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歐姆定律有效性反思電路設(shè)計(jì)滑動(dòng)變阻器教材安排是通過實(shí)驗(yàn)探究來研究電流與電壓電阻關(guān)系,從而得出歐姆定律。這樣安排比較好,但實(shí)際學(xué)生動(dòng)手參與率不高,學(xué)生的科學(xué)探究有效性不高,有點(diǎn)照本宣科,對(duì)歐姆定律不能真正實(shí)現(xiàn)探究的思想,如何改變你?
歐姆定律(初中學(xué)習(xí)的是部分電路歐姆定律)作為一個(gè)重要的物理規(guī)律,反映了電流、電壓、電阻這三個(gè)重要的電學(xué)量之間的關(guān)系,是電學(xué)中最基本的定律,是分析解決電路問題的金鑰匙。
歐姆定律這節(jié)課的特點(diǎn)是,十分重視科學(xué)方法教育,重視科學(xué)研究的過程。讓學(xué)生在認(rèn)知過程中體驗(yàn)方法、學(xué)習(xí)方法,了解得出歐姆定律的過程。了解運(yùn)用“控制變量法”研究多個(gè)變量關(guān)系的實(shí)驗(yàn)方法,同時(shí)也為進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)打下了基礎(chǔ)。
教材安排是通過實(shí)驗(yàn)探究來研究電流與電壓電阻關(guān)系,從而得出歐姆定律。這樣安排比較好,但實(shí)際學(xué)生動(dòng)手參與率不高,學(xué)生的科學(xué)探究有效性不高,有點(diǎn)照本宣科,對(duì)歐姆定律不能真正實(shí)現(xiàn)探究的思想。究其原因有三點(diǎn):
1.本實(shí)驗(yàn)是用歐姆定律來研究歐姆定律由于學(xué)生還沒學(xué)習(xí)歐姆定律很難理解為什么調(diào)節(jié)滑片的位置就能改變或保持這段電路兩端的電壓。
2.學(xué)生很難正確區(qū)分一段電路和整個(gè)電路兩個(gè)概念及它們之間的關(guān)系,在本實(shí)驗(yàn)中研究AB這段電路中的電流與電壓和電阻的關(guān)系時(shí)不容易將這段從整個(gè)電路中分離出來,更不會(huì)分析探究它們之間的關(guān)系。
3.在一個(gè)電路圖中卻要分次研究?jī)蓚€(gè)實(shí)驗(yàn)規(guī)律先研究電流與電壓的關(guān)系,后又更換電阻,研究電流與電阻的關(guān)系,學(xué)生很難理解,更別說自己設(shè)計(jì)這個(gè)電路來探究其中規(guī)律了。
以上是學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)和分析實(shí)驗(yàn)電路的障礙,如何來解決呢?
在教學(xué)中筆者對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)做了適當(dāng)?shù)母淖?。讓學(xué)生自己分兩步實(shí)驗(yàn)來設(shè)計(jì)電路探究規(guī)律:先激疑,后激智,引出正確的電路設(shè)計(jì),再完成正確的實(shí)驗(yàn)操作。
第一步,研究電流與電壓的關(guān)系,他們的設(shè)計(jì)是:保持電阻不變,用改變電池節(jié)數(shù)來改變電池兩端的電壓。(因?yàn)閷W(xué)生很容易想到串聯(lián)電池越多電壓越大),于是我說,那你們就按你們的思路去探究,結(jié)果是能得出:電阻一定時(shí),電壓越大,電流越大,卻得不出:電阻一定時(shí),電流與電壓成正比的關(guān)系。此時(shí),他們反問:?jiǎn)栴}出在哪呢?我接著反問:你們?cè)趺粗蓝ㄖ惦娮鑳啥说碾妷菏窃诔杀稊?shù)的變化呢?學(xué)生馬上回答,因?yàn)殡姵厥浅杀兜脑黾影?,我說,那你們用電壓表測(cè)測(cè)看,一測(cè)發(fā)現(xiàn)電壓并沒隨電池節(jié)數(shù)的成倍增加而成倍增大,學(xué)生反問:那怎么辦?有學(xué)生很快想到上節(jié)課學(xué)到滑動(dòng)變阻器可以調(diào)節(jié)電壓,立即就串聯(lián)了滑動(dòng)變阻器上去,結(jié)果,水到渠成,完成了該實(shí)驗(yàn),而且不用改變電池節(jié)數(shù)?,F(xiàn)在再反問學(xué)生這兩種電路設(shè)計(jì)的區(qū)別在哪,問題在哪,優(yōu)勢(shì)在哪,這時(shí)老師點(diǎn)撥一下:因?yàn)閷?dǎo)線也有電阻,學(xué)生就會(huì)豁然開朗,會(huì)心一笑,經(jīng)過一次挫折他們重新設(shè)計(jì)出探究電流與電壓關(guān)系的電路,同時(shí)也自行將這段電路從整個(gè)電路中分離出來,研究出這段電路中電流與電壓的關(guān)系:電阻一定時(shí),電流與電壓成正比的關(guān)系。
第二步,研究電流與電阻的關(guān)系,起初他們的設(shè)計(jì)是:保持電池節(jié)數(shù)不變,再改變電阻。(因?yàn)閷W(xué)生很容易想到串聯(lián)電池節(jié)數(shù)不變,電壓也不變),很快,有些學(xué)生就想到在第一步中出現(xiàn)的問題,于是想到可以用滑動(dòng)變阻器控制電壓不變,只要在原來的電路圖上改變電阻就行了,并想到如用電阻箱來改變就更好了,因?yàn)椴粌H改變方便,能多次成倍數(shù)改變電阻,并且能知道電阻的值,這樣也更方便找到電流與電阻的更具體的關(guān)系。
這樣分兩個(gè)實(shí)驗(yàn)電路圖分別設(shè)計(jì),分別實(shí)驗(yàn),避免了照搬照抄,死記硬背的教學(xué)模式,實(shí)驗(yàn)從開始設(shè)計(jì)到實(shí)驗(yàn)障礙,再到改進(jìn)實(shí)驗(yàn),總結(jié)規(guī)律,都是學(xué)生親身實(shí)踐,學(xué)生真正理解了:
1.兩步實(shí)驗(yàn)中為何要用滑動(dòng)變阻器,如何用滑動(dòng)變阻器?
在研究電流與電壓的關(guān)系時(shí),如果不用滑動(dòng)變阻器,雖然能夠測(cè)量出R兩端的電壓和其中的電流,但該電路只能測(cè)量出一組電壓和電流的值,而從一組電流和電壓的數(shù)據(jù)是無法找出二者之間的關(guān)系的,應(yīng)該再測(cè)幾組電壓和電流,因此就需要改變R兩端的電壓,用滑動(dòng)變阻器可以成倍地改變R兩端的電壓,簡(jiǎn)單方便,當(dāng)然也可以采用改變電池節(jié)數(shù)的方法,但因?yàn)閷?dǎo)線有電阻,很難成倍地改變R兩端的電壓,比較下來,當(dāng)然是用滑動(dòng)變阻器更方便快捷。同時(shí),滑動(dòng)變阻器還可以起到保護(hù)電路的作用。
2.用控制變量法探究電流I與電阻R之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)該如何操作?探究電流I與電壓U之間關(guān)系時(shí),應(yīng)該如何操作?
探究電流I與電阻R之間的關(guān)系時(shí),如何保持電壓U不變?即改變定值電阻的阻值的同時(shí),該電阻兩端的電壓就發(fā)生了變化,因此,要及時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器以保持電壓不變,觀察并記錄電流表的示數(shù)隨電阻的變化關(guān)系。
探究電流I與電壓U之間關(guān)系時(shí),要不斷的改變電壓,即保持定值電阻的阻值不變的同時(shí),要改變電阻兩端的電壓,因此,要及時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器使電壓成倍地變化,觀察并記錄電流表的示數(shù)隨電壓的變化關(guān)系。
總之,這樣改進(jìn)充分發(fā)揮了實(shí)驗(yàn)的作用,降低了教學(xué)環(huán)節(jié)中學(xué)生遇到問題的難度,調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性,更深入地理解和掌握了知識(shí)。既培養(yǎng)了思維能力,又培養(yǎng)了實(shí)驗(yàn)?zāi)芰ΓM(jìn)一步實(shí)現(xiàn)了以教師為主導(dǎo)、學(xué)生為主體、思維為核心、能力為目標(biāo)的教學(xué)理念,開闊了學(xué)生思路,有效地提高物理教學(xué)質(zhì)量。
參考文獻(xiàn):
[1]教育部.初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)(實(shí)驗(yàn)稿).
關(guān)鍵詞: 新課標(biāo) 《歐姆定律》 探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)
《初中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)》將科學(xué)探究納入了物理教學(xué)的內(nèi)容,旨在將學(xué)生學(xué)習(xí)的重心從過去的過于強(qiáng)調(diào)知識(shí)的傳承和積累向知識(shí)的探究過程轉(zhuǎn)化。
所謂“實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)模式”,是指學(xué)生在教師的引導(dǎo)下,運(yùn)用已有的知識(shí)和技能,充當(dāng)新知識(shí)的探索者和發(fā)現(xiàn)者的角色的學(xué)習(xí)模式。
筆者多年從事初三物理教學(xué),結(jié)合新課改要求,在《歐姆定律》探究教學(xué)中進(jìn)行了嘗試,現(xiàn)談?wù)勛约旱膶?shí)踐和體會(huì)。
一、在探究過程中,著重應(yīng)用控制變量法
控制變量法是指決定某一物理量的因素有很多。為了弄清這個(gè)量與這些因素之間的關(guān)系,往往先控制住其他幾個(gè)因素不變,集中研究其中一個(gè)因素變化所產(chǎn)生的影響,然后通過比較歸納出與這些量之間的關(guān)系。
歐姆定律揭示了電流、電壓、電阻三個(gè)物理量之間的關(guān)系,由于電流大小與電壓、電阻都有關(guān)系,因此探究步驟中的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)應(yīng)盡量引導(dǎo)學(xué)生分為兩步設(shè)計(jì)。
1.保持電阻不變,研究電流跟電壓的關(guān)系。
要讓學(xué)生明確“研究電流跟電壓的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持電阻不變”,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)電路時(shí)應(yīng)考慮:①怎樣測(cè)量定值電阻兩端的電壓U和定值電阻中的電流I呢?②怎樣保持導(dǎo)體的電阻R不變呢?③通過什么方法改變定值電阻兩端的電壓U呢?
設(shè)計(jì)并連接電路利用滑動(dòng)變阻器改變定值電阻兩端的電壓,使它成整數(shù)倍地增加,并記錄所對(duì)應(yīng)的電流值,
2.保持電壓不變,研究電流跟電阻的關(guān)系。
要讓學(xué)生明確“研究電流跟電阻的關(guān)系時(shí),應(yīng)保持電壓不變”,實(shí)驗(yàn)探究時(shí)應(yīng)考慮:①怎樣改變導(dǎo)體電阻R的大???②怎樣保持導(dǎo)體兩端的電壓U不變呢?讓學(xué)生討論交流,使學(xué)生認(rèn)識(shí)到:當(dāng)定值電阻的大小發(fā)生變化時(shí),可通過滑動(dòng)變阻器控制其兩端的電壓U保持不變。
更換定值電阻,利用滑動(dòng)變阻器保持定值電阻兩端的電壓不變,記錄對(duì)應(yīng)的電流值,在具體的探究教學(xué)中可能會(huì)遇到這樣的問題:在電阻R阻值改變時(shí),電阻R兩端的電壓也發(fā)生變化,如何移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片,使電阻R兩端的電壓恢復(fù)到原來的電壓值。這也是把控制變量法從理論升華到實(shí)際的一個(gè)方面。
二、在探究過程中,讓學(xué)生親身體驗(yàn),增強(qiáng)課堂教學(xué)效果
學(xué)生是教學(xué)活動(dòng)的主體,教師對(duì)思維活動(dòng)過程的展開,不能代替學(xué)生自己的思維活動(dòng)。因此,在設(shè)計(jì)本節(jié)探究活動(dòng)時(shí)筆者以學(xué)生為中心,進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。激發(fā)學(xué)生的求知欲和參與意識(shí),使不同層次學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)、個(gè)性品質(zhì)在參與中都得到發(fā)展。設(shè)計(jì)學(xué)生活動(dòng)程序如下:
(1)提出問題:電流與電壓,電流與電阻的關(guān)系?
(2)作出假設(shè):①不成比例。②成正比。③成反比。
(3)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn):①設(shè)計(jì)電路圖。②設(shè)計(jì)步驟。③進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
(4)分析數(shù)據(jù)得出結(jié)論。
這樣做有以下好處:第一,可以充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。對(duì)于初中學(xué)生來說,他們已不再局限于看老師演示實(shí)驗(yàn),都喜歡自己動(dòng)手操作,通過自己的實(shí)踐解決問題。第二,可以清楚地發(fā)現(xiàn)并指出學(xué)生的操作中的錯(cuò)誤,物理實(shí)驗(yàn)中一些儀器的使用,要求學(xué)生掌握,培養(yǎng)學(xué)生正確而良好的操作技能。但是,在實(shí)踐過程中,筆者認(rèn)為學(xué)生的練習(xí)機(jī)會(huì)實(shí)在太少,有些儀器的使用方法盡管學(xué)生課上聽懂了,但真正操作起來并不如想象的那樣簡(jiǎn)單順手。就像本節(jié)中的電流表、電壓表的使用,學(xué)生往往會(huì)把電表的串并連搞錯(cuò),把正負(fù)接線柱接錯(cuò)等,滑動(dòng)變阻器的使用也不夠到位。第三,可以鞏固學(xué)生對(duì)相應(yīng)知識(shí)的掌握情況。對(duì)于人的記憶方式來說,自己動(dòng)手操作過的情景記憶起來要比單純的聆聽接受記憶要牢固得多。
三、在探究過程中,引導(dǎo)學(xué)生反思應(yīng)用遷移
這一方法要求把已知遷移到未知、把此一類知識(shí)遷移到另一類知識(shí)中,使學(xué)生受到相互滲透、影響和轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)的教育。例如,啟發(fā)學(xué)生把已有的知識(shí)遷移到歐姆定律的探究中,把歐姆定律的知識(shí)遷移到其他知識(shí)的學(xué)習(xí)中。這樣就使學(xué)生不僅提高了知識(shí)學(xué)習(xí)的效率,而且逐漸樹立普遍聯(lián)系、轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)。
例如:在總結(jié)歐姆定律的公式(I=U/R)時(shí),可以壓強(qiáng)的公式為母本,壓強(qiáng)的公式是P=F/S,它的理解可以是:當(dāng)受力面積一定時(shí),壓強(qiáng)與壓力成正比;當(dāng)壓力一定時(shí),壓強(qiáng)與受力面積成反比。而歐姆定律是:通過導(dǎo)體的電流,與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,與導(dǎo)體的電阻成反比。兩者是可以相互遷移的,所以很順利地得出歐姆定律的公式I=U/R。這對(duì)于知識(shí)和思維不是很完善的初中學(xué)生來說,可以很容易地掌握知識(shí),得出結(jié)論。
當(dāng)然在歐姆定律的探究教學(xué)中還有很多地方可以運(yùn)用知識(shí)遷移,例如:在運(yùn)用探究的基本過程解決電流、電壓、電阻三者關(guān)系時(shí),可以反思以往用探究的方法解決過的問題,如液體壓強(qiáng)、深度、液體密度三者的關(guān)系,用以往的經(jīng)驗(yàn)為本次探究的順利完成做鋪墊。
四、在探究過程中,利用教材對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育教育
德育是五育之首,新課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)注人的發(fā)展,把德育放在十分重要的地位。作為基礎(chǔ)學(xué)科的物理理所當(dāng)然承擔(dān)著重要的德育任務(wù)。
在《歐姆定律》探究教學(xué)中,筆者首先做了大量的準(zhǔn)備工作,這樣學(xué)生不僅學(xué)得很愉快,而且在心里會(huì)產(chǎn)生一種對(duì)教師的敬佩之情,并從老師身上體會(huì)到一種責(zé)任感,這對(duì)以后的學(xué)習(xí)工作都有巨大的幫助作用。其次,在教學(xué)過程中,利用分組實(shí)驗(yàn)的合作性學(xué)習(xí)潛移默化地對(duì)學(xué)生進(jìn)行德育教育,培養(yǎng)他們團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神。最后,利用歐姆的事跡和成果激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,樹立崇高理想,榜樣的力量是無窮的,它對(duì)學(xué)生具有強(qiáng)大的感染力和說服力。
教育部頒布的《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》首先提出科學(xué)探究,其次才是科學(xué)內(nèi)容,它把科學(xué)探究作為很重要很有價(jià)值的學(xué)習(xí)方法和教學(xué)方法提出來,說明越來越多的教育者注意到探究教學(xué)在教改中的重要地位?!稓W姆定律》一課的探究教學(xué)不僅要求教師有較高自身的修養(yǎng)素質(zhì),還要做好在探究教學(xué)中與學(xué)生一起雙向地、互動(dòng)地建構(gòu)學(xué)科知識(shí)、促進(jìn)能力發(fā)展。因此,在初中物理新課標(biāo)下如何更好地開展探究教學(xué),值得我們探討。
參考文獻(xiàn):
【關(guān)鍵詞】物理;歐姆定律;問題;解題思路
歐姆定律是高中物理電學(xué)部分的核心內(nèi)容,也是高考的重難點(diǎn)內(nèi)容,同時(shí)歐姆定律掌握的好壞會(huì)直接影響我們的考試成績(jī),因此要多用時(shí)間將這塊知識(shí)進(jìn)行鞏固,以取得更高的分?jǐn)?shù)。
1在歐姆定律的學(xué)習(xí)中常遇到的問題
1.1歐姆定律的使用范圍問題
在電路的實(shí)驗(yàn)過程中,我會(huì)出現(xiàn)忽略導(dǎo)線,電子元件與電源自身的電阻,將整個(gè)電路視為純電阻電路的問題。而歐姆定律通常只適用于導(dǎo)電金屬和導(dǎo)電液體,對(duì)于氣體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等特殊電路元器件不適用,但我們知道,白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的,也就是說線性材料鎢制成的燈絲應(yīng)是線性元件,但實(shí)踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件,因此這里的表述就不正確,本人為了弄清這里的問題,向老師進(jìn)行了請(qǐng)教并查閱了相關(guān)資料,許多資料上說歐姆定律的應(yīng)用有“同時(shí)性”與“歐姆定律不適用于非線性元件,但對(duì)于各狀態(tài)下是適合的”。但我自身總覺得這樣的解釋難以接受,有牽強(qiáng)之意,即個(gè)人理解為既然各個(gè)狀態(tài)下都是適合的,那就是適合整個(gè)過程。
1.2線性元件的存在問題
通過物理學(xué)習(xí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)材料的電阻率ρ會(huì)隨其它因素的變化而變化(如溫度),從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻實(shí)際上不可能是穩(wěn)定不變的,也就是說理想的線性元件并不存在。而在實(shí)際問題中,當(dāng)通電導(dǎo)體的電阻隨工作條件變化很小時(shí),可以近似看作線性元件,但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立,例如常用的炭膜定值電阻,其額定電流一般較小,功率變化范圍較小。
1.3電流,電壓與電阻使用的問題
電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器的使用,是最基礎(chǔ)的概念,也是我最容易混淆的內(nèi)容。電流表測(cè)量電流、電壓表測(cè)量電壓、變阻器調(diào)節(jié)電路中的電流,而電流、電壓、電阻的概念是基本的電學(xué)測(cè)量?jī)x器,另外,歐姆定律只是用來研究電路內(nèi)部系統(tǒng),不包括電源內(nèi)部的電阻、電流等,在學(xué)習(xí)歐姆定律的過程中,電流表、電壓表、導(dǎo)線等電子元器件的影響常常是不考慮在內(nèi)的,而對(duì)于歐姆定律的公式I=UR,I、U、R這三個(gè)物理量,則要求必須是在同一電路系統(tǒng)中,且是同一時(shí)刻的數(shù)值。
2歐姆定律學(xué)習(xí)中需要掌握的內(nèi)容
本人在基于電學(xué)的基礎(chǔ)之上,通過對(duì)歐姆定律的解題方式進(jìn)行分析,個(gè)人認(rèn)為我們需掌握以下內(nèi)容:了解產(chǎn)生電流的條件;理解電流的概念和定義式I=q/t,并能進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算;熟練掌握歐姆定律的表達(dá)式I=U/R,明確歐姆定律的適用條件范圍,并能用歐姆定律解決相關(guān)的電路問題;知道什么是導(dǎo)體的伏安特性,什么是線性元件與非線性元件;知道電阻的定義和定義式R=U/I;能綜合運(yùn)用歐姆定律分析、計(jì)算實(shí)際問題;需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),能根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)物理規(guī)律,并能運(yùn)用公式法和圖像法相結(jié)合的方法解決問題。
3歐姆定律的解題思路及技巧
3.1加深對(duì)歐姆定律內(nèi)容的理解
在歐姆定律例題分析中,我們比較常見的問題是多個(gè)變量的問題,以我自身為例,由于物理理解水平有限,且電壓、電流、電阻的概念比較抽象,所以學(xué)習(xí)難度較大,但我通過相關(guān)教學(xué)短片的學(xué)習(xí),將電阻比喻成“阻礙電流通行的路障,電阻越大路越不好走,電阻越小通過速度則快”的方式,明白了電阻是導(dǎo)體自身的特有屬性,其大小是受溫度、導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度等各方面因素影響的,與其兩端的電壓跟電流的大小無關(guān),并且明白了電阻不會(huì)隨著電流或者電壓的大小改變而改變。同時(shí)我們每一個(gè)人都知道對(duì)于不同的習(xí)題,解決步驟都是不相同的,雖同一問題會(huì)有不同的解題方法,但總是離不開歐姆定律這個(gè)框架。因此對(duì)于一些與電學(xué)有關(guān)的知識(shí),我一般會(huì)利用歐姆定律解決電生磁現(xiàn)象與電功率計(jì)算問題。例如:某人做驗(yàn)時(shí)把兩盞電燈串聯(lián)起來,燈絲電阻分別為R1=30Ω,R2=24Ω,電流表的讀數(shù)為0.2A,那么加在R1和R2兩端的電壓各是多少?我可以根據(jù)兩燈串聯(lián)這一關(guān)建條件,與U=IR得出:U1=IR1=0.2A×30Ω=6V,U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V,故R1和R2兩端電壓分別為6V、4.8V的結(jié)論。
3.2利用電路圖進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算
在解有關(guān)歐姆定律的題時(shí),以前直接把不同導(dǎo)體上的電流、電壓和電阻代入表達(dá)式I=U/R及導(dǎo)出式U=IR和R=U/I進(jìn)行計(jì)算,并把同一導(dǎo)體不同時(shí)刻、不同情況下的電流、電壓和電阻都代入歐姆定律的表達(dá)式及導(dǎo)出式進(jìn)行計(jì)算,因此經(jīng)?;煜槐阌诜治鰡栴}。通過后期老師給予我的建議,在解題前我都會(huì)先根據(jù)題意畫出電路圖,并在圖上標(biāo)明已知量、數(shù)值和未知量的符號(hào),明確需分析的是哪一部分電路,這部分電路的連接方式是串聯(lián)還是并聯(lián),以抓住電流、電壓、電阻在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的特征進(jìn)行解題。同時(shí),我還會(huì)注意開關(guān)通斷引起電路結(jié)構(gòu)的變化情況,并且回給“同一段電路”同一時(shí)刻的I、U、R加上同一種腳標(biāo),其中需注意單位的統(tǒng)一與電流表、電壓表在電路中的連接情況,以及滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)時(shí)電流、電壓、電阻的變化情況。
3.3利用電阻進(jìn)行知識(shí)拓展
本著從易到難的原則,我們可從一個(gè)電阻的問題進(jìn)行計(jì)算,再擴(kuò)展到兩個(gè)電阻、三個(gè)電阻,逐漸拓寬我們的思路,讓自己找到學(xué)習(xí)的目標(biāo)以及方法。比如遇到當(dāng)定值電阻接在電源兩端后電壓由U1變?yōu)閁2,電路中的電流由I1增大到I2,這個(gè)定值電阻是多少的問題時(shí),我們可利用歐姆定律的概念ΔU=ΔI?R得到電阻的值,而當(dāng)難度增加由一個(gè)電阻變?yōu)閮蓚€(gè)電阻時(shí),定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電壓恒定的電源兩端,電壓表V1的變化量為ΔU1,電壓表V2的變化量為ΔU2,電流表的示數(shù)為ΔI,在這樣的問題上可將變化的問題轉(zhuǎn)化為固定的關(guān)系之間的數(shù)值,就可簡(jiǎn)化許多變量問題的計(jì)算。當(dāng)變量變?yōu)槿齻€(gè)電阻時(shí)難度會(huì)進(jìn)一步的增大,我起初認(rèn)為這是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù),所以放棄了這類題,而在經(jīng)過詢問成績(jī)優(yōu)秀的同學(xué)時(shí),才知道可將三個(gè)電阻盡量化為兩個(gè)電阻,通過電壓表與電流表的位置將電阻進(jìn)行合并,以此簡(jiǎn)化題目。
4總結(jié)
簡(jiǎn)言之,歐姆定律是物理教材中最為重要的電學(xué)定律之一,是電學(xué)內(nèi)容的重要知識(shí),也是我們學(xué)習(xí)電磁學(xué)最基礎(chǔ)的知識(shí)。當(dāng)然,對(duì)于歐姆定律的學(xué)習(xí)與解題方法,自然不止以上所述方法,因而在具體的學(xué)習(xí)中,我們要立足于自身實(shí)際學(xué)習(xí)情況來進(jìn)行方法的選取,突破重難點(diǎn)知識(shí),以找到更好的解題思路。
參考文獻(xiàn):
[1]高飛.歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用技巧[J].才智,2009(27)
【教材分析】
歐姆定律是電學(xué)中的基本定律,是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)和分析電路的基礎(chǔ),是本章的重點(diǎn)。學(xué)生要通過自己的實(shí)驗(yàn)得出歐姆定律,最關(guān)鍵的是兩個(gè)方面:一個(gè)是實(shí)驗(yàn)方法,另一個(gè)就是歐姆定律。學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)方法的掌握既是重點(diǎn)也是難點(diǎn),這個(gè)實(shí)驗(yàn)難度比較大,主要在實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)的記錄以及數(shù)據(jù)的分析方面。由于實(shí)驗(yàn)的難度比較大,學(xué)生出現(xiàn)錯(cuò)誤的可能性也比較大,所以實(shí)驗(yàn)的評(píng)估和交流也比較重要。這些方面都需要教師的引導(dǎo)和協(xié)助,所以這次節(jié)課采用啟發(fā)式綜合教學(xué)法。引導(dǎo)科學(xué)探究, 創(chuàng)設(shè)民主課堂。
【教學(xué)片段】
探究通過導(dǎo)體的電流與電壓、電阻的關(guān)系
師:猜一猜導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電壓有什么關(guān)系呢?說出你的理由。
生1:電壓越大,電流越大
生2:導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓可能成正比
生:……
師:猜一猜導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻有什么關(guān)系呢?說出你的理由。
生1:電阻越大,電流越小
生2:導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體的電阻可能成反比
生:……
師:對(duì)于物理問題,不能僅靠猜想,還要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,通過實(shí)驗(yàn)來檢驗(yàn)猜想是否正確。為了驗(yàn)證同學(xué)們的猜想,怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)?zāi)???duì)于電流、電壓、電阻三個(gè)物理量的關(guān)系如何進(jìn)行研究呢?
生:采用控制變量法
師:如何進(jìn)行控制變量呢?
生1:保持電阻不變,研究電流與電壓的關(guān)系
生2:保持電壓不變,研究電流與電阻的關(guān)系
師:下面就利用這一方法,先研究電阻一定時(shí),電流與電壓的關(guān)系。請(qǐng)同學(xué)們想想需要哪些實(shí)驗(yàn)器材?如何設(shè)計(jì)電路圖?
生1:電路圖如甲示
生2:電路圖如乙示
圖甲圖乙
師:甲圖與乙圖哪個(gè)更好?并說明理由。
生:乙圖更好。因?yàn)椴灰啻芜B接電路,就可方便地改變電阻兩端的電壓。
師:同學(xué)們,我們?yōu)榱烁玫赝瓿蓪?shí)驗(yàn),可先來回答下列問題。
① 連接電路時(shí),開關(guān)應(yīng)處于 狀態(tài);
② 滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)處于阻值位置;
③ 注意認(rèn)清電壓表和電流表的 接線柱;
④ 電壓表的量程選 V,電流表的量程選 A;
⑤ 閉合開關(guān)前應(yīng) 電路,確認(rèn)無誤后可進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
【教學(xué)反思】
探究電流與電壓、電阻之間的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)是歐姆定律一節(jié)的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)中應(yīng)注意以下問題:
1. 用控制變量法研究I、U、R三者之間的關(guān)系時(shí),為什么只探究電流I與電壓U之間關(guān)系以及電流I與電阻R之間的關(guān)系?而不研究保持電流I不變,探究電壓U與電阻R之間的關(guān)系?
這個(gè)問題學(xué)生感到困惑不解。其實(shí),電阻是導(dǎo)體的本身性質(zhì),它并不隨著電壓、電流的變化而變化,當(dāng)電壓變了,電阻不改變,只能電流變化了,保持電流變化不可能。
2. 實(shí)驗(yàn)中為何要用滑動(dòng)變阻器?
如果不用滑動(dòng)變阻器,雖然能夠測(cè)量出R兩端的電壓和其中的電流,但該電路只能測(cè)量出一組電壓和電流的值,而從一組電流和電壓的數(shù)據(jù)是無法找出二者之間的關(guān)系的,應(yīng)該再測(cè)幾組電壓和電流,因此就需要改變R兩端的電壓,可以不斷改變電阻,也可以采用改變電池節(jié)數(shù)的方法,還可以用滑動(dòng)變阻器,比較下來,當(dāng)然是用滑動(dòng)變阻器更方便快捷。同時(shí),滑動(dòng)變阻器還可以起到保護(hù)電路的作用。
3. 在探究電流I與電阻R之間的關(guān)系實(shí)驗(yàn)中,應(yīng)該如何操作?
如何保持電壓U不變?即改變定值電阻的阻值的同時(shí),該電阻兩端的電壓就發(fā)生了變化,因此,要及時(shí)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器以保持電壓不變,觀察并記錄電流表的示數(shù)隨電阻的變化關(guān)系。
4. 在本實(shí)驗(yàn)之前要注意哪些問題?
學(xué)生實(shí)驗(yàn)之前,不僅要按照正確的操作規(guī)程辦事,還要有檢查電路的良好習(xí)慣,而學(xué)生往往急于動(dòng)手實(shí)驗(yàn),忽視實(shí)驗(yàn)規(guī)則。本實(shí)驗(yàn)中,實(shí)驗(yàn)之前,開關(guān)斷開,滑動(dòng)變阻器的滑片要放在電阻最大位置。其次,為測(cè)量誤差減少,要選擇適當(dāng)?shù)碾姳砹砍獭?/p>
5. 要認(rèn)識(shí)到學(xué)生的解題能力和動(dòng)手實(shí)踐能力之間可能存在較大差距
此類題目的特點(diǎn)往往是:題目給出電路圖,電路中一般含有一個(gè)或兩個(gè)電阻(或燈泡),滑動(dòng)變阻器一個(gè),電壓表、電流表若干。當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)時(shí),讓學(xué)生去判斷電流表、電壓表的示數(shù)如何改變。
根據(jù)電路元器件連接方式,把此類問題歸為簡(jiǎn)單電路和復(fù)合電路兩類進(jìn)行分析。
一、簡(jiǎn)單電路(用電器與滑動(dòng)變阻器純串聯(lián)或純并聯(lián))
1.純串聯(lián)
如圖,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí),各表示數(shù)如何變化?
[分析]:在此題中,電阻、滑動(dòng)變阻器三者串聯(lián),I=I1=I2,R=R1+R2。。當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),R2變大,R1不變,R變大,根據(jù)歐姆定律I=■,電源電壓U不變,I應(yīng)減小,I1、I2均減小,再根據(jù)歐姆定律U1=I1R1可知U1減小,最后根據(jù)U=U1+U2知道U2增大。
[結(jié)果]:安培表示數(shù)減小,伏特表1示數(shù)減小,伏特表2示數(shù)增大。
2.純并聯(lián)
如圖,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí),各表示數(shù)如何變化?
[分析]:由于電阻和滑動(dòng)變阻器并聯(lián),故U=U1=U2,伏特表示數(shù)為電源電壓保持不變,當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),R2變大,R1不變,根據(jù)■=■+■,則R變大,根據(jù)歐姆定律I=■知I應(yīng)減小。而R1電阻、電壓均不變,故I1不變。再根據(jù)I=I1+I2知I2應(yīng)減小。
[結(jié)果]:安培表示數(shù)減小,伏特表示數(shù)不變,安培表1示數(shù)不變,安培表2示數(shù)減小。
二、復(fù)合電路(滑動(dòng)變阻器與用電器串并聯(lián)混聯(lián))
1.滑動(dòng)變阻器在干路中,兩電阻并聯(lián)
如圖,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí),各表示數(shù)如何變化?
[分析]:此種情況由于R1、R2電阻都不變,可將兩電阻并視為一個(gè)電阻,它們兩端的電壓相同,故它們電流變化方向是相同的。這樣此題思路就同純串聯(lián)電路一樣。
[結(jié)果]:安培表示數(shù)減小,伏特表1示數(shù)減小,伏特表2示數(shù)增大,安培表1示數(shù)減小,安培表2示數(shù)減小。
2.滑動(dòng)變阻器在支路中
如圖,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片向左滑動(dòng)時(shí),各表示數(shù)如何變化?
[分析]:此種情況較為復(fù)雜。由于R1、R2并聯(lián),所以它們兩端電壓相等為U1,且U=U1+U3,I=I1+I2。當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),R2變大,導(dǎo)致電路總電阻R增大,根據(jù)歐姆定律I=■,電源電壓U不變,I應(yīng)減小,對(duì)于R3,再根據(jù)歐姆定律U3=IR3可知U3減小,再根據(jù)U=U1+U3知道U1增大,從而得到I1增大,最后根據(jù)I=I1+I2知道I2減小。
[結(jié)果]:安培表示數(shù)減小,伏特表1示數(shù)增大,伏特表3示數(shù)減小,安培表1示數(shù)增大,安培表2示數(shù)減小。
1.知識(shí)目標(biāo)。
(l)掌握閉合電路的歐姆定律;
(2)理解端壓跟外電路的電阻的關(guān)系,理解斷路和短路時(shí)的端壓和電流;
(3)理解端壓發(fā)生變化的根本原因。
2.能力和方法目標(biāo)
(l)培養(yǎng)學(xué)生“發(fā)現(xiàn)問題,提出假設(shè),實(shí)驗(yàn)研究,得出結(jié)論”的探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法;
(2)通過學(xué)習(xí),使學(xué)生會(huì)用閉合電路歐姆定律解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問題。
【教學(xué)方法】
在教師指導(dǎo)下,師生共同探討的啟發(fā)式教學(xué)。
【教學(xué)器材】
電壓表、電阻箱、電鍵、電池組、J1203型蓄電池、導(dǎo)線等各24組。新電池兩節(jié),內(nèi)阻較大的電池一組(電動(dòng)勢(shì)為9V以上),燈泡若干,演示用電壓表,保險(xiǎn)絲,導(dǎo)線若干,單刀雙擲開關(guān),投影儀等。
【教學(xué)過程】
1.引入新課
師:如圖1電路,將電壓表接在電源兩端,從電壓表上讀出的是什么?
生:電源電動(dòng)勢(shì)。
演示實(shí)驗(yàn):測(cè)電源電動(dòng)勢(shì)并觀察燈泡亮度。
師:出示圖1裝置示教板,簡(jiǎn)介實(shí)驗(yàn)裝置,分別開關(guān)打向1和2,讓學(xué)生通過電壓表的實(shí)物投影讀電源和的電動(dòng)勢(shì)。
生:,。
師:(將電壓表?yè)Q接成小燈泡,開關(guān)接1時(shí)。小燈泡很亮,幾乎發(fā)白光)問:開關(guān)接2時(shí),會(huì)發(fā)生什么情況?
生:(猜測(cè)):①燒毀,②更亮。
師:(開關(guān)接通2,小燈泡還不如接1時(shí)亮。)
生:(嘩然,形成強(qiáng)烈反差)
師:學(xué)習(xí)了閉合電路歐姆定律后,我們就能解釋這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象了。
2.新課教學(xué)
2.l閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式(在教師的啟發(fā)下,引導(dǎo)學(xué)生完成)
師:什么樣的電路叫閉合電路呢?
生:由電源和用電器組成的完整電路。
師:電源有哪些重要的參量?
生:電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。
師:(出示圖2的動(dòng)畫電路)閉合電路中,流過內(nèi)電路和外電路的電流有什么關(guān)系?
生:相等。
師:電源的電動(dòng)勢(shì)與端壓(外電壓)、內(nèi)電壓之間的關(guān)系是怎樣的?
生:E=U=U′。
師:現(xiàn)設(shè)通過電路的電流強(qiáng)度為I,外電路的電阻為R電源電阻為r,根據(jù)歐姆定律,可以把上式進(jìn)一步寫成怎樣的形式?
生:根據(jù)歐姆定律,外電壓U′=IR,內(nèi)電壓U′=Ir,代入E=U+U′,可以得出:E=IR+Ir。。
師:如果我們要探討電路里的電流強(qiáng)度I跟哪些因素有關(guān),有什么關(guān)系,還需要把公式改變成怎樣的形式?
生:可以改寫成:。
師:好,這就是閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。它表示:閉合電路中的電流,跟電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,跟整個(gè)電路的電阻成反比。在公式中,R的含義是什么?
生:外電路的總電阻。
師:對(duì)給定的電源,E、r均為定值,外電阻變化時(shí),會(huì)引起電路電流的變化,I隨R會(huì)發(fā)生怎樣的變化?
生:由公式知,R變大則I減少,R變小則I增大。
師:根據(jù)U=IR,R變大時(shí)端壓(外電壓)會(huì)隨之發(fā)生怎樣的變化呢?
生:(猜測(cè)。有人說變大,有人說變?。?/p>
師:請(qǐng)兩個(gè)學(xué)生介紹判斷的過程和依據(jù)。(暫時(shí)不做評(píng)價(jià),由“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的標(biāo)準(zhǔn)”過渡到學(xué)生實(shí)驗(yàn)上來。)
2.2探討U隨R變化的規(guī)律
學(xué)生實(shí)驗(yàn):探討U隨R變化的規(guī)律
師:如果給你一個(gè)電源,一個(gè)電鍵,一個(gè)電壓表,一個(gè)電阻箱,讓你來探討外電壓U隨外電阻R變化的規(guī)律,你該怎樣設(shè)計(jì)電路?請(qǐng)畫出電路圖。
生:(畫電路圖)
師:(講評(píng)學(xué)生所畫電路,指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn))
生:(出示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄,得出結(jié)論)端壓隨外電阻的增大而增大,隨外電阻的減少而減少。二者變化的趨勢(shì)相同。
師:能否根據(jù)閉合電路歐姆定律從理論上分析為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化?
生:(討論,在教師誘導(dǎo)下得出)
師:剛才我們通過實(shí)驗(yàn)和理論探討了端壓隨外電阻變化的規(guī)律,得出了上述結(jié)論。請(qǐng)大家再思考,當(dāng)外電阻很小時(shí),會(huì)發(fā)生什么情況呢?
生:外電阻減少到零時(shí),會(huì)發(fā)生短路現(xiàn)象。
師:短路時(shí)的電流有多大呢?
生:(可能會(huì)說無窮大教師從電路電阻出發(fā)引導(dǎo),使學(xué)生得出)短路時(shí):R=0,I=E/r,U′=E,U=0。
師:短路時(shí)的電流取決于E,r。一般情況下,電源內(nèi)阻很小,像蓄電池的內(nèi)阻只有0.005Ω-0.1Ω,所以短路時(shí)電流會(huì)很大,很大的電流會(huì)造成什么后果呢?
演示實(shí)驗(yàn):保險(xiǎn)絲熔斷現(xiàn)象。
師:(出示示教板,簡(jiǎn)單向?qū)W生介紹電路的元件,先讓電燈開始正常工作)大家說說,怎樣的外電路才算短路呢?
生:將電鍵合上,使外電路的電阻R=0。
師:(演示:合上電鍵,保險(xiǎn)絲燒斷起煙,小燈泡熄滅)保險(xiǎn)絲燒斷,說明短路時(shí)的電流的確很大。如果沒有保險(xiǎn)絲,短路時(shí)很大的電流長(zhǎng)時(shí)間通過電路,就可能損壞電源,甚至釀成火災(zāi)。所以在實(shí)驗(yàn)操作中和日常生活、生產(chǎn)中要注意避免短路,也不能圖方便用銅絲替代保險(xiǎn)絲。那么,怎樣使電路恢復(fù)正常呢?
生:(教師引導(dǎo))先排除故障,再換保險(xiǎn)絲。
師:當(dāng)外電阻很大時(shí),又會(huì)發(fā)生什么現(xiàn)象呢?
生:(引導(dǎo)學(xué)生類比得出)斷路。
斷路時(shí):R∞,I=0,U′=0,U=E。
師:電壓表測(cè)電動(dòng)勢(shì)就是利用了這一道理.通過前面的討論,我們對(duì)U隨R變化的規(guī)律有了了解,但在討論中都是以電源的E、r不變作為前提的。如果有兩個(gè)電源,它們的內(nèi)阻不同,端電壓隨外電阻的變化有什么區(qū)別呢?
2.3U隨R變化的根本原因
學(xué)生實(shí)驗(yàn):探究?jī)?nèi)阻不同時(shí)U隨R變化的特點(diǎn)(電路如圖3)。
師:現(xiàn)有四節(jié)干電池組,電動(dòng)勢(shì)約6V,內(nèi)阻阻值大約在0.5Ω-2Ω之間;有一個(gè)蓄電池組,電動(dòng)勢(shì)約6V,內(nèi)阻大約在0.005Ω-0.1Ω之間。請(qǐng)大家再做實(shí)驗(yàn),比較這兩個(gè)電源U隨R變化的特點(diǎn)。
生:(實(shí)驗(yàn)操作,教師巡回指導(dǎo))
實(shí)驗(yàn)結(jié)論:內(nèi)電阻很小的電源,端電壓隨外電阻的變化不明顯。
師:大家推測(cè)一下,當(dāng)電源內(nèi)電阻為零時(shí),外電壓還隨外電阻的變化而變化嗎?
生:不隨。
師:能否理論推導(dǎo)一下?
生:r=0,無論I如何變化,U′=Ir=0,故U=E-U′=E不變。
師:內(nèi)電阻等于零的電源叫理想電源,它的端壓是不定值,不隨外電阻的變化而變化,初中討論的都是這樣的電源??墒?,實(shí)際的電源都有內(nèi)阻。正是由于r≠0,才導(dǎo)致U隨R的變化。可見,U隨R變化的根本原因是……
生:r≠0。
3.規(guī)律應(yīng)用演示實(shí)驗(yàn):(裝置見圖5)
師:(簡(jiǎn)單介紹實(shí)驗(yàn)裝置,電源為6V干電池組)逐個(gè)合上電鍵,燈泡的亮度會(huì)不會(huì)發(fā)生變化?
生:(討論,看法不一)
師:(實(shí)驗(yàn)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)接入電路中的小燈泡亮度逐漸變暗。)怎樣解釋看到的現(xiàn)象?
生:隨著燈泡逐漸接入,外電路的總電阻逐漸減小,外電路的端壓逐漸減小,由知,燈泡消耗的實(shí)際功率逐漸變小,燈泡亮度變暗。
師:(改用蓄電池作電源,再做上述實(shí)驗(yàn),結(jié)果發(fā)現(xiàn)燈泡亮度幾乎不變)
生:蓄電池內(nèi)阻很小,外電路電阻變化時(shí),端壓變化非常小,燈泡消耗的實(shí)際功率變化很小,因而亮度幾乎不變。
師:這一現(xiàn)象再次說明了……
生:內(nèi)電阻不為零是端壓變化的根本原因。
師:請(qǐng)大家思考,開始上課時(shí)做的演示實(shí)驗(yàn)為什么會(huì)出現(xiàn)那樣一個(gè)結(jié)果?
生:(討論后得出)電源的內(nèi)阻很大,比燈泡的電阻還要大,因此內(nèi)阻分壓也大,第二次加在燈泡兩端的外電壓沒有第一次的大。
師:你們的推理是否正確,實(shí)際測(cè)量一下就知道了。
演示實(shí)驗(yàn):
師:(測(cè)圖1燈泡兩端在電鍵按1和2兩種情況下的端壓。結(jié)果表明,第二次的端壓小于第一次)
生:(露出滿意的笑容)
師:通過這節(jié)課的學(xué)習(xí),我們解決了上一節(jié)課學(xué)習(xí)電動(dòng)勢(shì)時(shí)產(chǎn)生的“端壓為什么會(huì)隨外電阻的變化而變”的疑問,得到了閉合電路的歐姆定律,搞清了端壓變化的根本原因。在本節(jié)課的學(xué)習(xí)中,有沒有新的問題?
生:實(shí)驗(yàn)測(cè)量中發(fā)現(xiàn),隨著外電阻的增大,端壓并不是一直增大的,這是為什么?
師:(表?yè)P(yáng)提問題的學(xué)生,引導(dǎo)大家討論,然后解釋)當(dāng)外電阻大到一定程度時(shí),由閉合電路歐姆定律知,總電流極小,內(nèi)電阻止的分壓趨近于零,端壓趨近于電源的電動(dòng)勢(shì),接近于發(fā)生了斷路現(xiàn)象。
生:老師,你是怎樣知道干電池和蓄電池的內(nèi)阻的?
師:這個(gè)問題提的好。我們是在干電池組內(nèi)阻大于蓄電池組內(nèi)阻的前提下得出端壓變化的根本原因的,如果事實(shí)不是這樣,則結(jié)論也就不成立了,這個(gè)問題留做課后思考,下節(jié)課我們將通過實(shí)驗(yàn)來測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻。實(shí)際上今天的課已經(jīng)告訴了你一種測(cè)量方法了……大家還有問題嗎?
生:……
4.小結(jié)
4.l閉合電路歐姆定律是高中電學(xué)中的重要規(guī)律之一,要掌握其內(nèi)容并會(huì)運(yùn)用它分析電流強(qiáng)度、端壓隨外電阻的變化規(guī)律。以及端壓跟電流強(qiáng)度的關(guān)系。根據(jù)I=E′(R+r)、U′=Ir、U=E-Ir可知:
RIU′U
R=0,I=E/r,U′=E,U=0(短路)
RIU′U
R∞,I=0,U′=0,U=E(斷路)
4.2在初中討論電路問題時(shí),不考慮電源內(nèi)阻。到了高中,有些問題常要考慮電源內(nèi)阻。路端電壓隨外電阻變化而變化,其根本原因是因?yàn)殡娫从袃?nèi)阻。我們關(guān)心路端電壓的變化情況,是關(guān)系到用電器能否正常工作的問題,這在實(shí)際應(yīng)用中有現(xiàn)實(shí)意義。
5.布置作業(yè)(略)。
【教學(xué)設(shè)計(jì)說明】
1.閉合電路的歐姆定律在高中“恒定電流”一章中占有重要地位,這是一節(jié)承上啟下的課。在設(shè)計(jì)本節(jié)課時(shí),我十分注意對(duì)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)。在教學(xué)中實(shí)施素質(zhì)教育的核心是培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。對(duì)于中學(xué)生來說,創(chuàng)新精神主要體現(xiàn)在學(xué)生應(yīng)具有創(chuàng)新的意識(shí),其直接的表現(xiàn)就是善于發(fā)現(xiàn)問題,善于提出問題。因此在課堂上應(yīng)把主要精力放在引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題并尋找解決問題的途徑上。根據(jù)上一節(jié)課中學(xué)生對(duì)端壓會(huì)發(fā)生變化所產(chǎn)生的疑問,我設(shè)計(jì)了本節(jié)課的教學(xué)流程,旨在通過學(xué)生的親身實(shí)踐,得到掌握知識(shí)、培養(yǎng)能力、形成習(xí)慣的最終目的。在這節(jié)課的最后,還留給學(xué)生一段時(shí)間,讓他們自己來提問題,并討論、解答,這也是出于培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)的需要。
2.利用實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)規(guī)律,利用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)論是貫穿整個(gè)課堂教學(xué)的一條主旋律。本節(jié)課一開始,就利用學(xué)生的日常生活經(jīng)驗(yàn)與演示實(shí)驗(yàn)的矛盾巧設(shè)“懸念”,使他們的心理經(jīng)歷了一次前科學(xué)意識(shí)與物理規(guī)律的強(qiáng)烈碰撞,求知欲望之火被迅速點(diǎn)燃,從而興致勃勃地進(jìn)入了主動(dòng)學(xué)習(xí)的“角色”。在教學(xué)活動(dòng)中,一個(gè)個(gè)演示、學(xué)生實(shí)驗(yàn)不斷地開后學(xué)生思維的“閥門”,他們時(shí)而全神貫注,時(shí)而心領(lǐng)神會(huì),在一系列“發(fā)現(xiàn)問題,提出假設(shè),實(shí)驗(yàn)研究,得出結(jié)論”的過程中,錯(cuò)誤的前概念逐步被糾正,科學(xué)的物理規(guī)律在腦海里扎下了很。物理教學(xué)活動(dòng)的科學(xué)性和藝術(shù)性得到了有機(jī)的統(tǒng)一,科學(xué)美的教育也滲透在其中了。
關(guān)鍵詞:技?!峨姽せA(chǔ)》課 教學(xué)改革
在技校,《電工基礎(chǔ)》課是電工專業(yè)學(xué)生的一門專業(yè)基礎(chǔ)課,這門課程的理論性很強(qiáng),而且相對(duì)來說有些抽象,對(duì)于剛剛接觸電工理論的中技學(xué)生而言(而且,眾所周知,中技來的學(xué)生有相當(dāng)一部分的同學(xué)在初中學(xué)習(xí)就是不太好,或根本就對(duì)學(xué)習(xí)沒有興趣),如何將難懂的看不見摸不著的電的知識(shí)講得通俗易懂,激發(fā)學(xué)生的興趣,一直是使教師大傷腦筋的問題。
總的看,現(xiàn)在的《電工基礎(chǔ)》課程有些概念還是過于抽象,學(xué)生不容易理解。本來這門課程就不好學(xué),萬事開頭難,只有頭開好了,學(xué)生覺得好學(xué),好玩,才會(huì)慢慢喜歡這門課程,故書本上的有些概念沒必要說得那么專業(yè)。畢竟,中技學(xué)生主要還是以實(shí)習(xí)為主不是搞研究的,對(duì)于理論課的內(nèi)容,只要按照自己的思維方式把它消化吸收掉,并且和實(shí)際的應(yīng)用不發(fā)生沖突就可以了。這里以第一章《電路的基本知識(shí)和基本定律》來談?wù)劯母飭栴}。
其一§1-2電流
所謂電流這個(gè)概念,課本上是這樣說的,“電荷的定向流動(dòng)稱為電流”,書上的定義當(dāng)然毫無問題。但是,別忘了,電荷是微觀的東西,說一根導(dǎo)線通電有電荷定向流動(dòng)形成電流,但是肉眼看不見,如何使抽象的電荷形象化,加深學(xué)生對(duì)電流的概念的理解呢?我通過實(shí)際電工教學(xué)摸索,認(rèn)為這一章中的多數(shù)概念用水來做比喻很恰當(dāng),能讓學(xué)生比較容易的接受電流概念。當(dāng)然,雖然以水為例講解電的概念,在道理上有些相通的地方,但本質(zhì)不同,這一點(diǎn)還應(yīng)該向?qū)W生說明。我教師可以對(duì)學(xué)生解釋說:水流的形成是水(分子)的定向流動(dòng),同理,電流的形成是電荷的定向流動(dòng),這樣,用水做對(duì)比,學(xué)生一下就明白了。之后,趁熱打鐵,再用水流方向來對(duì)電流方向進(jìn)行類推,也就不難了。再有,電流大小,書上是這樣定義的“一定時(shí)間內(nèi)通過導(dǎo)體橫截面的電荷量的多少”。對(duì)于“一定時(shí)間”和“導(dǎo)體橫截面”學(xué)生都能理解,因?yàn)椴怀橄螅珜?duì)于“電荷量”即電量的理解,有點(diǎn)費(fèi)勁。是的,電量,顧名思義,電荷的數(shù)量,但是,它看不見,1庫(kù)侖電量怎樣理解呢?若以水流大小為例,單位時(shí)間內(nèi)通過水管橫截面的水量叫水流大小或水流強(qiáng)度。這里,水管比喻為導(dǎo)體,水量比喻為電量,則這樣之后,也能加深對(duì)電流大小的理解。
其二§1-3電壓與電位
所謂“電壓”的概念,書上是這樣說的,“電場(chǎng)力把單位正電荷從電場(chǎng)中的a點(diǎn)移動(dòng)到b點(diǎn)所做的功稱為兩點(diǎn)間的電壓”。我覺得,還是上面那句話,對(duì)于中技學(xué)生而言,他們是技術(shù)工人,是干實(shí)際活的,不是搞理論研究的,沒必要這么去和學(xué)生講,只需這樣去說,水壓是對(duì)水(分子)的壓力,而電壓是對(duì)電荷的壓力就可以了。
對(duì)于“電位”概念的理解,課本是這樣說的“如果在電路中任選一點(diǎn)為參考點(diǎn),那么電路中某點(diǎn)的電位就是該點(diǎn)到參考點(diǎn)之間的電壓”。電位這個(gè)概念比電壓更難理解。
可仍然以水位為例,通過對(duì)水位參考點(diǎn)的不同,則某點(diǎn)水位高度值也發(fā)生變化來讓學(xué)生理解電位的概念。比如,若以地面為參考點(diǎn),a點(diǎn)水位為5米,b點(diǎn)水位為2米;若以地面以上5米為參考點(diǎn),則a點(diǎn)水位為0米,b點(diǎn)水位為一3米,若以地面以下5米為參考點(diǎn),則a點(diǎn)水位為10米,b點(diǎn)水位為7米。在這里,由于水位參考點(diǎn)選取的不同,各點(diǎn)水位值也發(fā)生了變化,并且有正水位、零水位、負(fù)水位。然后向?qū)W生說明,電位的概念和水位有相似之處,在電路中,由于參考點(diǎn)選取的不同,各點(diǎn)電位值也發(fā)生變化,并且有正電位、零電位、負(fù)電,位,這樣一對(duì)比,使學(xué)生形象的明白了電位的概念。繼續(xù)趁熱打鐵,不管水位的參考點(diǎn)如何變化,任意兩點(diǎn)比如ab之間的水位的壓力差值是不變的,總是3米,因?yàn)閰⒖键c(diǎn)是人為選定的,顯然參考點(diǎn)不能影響水位的壓力差值,進(jìn)而也形象的說明了電壓與電位差的關(guān)系即任意兩點(diǎn)電(水)壓等于兩點(diǎn)之間的電(水)位差,其三 §1-4電動(dòng)勢(shì)
所謂“電動(dòng)勢(shì)”,課本上是這樣說的,“在電源內(nèi)部,電源力將單位正電荷從電源負(fù)極移動(dòng)到正極所做的功叫做電源的電動(dòng)勢(shì)”。我是這樣給學(xué)生解釋的,水在自然壓力即重力下,由高水位處流向低水位,若想由低水位處流向高水位,必須借助于外力;同理,正電荷在電壓的作用下,由高電位流向低電位,若想由低電位流向高電位,必須借助于外力即電源力才能實(shí)現(xiàn),即“電荷”在電源力作用下有從高電
位運(yùn)“動(dòng)“到低電位的趨”勢(shì)“簡(jiǎn)稱電動(dòng)勢(shì)。這樣,學(xué)生也好理解一些。 其四 §1-6歐姆定律
部分歐姆定律內(nèi)容如下:對(duì)于不含電源電路,當(dāng)在電阻兩端加上電壓時(shí),電阻中就有電流流過,流過電阻的電流與電阻兩端的電壓成正比,與電阻成反比。對(duì)于該定律,可采用的啟發(fā)式和對(duì)比式教學(xué)教學(xué)。水流是由于水(分子)的定向流動(dòng),那么,為什么水要定向流動(dòng),因?yàn)槭艿搅藟毫Σ哦ㄏ蛄鲃?dòng);那么,為什么必須施加壓力才能讓水定向流動(dòng)呢,因?yàn)樗艿搅俗枇?;最后總結(jié),顯然水流大小與水壓成正比,而與水受到的阻力成反比。對(duì)比,則電流是由于電荷的定向流動(dòng),那么,為什么電荷要定向流動(dòng),因?yàn)槭艿搅藟毫措妷翰哦ㄏ蛄鲃?dòng);那么,為什么必須施加電壓才能讓電荷定向流動(dòng)呢,因?yàn)殡姾墒艿搅俗枇措娮?;最后總結(jié),顯然電流大小與電壓成正比,而與電荷受到的阻力即電阻成反比,這就是歐姆定律。這樣,一步一步的把歐姆定律明白的講了出來,學(xué)生也很容易接受,之后,再理論聯(lián)系實(shí)際,馬上再通過一個(gè)實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證歐姆定律,最終是使學(xué)生深入的理解了這個(gè)重要定律。
其五§1-8電功與電功率
一、部分電路知識(shí)是基礎(chǔ)
1.電流:自由電荷的定向移動(dòng)形成電流。I也流是標(biāo)量,但有方向,我們規(guī)定正電荷的定向移動(dòng)方向是電流的方向。電流的定義式為單位為A。
2.電壓:當(dāng)在導(dǎo)體兩端加上一定電壓后,在導(dǎo)體中將產(chǎn)生一定的電場(chǎng),自由電荷在靜電力的作用下做定向移動(dòng),形成電流。
3.電阻:電流通過導(dǎo)體時(shí)受到導(dǎo)體的阻礙作用。電阻的定義式為R,決定式,單位為Ω
4.部分電路歐姆定律:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。其表達(dá)式為I=,適用范圍有金屬導(dǎo)電和電解液導(dǎo)電(對(duì)氣體不適用)和純電阻電路。
5.電路:在串聯(lián)電路中有,并聯(lián)電路中有
例1 根據(jù)經(jīng)典理論,金屬導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式為I=nvSe,其中n為金屬導(dǎo)體中單位體積內(nèi)的自由電子數(shù),v為導(dǎo)體中自由電子沿導(dǎo)體定向移動(dòng)的速率,S為導(dǎo)體的橫截面積,e為自由電子的電荷量。如圖1所示,兩段長(zhǎng)度和材料完全相同、各自粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)線ab、bc,圓形橫截面的半徑之比為rab:rbc=l:4,串聯(lián)后加上電壓,則()。
A.兩導(dǎo)體內(nèi)的自由電子定向移動(dòng)的速率之比為vab:vbc=l:4
B.兩導(dǎo)體內(nèi)的自由電子定向移動(dòng)的速率之比為vab:vbc=4:1
C.兩導(dǎo)體上的電壓之比為Uab:Ubc=4:1
D.兩導(dǎo)體上的電壓之比為Uab:Ubc=16:1
解析:兩段導(dǎo)體串聯(lián),根據(jù)串聯(lián)電路的特點(diǎn)可知,電流處處相等,即Iab=Ibc再由金屬導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式I=nvSe,得,選項(xiàng)A、B錯(cuò)誤。根據(jù)歐姆定律,得U=IR,所以。又有,得,選項(xiàng)c錯(cuò)誤,D正確。答案為D。
點(diǎn)評(píng):導(dǎo)體兩端加電壓后,在導(dǎo)體中會(huì)形成電場(chǎng),自由電荷在靜電力作用下做定向移動(dòng)而形成電流,金屬導(dǎo)體中電流的微觀表達(dá)式I=nvSe就是由導(dǎo)體中電流推導(dǎo)而出的。串聯(lián)在電路中的每段導(dǎo)體分得的電壓跟電阻成正比。
例2 對(duì)于電阻的概念和電阻定律,下列說法正確的是()。
A.由可知,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,與流過導(dǎo)體的電流成反比
B.由可知,導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比,與導(dǎo)體的橫截面積成反比
c.由可知,導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的橫截面積成正比,與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成反比
D.導(dǎo)體的電阻率只由材料的種類決定,與溫度無關(guān)
解析:電阻是由導(dǎo)體本身決定的,跟電流、電壓無關(guān),所以選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B正確。電阻率主要決定于導(dǎo)體的材料,還跟溫度有關(guān),所以選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。答案為B。
點(diǎn)評(píng):電阻是用比值法定義的,即電阻等于電壓與電流的比值。而電阻的大小是由決定的,其中p為電阻率,主要決定于導(dǎo)體的材料,還與溫度有關(guān)。
二、閉合電路分析是綜合
1.電源:電源是通過非靜電力做功把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的裝置。(l)電動(dòng)勢(shì)是非靜電力搬運(yùn)電荷所做的功與搬運(yùn)的電荷量的比值,即,單位為V1(2)電源內(nèi)部也是由導(dǎo)體組成的,也有電阻,叫做內(nèi)電阻,是反應(yīng)電源性能的一個(gè)重要參數(shù)。
2.閉合電路:(1)閉合電路歐姆定律是指閉合電路中的電流與電源的電動(dòng)勢(shì)成正比,與內(nèi)、外電阻之和成反比,其表達(dá)式為,只適用于純電阻電路;(2)路端電壓與電流的關(guān)系為U=E-Ir,此式適用于一切電路;(3)路端電壓與外電阻的關(guān)系為U=,此式只適用于純電阻電路。當(dāng)外電路斷開時(shí),有1=0,U=E;當(dāng)外電路短路時(shí),有。
例3 一節(jié)干電池的電動(dòng)勢(shì)為1.5V,一節(jié)鉛蓄電池的電動(dòng)勢(shì)為2V。所以()。
A.干電池在1s內(nèi)將1.5J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>
B.蓄電池將化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿谋绢I(lǐng)比干電池的要大
C.無論接不接人外電路,一節(jié)干電池兩極間的電壓都為2V
D. g節(jié)蓄電池每通過IC電荷量,電源把2J的化學(xué)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?/p>
解析:電動(dòng)勢(shì)的物理含義是電源搬運(yùn)IC的電荷量做功(把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能)的大小,顯然,選項(xiàng)A錯(cuò)誤,B、D正確。當(dāng)電源接人外電路時(shí),兩端電壓隨外電阻的變化而變化,選項(xiàng)C錯(cuò)誤。答案為BD。
點(diǎn)評(píng):電動(dòng)勢(shì)是比較難理解的物理量,它是非靜電力做功與電荷量的比值,而不是非靜電力做功與時(shí)間的比值。當(dāng)外電路接通時(shí),隨外電路電阻的變化,電流、路端電壓也隨之改變。
例4 如圖2所示,在A、B兩點(diǎn)間接有電動(dòng)勢(shì)E=4V,內(nèi)電阻r=lΩ的直流電源,電阻R1、R2、R3的阻值均為4Ω,電容器的電容C=30μF,電流表的內(nèi)阻不計(jì),求:
(l)電流表的讀數(shù);
(2)電容器所帶的電荷量;
(3)斷開電源后.通過電阻R2的電荷量。
解析:當(dāng)開關(guān)S閉合后,因?yàn)殡娙萜鞯碾娮锜o窮大,可以以去掉,而電阻R1、R2被電流表短路,所以外電路可以簡(jiǎn)化為電流表和電阻R3串聯(lián)。
(1)根據(jù)歐姆定律可得,電流表的讀數(shù)I=
(2)電容器接在電源兩端,其電壓為路端電壓,即U=IR3=3.2V,因此電容器帶電荷量Q=UC=
(3)斷開開關(guān)S后,電容器相當(dāng)于電源,因?yàn)殡娏鞅韮?nèi)阻不計(jì),外電路是電阻R1、R2并聯(lián)后與R3巾聯(lián),所以通過電阻R1和R2的電荷量之比為又有,解得
點(diǎn)評(píng):電容器中間有電介質(zhì),電流不能通過其中,在電路中表現(xiàn)為斷路,而理想電流表的內(nèi)阻為零,在電路中表現(xiàn)為短路,在電路分析時(shí)要充分利用這些特點(diǎn)。
三、動(dòng)態(tài)電路分析是熱點(diǎn)
1.基本規(guī)律:(l)當(dāng)外電路中任何一個(gè)電阻增大(或減?。┒渌娮璨蛔儠r(shí),電路的總電阻一定增大(或減?。唬?)若開關(guān)的通、斷使串聯(lián)的用電器增多時(shí),電路中的總電阻增大,若開關(guān)的通、斷使并聯(lián)的支路增多時(shí),電路的總電阻減??;(3)在如圖3所示的分壓電路中,滑動(dòng)變阻器可視為由兩段電阻構(gòu)成,其中一段R并與用電器并聯(lián),另一段R串與并聯(lián)部分串聯(lián),A、B兩端的總電阻與R串的變化趨勢(shì)一致。
2.分析思路:
例5 在如圖4所示的電路中,Rc為定值電阻,閉合開關(guān)S。當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片P向右移動(dòng)時(shí),下列判斷正確的是()。
A.電壓表V1、電流表A的讀數(shù)都增大
B.電壓表V1與電流表A讀數(shù)的比值保持不變
C.電壓表V2與電流表A讀數(shù)的比值保持不變
D.電壓表V2、電流表A讀數(shù)變化量的比值保持不變
解析:當(dāng)滑動(dòng)變阻器R的滑片P向右移動(dòng)時(shí),接人電路的阻值變大,總電阻變大,回路中的總電流減小,電流表A的讀數(shù)減小,選項(xiàng)A錯(cuò)誤。巾歐姆定律得。顯然,選項(xiàng)B錯(cuò)誤,c正確。而選項(xiàng)D正確。答案為CD。
點(diǎn)評(píng):根據(jù)動(dòng)態(tài)電路分析的一般思路,靈活運(yùn)用部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律即可順利求解本題。
例6 在輸液時(shí),藥液有時(shí)會(huì)從針口流出體外,為了及時(shí)發(fā)現(xiàn),設(shè)計(jì)了一種報(bào)警裝置,電路如圖5所示。M是貼在針口處的傳感器,接觸到藥液時(shí)其電阻Rm發(fā)生變化,導(dǎo)致S兩端電壓U增大,裝置發(fā)出警報(bào),此時(shí)()。
A.Rm變太,且R越大,U增大越明顯
B.RM變大,且R越小,U增大越明顯
C.RM變小,且R越大,U增大越明顯
D.Rm變小,且R越小,U增大越明濕
解析:根據(jù)題述可知,傳感器接觸到藥液時(shí)其電阻Rm發(fā)生變化,導(dǎo)致S兩端電壓U增大,因此Rm變小。又因?yàn)镽與Rm并聯(lián),所以R越大,U增大越明顯。答案為C。
點(diǎn)評(píng):通常情況下對(duì)動(dòng)態(tài)電路進(jìn)行分析是通過電阻的變化確定電壓的變化,而該題是利用電壓的變化來確定電阻的變化。
四、功和功率的計(jì)算是難點(diǎn)
1.純電阻電路的電功和電熱:電流通過純電阻電路時(shí),它所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,電功等于電熱,電功率等于熱功率。數(shù)學(xué)表達(dá)式為w=Q=Pt
2.非純電阻電路的電功和電熱:當(dāng)電路中含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等時(shí),該電路為非純電阻電路。在非純電阻電路中,消耗的電能除轉(zhuǎn)化成內(nèi)能外,還轉(zhuǎn)化成機(jī)械能、化學(xué)能等。在非純電阻電路中,電功大于電熱,即;電功率大于熱功率,即在計(jì)算電功和電功率時(shí)只能用定義式W=UIt和P=UI,在計(jì)算電熱和熱功率時(shí)只能用定義式Q=
3.電路中的功率與效率:電源的總功率P=EI,電源的輸出功率P=UI,電源的內(nèi)耗功率電源的效率
4.電源的最大輸出功率:對(duì)于純電阻電路有P=,當(dāng)外電路電阻等于內(nèi)電路電阻(R=r)時(shí),電源的輸出功率最大,且,此時(shí)電源的效率η=50%。
例7 如圖6所示,電源電動(dòng)勢(shì)E=6V,內(nèi)阻r=2Ω,定值電阻R1=R2=12Ω,電動(dòng)機(jī)M的內(nèi)阻R3=2Ω。當(dāng)開關(guān)S閉合電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)穩(wěn)定后,電壓表的讀數(shù)U1=4V。若電動(dòng)機(jī)除內(nèi)阻外其他損耗不計(jì),求:
(1)電路的路端電壓U2;
(2)電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械功率P;
(3)電源的效率η。
解析:(1)設(shè)干路電流為I,對(duì)全電路,有E=成立。設(shè)通過R1和電動(dòng)機(jī)的電流為I1,通過R2的電流為I2,對(duì)R3、R2,歐姆定律適用,有I1=。由并聯(lián)電路的特點(diǎn)得即,解得
(2)電動(dòng)機(jī)的輸入功率,轉(zhuǎn)化為機(jī)械功率P和通過其內(nèi)阻生熱的功率。根據(jù)能量守恒定律得。代人數(shù)據(jù)得
(3)電源的效率83.3%。
點(diǎn)評(píng):對(duì)于含有電動(dòng)機(jī)、電解槽等非純電阻的電路,在分析和討論時(shí)務(wù)必注意歐姆定律是不適用的。
五、圖像問題討論是提升
1.在恒定電流問題中,為了更加直觀地反映某元件的電壓和電流的關(guān)系,我們常常選用伏安(U-I)特性曲線來描繪。它們主要有兩種:一是電阻元件對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線,簡(jiǎn)稱“電阻線”,如圖7甲所示,其對(duì)應(yīng)的電阻R的大小等于tanα;另一種是電源元件對(duì)應(yīng)的伏安特性曲線,簡(jiǎn)稱“電源線”,如圖7乙所示,其對(duì)應(yīng)的電源內(nèi)阻r的大小等于tanα,電動(dòng)勢(shì)E為直線在U軸上的截距。
2.在純電阻電路中,我們常用功率與外電阻的圖像來反映它們之間的變化規(guī)律,如圖8所示,電源的總功率,電源的輸出功率,電源的內(nèi)耗功率
例8 某種材料的導(dǎo)體的U-I圖像如圖9所示,圖像上A點(diǎn)和坐標(biāo)原點(diǎn)連線與橫軸成a角,A點(diǎn)的切線與橫軸成β角。關(guān)于導(dǎo)體的下列說法中正確的是()。
A.在A點(diǎn),導(dǎo)體的電阻大小等于tanα
B.在A點(diǎn),導(dǎo)體的電阻大小等于tanβ
C.導(dǎo)體的電阻隨電壓U的增大而增大
D.導(dǎo)體的電功率隨電壓U的增大而增大
解析:由歐姆定律得,由圖得在A點(diǎn)有,故導(dǎo)體的電阻隨電壓U的增大而增大,在A點(diǎn),導(dǎo)體電阻的大小等于tana,選項(xiàng)A、C正確,B錯(cuò)誤。由圖可知隨著電壓的增大,電流也增大,所以導(dǎo)體的電功率增大,選項(xiàng)D正確。答案為ACD。
點(diǎn)評(píng):根據(jù)部分電路歐姆定律可以確定U-I圖像的幾何意義。在解決恒定電流的某些問題時(shí),巧妙地應(yīng)用電阻線、電源線進(jìn)行分析,不僅可以避免運(yùn)用數(shù)學(xué)知識(shí)列式進(jìn)行復(fù)雜的運(yùn)算,而且可以獲得直觀形象、一目了然的效果。
側(cè)9 電池甲和乙的電動(dòng)勢(shì)分別為E1和E2,內(nèi)阻分別為r1和r2。若用甲、乙兩電池分別向某個(gè)電阻R供電,則在這個(gè)電阻上所消耗的電功率相同。若用甲、乙兩電池分別向某個(gè)電阻R'供電,則在R'上消耗的電功率分別為P1和P2。已知E>E2,R'>R,則()。
解析:依題意作出電池甲和乙(E1>E2)及電阻R的伏安特性曲線。因?yàn)閮呻姵胤謩e接R時(shí),R消耗的電功率相等,所以這三條線必相交于一點(diǎn),如圖l0所示。由圖可知a1>a2,所以,r1>r2。作R'的伏安特性曲線,因?yàn)镽'>R,所以R'的伏安特性曲線應(yīng)在R的上方。由圖可知,當(dāng)甲電池接R'時(shí),;當(dāng)乙電池接R'時(shí)。因?yàn)?,所以。答案為AC。
點(diǎn)評(píng):在U-I直角坐標(biāo)系中作出電源的伏安特性曲線,再在此坐標(biāo)系中作出電阻R的伏安特性曲線,則兩條線的交點(diǎn)就表示了該閉合電路所工作的狀態(tài)。此交點(diǎn)的縱、橫坐標(biāo)的比值表示外電阻R1縱、橫坐標(biāo)的乘積即為外電阻所消耗的功率。
跟蹤訓(xùn)練
l.一個(gè)T形電路如圖11所示,其中電阻。另有一測(cè)試電源,電壓為lOOV,則()。
A.當(dāng)c、d端短路時(shí),a、b之間的等效電阻是40Ω
B.當(dāng)a、b端短路時(shí),c、d之間的等效電阻是40Ω
C,當(dāng)a、b兩端接通測(cè)試電源時(shí),c、d兩端的電壓為80V
D.當(dāng)c、d兩端接通測(cè)試電源時(shí),a、b兩端的電壓為80V
2.將一電動(dòng)勢(shì)為E、內(nèi)阻為r的電池與外電路連接,構(gòu)成一個(gè)閉合電路。用R表示外電路的電阻,I表示電路中的電流,U表示路端電壓,則下列說法正確的是()。
A.由U=IR可知,外電壓隨I的增大而增大
B.由U=Ir可知,路端電壓隨I的增大而增大
C.由U=E-Ir可知,電源的輸出電壓隨電流I的增大而減小
D.由可知,回路中電流隨外電阻R的增大而減小
3.在如圖12所示的閃光燈電路中,電源的電動(dòng)勢(shì)為E,電容器的電容為C。當(dāng)閃光燈兩端電壓達(dá)到擊穿電壓U時(shí),閃光燈中才有電流通過并發(fā)光,當(dāng)閃光燈正常工作時(shí),會(huì)周期性短暫閃光,則可以判定()。
A.電源的電動(dòng)勢(shì)E一定小于擊穿電壓U
B.電容器所帶的最大電荷量一定為CF
C.閃光燈閃光時(shí),電容器所帶的電荷量一定增大
D.在一個(gè)閃光周期內(nèi),通過電阻R的電荷量與通過閃光燈的電荷量一定相等
4.如圖13所示,電源的電動(dòng)勢(shì)E=12V,內(nèi)阻r=3Ω,Ro=1Ω,直流電動(dòng)機(jī)的內(nèi)阻Ro'=1Ω。當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R1時(shí)可使甲電路的輸出功率最大,當(dāng)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器R2時(shí)可使乙電路的輸出功率與甲電路相同也最大,且此時(shí)電動(dòng)機(jī)剛好正常工作(額定輸出功率Po=2W),則使電路輸出功率最大的R1和R2的值分別為()。
A.2Ω,2Ω
B.2Ω,1.5Ω
C.1.5Ω,1.5Ω
D.1.5Ω,2Ω
5.如圖14所示,直線①表示某電源的路端電壓與電流的關(guān)系圖像,曲線②表示該電源的輸出功率與電流的關(guān)系圖像,則下列說法中正確的是()。
A.電源的電動(dòng)勢(shì)為50V
B.電源的內(nèi)阻為
C.電流為2.5A時(shí),外電路的電阻為15Ω
如何激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣培養(yǎng)學(xué)生的角色意識(shí)?筆者主要從電工電子教學(xué)實(shí)踐中常用的教學(xué)方法:?jiǎn)l(fā)討論法、理論實(shí)際互換法來闡述如何激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,聚焦課堂教學(xué)。
一、展現(xiàn)個(gè)性教學(xué),激發(fā)學(xué)生興趣
引言是引起學(xué)生注意、激發(fā)學(xué)習(xí)興趣、形成學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)、明確學(xué)習(xí)目標(biāo)和建立知識(shí)間聯(lián)系的教學(xué)活動(dòng)方式。引言運(yùn)用得恰當(dāng)是上好一堂課的重要因素之一。
(一)提問——復(fù)習(xí)法
《電工基礎(chǔ)》是一門理論性強(qiáng)、抽象、不易被學(xué)生接受的課程。恰當(dāng)提問,通過復(fù)習(xí)的方式便可達(dá)到“溫故而知新”的目的,逐步啟發(fā)學(xué)生,順其自然地引入新課。筆者講授“諧振電路”一課時(shí),有針對(duì)性地提出如下一系列問題:RLC串聯(lián)電路的電流及電流與電壓之間的相位差的計(jì)算方法;電感性負(fù)載與電容并聯(lián)的電路的總電流及總電流與電壓之間的相位差的計(jì)算方法;這兩個(gè)電路中的電抗值的變化對(duì)電路計(jì)算的影響。這樣既復(fù)習(xí)了已學(xué)知識(shí),又為新課打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
(二)演示——議論法
職高學(xué)生學(xué)習(xí)能力差、基礎(chǔ)薄弱、形象思維強(qiáng)、抽象思維弱,他們對(duì)生動(dòng)、形象、具體的事物易記住。一邊進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),一邊發(fā)問,師生通過觀察現(xiàn)象、相互議論引入新課題。這樣可以直觀地激發(fā)學(xué)生思維,使其得到初步的感性認(rèn)識(shí)。再通過教師講解,能使學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)和理性認(rèn)識(shí)融為一體。筆者講授《電子技術(shù)基礎(chǔ)》的“PN結(jié)的單向?qū)щ娦浴薄ⅰ熬чl管的可控單向?qū)щ娦浴钡日n時(shí)筆者均采用此法。
(三)習(xí)題——延伸法
先通過對(duì)已掌握的知識(shí)點(diǎn)習(xí)題的練習(xí),再將知識(shí)延伸,把新課的習(xí)題布置給學(xué)生作為懸念。這樣可將學(xué)生的思維引導(dǎo)到新課上來,自然會(huì)集中他們的注意力,使得新課的教學(xué)很好的開展。筆者在講授《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程的“加法、減法運(yùn)算電路”一節(jié)課時(shí),先讓學(xué)生們計(jì)算“反相、同相比例運(yùn)算電路”的習(xí)題,再通過電路變換要求學(xué)生們給出結(jié)果,這顯然無法回答。但是對(duì)教師提出的問題卻產(chǎn)生了很大的興趣,對(duì)新課內(nèi)容產(chǎn)生了極強(qiáng)的求知欲。
二、運(yùn)用啟發(fā)討論 激活學(xué)生思維
“啟發(fā)討論法”不同于傳統(tǒng)的“講述法”。它的基本做法是圍繞教材的中心要求,設(shè)計(jì)一系列互相聯(lián)系而又不斷深化的問題,激活學(xué)生的思維,組織學(xué)生進(jìn)行分析和討論,引導(dǎo)他們得出正確的結(jié)論。并在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步組織學(xué)生繼續(xù)探討,不斷鞏固和擴(kuò)大學(xué)生的認(rèn)識(shí),把整個(gè)教學(xué)過程變成培養(yǎng)他們的分析問題和處理問題的能力的過程。
筆者在講授《電工基礎(chǔ)》課程的“閉合電路的歐姆定律”一節(jié)課時(shí),提出“為什么在實(shí)際電路中測(cè)得的電源電壓值略小于它的電動(dòng)勢(shì)?”一石激起千層浪,激發(fā)了學(xué)生的興趣和調(diào)動(dòng)他們的積極性。接著抓住要害,深入討論。提出“什么是全電路?”“電荷為什么會(huì)沿著回路循環(huán)流動(dòng)?”“在閉合電路中電源內(nèi)部和外部發(fā)生了哪些化學(xué)的和物理的過程?”等等一系列的問題,為論證閉合電路的歐姆定律創(chuàng)造條件。最后畫龍點(diǎn)睛,引出結(jié)論??上驳脑谔岢觥皬哪芰渴睾愕慕嵌瓤?,非靜電力做功所形成的E和電場(chǎng)力所形成的電勢(shì)降落U之間,應(yīng)該有什么樣的關(guān)系”學(xué)生即可答出:E=U外部 +U內(nèi)部,再考慮部分電路的歐姆定律,得到E=IR+Ir。接著繼續(xù)深入,提高認(rèn)識(shí)。提出“比較部分電路的歐姆定律和全電路歐姆定律的區(qū)別和聯(lián)系?”等等,使定律運(yùn)用到實(shí)際生活的問題上來。最后似盡非盡,留有余味。提出“什么是損耗功率?什么是消耗功率?”等等問題,把學(xué)生引向另一個(gè)新的天地,為新的學(xué)習(xí)埋下伏筆。
通過運(yùn)用“啟發(fā)討論式”教學(xué)方法,有利于學(xué)生思維能力的鍛煉和培養(yǎng),有利于學(xué)生牢固的掌握基礎(chǔ)知識(shí),以提高課堂教學(xué)的效率。
采用此法教學(xué)時(shí)要注意幾個(gè)問題:①注意對(duì)個(gè)別學(xué)生的輔導(dǎo);②留出足夠的時(shí)間給學(xué)生自己歸納小結(jié);③教師要對(duì)本課的內(nèi)容做出適當(dāng)?shù)目偨Y(jié)。
三、互換理論實(shí)際 鍛煉學(xué)生能力
(一)理論到實(shí)際
電子電工專業(yè)學(xué)科中的許多教學(xué)內(nèi)容是我們?nèi)粘I钪薪?jīng)常遇到的,只不過學(xué)生們沒有正確運(yùn)用電子電工基礎(chǔ)知識(shí)去理解它。因此,在講這些內(nèi)容時(shí),盡可能與實(shí)際生活中的實(shí)例聯(lián)系起來,讓學(xué)生易于理解,學(xué)得輕松。在《電工基礎(chǔ)》中講授“電源的端電壓與負(fù)載電阻之間的關(guān)系”一課時(shí),筆者就結(jié)合家中的電燈有時(shí)在白天和晚上不一樣亮這一生活實(shí)例告訴同學(xué)們,負(fù)載使用越多,總電流就越大,內(nèi)阻上消耗的內(nèi)壓降也會(huì)增大。所以,電源的端電壓就會(huì)減小,電燈也就會(huì)變暗。從而,學(xué)生們就能很好地理解電源端電壓與負(fù)載之間的關(guān)系了。
(二)實(shí)際到理論
對(duì)日常生活中已經(jīng)存在的產(chǎn)品進(jìn)行理論研究,從而可達(dá)到既了解社會(huì)相關(guān)行業(yè)的動(dòng)態(tài)又能使自己的理論知識(shí)更加鞏固與靈活運(yùn)用。當(dāng)然這需要學(xué)生要有一定的理論基礎(chǔ),同時(shí)對(duì)產(chǎn)品的科技含量要有一個(gè)先低后高、對(duì)產(chǎn)品的組成要有先簡(jiǎn)后繁認(rèn)識(shí)的過程。比如:拿“音樂彩燈控制器”為例,通過演示操作、觀察現(xiàn)象、電路分析等過程,既可把《電子技術(shù)基礎(chǔ)》課程已學(xué)的“可控硅”章節(jié)做一全面的知識(shí)總結(jié)和滲透,又加深學(xué)生的創(chuàng)造欲望,使學(xué)生的創(chuàng)造能力得到培養(yǎng)。