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中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在实验探究中让学生学习欧姆定律
欧姆定律是电学重要内容之一,也是中考重点考查内容,所以能否教好欧姆定律关系到之后对中考的重点知识复习,更有可能影响学生对于物理学的热情。在实验探究的过程之中以学生为主,教师起引导作用,让学生通过观察电压表、电流表、滑动变阻器的微量变化发现问题、提出问题,他们对于自己发现的问题会比老师直接教导的印象深刻,从而达到了教学目的。
二、在欧姆定律的学习中最经常遇到的问题
在实际的教学之中,教师要把电路的认识与画电路图、连接电路作为主要的教学任务,开阔学生的思维,加强对电路的认识。物理是一门比较枯燥的课程,只有激发学生的热情,才能更好地完成授课。电流、电压、电阻的概念及单位,电流表、电压表、滑动变阻器的使用,是最基础的概念。电流表测量电流、电压表测量电压、变阻器调节电路中的电流,这部分则比较重要,需要重点讲解。电流、电压、电阻的概念是基本的电学测量仪器,明确这些仪器的使用与操作,是非常重要的,关系到后期实验的正确性与对知识的理解。以上基础知识的理解与运用又是进一步学习欧姆定律的基础。
三、欧姆定律的主要内容是电流、电压、电阻的关系
这部分知识是在实验的基础上概括、归纳出了电路中电压、电流、电阻三者相互关联的关系。教师在实验中要让学生理解电流随电压和电阻的变化而变化,对于多个变量问题的研究是采用固定一个量不变,研究其余两个量的变化的处理方法,从而让学生学会物理学中常用这种方法。欧姆定律在初中只讲部分电路的欧姆定律,是电学中的基本定律,是进一步学习电学知识分析和进行电路计算的基础,是初中电学的重点知识。
欧姆定律是初中物理学电学的重点、也是难点,想要研究欧姆定律必须要建立电流、电压、电阻的关系,并在实验的基础上得出欧姆定律,做好演示实验,归纳、分析、概括实验结果,使学生正确理解欧姆定律的基础。所以,使用电流表、电压表、滑动变阻器是这部分知识中的重点实验的基础。
电流、电压、电阻的概念是学生学习的难点,由于初中学生水平有限,对电流、电压的概念要求较低,并没有下准确的定义。因此,电阻的概念就成了学生理解的难点。教师要多举例子帮助学生理解电阻是导体本身的属性,决定于导体的材料、长度、横截面和温度,它用两端的电压和通过的电流的比值来表示是为了测量的方便,与外加电压、电流无关。同时,教师一定要纠正一些学生经常出现的电阻随电压、电流的变化而变化的错误概念,也就是对欧姆定律的错误理解。欧姆定律在学生头脑的建立过程是十分重要的,认真做好演示实验,用实验来探索一个量随两个量变化的定量关系是第一次。首先要向学生交代清楚实验的研究方法,本实验彩用控制变量法来研究,即“固定电阻不变,研究电流跟电压的关系;固定电压不变,研究电流跟电阻的关系”。在连接如图(图略)所示的实验电路时,要将具体接法演示给学生看。可以先从电源正极开始,按电流方向依次为电池、开关S、滑动变阻器R′、定值电阻R、电流表串联起来组成一个闭合回路,最后将电压表并联在定值电阻R两端。同时提醒学生注意电流必须从电流表和电压表的正接线柱流进电表,负接线柱流出电表及量程选择,电流表与R串联,其示数等于通过R的电流。电压表与R并联其数等于R两端的电压。
运用欧姆定律可以推导串联电路中的总电阻跟各串联电阻之间的关系及电压分配跟导体电阻的关系,具体推导如下:
在串联电路中:I=I1=I2;U=U1+U2;由欧姆定律公式I=U/R,可得U=IR;U1=I1R1;U2=I2R2将这些式子代入上式得:IR=I1R1+I2R2即R=R1+R2;也就是说串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。
在串联电路中:I=I1=I2;由欧姆定律公式I=U/R,可得:I1=U1/R1;I2=U2/R2;将这些式子代入上式得:U1/R2=U2/R2 变换一下形式得:U1/U2=R1/R2;即串联电路中,电压分配跟导体电阻成正比。
四、结束语
通过对物理教学内容的分析、思维方法、能力训练的具体研究,对教学内容进行归纳总结,可以使初中物理教师掌握欧姆定律的基本理论方法,更好地驾驶物理教材,提高物理教学质量,把重点真正落实在教学过程中,帮助学生提高实验操作能力、归纳概括能力、演绎推理能力、逻辑推理能力、抽象思维能力及灵活运用知识解决问题的能力,让学生学会控制变量法研究多个变量的问题,学会用等效法分析复杂电路。因此,教师要注重培养学生实事求是的科学态度,从而有效培养学生的物理素质。
参考文献:
欧姆定律在初中物理电学知识体系中占有极其重要的地位。作为一个实验定律,它的得出依赖于实验探究。初中阶段对欧姆定律的探究主要是针对部分导体的欧姆定律。
苏科版物理教材中欧姆定律处在一章的第三节,在探究欧姆定律之前,学生已经学习的电学内容有:初始家用电器和电路,电路连接的基本方式(串并联电路的认识),电流和与电流表的使用,电压和电压表的使用,电阻,变阻器。通过这些内容的学习,学生已经知道改变电流大小的两种方法:1. 改变电路中的电源电压;2. 改变电路中的电阻。带着这样的知识基础,进行欧姆定律的探究学习。
教学过程中,按照教科书上实验电路图,采用控制变量的方法,根据实验探究的一般过程进行两次实验。因此在利用教材中的实验设计进行教学的过程中遇到了一些有待商榷的问题。
问题1:“移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻,可以改变电路中的电流,但为什么就可以改变加在电阻两端电压呢?”
问题2:“调节变阻器,使电阻R两端电压改变,为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R两端的电压不变呢?”
分析:学生对电流的认知是通过教材中用水流做类比,从而知道电压是形成电流的原因。从认知的过程来看,正是因为有了电压,才会有电流的产生。
而在本书欧姆定律的探究实验中,二次实验都是通过移动滑动变阻器来改变电流的大小,利用欧姆定律的原理,从而改变了电阻两端的电压或使不同电阻两端的电压不变。这样就会给学生有一个错误的印象:“电阻改变电流,电流改变电压”。使学生认知电流、电压的因果关系上容易出现倒置,认为电压的改变是由于电流的变化而引起的。因此在未探究出欧姆定律之前,根本不可能向学生解释他们提出的这两个问题。更严重的是在课后的作业反馈中,有学生对于这个的实验做出了错误的总结:在电阻一定时,电压和电流成正比。所以这个实验设计在学生探究学习欧姆定律的思维逻辑上存在着错误的引导,必须加以改进。
本人认为问题产生的根本原因就出在滑动变阻器在实验中的引入。
虽然滑动变阻器的联入使实验操作更为方便更为简单,但产生的负面影响是巨大的,导致了学生知识认知逻辑上的混乱,迷惑,弊大于利。本人提出的改进建议是舍去滑动变阻器:
电阻不变时,探究电流与电压的关系的实验中,完全可以舍去滑动变阻器,直接把电阻接入电路,通过直接改变电源电压的方法来进行实验。
电压不变时,探究电流与电阻的关系。而舍去滑动变阻器后,通过固定的电池数目的方法很难实现电阻两端的电压不变。其原因在于电池组存在一定的内阻,就会导致路端电压随外电路电阻的变化而变化(外电路电阻变大路端电压也变大),而不能达到控制电压不变的目的。同时电压表示数的变化也会引起学生的质疑。初中阶段,由于电池的内阻不作要求,因此最合适的方法就是采用输出电压恒定的学生电源进行实验。
综上分析,本人设计这样的探究实验:
实验器材:学生电源,电阻箱(或若干已知阻值电阻),电压表,电流表,导线,开关
实验步骤:按实物图连接好电路:
实验一,先保持电阻R不变,通过调节学生电源的输出电压(电压取值要小),研究电流跟电压的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验二,保持学生电源输出电压不变,调节电阻箱的阻值,研究电流和电阻的关系。将所测数值填入表格,分析数据,得出结论。
实验总结:将两方面结论综合,归纳出欧姆定律。
欧姆定律在中考中的题型主要有填空题、选择题、图像题、问答题、实验探究题、计算题等。填空题、选择题、图像题主要考查欧姆定律的基础知识,实验探究题主要集中在探究电流与电压、电阻的关系及伏安法测电阻上,问答题一般在实际应用方面出题,计算题主要考查欧姆定律的计算。
重点考查:
1.探究实验:探究电流与电压、电阻的关系;伏安法测电阻及变形;
2.欧姆定律的意义及应用:对欧姆定律的理解及应用欧姆定律解决问题。
考查热点:
1.实验:探究电流与电压、电阻的关系;伏安法测电阻及变形;
2.理解:对欧姆定律的理解;
3.应用:应用欧姆定律分析动态电路、计算及解决实际问题。
考点1: 电流与电压、电阻的关系
例1:小华用如图所示的电路探究电流与电阻的关系。已知电源电压为6V,滑动变阻器R2的最大电阻为20Ω,电阻R1为l0Ω。实验过程中,将滑动变阻器滑片移到某一位置时,读出电阻R1两端电压为4V,并读出了电流表此时的示数。紧接着小华想更换与电压表并联的电阻再做两次实验,可供选择的电阻有l5Ω、30Ω、45Ω和60Ω各一个,为了保证实验成功,小华应选择的电阻是 Ω和 Ω。
解析:要探究电流与电阻的关系时,必须要控制电阻R1两端的电压一定,即R1两端电压U1=4V不变。要能保证实验成功,滑动变阻器两端电压控制为6V-4V=2V,R2中也就是电路中的最小电流为2V/20Ω=0.1A,此时定值电阻最大为U1/I=4V/0.1A=40Ω,故只能选择l5Ω、30Ω的电阻。
答案:15,30。
点拨: 探究电流与电阻的关系,要改变电阻大小,而必须控制其两端电压一定。
考点2: 欧姆定律表达式及其物理意义
例2:关于欧姆定律公式I= ■,下列说法正确的是( )。
A.导体的电阻与电压成正比,与电流成反比
B.导体两端的电压越大,其电阻越大
C.据欧姆定律公式变形可得R= ■,可见导体电阻大小与通过它的电流与它两端电压有关
D. 根导体电阻的大小等于加在它两端的电压与通过它的电流的比值
解析:I、U、R三者不能随意用正比、反比关系说明,R=U/I,它是电阻的计算式,而不是决定式,导体的电阻是导体本身的性质,与电流电压无关,只与导体的长度、材料、横截面积和温度有关,但可用电压与电流的比值求电阻。
答案:D。
点拨:理解欧姆定律中的“成反比”和“成正比”两个关系及知道决定电阻大小的因素。
考点3:动态电路分析
例3:如下图所示,电源电压不变.闭合S1后,再闭合S2,电流表的示数 ,电压表的示数 。(选填“变大”、“变小”或“不变”。)
解析:当闭合S1后,再闭合S2,此时R2被短路,电压表接到电源两端,因此电压表示数变大,此时电路中的总电阻减小,电流表示数也变大。
答案:变大,变大。
点拨:分清原来开关闭合时电路状态和两个开关同时闭合时电路的状态。
考点4:欧姆定律计算
例4:实验室有甲、乙两只灯泡,甲标有“15V 1.0A”字样,乙标有“10V 0.5A”字样。现把它们串联起来,则该串联电路两端允许加的最高电压为(不考虑温度对灯泡电阻的影响)( )。
A.25V B.35V C.15V D.12.5V
解析:甲灯的电阻是R甲=■=■=15Ω。乙灯的电阻R乙=■=■=20Ω,两灯串起来后,总电阻是15Ω+20Ω=30Ω,允许通过的最大电流是0.5A,所以最高电压是30Ω×0.5A=15V。
答案:C。
点拨:不能把两额定电压的值相加作为最高电压;串联应取小电流。
考点5:电阻的测量
例5:现有一个电池组,一个电流表,一个开关,一个已知电阻R0,导线若干,用上述器材测定待测电阻Rx的阻值,要求:①画出实验电路图;②简要写出实验步骤并用字母表示测量的物理量;③根据所测物理量写出待测阻值Rx的表达式。
解析:此题是伏安法测电阻的变形――双安法,在两表一器不全的情况下设计电路测电阻,因有电流表和定值电阻,故设计并联电路,测出两支路电流,利用电压相等,电流比等于电阻反比列关系式解答。答案不唯一,但基本原理是设计成并联电路。
内容看起来很少,本节还要花不少时间进行电流、电压、电阻以及电流表、电压表、滑动变阻器使用方法的复习。必须具有一定的知识储备才能学好“欧姆定律”。
要做好两次演示实验,这为学生实验“伏安法测电阻”打下基础。并注意两次演示实验的异同,讲清实验过程中电流表、电压表及滑动变阻器的正确连法,以及滑动变阻器在两个实验中作用的异同,以及注意事项。
让学生感知实验探究电流跟电压、电阻的关系,经历科学探究的全过程,使学生感悟:“控制变量”来研究物理多因素问题,是一种有效的科学方法。
第二节“欧姆定律及其应用”继第一节后对数据的分析归纳,通过用列表法、观察法、数学比例法、图象法、类比法、分析、综合与归纳等方法来对实验数据进行研究的一些科学方法。从而分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系——欧姆定律及其表达式。最终培养学生运用这些方法对实验数据进行研究、分析、归纳、概括物理规律的一些能力。
又通过实验探究“串联电路与并联电路中电阻的特点”。欧姆定律是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的关键。
在教学中这一节可分为四课时教学:
第一课时理解欧姆定律,进行简单计算(求电流、电压和电阻的三种书写格式),初步掌握运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法;可补充:有两个用电器的简单计算(注意强调用不同角码区分不同用电器)。为下节课讲串并联电阻关系作铺垫。
第二课时通过欧姆定律的推导定量研究“串联电路与并联电路中电阻的特点”,得出:
串联电路:R=R1+R2
并联电路:1/R=1/R1+1/R2
第三课时运用欧姆定律及串并联电路的特点练习静态固定电路的相关计算;培养学生分析问题、解决问题的能力,注意教给学生解题思路、规范解题。
串联电路的特点:
①电流:I=I1=I2
②电压:U=U1+U2
③电阻:R=R1+R2
④串联分压成正比,即
U1:U2=R1:R2
电阻变大分得的电压变大,电阻变小分得的电压变小。
并联电路的特点:
①电流:I=I1+I2
②电压:U=U1=U2
③电阻:R=1/R1+1/R2
④并联分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
电阻变大通过的电流变小,电阻变小通过的电压变大。
第四课时运用欧姆定律及串并联电路的特点,练习动态电路的相关计算。
动态电路------由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动导致电路中的物理量发生变化的电路。
简化电路的方法:
1、电流表看成导线,电压表看成断路。
2、短路和断路的电路可以去掉。
3、闭合的开关看成导线
解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路(电路的识别),可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的或干脆拿掉。把闭合的开关看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把开关断开的支路去掉,来简化电路。画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
第三节“测量小灯泡的电阻”是欧姆定律内容的延续,教学过程中以学生为主,本节主体内容是利用电压表、电流表测算出小灯泡的电阻,通过实验探究去发现灯丝电阻变化的规律,并最终找到影响灯丝变化的因素及它们之间的相互关系。注意多测几组数据,指明不能用平均法求电阻值(测量定值电阻的阻值用平均法求电阻值)。
通过本实验,进一步让学生认识到导体的电阻大小是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,只与导体的材料、长度、横截面积有关,此外跟温度有关。这也为电功率中“测量小灯泡的电功率”作了铺垫。
第四节“欧姆定律及其安全用电”:课前安排学生收集安全用电的常识,课堂上进行交流,教师进行补充。再播放《安全用电》视频。
节课从电压的高低、电阻的大小对用电安全的影响入手,让学生学会运用已学的电学知识,解决有关生活中的实际的问题,既增强自我保护意识,又提高在帮助他人时讲安全、讲规则、讲科学的意识。
另外本节涉及电路故障(断路或短路),在教学中应加强练习,注意区分两者对电路造成的影响,以及电路中电流表、电压表的变化。要求学生懂得一些简单的电路故障的问题,学会简单的故障排除方法,目的是为了培养学生基本的生活技能。了解短路的知识,使学生懂得安全用电的基本常识,提高安全用电的意识。
教材中介绍了避雷针,使学生注意防雷的重要性,提高自我保护的意识。
通过学习本节教材的知识,学生能了解日常安全用电常识,规范日常用电行为,了解家庭电路中常见故障,提高了学生利用知识解决实际问题的能力。通过学习,使学生认识到电给人类社会带来了材富,改善了人民的生活。但是,有生产和生活中,如果不注意安全用电,电也会给人类带来灾害。
一、 课堂教学知识量大,学生难以吸收
初中物理“闭合电路欧姆定律”这一节教学内容有过多次变动,实验教材里的内容主要有两点:一是闭合电路欧姆定律;二是路端电压和负载的关系;此外还外加了路端电压和电流的关系。因为知识点较多,课堂教学量很大,所以课堂上时间紧,学生思考和参与实践都比较少,课堂上没有充分发挥学生的主体作用。从课后反馈的情况来看,学生掌握的情况并不是太好。
因此,针对这种情况,在该课的教学中,教师可以将这一节课的内容分成两节课来讲。第一节课讲闭合电路欧姆定律,在复习电动势、内阻等概念和规律的基础上,通过闭合电路欧姆定律的推导,引出闭合电路欧姆定律。然后对照比较简单的电路图,阐述能量转化的关系以及定律的使用范围等。紧接着通过例题的讲解和课堂训练,使学生对欧姆定律有个全面的认识。在引导学生理解电流和外电阻的关系时,教师演示实验,让学生有个直观的感受,然后再加上理论分析,让学生对物理知识的认知由感性到理性。第二节课讲路端电压和负载的关系,路端电压和电流的关系,在上一节欧姆定律的基础上,导出路端电压和负载的关系U=E1+rR,仍然是先进行演示实验,后进行理论分析,让学生对路端电压和负载的关系有一个从感性到理性的认识。最后讲路端电压和电流的关系U=E―IR,先观察实验,通过改变滑动变阻器的阻值,使电路中电流表和电压表的示数同时发生变化,学生会观察到电流变大时,路端电压变小,反之电流变小,路端电压变大,再利用公式进行分析,这样可给学生留下比较深的印象。
二、演示实验,可视性较差
在演示路端电压和负载(或电流)的关系时,学生要观察电流表、电压表指针的偏转情况,由于表盘小,颜色暗,放在桌面上又有些低,所以站在后面的同学看不清楚,影响了实验效果。针对这种情况,教师可以做如下改进。
在实验课堂上做演示实验时,一方面教师可以把仪器放在一个升降台上,把台子升起来,使全班学生都能看清楚;另一方面对有些演示实验,用投影仪把实验情况投影到大屏幕上,便于学生观察;此外,如果课堂人数较少,教师还可以将演示实验改为6组学生实验,真实性、可视性都会更好。这样不仅能够达到演示实验的预期效果,也能提高学生的动手能力和学习兴趣。
三、 学生活动少,主体作用没有很好体现
在“闭合电路欧姆定律”教学中,一方面是教学内容安排得比较多,为了在规定的时间内完成任务,必须按照设定好的节奏进行,课堂上并没有给学生留下较多思考和发散的时间;另一方面,教师思想保守,教学不够大胆,认为学生物理基础较差,害怕学生不发言,出现冷场情况,或者学生课堂发言不入主题而不好收场。针对这种情况,教师可以做如下改进。
对教学内容做了相应的调整以后,就可以给学生留有更多的思考时间和发表见解的机会,如果学生在课堂上不敢发言,教师可以鼓励、引导学生融入课堂教学活动,学生说错了正好可以纠正其错误,只要学生积极思考,积极参与,勇于发言,就要给予鼓励,这是培养学生良好思维习惯的大好时机。因为,在课堂教学中,任何层次的学生都可以与他互动起来,就看教师怎样引导,如何让学生互动。当然,在实验教学中,很多实验具有安全性和特殊操作性,对于这类实验教师要规范学生的实验行为。加强学生动手实验的目的就是为了充分发掘学生的好动性、探知性,让学生从自己的角度去思考问题,让学生在张扬个性的同时,拓展创新能力。
参考文献
[1]雷光锦.《闭合电路欧姆定律》教学设计[J].昭通师范高等专科学校学报,2011,1(25):111.
[2]谢建华.浅谈“闭合电路欧姆定律”的教学[J].内蒙古民族大学学报,2011,3(15):124-125.