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关键词:物理定律;教学方法;多种多样
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(5)动量守恒定律历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。中学阶段有关动量的问题,相互作用的物体的所有动量都在一条直线上,所以可以用代数式替代矢量式。学生在解题时最容易发生符号的错误,应该使他们明确,在同一个式子中必须规定统一的正方向。动量守恒定律反映的是物体相互作用过程的状态变化,表式中各项是过程始、末的动量。用它来解决问题可以不过程物理量,使问题大大地简化。若物体不发生相互作用,就没有守恒问题。在解决实际问题时,如果质点系内部的相互作用力远比它们所受的外力大,就可略去外力的作用而用动量守恒定律来处理。动量守恒定律是自然界最重要、最普遍的规律之一。无论是宏观系统或微观粒子的相互作用,系统中有多少物体在相互作用,相互作用的形式如何,只要系统不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),动量守恒定律都是适用的。
例1如图1所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片在某两点间滑动时,电压表的示数在7.2V~10V范围内变化,电流表的示数在0.2A~0.48A范围内变化,求电源电压U和定值电阻R1的值。
分析电路在两种状态下,电流表、电压表示数的对应关系不能搞错。当电流小时,R1两端电压小,R2两端电压大,此时R2阻值也大。因此,当电压表示数是10V时,电流表示数是0.2A。
一、解题方法比较
大多数同学习惯从整体上用欧姆定律公式解题,即将三个基本量合用于一个式子。
(一)列方程组法
在此题目中,无法找到“同一状态”下,与所求量U或R1在同一段电路中对应的另两个量的具本数值,由此想到用列方程组的方法解之。
建立方程组就是利用一定的关系,在不同状态下将所求量与对应的已知量组织在一起。下面是几种列方程组的方法。
1.表示电路中不变的量。
不管滑片如何滑动,引起怎样的变化,在电路中总存在着不变的量(往往就是所求的量),可用变化的量表示这些不变的量。
(1)电阻器R1的阻值不变
(2)电源电压U不变
②U=0.2R1+10U=0.48R1+7.2
2.利用电路中不变的关系。
不变的关系就是电路三个基本物理量间的关系,根据电路的特点和方程中应包括所求量的要求,建立方程组有以下三种方法。
(1)电阻关系。
在串联电路中电阻的关系是:R=R1+R2,为了简化方程组,可先计算出变阻器在两种状态下的阻值(用电压表和电流表对应的示数计算,分别是50Ω和15Ω)。
(2)电流关系。
在串联电路中电流处相等,即I=I1=I2。但在本题中只需用与所求量有关的部分,即I=I1。R2的阻值可先求出。
(3)电压关系。
在串联电路中电压的关系是:U=U1+U2,建立的方程组与方程组②相同。
3.表示已知量。
用所求量表示已知量的数值,可将它们组织在一起,从而建立方程组。
(1)表示电流
(2)表示电压
⑥7.2=U-0.48R110=U-0.2R1
由上可知,列方程组的方法很多,列出的方程组形式各异,但每个方程组都可通过数学变形而相通。但解方程组②和⑥要简单一些,因其与另外几个方程组相比,可省去去分母的麻烦。
(二)比例法。
克服思维定势的影响,若将欧姆定律分而用之,即分别利用其中的两个比例关系,反而能更好地体现定律的实质,使解题过程更简洁。
1.电压相同时,电流与电阻成反比。
利用这一反比例关系,一定要注意其前提条件是“电压相同”。分析题意知,电路中只有电源电压(即总电压)不变,因而电流应与总电阻成反比。可先用对应电压、电流值求出R2的阻值。
2.电阻相同时,电流与电压成正比。
同样,利用这一正比例关系,也要注意其前提条件:电阻相同。由题意知,电路中只有定值电阻R1的阻值不变,因而可用“R1中电流与R1两端电压成正比”例方程。
(三)比差法。
在比例法的基础上,能不能再次“由分到合”是很多同学思考的问题。能否由欧姆定律整体使用而求解呢?
仔细推敲欧姆定律内容:当电阻不变时,电流与电压成正比。当电压发生变化时,电流发生相同比例的变化。即电压的差值与电流差值的比值(导体的电阻)是不变的,以下面推导佐证之。
因此,可以用比差法――电压差值和电流差值的比,求出定值电阻,继而求出其他相关量。实际的电路问题,基本上是通过改变开关的状态,或滑动变阻器滑片的位置来改变电阻,从而改变某部分电路的电压和电流,故此方法适用性较强。
本题中电路仅分成两部分,一部分电压增大值就是另一部分电压的减少值,即ΔU1=ΔU2。
纵观三类方法的解题过程,一般来说,比差法较为简洁,为首选方法,其次是比例法,再次是列方程组法。
但它们的理解难度则依次降低,运用比差法则还需经过简单的推导。但我们应不惜“多费一些功夫”,努力理解和使用简单方法,因为我们都懂得“磨刀不误砍柴功”的道理。
二、巧用条件,善用“比”的形式解题
运用“比”的方法解题,可省去很多解方程组的繁琐步骤,提高解题速度。只要巧妙利用问题中的条件,大多数这类问题中构造“比”式是比较容易的。
例2如图2所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器的滑片P滑至a端时,电流表的示数是0.6A,当滑片P滑至b端时,电压表的示数是6V,R2的最大阻值是30Ω,求电源电压U和定值电阻R1的值。
分析只要着意从“比”式入手,便可知晓题中条件的应用方法。
1.比例法。
需先计算出滑片P滑至b端时的电流值:
以下可用两种比例关系解题:
2.比差法。
需计算出通过定值电阻R1的电流变化值及两端电压变化值。
ΔI=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A。
ΔU=U-(U-U2)=U2=6V。
善于用“比”的形式解题,但不是说每一个问题都一定要用这个方法,因为我们需要通过一定的过程来构造“比”式。若能根据一定关系,直接利用已知条件,列出简单的方程组(如例1中②和⑥方程组),也不失为好方法。
教学策略作为教学设计的中心环节,其设计科学与否直接关系到教学的效率,甚至教学的成败。建构主义理论针对教学策略设计这一环节强调指出:“我们不是仅仅为了选择教学策略,而是要创设学习者积极学习的现实环境。”为此,建构主义理论主张在教学设计中应注意扩展学生对自己学习的责任感,包括允许学生决定自己想学什么,让学生能管理自己的学习活动,让学生在学习时能得到互相帮助,创设非威胁性的学习气氛,帮助学生发展元认知意识,使得学习富有意义,包括最大程度地利用现有知识,在现实情境中使教学有固着点,提供学习内容的多种方式,促进积极的知识建构,包括利用活动促进高层次思维,鼓励审视不同的观点,鼓励创造性,灵活地解决实际问题,提供学生呈现学习过程与结果的机制。那么,如何在初中物理教学中进行新课程课堂教学策略设计呢?笔者结合案例进行分析:
一、物理教学策略设计案例
我们来分析针对《欧姆定律》一节课分别用归纳教学策略和探究教学策略设计的两则案例:
【案例1】 运用归纳教学策略设计的教案
1.导入:讲述欧姆为探索真理,十年呕心沥血,坚持不懈地研究,最终得出欧姆定律的感人经历,激励学生的学习欲望。
2.演示实验
步骤1:研究导体中的电流与导体两端电压的关系,记录有关数据。
步聚2:研究导体中的电流与导体电阻的关系,记录有关数据。
以上步骤由教师与学生共同活动完成。
3.对实验结果进行归纳推理:当导体的电阻不变时,增大导体两端的电压,电压越高,通过导体的电流越大,电压增大几倍,电流强度就随之增大几倍;当加在导体两端的电压不变时,随着电阻的增大,流过电阻的电流强度就减小,电阻增大到原来的几倍,电流强度就减小为原来的几分之一。通过以上推理得出:导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比例关系;电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比例关系。
4.验证推理:设计两组实验数据表,每一组中留有适量的空白,请学生根据推理的结果在空白处填上适当的数据,教师通过演示实验同学生一道验证所得结论的正确性。
5.归纳得出结论:导体中的电流强度与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这个结论叫做欧姆定律。
【案例2】 运用探究策略设计的教案
1.提出问题:教师指出,我们曾通过实验发现,灯泡两端的电压越高,灯就越亮,流过灯的电流就越大。电流与电压、电阻之间究竟有什么关系呢?
2.形成假设:学生通过讨论认为有可能电流与电压成正比,与电阻成反比(学生通过学过的有关电压与电阻的知识能够比较顺利的提出假设)
3.制订方案:固定电阻、改变电压、研究电流与导体两端电压的关系,换用不同的电阻,保持电压不变,重复上述步骤,研究电流与电阻的关系,教师与学生共同研讨,确定最佳方案。
4.实施方案:学生分组进行实验,并将实验结果填入自己设计的表格中。
5.分析与论证:分析实验结果,验证与假设是否相符,得出结论。
6.评价:检验实验过程的操作是否规范,实验结果是否可靠。
7.交流:各小组形成实验报告,交流实验结果,形成最终结论(有关作业与反馈,保持与迁移等环节在两案例中略)。
二、物理教学策略设计案例分析
运用归纳策略设计的案例中,教师通过演示实验向学生展示了欧姆定律的形成过程,并经过归纳推理得出欧姆定律,通过师生双方的互动,学生不但对定律的来龙去脉有了清晰的了解,能够系统地理解和掌握知识,同时也得到了科学方法的训练,发展了他们的观察能力和逻辑思维的能力。相对于探究策略而言,归纳策略是比较省时的,而运用探究策略设计的案例中,则是学生通过自己的探究活动得出结论的,由于学生亲自参与了科学探究的全过程,因此,不但发展了他们发现问题,解决问题等多种能力,而且通过对探究乐趣的体验,激发他们的创新意识与欲望。同时,由于探究过程是以组为单位进行的,并且需要对结论进行交流与评价,因此,对培养学生的合作精神及反思和评价能力也是十分有利的。物理教学策略是在一定情况下达到特定目标的最有效的策略,只有当教师对于教学内容的类型、学生的现状、现有的条件等各方面因素,都能做到心中有数,才能考虑为达到某个特定目标的“最好”的教学策略。
2008年各地中考试卷中,电学板块常考的知识点有:识别串并联电路、串并联电路中电流的特点、有关电压表的使用及读数和串并联电路电压的特点、决定电阻大小的因素、滑动变阻器的原理及应用等。其中,电流表、电压表的作用及串并联电路电流、电压的特点等内容在中考中所占比例较大,这些知识点常会与欧姆定律、电功率的计算综合起来考查。
电功和电功率部分的常考知识点有:电功和电功率的概念、公式、单位、计算以及电功率的测量;额定功率与实际功率的概念及应用;电流的热效应及其在电热器上的利用和防止。
电和磁部分除了考查磁场、磁感线等简单知识点外,还考查电流的磁场、影响电磁铁磁性强弱的因素、电磁感应现象、电动机和发电机的原理以及磁场对电流的作用等知识。从2008年各地的中考试卷可以看出,试题多联系生活实际,注重对能力的考查和研究问题的方法的考查。对于简单电路和欧姆定律的考查在各地中考中均有体现,难点出现在识别串并联电路和电流表、电压表的示数变化。预计2009年中考对本部分知识的考查不会出现较大的变化,但可能会稍稍增大探究题和创新题的分量。有关电功、电功率的考试命题将在继承2008命题特点上有所创新。如从电器的铭牌上获取信息、利用电能表计算家庭用电器使用的电费来考查节能、电器使用时的安全问题、电功率的测量、电器在使用时有关电热、电能及效率的问题等。其中,采用伏安法测电功率、电与热相结合的计算以及节能问题是中考中的重中之重,注重考查实际情境中解决问题的能力。如围绕电冰箱、电吹风、洗衣机、电水壶、电磁炉等家用电器展开的电功、电功率、电热的应用计算尤为重要,特别是在减少环境污染和建设节能型社会的今天,电能和太阳能相结合的题目更要引起我们重视。
随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也是中考的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率会加大。
在中考复习中,基本知识忘记得比较快,所以复习时要注重基础。电路部分的知识单独考的并不多,对很多知识点的考查是隐藏在对欧姆定律、电功率的综合考查中的,复习的关键在于灵活掌握知识,理解题目意思,应对具体问题,努力尝试知识的总结和迁移。
考点一:电路设计与电路故障
冲刺点金设计简单的电路是目前中考中经常出现的题型,特别是与生活实际相结合的电路设计题已成为中考的热点。其形式有:根据具体的要求设计出电路图;给出电路图判断哪一个比较适用;既要设计电路图,又要连实物图等等。在画电路图时一定要规范:元件位置安排要适当,分布要均匀,元件不要画在拐角处,整个电路图最好呈矩形,图要完整美观,横平竖直,简洁工整。
电路故障通常有以下几种情况:串联电路或并联电路的干路出现断路故障,用电器不能工作,电流表没有示数;若电流表有示数,串联电路或并联电路的干路肯定是通路。
电路在教材中所占篇幅较多,汇集了基本电路、电路的连接、电流的测量等问题。中考出现的题型较多,主要有电路的设计、分析、连接实物、故障判断、电流和电压的规律研究等问题,难度以中、低挡为主,在近几年中考中已经大量涉及生产、生活中实际电路的应用及探究,这种趋势预计在2009年的中考还会得到更多的体现。
预测1:(素材来自于生活实际,主要考查电路的应用及电路设计)
投影仪用强光灯泡作为光源,发光时必须用风扇降温。为了保证灯泡不被烧坏,只有当带动风扇的电动机工作后,灯泡才能发光;风扇不转,灯泡不能发光。则在图1所示的四个电路图中符合要求的是()
预测2:(考查电路设计,串并联电路的特点及开关的作用)
2008奥运会男子佩剑决赛中,我国选手仲满不负众望,以15比9击败法国选手赢得冠军。如图2所示,在击剑比赛中,要求剑身连着导线,导线一头连通着电子计分器,一头连接着特制衣服,形成一个环形电路。比赛过程中,运动员(甲)没有刺到对方(乙)的时候就是断电的过程(对方的灯不亮同时计分器不计分),刺到对方的过程就是按下开关的过程(对方的灯亮同时计分器计分)。根据所学的物理知识,小明设计了如图3所示的几种电路图。能正确判断选手成功地击中对手的有效部位并显示得分的电路是()
预测3:(考查串联电路的特点,以及电路分析、故障判断)
图4所示的电路中,电源电压不变,闭合开关S,电路正常工作。一段时间后,发现其中一个电压表示数变大,则()
A. 电流表的示数也增大
B. 电流表的示数可能不变
C. 电阻R可能断路
D. 电阻R可能短路
考点二:欧姆定律
冲刺点金欧姆定律是初中电学部分最基础的内容。探究欧姆定律和伏安法测电阻体现了电学部分最基本的实验技能,同时也体现了物理学最基本的研究方法――控制变量法,有很强的综合性,是历年来各地中考试题的必考内容。通过以上分析,我们可以看出,2009年中考也将是如此。随着新课程改革的深入,命题在联系实际,突出物理方法,考查实验的过程性方面会有所侧重,纯模型式串并联电路的计算会降低难度,创新题会增多。探究欧姆定律、伏安法测电阻在中考中必有一者出现,滑动变阻器的创新应用也有可能成为大题。
欧姆定律的内容是:一段导体中的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。用公式表示为:I=。
由欧姆定律可导出R=,它表示导体的电阻可由计算出,即R与U、I的比值有关,但R与外加电压U和通过电流I无关。
在运用欧姆定律进行计算时,要注意公式中的I、U、R是对同一段电路同一时刻而言的,三者单位依次是A、V、Ω。有些试题通常会给出几组电压值和几组电流值,这些数值有时并不是相对应的,我们要从中选出具有对应关系的数值,如开关的闭合与断开、滑片的移动前后,会出现不同的电流、电压值,要能判断哪些数据是这个用电器或电阻在相同的状态下所拥有的。
从新课程改革的进程看,有关欧姆定律的命题形式将更加新颖灵活,重在考查知识的灵活应用及激发学生进一步学习物理的潜能。如电压表内阻的测量、不满足欧姆定律的非线性元件电压、电流关系的探究、水果导电性能的探究、伏安法测电阻系统误差的讨论、欧姆表的改装、压敏电阻、油量表、全电路欧姆定律,均很有创意,要注意消化吸收,推陈出新,做到举一反三。
预测1:(考查对导体的电阻和欧姆定律的正确理解)
由欧姆定律可以得出导体的电阻公式R=。下面几位同学对此公式的理解,其中正确的是()
A. 当电压为零时,导体的电阻也为零
B. 当电流减小时,电阻增大
C. 当电压减小时,电阻也减小
D. 电阻是导体本身的一种性质,与电流、电压无关
预测2:(结合欧姆定律,考查串联电路电流、电压的特点)
如图5所示,电源电压不变,当开关S闭合,滑动变阻器滑片从a向b移动的过程中()
A. 电压表示数变大,电压表示数变大,电流表的示数变大
B. 电压表示数不变,电压表示数变大,电流表的示数变小
C. 电压表示数不变,电压表示数变小,电流表的示数变大
D. 电压表示数变大,电压表示数变小,电流表的示数变小
预测3:(考查用欧姆定律分析变化电路中电表的变化情况)
如图6所示的电路中,电源电压不变。在滑动变阻器的滑片P移动的过程中,电流表示数变化范围是1.5~1.0 A,电压表的示数相应的变化范围是0~5 V,求R的阻值和电源电压。
考点三:电功
冲刺点金电功比较抽象,不像机械功那么直观,我们可以从能量转化的角度去理解电功的意义:电流做了多少功就消耗了多少电能,就有多少电能转化为其他形式的能。电功公式W=UIt是计算电功普遍适用的公式,对任何类型的用电器(或电路)都适用。结合欧姆定律I=,可推出电功公式的变换式W=t和W=I2Rt,这两个式子不适用于电动机以及蓄电池电路,只适用于纯电阻电路,即电能全部转化为热能的电路。
电能表是测量电能或电功的仪器。把电能表接在电路中,电能表计数器上前后两次读数之差就是这段时间内用电的度数,要弄清楚电能表铭牌上几个参数的含义。
从2008年的中考试卷可以看出,中考试题在考查基础知识和基本技能的同时,更注重考查学生应用知识的能力和实践探究的能力。而以能源开发和利用为背景来考查电功知识的应用则是近年来中考命题的新亮点,这类试题知识跨度大,更能综合考查学生应用电学知识的能力。
预测1:(考查对电功公式的理解和灵活应用)
灯泡L和L并联在电路中,L的电阻比L大,在相同的时间里,电流做功的情况为()
A. 对L灯做的功多B. 对L灯做的功多
C. 对两灯做的功一样多D. 无法确定
预测2:(考查学生是否会读家用电能表,会用电能表测量用电器在某段时间内所消耗的电能)
在家庭电路中,电能表是测量用户在某段时间内所消耗的电能的仪器。如果表面盘上标有“3 000 r/kW•h”字样,表示的意思是每消耗_________的电能,它的转盘转3 000转。把这个电能表接入家庭电路中,通过某用电器的电流使电能表在3 min内转了60转,那么,此时通过用电器的电流做功为_________J。
预测3:(考查光能与电能的转化,以及对电功公式的理解和应用)
太阳能汽车是用太阳能电池将所接收到的太阳光能转化为电能提供给电动机来驱动的。如图7所示。已知一种太阳能汽车,太阳光照射到电池板上的辐射总功率为1.2×104 W,且电池板对着太阳时产生的电压为240 V,并对车上的电动机提供10 A的电流。问:
(1)若通电1 min,车上电动机消耗的电能是多大?
(2)太阳能电池将太阳能转化为电能的效率是多少?
考点四:电功率
冲刺点金电功率是描述电流做功快慢的物理量,它是指电流在单位时间内所做的功。电功率的定义式是P=,常用公式是P=UI,表明电功率跟电压、电流两个因素有关。电功率大的用电器消耗电能快,但不能说明电流做的功多。电功率公式的变换式W=和W=I2R只适用于纯电阻电路,对于电动机、电风扇等用电器来说,这两个公式都不适用。
用电器正常工作时的电压叫额定电压,在额定电压下的电功率叫额定功率。一个用电器一旦生产出来,其额定电压和额定功率就确定了。实际功率是用电器在实际工作时的电功率,是不确定的。用电器的实际功率不一定与额定功率相同,小灯泡的亮度是由其实际功率决定的。
电功率的计算是中考命题的热点,压轴题基本都在此出现,命题时常将欧姆定律、电功率、串并联电路结合起来出综合计算,并且分值多,难度较大。其内容主要为:①密切联系生活实际,如电热水壶、饮水机、居民用电等,真正体现“从生活走向物理,从物理走向社会”的新课程理念。②注重对能力的考查和研究问题的方法的考查,如从电器的铭牌上获取信息的能力、探究电流做功快慢需采用控制变量法等。
预测1:(考查串联电路中各用电器功率的分配关系)
有两个电阻,R的阻值为2 Ω,R的阻值为8 Ω,把它们串联起来接在某电源的两极上,R的电功率为2 W,则此时R的电功率是_______W。
预测2:(考查对电功率公式的理解和应用)
图8所示为一玩具汽车上的控制电路,其电动机的线圈电阻为2 Ω,保护电阻R为8 Ω,当闭合开关S后,两电压表的示数分别为12 V和4 V,求:
(1)电路中的电流。
(2)电动机的功率。
预测3:(考查用电器额定功率与实际功率的关系)
某品牌电热水壶的铭牌上标着如右表所示的数据。根据表格中的数据,可知此电热水壶的电阻为多少?若在用电高峰时期用该电热水壶烧水,电压只有200 V,此时电热水壶发热时的功率为多大?
考点五:电热及其作用
冲刺点金电流在电路中做功,电能转化为内能的那一部分,称为电热,其公式Q=I2Rt适用于任何电路。注意两点:①在电流所做的功全部用来产生热量的情况下,Q=W=UIt=t。这里的条件是电功全部用来产生电热,而电流所做的功全部用来转化成热的情况,也只有纯电阻电路才成立,故上述导出公式只适用于纯电阻电路。②在电流所做的功只有一部分用来产生热量的情况下,如电动机正常工作时消耗的电能为W=UIt,产生的电热为Q=I2Rt,则转化为机械能的那部分能量为W-Q。若知道用电器将电能转化为热能的效率η(η
电与热相结合的计算是近年来中考命题的主要方向,以日常生活中电和热现象的实例为载体,将电学和热学结合在一起是中考命题的热点,是中考中的重中之重。随着常规能源的日益匮乏,有关用电器的效率考题也正在成为中考出现的一个新亮点,预计2009年中考出现的几率可能会进一步加大。
预测1:(考查电能与内能的转化,在不计热损失的情况下,消耗的电能等于产生的内能,即Q=W)
一电饭煲铭牌上标有“220 V1 100 W”的字样,其原理图如图9所示。它有高温烧煮和焖饭、保温两挡,通过单刀双掷开关S进行调节,R为电热丝。当开关S接高温烧煮挡时,电路的功率为1 100 W;当开关S接焖饭、保温挡时,电路的总功率为22 W。
(1)电饭煲在高温烧煮挡时,开关S应与哪个触点连接?
(2)电热丝R的阻值多大?
(3)电饭煲焖饭、保温1 min,电热丝R产生的热量为多少?
预测2:(考查电能与内能的转化,在有热损失的情况下,消耗电能的一部分等于产生的内能,即Q=ηW)
电视节目主持人,衣着光鲜,时尚靓丽,令人羡慕,其背后的艰辛却鲜为人知。由于演播室灯光密集,室内气温往往很高,在炙热灯光的“烧烤”下,看似风光无限的主持人其实也很不好受,几个小时的节目下来,主持人往往会大汗淋漓。若一个高3 m,面积为40 m2的演播室,灯的总功率为20 kW,灯将电能的80%转化为热能,且热能的10%被空气吸收。查阅资料得知,空气的密度约为1.3 kg/m3,空气的比热容约为103 J/(kg•℃)。现录制一个0.5 h的节目,求:
(1)演播室内所有灯消耗的电能。
(2)演播室内所有灯散发出的热量。
(3)演播室内空气升高的温度。
预测3:(通过电动机做功,考查电能与其他能量的转化及能量守恒定律)
从能量转化的角度看,电动机主要是把电能转化为机械能,同时还有一部分能量在线圈中以热量的形式散失掉。现实验室有一个微型电动机,如图10所示,铭牌上标有“12 V 3 W”的字样。问:
(1)每分钟该微型电动机消耗的电能是多少?
(2)若该微型电动机线圈的电阻是4 Ω,则线圈每分钟产生的热量是多少?
(3)这台电动机每分钟所做的机械功是多少?
考点六:生活用电
冲刺点金家庭电路由电能表、总开关、保险丝、插座、用电器及其开关几部分组成。插座和各用电器之间是并联,用电器和控制它们的开关之间是串联,且开关应一端连火线一端连用电器,螺旋口灯座的螺旋套只能接在零线上。三孔插座比两孔插座多出的那个孔要接地,通过三脚插头与用电器的外壳相连,保证外壳与火线接通时的人体安全。生活中安全用电的原则是:不接触低压带电体,不靠近高压带电体。不用湿手触摸开关,不用湿抹布擦电器,不在电线上晾晒湿衣服,不在高压线附近放风筝,电视天线不要靠近树木,及时检查电器的绝缘皮是否有破损等。发现有人触电后,要切断电源或用绝缘的东西把电线挑开;电路着火时,必须先切断电源,切不可泼水救火。高大建筑要安装避雷针,雷雨天不能在大树下避雨,防止雷击。家庭电路中电流过大的原因有两个:①用电器的总功率过大;②发生短路。
以往的中考,重点考查生活中的安全用电原则、家庭中基本的电路连接和日常生活中用电事故的处理以及家庭电路中的故障分析。由于家庭电路与我们的生活息息相关,让学生掌握安全用电知识,提高安全用电的意识,具有实际意义。预计今年的中考热点是家庭电路中用电器的正确连接、生活中安全用电的知识和生活中出现用电事故的分析和处理。
预测1:(考查安全用电的原则)
用电安全是保证人民生命财产安全的基本原则。如图11所示的现象中,符合安全用电原则的是()
预测2:(考查学生对家庭电路中开关、电灯、带金属外壳的用电器连接的掌握情况)
请在如图12所示的家庭电路中,按照安全用电的原则,以笔画线代替导线,将一个带按钮开关的螺口灯泡、一个电热水壶接入电路。
预测3:(考查学生对用电器工作时的能量转化问题的理解,明确家庭电路中发生火灾的原因及发生电器火灾时应怎么做)
洗衣机是我们日常生活中最常用的电器之一,如图13所示。它工作时把电能转化为______和______,在使用洗衣机洗涤时,要注意掏清衣裤口袋里的物品,并在投放衣物时控制合理的投放量。若洗衣机一次性投入衣物过多,涡轮被绳、带、发卡等小物件卡住,会使洗衣机负荷过大甚至停止转动,进而导致电线过热,可能发生_________而起火。起火时应先________,再灭火。
考点七:电和磁
冲刺点金物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫磁性,具有磁性的物质叫磁体。磁体上磁性最强的部分叫做磁极,分别为南极(S)和北极(N)。同名磁极相互排斥,异名磁极相互吸引。
磁感线是形象地研究磁场的一种方法,它不是真实存在的线,是人们为形象地描述磁场而假想的一些曲线。磁体周围的磁感线都是从磁体的北极出来回到磁体的南极。
奥斯特实验表明通电导线周围存在着磁场,且磁场方向与电流方向有关。通电螺线管的磁场和条形磁铁的磁场一样,其极性可以由安培定则来判定:先辨清绕线方向,标出螺线管上电流的环绕方向;用右手握住螺线管,让四指弯向电流的方向;此时大拇指所指的一端即为通电螺线管的N极。将铁芯插入螺线管中就做成了电磁铁,螺线管的磁性强弱与通入电流的大小、线圈匝数的多少及是否插入铁芯有关。电磁铁的优点是磁性有无可以通过通断电来控制;磁性强弱可以由电流的大小来控制;磁极方向可以由电流的方向来控制。
让一个磁体接近一个通电导体就会产生磁力的作用。电动机就是利用通电线圈在磁场里受力转动的原理制成的,在工作中把电能转化为机械能。
闭合电路的一部分导体,在磁场中做切割磁感线运动时,导体中就产生感应电流,这种现象叫做电磁感应,产生感应电流的条件:第一,导体是闭合电路中一部分。第二,导体在磁场中做切割磁感线的运动。当导体平行于磁感线运动时,不产生感应电流;当导体放入磁场中不运动时,也不会产生感应电流。产生感应电流的方向和磁场方向、导体运动方向有关。发电机就是根据电磁感应现象制成的,工作时将机械能转化为电能。
根据近几年的中考题分析,这部分知识主要考查的是磁现象、电流对磁场的作用、电磁铁、电磁感应。随着人类社会的发展,能源危机和污染的日渐加剧,利用电磁感应知识产生清洁的电能将成为以后能源利用的一个重点方向。预计今年的中考热点可能在磁现象、电流的磁场和电磁感应及应用上。
预测1:(考查磁化现象、利用安培定则判断通电螺线管的磁场方向、磁感线方向的规定、影响电流的磁场的因素及磁极间的相互作用)
如图14所示,在螺线管中插入一根铁棒,通电后,铁棒被_________________,请在图中画出磁感线的方向。当变阻器向左滑动时,弹簧的长度将________。(选填“伸长”或“缩短”)
预测2:(考查发电机的原理是电磁感应,明确什么是电磁感应现象)
据分析,由于中国经济仍将保持高速增长,因此电力供需矛盾在近几年将非常突出。为确保生产生活中用水、用电需求,许多单位、宾馆饭店、居住小区甚至家庭都备起了发电机。图15所示为一款家用小型发电机,其原理是___________________________________。它是由轴承及端盖将发电机的定子和转子连接组装起来,使转子能在定子中旋转,做_______运动,从而产生______________。
教学策略作为教学设计的中心环节,其设计科学与否直接关系到教学的效率,甚至教学的成败。作为现代教育思潮典型代表,建构主义理论对新课程教学策略的设计具有重要的指导意义。建构主义理论针对教学策略设计这一环节强调指出:“我们不是仅仅为了选择教学策略,而是要创设学习者积极学习的现实环境。”为此,建构主义理论主张在教学设计中应注意“扩展学生对自己学习的责任感,包括允许学生决定自己想学什么,让学生能管理自己的学习活动,让学生在学习时能得到互相帮助,创设非威胁性的学习气氛,使得学习富有意义,包括最大限度地利用现有知识,在现实情境中使教学有固着点,提供学习内容的多种方式,促进积极的知识建构,包括利用活动促进高层次思维,鼓励审视不同的观点,鼓励创造性,灵活地解决实际问题,提供学生呈现学习过程与结果的机制”。根据建构主义的理论,物理课堂教学策略的设计应遵循以下原则。
1.坚持“以学生为本、以学生发展为本”的课堂教学设计策略,重视学生主动参与和内心体验;重视知识形成和应用的过程。
2.坚持“搭建平台、营造氛围”的课堂教学设计策略,重视教学情景和教学问题的设计,重视启发引导和协调交流。
3.坚持“以知识为载体、揭示知识内涵”的课堂教学设计策略,重视对知识内涵的把握;重视潜移默化再现知识内涵的手段和方法。
4.坚持“联系实际应用、激发学习激情”的课堂教学设计策略,重视教学过程中STS的拓展;重视教学过程中新技术的应用。
教学策略是实现教学目标的重要手段,是教学设计研究的重点。教学策略的设计包括许多方面,主要有:采用何种经济而有效的教与学的形式,安排什么样的教师教的活动和学习者学的活动,设计何种教的方法和学的方法,进行什么样的教学媒体及怎样进行设计,怎样利用现有的教学资源及挖掘潜在的教学资源,设计怎样的教学环节和步骤等一系列问题。下面我通过具体的案例设计与比较,探究新课程理念下物理课堂教学策略的设计的特点与规律。
[案例1]运用归纳教学策略设计《电流跟电压、电阻的关系欧姆定律》。
1.导入
讲述欧姆为探索真理,十年呕心沥血,坚持不懈地研究,最终得出欧姆定律的感人经历,激励学生的学习欲望。
2.演示实验
步骤1:研究电流与导体两端电压的关系,记录有关数据。
步聚2:研究电流强度与导体电阻的关系,记录有关数据。
以上步骤由教师与学生共同活动完成。
3.对实验结果进行归纳推理
当导体的电阻不变时,增大导体两端的电压,电压越高,通过导体的电流越大,电压增大几倍,电流强度就随之增大几倍;当加在导体两端的电压不变时,随着电阻的增大,流过电阻的电流强度就越小,电阻增大到原来的几倍,电流强度就减小为原来的几分之一。
通过以上推理,我们得出:导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比例关系;电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比例关系。
4.验证推理
设计两组实验数据表,每一组中留有适量的空白,请学生根据推理的结果在空白处填上适当的数据,教师通过演示实验与学生一道验证所得结论的正确性。
5.归纳得出结论
导体中的电流强度与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这个结论叫做欧姆定律。
[案例2]运用探究策略设计《电流跟电压、电阻的关系欧姆定律》。
1.提出问题
教师指出:我们曾通过实验发现,灯炮两端的电压越高,灯就越亮,流过灯的电流就越大。电流、电压与电流之间有什么关系呢?
2.形成假说
学生通过议论认为有可能电流与电压成正比,与电阻成反比(学生通过学过的有关电压与电阻的知识能够比较顺利地提出假说)。
3.制订方案
固定电阻、改变电压、研究电流与导体两端电压的关系,换用不同的电阻,重复上述步骤,研究电流与电阻的关系,教师与学生共同研讨,确定最佳方案。
4.实施方案
学生分组进行实验,并将实验结果填入自己设计的表格中。
5.分析与论证
分析实验结果,验证与假说是否相符,得出结论。
6.评价
检验实验过程的操作是否规范,实验结果是否可靠。
7.交流
各小组形成实验报告,交流实验结果,形成最终结论。
运用归纳策略设计的案例中,教师通过演示实验向学生展示了欧姆定律的形成过程,并经过归纳推理得出欧姆定律。通过师生双方的互动,学生不但能对定律的来龙去脉有清晰的了解,能够系统地理解和掌握知识,而且能受到科学方法的训练,发展观察能力和逻辑思维能力。同时,相对于探究策略而言,归纳策略是比较省时的,而运用探究策略设计的案例中,则是学生通过自己的探究活动得出结论的。由于学生亲自参与科学探究的全过程,因此,不但能发展发现问题、解决问题等多种能力,而且通过对探究乐趣的体验,能激发创新意识与欲望。同时,由于探究过程是以组为单位进行的,并且需要对结论进行交流与评价,因此,对培养学生的合作精神及反思和评价能力也是十分有利的。
以上是运用归纳策略和探究策略的特点,但它们也各有不足之处,运用归纳策略设计的课堂教学,由于教师的作用比较突出,相对地限制了学生的思维,不利于学生创新能力的培养,同时,对学生的合作、交流与评价等能力的培养也是不利的。而运用探究策略设计的课堂教学,探究过程的冗长而比较费时,由于能力的差别,容易导致部分学生不能较好地掌握学习内容。
那么,在进行课堂教学策略的设计时,如何使这一工作更富有成效呢?没有适合于各种情况的惟一优越的教学策略,也就是说,不存在能满足各种教学目标的最好的教学策略。最好地教学策略是在一定情况下达到特定目标的最有效的策略,只有教师对于教学内容的类型、学生的现状、现有的条件等各方面因素都能做到心中有数,才能考虑为达到某个特定目标的“最好”的教学策略。