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一、将定值电阻改用电阻箱进行实验
绝大部分老师在进行苏科版欧姆定律实验教学时常常有这样的一个困惑,定值电阻标有10欧姆,在进行实验时定值电阻的阻值却不准确,给欧姆定律实验带来了一些不必要的麻烦。我认为定值电阻不准确的原因是:定值电阻出厂时是很精确的,但是由于学校购置后存放在实验室的条件不好,另一方面定值电阻存放时间过长,现在实验室中的定值电阻还是八十年代的产品。所以有些定值电阻的接线柱上面已氧化,电阻线也发生了化学变化,常见的10欧姆的电阻只有8欧姆左右。学校的实验经费有限,不可能每年都购买新的定值电阻。另外在研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,多次改变所连的电路,浪费了许多实验时间。为此我尝试用电阻箱来代替定值电阻进行实验,效果显著。一方面电阻箱电阻线在箱内,不易氧化。另一方面电阻箱内电阻的精确度高,一般实验室用的J2362-1电阻箱的误差为0.1欧姆,大大高于定值电阻的精确度。另外在进行研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,利用电阻箱进行实验就不必重复拆线连线,节省了许多实验时间,大大提高了课堂效率,让学生在课堂上有更多的时间来提高自己的知识技能。
二、电源由干电池组改为学生电源
这个探究欧姆定律的实验在书本上用干电池组进行学生实验,但是使用时由于干电池使用时间较长,干电池内部会发生化学变化,干电池的电阻会发生变化,对实验的操作会产生影响。即使用了三节干电池,定值电阻两端的电压不一定达到3伏。另外从环保的角度分析,一学期电学内容的学习,学生至少要进行三次电学学生实验。如果大量使用干电池作为电源进行实验,一个中等规模的初级中学会产生一千多个废旧电池,一方面大量浪费了学校有限的办公经费,另一方面学校对废旧电池处理不当,对周围环境会产生严重影响。综合上述考虑,我认为用学生电源来替代干电池,学生电源干净污染少,还可以避免干电池内阻对实验的影响。当然学生电源并不是没有缺点,学生电源如果使用不当对人身安全有危险。我认为今后物理老师进行电学物理实验时,尽可能使用学生电源,只要安全措施恰当,学生电源是进行欧姆定律和其他电学实验最好的电源选择。
三、导线由接线端带叉口的导线改为两端是鳄鱼夹的导线
学生在进行欧姆定律实验时连七根线,学生在连接电路时,经常不能捏紧螺母,造成接触不良,实验效果较差,为了提高学生做欧姆定律实验的效率,我校在进行欧姆定律实验时,用鳄鱼夹来代替带叉口的导线。可节省连接导线的时间,我做过调查,学生用鳄鱼夹代替带叉口的导线连接电路后,连接欧姆定律实验电路图的时间大大的提高了。另一方面连接电路的成功率由原来的50%提高到80%左右,减少了一些不必要的检修时间。节省了实验操作时间,增加了学生进行探究的时间。另外为了提高实验的精确度鳄鱼夹最好用铜制,导线改用较粗的铜导线,在导线与鳄鱼夹连接处应用锡焊或银焊,这样导线与鳄鱼夹不易脱落。焊接处应加一根橡胶管加以保护,这样同学们在使用时不易折断,尽可能提高实验的成功率和精确度。有些老师认为实验存在误差可以证明实验的真实性,其实这种观点是不科学的,在以前实验环境较差、实验器材精确度不高,在这种情况下误差较大也是正常的。但是现在无锡地区经济基础较好,各校都在进行现代化实验改造或已经完成现代化实验改造。如果此时实验误差较大,这与物理老师的严谨,对科学的一丝不苟的精神是不相符的。
四、数据处理时采用整数
一、寓培养学生实事求是的科学态度于学生实验操作之中
欧姆定律是一个实验定律,因此在教学“欧姆定律”一节时,教师必须在学生对“电流与电压、电阻”之间关系进行猜想假设的基础上,引导学生设计实验方案,精心组织学生进行实验。在实验前指导学生:(1)根据电路图准确连接电路;(2)仔细检查电路及电表、滑动变阻器等连接是否准确;(3)在确认无误时,动手实验,并认真观察、精确记录数据;(4)明确滑动变阻器在两次实验中的作用:使定值电阻两端电压成整数倍变化和保持电阻两端电压不变;(5)分析实验中可能出现的数据差异原因,重复实验,直至准确。对于在实验中怕麻烦、凑数据的学生及时用科学家尊重事实、刻苦钻研及时教育他们,端正他们态度,帮助他们用实验得出准确结果。通过实验,使学生得到了欧姆定律实验所需要的数据,也培养了学生观察实验能力和实事求是、客观、细致的科学态度,从而激发学生勤奋求真的热情。
二、寓培养学生科学方法于分析实验数据和归纳出实验结论之中
在得出实验数据之后,就着手组织学生分析数据、归纳出结论。在引导时,引导学生回忆“探究影响导体电阻大小的因素”的实验方法,并要学生用之中方法研究电流跟电压、电阻两个因素的关系,即(1)固定电阻不变时,研究电流跟电压的关系;(2)固定电压不变时,研究电流跟电阻的关系。最后将两次结论综合起来,应用数学函数知识得出电流跟电压、电阻的关系。接着,根据学生实验数据组织讨论,并分析归纳实验结论。(1)分析“研究电流跟电压关系”表格:电流随电压增大而增大,且电压增大几倍电流也增大几倍。得出结论1:当电阻一定时,电流与电压成正比。(2)分析“电流与电阻关系”表格:电流随电阻的增大而减小,且电阻增大几倍,电流就减小到原来的几分之一。得出结论2:当电压一定时,电流与电阻成反比。归纳结论1、2,即得欧姆定律。在整个研究、分析、抽象,归纳过程中,使学生潜移默化地学会了:(1)研究问题的方法――控制变量法;(2)对实验数据的综合――分析――抽象――归纳的处理方法,从而学到了由特殊、个别推到一般的逻辑推理方法。这些方法都是学生终生受益的科学研究方法。在得出实验结论――欧姆定律后,教师接着就组织学生用他们已学过的数学知识推导欧姆定律的计算公式:(1)把电流与电压成正比表达成I∝U;(2)把电流与电阻成反比表达成I∝1/R,把(1)、(2)结合起来得出计算公式:I=U/R;通过公式推导使学生了解到不同学科之间的联系,它不仅开阔了学生的视野,也可使学生学到物理公式常用的科学的数学方法。
三、寓培养学生科学思想于理解、应用定律之中
对于实验定律――欧姆定律,在理解其内容时,引导学生讨论:能不能把定律叙述的导体的电流与导体两端电压成正比、与导体两端电阻成反比改叙述成导体两端电压与导体电流成正比、导体电阻与导体电流成反比?让学生在讨论中明白:叙述定律时只能按课本那样叙述,否则是错误的。这是因为事物内部矛盾的双方有主有次,这里电压、电阻是矛盾的主要方面,是事物变化的依据,对事物变化起决定作用的;而电流则是矛盾的次要方面,它是随电压、电阻变化而变化的,在事物变化中处于服从地位;这样使叙述在讨论中理解了定律,在理解定律过程中获得了一次科学的认识教育。
在讲解定律公式的应用时,如教师通过P111教材例1的讲解,强调了定律的应用是有条件的,即(1)同体性:只能适用于同一段电路中的电流、电压以及电阻之间的关系的运算;(2)同时性;(3)计算时数字代入单位必须是国际单位制中主单位。引导学生认识到真理是有局限性的,是离不开特定条件的。又如教师通过课本例2讲解,强调了定律的应用性,即通过欧姆定律可以求出导体的电阻值,也就是可用伏安法测未知电阻,使学生体会到:理论的实践性以及理论与实践的一致性。此外取平均值可以减小实验误差;表格可以得到实验结论1等。
四、寓培养学生的科学精神于介绍科学家的事例之中
结合课本中“信息库”介绍,使学生了解德国的物理学家欧姆发现了电路中遵循的基本“交通规则”,但他幼年家贫,曾中途辍学,后全凭自己努力,完成学业。他为了得到欧姆定律,花费了十年心血。当时的实验条件非常差,他自制了测电流的电流扭秤,花五年时间才找到电压稳定的电源。经过长期细致的研究,终于取得了成果。在教学中把欧姆的对学习勤奋刻苦,对科学知识的执著追求,在科学研究道路上勇于探索、百折不挠的献身精神及对人类社会的贡献,展现在学生面前,使学生从中接受了热爱科学、追求真理的科学接受教育。
教育者在实施科学素养教育时不是生硬的说教,应有机结合教材适时适量地渗透;科学素养教育是素质教育的核心,在实施时教师还应当有意识、有目的地进行,同时联系教材中其他素质教育因素如能力、智力、科学美等全方位地开展,并做到主、次得当,这就需要安排好教学过程和节奏,从而使素质教育得到全面培养。
【参考文献】
欧姆定律有效性反思电路设计滑动变阻器教材安排是通过实验探究来研究电流与电压电阻关系,从而得出欧姆定律。这样安排比较好,但实际学生动手参与率不高,学生的科学探究有效性不高,有点照本宣科,对欧姆定律不能真正实现探究的思想,如何改变你?
欧姆定律(初中学习的是部分电路欧姆定律)作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻这三个重要的电学量之间的关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。
欧姆定律这节课的特点是,十分重视科学方法教育,重视科学研究的过程。让学生在认知过程中体验方法、学习方法,了解得出欧姆定律的过程。了解运用“控制变量法”研究多个变量关系的实验方法,同时也为进一步学习电学知识打下了基础。
教材安排是通过实验探究来研究电流与电压电阻关系,从而得出欧姆定律。这样安排比较好,但实际学生动手参与率不高,学生的科学探究有效性不高,有点照本宣科,对欧姆定律不能真正实现探究的思想。究其原因有三点:
1.本实验是用欧姆定律来研究欧姆定律由于学生还没学习欧姆定律很难理解为什么调节滑片的位置就能改变或保持这段电路两端的电压。
2.学生很难正确区分一段电路和整个电路两个概念及它们之间的关系,在本实验中研究AB这段电路中的电流与电压和电阻的关系时不容易将这段从整个电路中分离出来,更不会分析探究它们之间的关系。
3.在一个电路图中却要分次研究两个实验规律先研究电流与电压的关系,后又更换电阻,研究电流与电阻的关系,学生很难理解,更别说自己设计这个电路来探究其中规律了。
以上是学生探究实验和分析实验电路的障碍,如何来解决呢?
在教学中笔者对实验教学做了适当的改变。让学生自己分两步实验来设计电路探究规律:先激疑,后激智,引出正确的电路设计,再完成正确的实验操作。
第一步,研究电流与电压的关系,他们的设计是:保持电阻不变,用改变电池节数来改变电池两端的电压。(因为学生很容易想到串联电池越多电压越大),于是我说,那你们就按你们的思路去探究,结果是能得出:电阻一定时,电压越大,电流越大,却得不出:电阻一定时,电流与电压成正比的关系。此时,他们反问:问题出在哪呢?我接着反问:你们怎么知道定值电阻两端的电压是在成倍数的变化呢?学生马上回答,因为电池是成倍的增加啊,我说,那你们用电压表测测看,一测发现电压并没随电池节数的成倍增加而成倍增大,学生反问:那怎么办?有学生很快想到上节课学到滑动变阻器可以调节电压,立即就串联了滑动变阻器上去,结果,水到渠成,完成了该实验,而且不用改变电池节数。现在再反问学生这两种电路设计的区别在哪,问题在哪,优势在哪,这时老师点拨一下:因为导线也有电阻,学生就会豁然开朗,会心一笑,经过一次挫折他们重新设计出探究电流与电压关系的电路,同时也自行将这段电路从整个电路中分离出来,研究出这段电路中电流与电压的关系:电阻一定时,电流与电压成正比的关系。
第二步,研究电流与电阻的关系,起初他们的设计是:保持电池节数不变,再改变电阻。(因为学生很容易想到串联电池节数不变,电压也不变),很快,有些学生就想到在第一步中出现的问题,于是想到可以用滑动变阻器控制电压不变,只要在原来的电路图上改变电阻就行了,并想到如用电阻箱来改变就更好了,因为不仅改变方便,能多次成倍数改变电阻,并且能知道电阻的值,这样也更方便找到电流与电阻的更具体的关系。
这样分两个实验电路图分别设计,分别实验,避免了照搬照抄,死记硬背的教学模式,实验从开始设计到实验障碍,再到改进实验,总结规律,都是学生亲身实践,学生真正理解了:
1.两步实验中为何要用滑动变阻器,如何用滑动变阻器?
在研究电流与电压的关系时,如果不用滑动变阻器,虽然能够测量出R两端的电压和其中的电流,但该电路只能测量出一组电压和电流的值,而从一组电流和电压的数据是无法找出二者之间的关系的,应该再测几组电压和电流,因此就需要改变R两端的电压,用滑动变阻器可以成倍地改变R两端的电压,简单方便,当然也可以采用改变电池节数的方法,但因为导线有电阻,很难成倍地改变R两端的电压,比较下来,当然是用滑动变阻器更方便快捷。同时,滑动变阻器还可以起到保护电路的作用。
2.用控制变量法探究电流I与电阻R之间的关系实验中,应该如何操作?探究电流I与电压U之间关系时,应该如何操作?
探究电流I与电阻R之间的关系时,如何保持电压U不变?即改变定值电阻的阻值的同时,该电阻两端的电压就发生了变化,因此,要及时调节滑动变阻器以保持电压不变,观察并记录电流表的示数随电阻的变化关系。
探究电流I与电压U之间关系时,要不断的改变电压,即保持定值电阻的阻值不变的同时,要改变电阻两端的电压,因此,要及时调节滑动变阻器使电压成倍地变化,观察并记录电流表的示数随电压的变化关系。
总之,这样改进充分发挥了实验的作用,降低了教学环节中学生遇到问题的难度,调动了学生的学习兴趣和积极性,更深入地理解和掌握了知识。既培养了思维能力,又培养了实验能力,进一步实现了以教师为主导、学生为主体、思维为核心、能力为目标的教学理念,开阔了学生思路,有效地提高物理教学质量。
参考文献:
[1]教育部.初中物理新课程标准(实验稿).
一、串并联电路
学生在初中的学习当中已经了解了一些串并联电路的知识,对于一些简单的电路图学生可以清楚地了解其中的串并联关系,但是一些学生只是简单地知晓在串联电路当中的电流是相等的等知识,而对实验操作当中的高低电势等知识却没有清楚的认识,同时也很少知道仪器的负极和正极该如何进行接。为了解决这些问题,因此在进行物理教学的时候,常常会需要对一些物理规律进行解析。比如可以强调在遇到有多条支路的电路时,可以选择一条比较容易的支路进行连接,其他支路可以逐渐连接到电路当中;在进行仪器联连接的时候,可以根据正极接高势,负极接低势的规律进行操作;在有电流流经的时候,电路所含有的电势会有不同程度的降低。这些内容具有一定的复杂性,老师需要进行重点强调,使学生进行分别记忆,不仅可以有效解放学生的固定思维,也可以有效提高学生的物理解题能力。
二、闭合电路欧姆定律
一些学生无法灵活运用闭合电路欧姆定律,这是由于学生只是记忆公司,而没有了解公式当中所蕴含的规律,因此在实际教学过程中,需要使学生掌握物理公式出现的原因,才能有效应用公式进行解决实际问题。尤其是在学习闭合电路欧姆定律的时候,需要对电源电动势进行准确理解。电动势是电源的特性之一,具有较强稳定性;在进行测量电动势大小的时候可以通过测量未接电源之前的电压,其数值是相同的;在测量电阻的时候,如果电路处于串联的状态,则总电阻则与多个电阻保持一致。如果电路处于并联的状态,则总电阻为各个电阻相加的数值。另外根据欧姆定律I=E/(R+r)可以了解到电阻、电压、电流变化的影响,并且从中可以了解到许多规律。比如在总电阻变大的时候,电路当中的电流减少,并且电压增加;在串联电路当中,电阻的变化和电流、电压是相反的;在并联电路当中,电阻的变化和电流、电压的变化是相同的。通过这些规律的学习,可以有效帮助学生进行灵活应用欧姆定律解决所遇到的物理问题。
三、电荷在磁场中的运动
在进行学习电荷在磁场中的运动时,常常需要结合圆周运动以及其它数学知识进行解题。学生在处理这样的物理题具有一定的难度,这是由于电荷的运动轨迹的圆心比较难找,而且边界比较模糊不好确定。为了突破这一难关,需要在解题的时候进行建立物理情境,从而了解电荷在磁场内的运动范围。同时在高涨阶段,所给题目经常是均匀的磁场,因此可以根据题目的内容确定磁场的边界。比如可以使用先补后去的解题方法,即先假设所遇到的磁场是均匀的,在可以准确确定电荷的运动轨迹和圆心。再按照题目所设立的情景进行,进行确定真正的磁场。最后再使用确定圆心的条件,如根据出射点、运动半径、方向等因素,进行确定电荷运动轨迹的圆心。通过这些方法,不仅可以有效分析题目的重要条件,也可以有效解决复杂的求电荷运动轨迹圆心,降低学生解物理题的难度。
例如:在LC振荡电路中,电容器放电完毕时,电路中的电流最大,自感电动势为零.学生难以理解.
错误认识一:电容器放电完毕时,由I=q/t可知,q=0,I也应等于零.
错误认识二:电容器放电完毕时,q=0,电容器两极间的电压U=0,由I=U/R可知电流I应等于零.
错误认识三:既然电容器放电完毕时,电流强度I最大,由I==ε/R可知,自感电动势ε=IR也应最大.