分析归纳出某个物理量的大小影响因素或物理规律的为“探究性实验”,如探究浮力的大小与哪些因素有关、探究欧姆定律。测算性实验,应明确实验的原理公式,推导表达式,寻找所需的实验器材设计实验。探究性实验,应明确研究目的和原理依据,确定正确的研究方法,选择实验器材设计方案。
在物理实验专项复习中,采用设问、重现实验、综合评估的手段,让学生重新经历探究过程,不乏是一剂激发学生总复习的学习兴趣,攻破知识难点的有效手段,彰显实验专题复习的理性,优化实验专题复习课的“强心剂”。
三、重视拓展延伸,发挥实验专题复习的魅力
1.在物理授课中课堂活动的设计
一般授课,都归纳为“确立主题、实验探索、展示交流、共同分析、归纳总结、集体反思”,在课前完成“展示交流、共同分析、归纳总结、集体反思”这四点,在课内我会通过师生的互动合作来完成这一节课的全部内容。例如:在学习牛顿定律时,我会告诉学生牛顿定律与哪些因素有关的主题,及时引导学生进行观察和想象,有些学生竟然直接把苹果拿出来做实验,我被学生学习物理的激情和智慧给打动了,在实验分析和交流的过程中,把传统的老师的教演变成学生的自主探究活动,这让每一个学生学习情趣高涨。
2.在物理实验教学中的课堂活动设计
在探究性的实验的教学中,我采用了“提出问题、合理猜测、实验探究、分析验证、交流总结”的过程。例如:在“欧姆定律的研究”这一课上,我最先提出问题:“欧姆定律的概念你是怎样理解的?请你设计一个实验来证明你的观点,或者说明你的依据。”学生经过讨论之后,我又根据情况提出问题,逐步引导学生自己去选择器材来设计实验,然后再引导学生之间互相交流探究。待学生确认方案之后,再强调注意事项,让学生自己动手实验。实验结束之后,让各组进行合作交流,这样经过对学生进行引导进行自主地分析,最后他们会得出结论,从而证明猜想。
3.在物理复习课中课堂活动的设计
在复习课中的活动设计,我归纳为“确立主题、自主复习、展示交流、归纳总结”等过程,简单来说就是老师列出总纲,然后学生自主归纳知识要点,运用学到的知识解释现象或者自行编题自行解答,最后让学生展示他们自己复习的成果。
二、物理课堂活动的设计主要集中体现在以下四点
1.设计要选定在“发展”,体现在“发展性”上
在苏科版物理教学中,要选择于发展,其中包括教师的发展和学生的发展,第一,老师要转变传统的教学方式和教学观念,以发展学生的潜力为主来设计活动,帮助学生掌握知识和方法,进而体现学生的自主性,让他们参加各种学习活动,亲自获得体验,通过思考、感悟逐步寻找到新的观点,得出结论;第二,学生在自主的动手实验中,能够发现新的方法,在这样的探究过程中会形成很新的学习能力,会为他们终身受用的学习和发展技能打好基础,也只有这样,学生才会跟上时代的进步,他们自己才会进步。
2.在设计课程活动中,要因材施教,体现“差异性”
每一个学生的心理、个性、智力、情感、品质都各不相同,在活动中的表现也是不一样的。因此,在课堂活动中,针对不同的同学,要采取不同的引导、激励,采用不同的方法,因材施教,进一步挖掘每一个学生的潜力。作为一名初中物理老师,我曾担心学生的基本素质和学校的教学质量会影响了我在课堂上的活动开展,影响了学生学习的进度,事实证明了,同学们在物理课上学习时,他们从活动中感受了成功的喜悦,他们的兴趣完全被调动起来了,对物理的学习也更有了自信。
3.在课堂活动设计中,应该“多样性”
无论是课外还是在课内,课堂活动应该展现多样性,可以是围绕教材的活动,也可以是其它综合性活动。课堂活动的“多样性”是指教师根据教学内容不同,选择活动的方式也不同,作为教师不仅要关注学生的成长过程,还要在课堂活动设计中关注学生的态度和评价,要善于去挖掘学生的优点和潜能,引导学生自主探究。
4.在课堂活动设计中,要“创新”
在课堂中,学生是主体,教师是主导,教师可以根据学生活动的主题,在方法上给与引导、帮助,要让学生能够自主鼓励自己参与活动,通过一些富有创意性的题目,引发他们的思维开放,进而让他们的创新意识得到培养。
三、从生活走向物理,从物理走向社会
1.在课堂教学中引入生活情境,让生活走进物理课堂
生活化的教学有利于揭示事物的矛盾引起学生认知,打破学生以往的认知平衡,从而唤起学生的思维。针对初中学生的心理,应该要结合生活实际,在生活化情境中要注重“趣、异、疑”。中学生对外界的事物充满了好奇,具有强烈的好奇心,创新新奇的生活化情境就能激发学生思考问题和学习的兴趣,在讲解各个知识点的时候所举的例子应该尽量贴近生活,使学生感到物理学习的意义,认识到知识的价值观,进而去探究物理的学习。
实验原理R=U/I
实验器材直流电源、电流表、电压表、开关、待测电阻、滑动变阻器、导线
设计电路图
实验步骤
1.按照电路图1连接实物电路.
2.移动滑动变阻器的滑片,改变滑动变阻器的阻值,记录多组电流值和电压值.
3.对多次实验测得的电阻求导体电阻的平均值.
注意事项
1.设计好实验电路,画出正确的电路图,是伏安法测电阻实验的关键.
2.选择实验器材时,应考虑器材的规格和性能、电源电压、电流表和电压表的量程、待测电阻和滑动变阻器允许通过的最大电流必须统一考虑.
如待测电阻约60Ω,电源电压为1.5V,虽然电压表的量程选用0~3V,电流表的量程选用0~0.6A,并不会损坏仪表.但通过计算可知,即使滑动变阻器取最小值(为零),最大电流也只有约0.025A,这样小的电流用实验室中常用的电流表是不能较为准确测量的,因此所用的电源电压必须加大或将待测电阻的阻值减小,同时将两电表的量程作相应的改变.又如待测电阻约为5Ω,电源电压用12V,电压表的量程选用0~15V,由计算知,待测电阻和滑动变阻器中的最大电流约为2.4A,因此电流表的量程应选用0~3A.必须注意该最大电流是否超过待测电阻和滑动变阻器允许通过的最大电流.
3. 根据电路图,正确地连接电路是做好实验的基础.连接电路时应注意以下几点:
(1)在连接电路过程中,开关S要始终处于断开状态;
(2)滑动变阻器R的滑片要放在使其接入电路中的电阻处于最大值的位置;
(3)选择好电流表和电压表的量程及认清其正、负接线柱.
4.实验时,每次读数后开关要及时断开.因为导体电阻的大小除由导体本身因素决定外,还与温度有关.当电流通过导体时,导体因发热而电阻变大,长时间通电时,前、后测得的电阻值偏差较大.所以,每次读数后应及时断开开关,这样测得的电阻值较为准确.
5.伏安法测电阻的原理是欧姆定律,根据变形公式R=U/I可知,要测电阻Rx的值,只要用电压表测出Rx两端的电压,用电流表测出通过Rx的电流,用滑动变阻器来改变Rx两端的电压和通过Rx的电流,得到三组数据后计算出Rx的平均值即可.
误差分析虽然伏安法测电阻在原理上非常简单,但实际使用时由于电压表和电流表本身都有电阻,电路中连入了电流表和电压表之后,不可避免地改变了电路本身的电阻.伏安法测电阻时同学们一般采用图1所示的电路,图中电流表接在电压表的外侧称外接法,这时电压表直接测得电阻两端的电压U,但由于电压表的分流作用,电流表测出的电流I是电阻与电压表并联部分的总电流,比通过电阻R的电流要大一些,因此,采用外接法测电阻时,测量值为R=U/I,真实值为R=U/(I-IV),所以计算出的电阻R要比导体电阻的真实值小些.实验时如果知道被测电阻较小时,采用图1的电路测量待测电阻的阻值,测量误差较小.
实验中有的同学采用图2所示的电路,图中电流表接在电压表的内侧称为内接法,此时用电流表测得待测电阻中的电流为I,但由于电流表的与电阻R串联有分压作用,电压表测出的电压U是电阻和电流表的总电压,比电阻R两端的电压要大一些,因此,采用内接法测电阻时,测量值为R=U/I,真实值为R=(U-UA)/I,所以计算出的电阻比待测电阻的真实值要大一些.当被测电阻值较大时,我们采用图2的电路图测量待测电阻的阻值误差会小些,
同学们若能体会到两种电路测出的阻值与真实值存在差异的原因,不仅更能理解伏安法测电阻的意义,而且还帮助我们能根据待测电阻值的大小选择合适的测量电路,最大程度减小实验产生的误差.
二、结合实际拓展测量
伏安法测定值电阻的阻值时,最大的优势在于实验中能直接通过电表读出电流值、电压值,能够通过多次测量求平均值减小误差.但是,实际条件下测电阻的实验中往往会遇到缺少电表的情况,那么你将如何设计实验测导体的电阻呢?
我们可以在已掌握伏安法测电阻的基础上,结合题目中的条件和已给器材进行分析,可测出哪些物理量,还缺少哪些物理量,然后再依据已知和已测出的量,推算出缺少的物理量,完成这次测量.
如给定的是电流表,则要想办法让电流表也能充当电压表的作用,即选择一个定值电阻,将待测电阻与定值电阻并联,把定值电阻与电流表串联部分看成是电压表,通过计算定值电阻两端的电压得到待测电阻两端的电压,再次接线测出该电路中待测电阻中的电流,如图3所示.
同理,在只给出电压表的条件下,则通过串联的方法,把电压表和定值电阻并联看成电流表,计算出电路中的电流,再通过二次接线测得待测电阻两端的电压,如图4所示.这两种方法实际上是伏安法测电阻原理的延伸,起到了既能牢固掌握知识点又能培养、提高分析能力及创新能力的双重作用.
三、应用知识服务生活
学习知识的最终目的是服务生产服务生活,课本中还安排了小灯泡电阻的测量实验如图5,要注意的是测量小灯泡电阻与测量定值电阻的电路在形式上相同,只是用小灯泡代替了定值电阻.在实验中选定相同规格的灯泡,测出不同电压时灯泡的电阻,通过记录的电流及电压,我们可以描出灯泡电阻的图像,不难发现电压与电流的比值不再成正比的规律.由此推断,电灯的电阻值与灯丝的温度有关,根据这个特点,人们设计了调光灯,方便了人们的生活.显然,在用伏安法测灯泡电阻的实验中,灯泡的电阻随温度的升高而增加,其影响较强.因此,实验中不能用多次测量求平均的方法减小误差.
四、典型例题
在伏安法测电阻的实验中,要弄懂实验原理,学会正确使用物理仪器,掌握计数、读数和处理实验结果的技巧.如电流表、电压表的连接特点及“+”、“-”极的接线位置,读数前注意看接线柱以判断量程,滑动变阻器的接线方法,阻值改变导致电路中电表示数变化等.
例1请你利用图6所示的器材,测量小灯泡灯丝的电阻.
(1)把图6中的实物电路用笔画线代替导线连接完整.
(2)请根据实物电路在虚线框内画出电路图.
(3)在闭合开关前,滑动变阻器连入电路的阻值应最______,即滑片应位于_____端.
(4)闭合开关后,发现小灯泡不亮,电压表有示数,电流表无示数,则电路中可能出现的故障是().
A.滑动变阻器开路B.电压表短路
C.小灯泡短路D.小灯泡开路
(5)排除故障后,再次闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为1.8V时,电流表的示数如图7所示,此时电流为_______A,灯丝的电阻是_______Ω.
解析 这道题是对伏安法测电阻实验能力的考查.其中,在问题(1)(2)中,考查了实验电路的连接和电路图的画法,是实验的基础.在问题(3)中,闭合开关前,滑动变阻器连入的阻值应该最大,这样做的目的是为了保护电路,防止电路中电流过大,烧坏仪器,是伏安法测电阻实验中的作用之一.此图中,滑动变阻器的最大阻值端应该是A(左)端,考查了滑动变阻器的制造原理.在(4)中,闭合开关,发现小灯泡不亮,又因为电压表有示数,电流表无示数,则故障应该是小灯泡处出现了断路.问题(5)中是对电表读数和基本计算的考查,电压表示数为1.8V,电流表示数应为0.3A,则根据公式R=U/I计算,灯泡电阻应该为6Ω.
点评实验基本技能是实验的基础,也是中考考查的重点,如电路连接、电表读数、滑动变阻器的正确用法等问题.在平时的实验中,对这些基本知识应熟练掌握.