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第一种,学生观看视频
这种教学法是教师将欧姆定律的探究过程在课前以边讲边操作的方式制作成录像,然后在上课时直接播放给学生看.教师在上课时不需要做任何讲解,一直等到实验数据分析、归纳得出欧姆定律以后再进行课堂训练,以帮助学生理解欧姆定律的意义,学会用欧姆定律进行简单的计算.
第二种,学生浏览课件
这种方法是教师将教学内容制作成幻灯片,如实验题目、实验方法、实验电路图、电路连接注意点、用实物连接电路、通过滑动变阻器的调节对电压与电阻进行控制、实验数据表格及数据阅读分析、欧姆定律的文字描述、公式、单位等等.在课堂上,教师边讲解边放幻灯片,学生则合着老师的讲解进行观察、思考、分析、归纳与记忆.在欧姆定律得出以后,同样进行课堂训练,以巩固知识,加深理解.
第三种,学生实验探究
这种方法是教师上课时先通过演示实验启发学生发现问题、提出猜想与假设,然后再引导学生思考实验研究方法,帮助学生讨论、设计与制订实验计划、分组进行实验探究,记录、分析、归纳实验结论,再在此基础上对实验误差进行评估与交流等等.具体过程如下:
第一步,教师在演示电路板上用导线将干电池组、开关、小灯泡连接成一简单的电路,闭合开关小灯泡发光后,启发学生思考讨论,要想改变小灯泡的亮度可怎么做?有几种方法?当学生讨论回答出改变电池节数和用滑动变阻器串联移动滑片两种方法时,再引导学生明确灯泡亮度的变化是由于灯泡电压的变化使得通过灯泡的电流发生了变化,从而启发学生提出通过灯泡的电流与电压有关的猜想与假设.
第二步,移去变阻器,在上述简单电路中并联接入另一只不同规格的灯泡,闭合开关,引导学生观察两灯泡亮度的不同,思考讨论灯泡并联电压相同,两灯泡电阻的不同使得通过灯泡的电流不同,从而引起灯泡亮度不同,在此基础上启发学生提出通过灯泡的电流与电阻有关的猜想与假设.
第三步,当学生得出电流与电压和电阻有关的猜想后,教师引导学生讨论实验探究方法、规划实验方案、设计实验电路图、画出实验记录表格.
第四步,分组进行探究与实验、记录实验数据、分析讨论与归纳实验结论,引导学生在坐标纸上将研究电流与电压关系的实验数据用描点的方法作图,验证电流与电压的正比关系.
第五步,在实验结论得出后,介绍欧姆定律及其公式表达形式,讨论各物理量单位的使用,对各小组实验进行评估,分析误差和错误产生的原因.
第六步,讨论欧姆定律变换公式及其物理意义,利用欧姆定律及变换公式进行简单的计算.
以上三种教学方案中,第一种方案是老师在课前要进行实验操作录像并作配音讲解;第二种方案是老师只要从网上下载课件并稍作修改即可;第三种方案是老师在课前要准备演示及分组实验器材.第一种和第二种教学方案中,学生在课堂上主要是在老师放录像和课件时认真地听讲、观察、思考和记忆,这是一种接受式学习方式.而第三种教学方案中,学生在老师的引导下自主发现并提出问题、进行猜想与假设,自行制订实验规划、设计实验电路图,小组合作实验探究,师生共同讨论、归纳建构物理知识,这是一种以生为本的体验式的学习方式.前两种与后一种在落实课程目标和促进学生发展等方面有着明显的差别.我们可以从《欧姆定律》这节课的教学目标进行分析:
教育部2011年新版义务教育物理课程标准将欧姆定律的实验探究由原来的教师演示实验改成了学生必做的实验.根据新课标,《欧姆定律》一课的教学目标大致有以下几个方面:
1.知识与技能目标:
(1)理解欧姆定律及其变换公式的物理意义,能初步运用欧姆定律计算有关问题.
(2)学会同时使用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和其中的电流.
(3) 进一步体会用图像法研究物理问题的优越性.
2.过程与方法目标
(1)通过实验探究电流、电压、电阻的关系,会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压.
(2) 提高学生依据实验事实,分析、探索、归纳问题的能力,知道通过实验总结物理规律的研究方法.
3. 情感态度与价值观目标
介绍欧姆的故事,增进学生热爱科学、追求科学、献身科学的学习热情.重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识,注意学生科学世界观的形成.
教师如果采用前两种多媒体教学方案替代第三种学生实验探究教学方案,就会改变多媒体教学辅地位,违背教学规律,弱化教学效果.
首先,不恰当地使用多媒体教学手段,会抑制学生的学习兴趣,难以调动学生主体的积极性,从而影响教学效果.
夸美纽斯说过:“兴趣是创造一个乐观与光明的教学环境的主要途径之一.”兴趣作为诱发学生学习动机的重要因素,在物理教学中主要是靠教师引导学生观察物理现象、动手做各种实验来激发学生学习兴趣的.虽然第一、第二种教学方案中的光、声、像等信息作用于学生感官,以直觉形象也能激发学生浓厚的学习兴趣,但由于是人为的录制、合成的,学生没有身临其境、亲自动手,就很难体会到电压、电阻对电流的影响.即使通过多媒体教学展示了实验过程,一部分学生会认为这是由老师设计制作好的,缺乏可信性.因此,当老师向学生介绍欧姆的故事时,学生就难以体会到科学家探索知识的艰苦与辛劳、成功与快乐,学生的科学世界观就难以形成.
我们都有这样的体会:电脑电视上歌舞银屏再精彩,也还抵不住到剧院看现场演出,哪怕是一般的演出也会让人感到很兴奋.这是什么原因?这就是人们普遍具有的一种强烈的“参与”意识.卡拉OK的流行不就是人们这种参与意识的外在体现吗?因此用录像投影来代替做实验,往往会抑制学生具有的人类天性――“参与”意识,甚至会让学生对科学知识的形成产生怀疑,学习兴趣就此会大打折扣,主体的积极性很难被调动起来,从而影响教学效果.
其次,不恰当地运用多媒体教学手段取代相关的实验,会违背学生的认知规律.
物理学家牛顿认为:“科学研究离不开实验,应在实验的基础上,运用归纳的方法总结规律,进而建立起理论.”这也是哲学中由实践到理论、由感性认识到理性认识过渡的普遍规律.现行中学物理教材也正是遵循这一规律而编写的.然而在教学中,如果违背学生的认知规律,不恰当地用多媒体教学手段去取代实验,必然会导致事与愿违的结果.实践证明:实验是学生认识过程的起点,通过实验有助于学生将感性认识上升到理性认识的高度,同时还可以使学生在反复的实践中加深对所学知识的理解.第一、第二种教学方案虽然通过多媒体教学方式也能反映实验过程,但这个过程不是学生自己动手做的,缺乏实践体验,因此就没有感性认识,电流与电压、电阻之间关系的结论就不能由学生自主建构.
再次,以多媒体教学手段取代物理实验,会影响学生实验技能和各种能力的发展,不利于学生学习情感、态度、价值观的培养.
一、教材分析
《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。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。
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.可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出,而欧姆定律在归纳完实验结论后总结.这样学生就不易将二者混淆。
关键词:《闭合电路欧姆定律》;教学设计;高中物理
一、教学设计
1.课题
闭合电路的欧姆定律(人教版普通高中课程标准实验教科书选修3-1)
2.教材分析
本节内容是全章的重点,是欧姆定律的延伸,教材从能量入手,循序渐进地引导学生推出闭合电路的欧姆定律,教学过程简单、学生易于接受。之后应用定律解决物理规律问题,使学生明白物理规律可以用已知定律从理论上导出,将理论应用于实际。
3.教学目标
知识与技能:①理解内、外电路及电源的内阻。②知道电源电动势等于没接入电路时两极板间的电压。③理解闭合电路的欧姆定律及其公式并能熟练地解决电路问题。过程与方法:①培养自主学习能力。②培养独立思考、自主探究物理问题的能力。情感态度与价值观:①激发学习兴趣和求知欲。②培养严谨的科学态度和合作学习精神。
4.教学重、难点
教学重点:①闭合电路欧姆定律的内容。②路端电压与电流的关系公式及图像表示。教学难点:①闭合电路欧姆定律的应用。②路端电压与负载的关系。
二、教学过程
1.自主学习
课前教师下发学案,学生根据学案进行预习,重点思考并回答以下问题:
(1)什么是电源?
(2)电源电动势的概念和物理意义是什么?
(3)什么是内电路?什么是外电路?在回路中的电流方向如何?
(4)在内、外电路中电势是如何变化的?
(5)怎样计算内电路以及外电路中消耗的电能?
(6)如何计算电池内部非静电力所做的功?
(7)内电路和外电路上消耗的电能与电源内部非静电力做的功有什么关系?
(8)路端电压与负载的关系是怎样的?
【设计意图】课前预习使学生将学习活动延伸到了课外,保证了学生思考的空间,增加了有效学习的时间。只有学生本人了解自己已经掌握了哪些知识,需要学习哪些知识,才能有针对性地进行相关复习、查阅资料,避免传统课堂“一刀切”的现象,学生带着问题积极主动地学习新知识,满足了高中生思维发展和自我意识发展的需要,有利于开发学生学习物理的潜能。
2.交流探究
师友之间根据预习情况交流学习。由徒弟向师傅讲解本节课的相关内容,师傅补充完善不足之处,在合作中解决疑难问题,突破重难点。教师巡视了解每对师徒的学习情况,对学习过程中存在疑问的师徒进行适当的指导,对学习深度不够的师徒进行诱导点拨。如,有些师友根据理论知识推导出闭合电路的欧姆定律之后便欣然接受,此时教师应该提醒学生设计实验对其进行验证;在师友探讨路端电压与负载的关系之前,教师应提出问题:能否用实验探究路端电压与负载的关系,并引导师友合作设计实验方案,完成实验步骤,分析实验数据完成U-I图像,进而依据图像解释U、I的关系以及在短路、断路中的特殊现象。
【设计意图】该环节采用学生之间交流合作学习的方式完成本节课的教学内容,并在教师的点拨下激发了学生动手设计实验验证物理定律和探究物理规律的积极性,从而通过学生的亲身经历完成了教学重难点内容的学习。这一做法颠覆了传统教学中教师“高高在上”的地位,而是十分“亲民”走到学生之中参与、启发、引导学生学习,消除了教师与学生之间的距离感。同时,学生之间通过交流不仅可以在学习上取长补短、互利共赢,更可以在性格上相互影响、共同发展,这样不但能锻炼学生与人交流合作的能力,又有利于开拓思路、培养他们的探索精神和创新能力。
3.互助提高
鼓励学生积极上台讲解本节课自己学到的知识,板演相关例题,其他学生认真听讲并进行补充,也可以提出自己的质疑并阐述观点进行全班讨论。教师注意指导学生使用物理术语,规范学生的解题步骤,引导学生归纳需要注意的问题以及总结相关规律。
【设计意图】全国教育心理学研究发现,大多数教师所青睐的讲授式教学方式学生对知识的记住率只有5%,而极少数教师鼓励的学生教别人的方法,使学生本人对知识的记住率高达95%。本环节中,教师把课堂真正让位给学生,让学生做主讲,不但锻炼了学生的表达能力,同时在学生教会其他同学时自己也会收获新的体会,而全班同学的参与交流又可以各抒己见、集思广益、通力合作,真正实现人人参与、人人发展、人人进步的高效课堂的发展趋势。
4.总结归纳
教师组织学生一起梳理本节课的知识点,针对学生仍然不理解以及容易产生错误的知识点予以讲解;明确学生易混、易错、易漏的问题,对解题规律、注意事项、解题方法和技巧等进行全面的总结,归纳出知识体系,以便学生能够得心应手的运用。例如,教师应强调闭合电路欧姆定律反映的只是电动势与路端电压的数量上的关系,他们的本质是不同的,电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小,而路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式能的本领的大小,因而用电压表直接接在电源两级上,其示数不等于电源电动势,但很接近电源电动势:U=IRV=・RV=,当RV>r时,U≈E。
【设计意图】本节课的问题是由学生自己发现解决的,规律也是由学生自己探究验证出来的,甚至例题都是学生自己解读体悟的,可以说全程都是由学生自己完成的,因而在本环节中学生可以很容易地总结归纳出本节课的知识体系,真正做到将学来的知识变为自己所拥有的知识,实现学习效率的最大化。
5.当堂巩固
教师根据学生对本节课内容的掌握情况出示有代表性的一或两道典型题,学生在规定时间完成后师友当堂交换批改,之后交流做题心得与体会。教师检查学生的掌握情况,布置课后作业。
【设计意图】本环节的设计意在帮助学生检验学习成果,深化学生对各个知识点的认知,培养他们自行解决物理问题的信心和决心,端正学生的学习态度。同时,教师可以根据学生的掌握情况,及时反馈、适时调整并通过课后作业将学生的学习活动延伸到课下,为下节课埋下伏笔,使整堂课留有余味。
三、课堂教学设计建议
在设计学案时应当充分分析教材以及学生,做到环环相扣,循序渐进地引导学生完成自学;在学生进行交流探究时,教师应该注意学生探究的内容要与本节课的教学内容相关,探究要有深度不能屈于表面;在互助提高阶段,教师应该积极鼓励内向的学生大胆发言,提高其与同学沟通以及表达能力。本文中《闭合电路欧姆定律》的教学设计依据高中学生个性心理发展特点,通过课前预习以及课上互助式学习充分地调动学生的主观能动性,有利于改变传统教学方式在高中物理教学中出现的弊端,以便于为物理教师的有效教学提供参考。
参考文献:
[l]李志刚.“和谐互助”式教学策略研究概述[J].中国教育学刊,2010,31(12).
[2]李志刚,吴越.活力课堂[M].上海:上海教育出版社,2009.
【关键词】教材分析;科学探究;适当类比;体会与反思
教材分析及课堂教学设计思想
欧姆定律一课时初中物理电学部分的核心知识,是进一步学习电学知识和分析电路的基础,为了使学生能更好地学习本节内容,我在课堂教学过程中作了如下设计:先从生活实际引出课堂探究课题,然后与学生一起设计实验一一探究电流与电压和电阻的关系,在得出数据的基础上在进一步体会用图像法研究物理问题的优越性,在实验的基础上提高学生依据实验事实,分析、探索、归纳问题的能力,分组体验通过实验总结物理规律的过程与方法,同时通过介绍欧姆的故事,增进学生热爱科学、追求科学、献身科学的学习热情,最后自然而然得出欧姆定律的结论与公式。下面笔者就详细谈谈欧姆定律一课的课堂教学设计。
一、从生活实例中引出科学探究问题
将电源开关灯泡组成一个简单电路,灯泡发光,让学生自己动手设法改变灯的亮度,要想改变灯泡的亮度就是要改变通过灯泡中的电流,而改变灯泡中电流的方法归纳起来就两种改变电路两端电压或改变接入电路中电阻,从而引出课堂探究的问题,通过导体的电流与电压、电阻有何关系。
二、设计分组实验,用控制变量法分别探究电流与电压、电阻的关系
探究一:电阻R不变时,研究通过它的电流与其两端电压的关系
按图示电路他接好电路引导学生采用控制变量法进行分组实验
便把测量的数据填入下表
R=____Ω
然后引导学生分析数据,归纳得出结论:电阻一定时,电流与电压成正比。
探究二:保持电阻R两端电压不变时,研究通过它的电流与其电阻大小的关系
按图示电路他接好电路引导学生采用控制变量法进行分组实验
便把测量的数据填入下表
U=____V
然后引导学生分析数据,归纳得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比。
三、适当类比,提升学生理解定律和运用公式能力
在学生分组实验探究的基础上得到欧姆定律,导体中电流与导体两端电压成正比,与导体的电阻成反比,用公式表示为I=U/R,推导出欧姆定律的变形公式U=IR和R=U/I,对于变形公式R=U/I一定要理解其物理意义,因为电阻是导体本身的一种性质,所以不能说电阻与电压成正比,不能说电阻与电流成反比,也不能说电阻与电压和电流有关,要理解电阻的大小决定于本身的材料、横截面积和长度,与加在它两端电压大小和通过它的电流大小无关,即使电阻两端不加电压,它的阻值还是本身那么大,但在不知道电阻值大小的情况下利用公式R=U/I可以算出电阻值的大小,电阻值一旦算出后,如果不考虑温度影响,电阻值就不会再发生变化。为了更好地理解公式R=U/I的物理意义,可以将电阻与密度、比热容、热值等相似的物理量进行类比。
四、课堂教学中体会与反思
通过本堂课教学实践,笔者体会到以下几点务必在教学环节中得到体现与完成:1.在探究电流与电压关系和探究电流与电阻关系时务必弄清滑动变阻器在两次实验中的作用是不同的,前者是为了改变定值电阻两端的电压,后者是换了不同阻值的电阻后每次都要重新调节滑动变阻器使电阻两端的电压保持不变。2.在探究电流与电压关系时,在学生得到实验数据后由于测量数据肯定存在误差,可引导学生以电流I为纵坐标,以电压U为横坐标,建立平面直角坐标系,根据表中数据,在坐标系中描点,画出I-U的图像,可以帮助学生较为直观地得到电阻一定时电流与电压成正比的结论。同样在探究电流与电阻的关系时也可采用图像法,这样做的好处,一是比较直观,二是可以修复实验数据测量时的误差,使学生更易得到实验结论。3.在探究电流与电阻关系时要控制电压相同,在这部分实验中,要让学生明确两个问题,一是控制的电压大小要合适,尤其是相对于电源电压而言不能太小,二是要知道选最大值多大的变阻器较为合适,当定值电阻由小换成大的或由大换成小的时滑动变阻器接入电路中的电阻应如何调节,这里的能力培养相当重要,学生一旦理解了,那么在以后考试中遇到相关的实验题做起来就会很得心应手,反之这里的实验考题将一直成为学生的考试难题。4.得到欧姆定律公式后,务必让学生理解在运用公式I=U/R时,三个量必须是同一电路上的电流、电压、电阻,即必须满足同一性和同时性,在训练学生欧姆定律公式及变形公式运用时一定要结合串联和并联电路的特点展开训练,一方面要注重训练学生看懂电路图的能力,另一方面要培养学生一题多解的能力。
1“反电动势”概念的导入
师:在直流电路中我们知道,欧姆定律只适用于纯电阻电路,对于还有电动机的非纯电阻电路并不适用,这是为什么呢?
生:对纯电阻电路来讲电功等于电热,而非纯电阻电路电功并没有全部转化成电热还有一部分转为为机械能.
师:很好,以前我们从能量转化的角度分析了其中的原因,今天换一个角度,能不能从电压的角度直接来分析欧姆定律为什么对非纯电阻不成立呢?
设计意图加入设问学生会积极听课,激发了学生的学习兴趣.
2“反电动势”概念的生成
分析直流电动机的工作过程,直流电动机通电后线圈在磁场中因受安培力产生动力矩而转动,线圈在磁场中转动切割磁感线产生感应电动势,从而产生感应电流,由右手定则判断发现感应电流的方向与原电流方向相反,所以线圈转动产生的感应电动势具有削弱原电源电动势的作用,我们把这个电动势称为“反电动势”.
3“反电动势”概念的升华
最后利用所学习的新概念“反电动势”来分析课前提出的问题.
若直流电动机线圈电阻设为R,电动机两端所加电压为U(图1),电动机工作时产生反电动势为E反抵消一部分电源电动势,剩余的电压才降在线圈的内阻上.设闭合回路中流过电动机的电流为I,则
I=U-E反R(1)
或者U=IR+E反(2)
所以电路中的由欧姆定律计算的电流I=UR不再成立.
这样学生不仅深刻理解反“电动势”的作用,而且对非纯电阻电路有了新的认识和领悟,实现了知识的迁移和升华.
设计意图课堂首尾呼应来解决上课时概念提出时的问题.
另外若(2)式两边都乘以电流I就得到:IU=I2R+E反I,式中UI为提供给电动机的功率,叫做电动机的输入功率,I2R是电动机线圈发热消耗掉的热功率,E反I是转变为机械能的功率,即电动机的输出功率.这恰好与我们前面所学习的内容相对应,学生由此会对非纯电阻的本质理解印象深刻.
4归纳总结
①电动机只有在转动时才会出现反电动势(线圈转动切割磁感线产生感应电动势);
②线圈转动切割磁感线产生的感应电动势方向与电动机的电源电动势方向一定相反,所以称为反电动势;
③有了反电动势电动机才可能把电能转化为机械能,它输出的机械能功率P=E反I;
④电动机工作时两端电压为U=E反+Ir(r是电动机线圈的电阻),电动机的总功率为P=UI,发热功率为P热=I2r,正常情况下E反Ir,电动机启动时或者因负荷过大停止转动,则I=U/r,线圈中电流就会很大,可能烧毁电动机线圈.
应用迁移如图2所示,有一个提升重物用的直流电动机,电阻为r=0.6 Ω,电路中的固定电阻R=10 Ω,电路两端的电压U=160 V,理想电压表的示数U′=110 V,则通过电动机的电流是多少,电动机产生的反电动势多大?电动机的机械功率是多少?
分析求电动机流过的电流不能直接应用欧姆定律,对电动机U′=E反+Ir,由于反电动势未知,所以间接求解,由于电动机和电阻串联则电流相等(条件理想电压表)
解I=U-U′R=160-11010 A=5 A,
由U′=E反+Ir,
E反=U′-Ir=(110-5×0.6) V=107 V,
机械能功率P机械=E反I=107 V×5 A=535 W.
拓宽视野反电动势一般出现在电磁线圈中,如继电器线圈、电磁阀、接触器线圈、电动机、电感等.通常情况下,只要存在电能与磁能转化的电气设备中,在断电的瞬间,均会有反电动势,反电动势有许多危害,控制不好,会损坏电气元件.克服反电动势最简单有效的方法,是在线圈两端反向并联一支二极管,当产生反电动势时,电流通过二极管释放,从而保护控制元件.这是从大禹治水的方法中学到的,对于洪水,要疏导,让它流入大海,而不是堵,堵是堵不住的.