关键词:理解;欧姆定律;电流;电压;电阻
欧姆定律是初中物理电学部分的核心内容,也是中考中考点的重点内容、难点内容。欧姆定律掌握的好坏直接影响学生的考试成绩,要多用时间将这块知识夯实,才能取得高考的胜利。
一、明确欧姆定律的内容
1、实验思想和方法
欧姆定律在教材上是通过在“控制变量法”的实验思想基础上归纳总结出来的:即在控制电阻不变,得到通过导体的电流跟导体两端的电压成正比;控制导体两端的电压不变,得到通过导体的电流跟导体的电阻成反比。由此得到了电路中电流与电压、电阻之间的关系。
2、欧姆定律的表达式
由实验总结和归纳出欧姆定律:通过导体的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
表达式为:I=U/R;I的单位是安(A),U的单位是伏(V),R的单位是欧(Ω);导出式:U=IRR=U/I
注意表达式中的三个物理量之间的关系式是一一对应的关系,即具有同一时间,同一段导体的关系。
3、欧姆定律的应用条件
(1).欧姆定律只适用于纯电阻电路;
(2).欧姆定律只适用于金属导电和液体导电,而对于气体、半导体导电一般不适用;
(3).欧姆定律表达式I=U/R表示的是研究不包含电源在内的“部分电路”;
(4).欧姆电律中“通过”的电流I、“两端”的电压U及“导体”的电阻R都是同一个导体或同一段电路上对应的物理量,不同导体之间的电流、电压和电阻间不存在上述关系。
4.区别I=U/R和R=U/I的意义
欧姆定律中I=U/R表示导体中的电流的大小取决于这段导体两端的电压和这段导体的电阻。当导体中的U或R变化时,导体中的I将发生相应的变化。可见,I、U、R都是变量。另外,I=U/R还反映了导体两端保持一定的电压,是导体形成持续电流的条件。若R不为零,U为零,则I也为零;若导体是绝缘体R可为无穷大,即使它的两端有电压,I也为零。因此,在欧姆定律I=U/R中,当R一定时I与U成正比;当U一定时I与R成反比。
R=U/I是欧姆定律推导得出的,表示一段导体两端的电压跟这段导体中的电流之比等于这个导体的电阻。它是电阻的计算式,而不是它的决定式。导体的电阻反映了导体本身的一种性质,因此,在导出式R=U/I中R与I、U不成比例。
对于给定的一个导体,比值U/I是个定值;而对于不同的导体,这个比值是不同的。不能认为导体的电阻跟电压和电流有关。
二、欧姆定律的应用
在运用欧姆定律,分析、解决实际问题,进行有关计算时应注意以下几方面的问题:
1.要分析清楚电路图,搞清楚要研究的是哪一部分电路。这部分电路的连接方式是串联,还是并联,这是解题的关键。
2.利用欧姆定律解题时,不能把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,也不能把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算。为了避免混淆,便于分析问题,最好在解题前先根据题意画出电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。同时要给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标;不能乱套公式,并注意单位的统一。
3.要搞清楚改变和控制电路结构的两个基本因素:一是开关的通、断情况;二是滑动变阻器连入电路中的阻值发生变化时对电路的影响情况。因此,电路变化问题主要有两种类型:一类是由于变阻器滑片的移动,引起电路中各个物理量的变化;另一类是由于开关的断开或闭合,引起电路中各个物理量的变化。解答电路变化问题的思路为:先看电阻变化,再根据欧姆定律和串、并联电路的特点来分析电压和电流的变化。这是电路分析的基础。
三、典型例题剖析
例1 在如图所示的电路中,R=12Ω,Rt的最大阻值为18Ω,当开关闭合时,滑片P位于最左端时电压表的示数为16V,那么当滑片P位于最右端时电压表的示数是多少?
解析:分析本题的电路得知是定值电阻R和滑动变阻器Rt 串联的电路,电压表是测R两端电压的。当滑动变阻器的滑片P位于最左端时电压表的示数为6V,说明电路中的总电压(电源的电压)是6V,而当滑动变阻器的滑片P位于最右端时,电压表仅测R两端的电压,而此时电压表的示数小于6V。
滑片P位于变阻器的最右端时的电流为I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此时电压表的示数为U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如图所示,滑动变阻器的滑片P向B滑动时,电流表的示数将;电压表的示数将。(填“变大”、“变小”或“不变”)如此时电压表的示数为2.5V,要使电压表的示数变为3V,滑片P应向端滑动。
图1
分析:根据欧姆定律I=UR,电源电压不变时,电路中的电流跟电阻成反比。此电路中滑动变阻器接入电路的电阻是AP段,动滑片P向B滑动时,AP段变长,电阻变大,所以电流变小。电压表是测Rx两端的电压,根据Ux=IRx可知,Rx不变,I变小,电压表示数变小。反之,要使电压表示数变大,滑片P应向A端滑动。
答案:变小;变小;A。
参考文献:
知识目标
1.理解欧姆定律及其表达式.
2.能初步运用欧姆定律计算有关问题.
能力目标
培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
情感目标
介绍欧姆的故事,对学生进行热爱科学、献身科学的品格教育.
教学建议
教材分析
本节教学的课型属于习题课,以计算为主.习题训练是欧姆定律的延续和具体化.它有助于学生进一步理解欧姆定律的物理意义,并使学生初步明确理论和实际相结合的重要性.
教法建议
教学过程中要引导学生明确题设条件,正确地选择物理公式,按照要求规范地解题,注意突破从算术法向公式法的过渡这个教学中的难点.特别需强调欧姆定律公式中各物理量的同一性,即同一导体,同一时刻的I、U、R之间的数量关系.得出欧姆定律的公式后,要变形出另外两个变换式,学生应该是运用自如的,需要注意的是,对另外两个公式的物理含义要特别注意向学生解释清楚,尤其是欧姆定律公式.
教学设计方案
引入新课
1.找学生回答第一节实验得到的两个结论.在导体电阻一定的情况下,导体中的电流
跟加在这段导体两端的电压成正比;在加在导体两端电压保持不变的情况下,导体中的电
流跟导体的电阻成反比.
2.有一个电阻,在它两端加上4V电压时,通过电阻的电流为2A,如果将电压变为10V,通过电阻的电流变为多少?为什么?
要求学生答出,通过电阻的电流为5A,因为电阻一定时通过电阻的电流与加在电阻两
端的电压成正比.
3.在一个10的电阻两端加上某一电压U时,通过它的电流为2A,如果把这个电压加在20的电阻两端,电流应为多大?为什么?
要求学生答出,通过20电阻的电流为1A,因为在电压一定时,通过电阻的电流与
电阻大小成反比,我们已经知道了导体中电流跟这段导体两端的电压关系,导体中电流跟这段导体电阻的关系,这两个关系能否用一句话来概括呢?
启发学生讨论回答,教师复述,指出这个结论就叫欧姆定律.
(-)欧姆定律导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
1.此定律正是第一节两个实验结果的综合,电流、电压、电阻的这种关系首先由德国
物理学家欧姆得出,所以叫做欧姆定,全国公务员共同天地律,它是电学中的一个基本定律.
2.介绍《欧姆坚持不懈的精神》一文.
3.欧姆定律中的电流是通过导体的电流,电压是指加在这段导体两端的电压,电
阻是指这段导体所具有的电阻值.
如果用字母U表示导体两端的电压,用字母R表示导体的电阻,字母I表示导体中的电流,那么欧姆定律能否用一个式子表示呢?
(二)欧姆定律公式
教师强调
(l)公式中的I、U、R必须针对同一段电路.
(2)单位要统一I的单位是安(A)U的单位是伏(V)R的单位是欧()
教师明确本节教学目标
1.理解欧姆定律内容及其表达式
2.能初步运用欧姆定律计算有关电学问题.
3.培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
4.学习欧姆为科学献身的精神
(三)运用欧姆定律计算有关问题
【例1】一盏白炽电灯,其电阻为807,接在220V的电源上,求通过这盏电灯的电流.
教师启发指导
(1)要求学生读题.
(2)让学生根据题意画出简明电路图,并在图上标明已知量的符号及数值和未知量的
符号.
(3)找学生在黑板上板书电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下图
(5)找学生回答根据的公式.
已知V,求I
解根据得
(板书)
巩固练习
练习1有一种指示灯,其电阻为6.3,通过的电流为0.45A时才能正常发光,要使这种指示灯正常发光,应加多大的电压?
练习2用电压表测导体两端的电压是7.2V,用电流表测通过导体的电流为0.4A,求这段导体的电阻,
通过练习2引导学生总结出测电阻的方法.由于用电流表测电流,用电压表测电压,
利用欧姆定律就可以求出电阻大小.所以欧姆定律为我们提供了一种则定电阻的方法这种
方法,叫伏安法.
【例2】并联在电源上的红、绿两盏电灯,它们两端的电压都是220V,电阻分别为
1210、484.
求通过各灯的电流.
教师启发引导
(1)学生读题后根据题意画出电路图.
(2)I、U、R必须对应同一段电路,电路中有两个电阻时,要给“同一段电路”的I、U、R加上“同一脚标”,如本题中的红灯用来表示,绿灯用来表示.
(3)找一位学生在黑板上画出简明电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下
学生答出根据的公式引导学生答出
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
解题步骤
已知求.
解根据得
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
答通过红灯和绿灯的电流分别为0.18A和0.45A.
板书设计
2.欧姆定律
一、欧姆定律
导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
二、欧姆定律表达式
三、欧姆定律计算
1.已知V,求I
解根据得
答通过这盏电灯的电流是0.27A
2.已知求.
解根据得
通过的电流为
通过的电流为
答通过红灯的电流是0.18A,通过绿灯的电流是0.45A
探究活动
【课题】欧姆定律的发现过程
【组织形式】个人和学习小组
【活动方式】
1.制定子课题.
制作:欧姆表的电路连接
自制的多量程欧姆表是根据串联电路的欧姆定律制成。Arduino将电路中电压分配规律,转化为数字信号。通过数字的变化,反推出未知电阻的阻值。我们参照自制多量程欧姆表的电路图(如图1),来解析自制多量程欧姆表的原理。
5V为待测电阻Rx和已知电阻R1之间的总电压,V为电压表测得的阻值。因为串联电路的电流不变,所以根据公式可求得待测电阻的阻值为: 。
可见,要求得待测电阻的阻值,我们需要已知两个变量。一个是定值电阻,一个是A0端口电压。理论测量范围为0到无穷大。已知Arduino UNO可提供5V的电压,选择1KΩ定值电阻作为电路的已知电阻。Arduino UNO可以将电路中的0~5V电压转换成数字信号0~1023,且两者呈线性关系。例如,输入模拟信号管脚的电压为0V,转换之后的数字为0;模拟信号管脚电压为5V,转换之后的电压为1023。利用Mixly图形化编程软件,可以实现两者转换以及结果显示。图2为实际电路示意图。红色导线一端接入Arduino UNO板5V管脚,另一端作为测量电阻的引脚;1KΩ电阻一端接地,另外一端连接黑色导线作为测量电阻的引脚,同时连接蓝色导线接入A0管脚。
之前我们已经了解到A0端口的测量值和A0和GND之间电压V之间的换算关系为 ,将其代入到计算公式当中,可得A0数值和Rx的计算关系为: 。
改装:绘制欧姆表的表盘
上述的欧姆表只是一个最初的模型,测量的电阻值只能在电脑上显示。这样的欧姆表只是对其原理的一个展现,还不能成为一个独立的作品。为了使自制的欧姆表更贴近真实的欧姆表,我们可以对其做进一步改进,在图2连线的基础上,加入舵机。利用舵机角度的变化表示阻值的大小,制成指针式欧姆表。要解决的首要问题是,将测量到的电阻值转换成为舵机的角度。选择欧姆表的量程为0~10KΩ。已有舵机的旋转范围是0~180度,为了简化计算过程,我们设置舵机转动10度代表1KΩ,转动5度代表最小刻度0.5KΩ。现设置欧姆表量程为0~10KΩ,因此舵机转动的最大角度为100度。
使用直尺、半圆与圆规,在纸盒的表面画出欧姆表的刻度盘,用舵机在刻度盘上比对位置,使得舵机的转动轴和刻度盘的中心重合,以此来确定舵机的安装位置,并用笔标记。再按照舵机的尺寸,挖空纸盒表面,将舵机安装上去。舵机的三根引脚分别接Arduino UNO电源管脚、接地端与A1管脚。这样,一个独立欧姆表的连线和组装工作已经完成。图3为欧姆表刻度盘,图4为指针式欧姆表实际电路示意图。
玩转:学习小数变量的使用
程序的编写大致分为三个部分:第一个部分是对变量的定义,第二个部分是各个小程序的编写,第三个部分是用程序语句连接各个小程序,最终实现欧姆表的功能。
第一部分的程序是定义变量。变量分为整数、小数、布尔、字符和字符串。如果要给数字赋予一个变量,需要定义变量为整数变量或者小数变量。我们在这一制作过程中,需要进行比较精确的计算,计算的过程与结果必须以小数的形式呈现。因此,我们选择各个变量为小数变量。定义analog变量为小数变量,初始值为0。模拟端口A0的数值会赋予这个变量。同理,经过欧姆定律公式计算,得到的待测电阻数值用r来表示;r扩大10倍得到的数值赋予a,a与舵机旋转的角度有关系。图5为第一部分程序。
第二部分是各个小程序的编写。首先根据欧姆定律,编写待测电阻的计算程序。将模拟端口的A0数值赋予analog变量,再代入计算公式中。这里的计算公式与上述欧姆定律的计算公式一致。不同的是,总电压V原先是5V,现在是与5V对应的1023,而电压V1用变量analog表示。
名为“电阻”的程序被执行后,会得到待测电阻的精确数值。如果用舵机表示电阻值,电阻值的数值过小,需要进行放大。如待测电阻经过测量为5KΩ,如果舵机相应地转动5度,指针转动不明显。但将电阻值放大十倍为50,舵机转动50度,舵机转动明显,这样欧姆表的指示将更加精确。
所以,需要执行“舵机显示电阻”程序,程序内容为待测电阻数值扩大十倍。选择A1端口为舵机的信号输入端口,之后a与舵机转动的角度进行映射,建立对应关系。0~10KΩ放大十倍为0~100,放大的数值和舵机转动角度一一对应。图6为第二部分程序。
第三部分程序是要连接第二部分的程序(如图7)。
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《闭合电路欧姆定律》是高中物理电学部分中各种电路的基础内容,同时也是高中物理电路部分的重点内容,深刻理解并掌握本节内容对今后电路学习具有极大的帮助。在高中物理课堂教学活动开展中,为了有效提高《闭合电路欧姆定律》教学设计的有效性,下面本文首先简单分析了《闭合电路欧姆定律》教学目标,并在此基础上提出创设“问题情境”的教学设计为方法的课堂教学实践,以供参考。
高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的。教材在设计中意在从能量守恒的观点推导出闭合电路欧姆定律,从理论上推出路端电压随外电阻变化规律及断路短路现象,将实验放在学生思考与讨论之中。为了有效提高课堂教学质量和教学效果,我们特提出在《闭合电路欧姆定律》教学中创设“问题情境”的教学设计。
1.《闭合电路欧姆定律》教学目标分析
《闭合电路欧姆定律》教学目标主要有以下几个方面:一是,经进闭合电路欧姆定律的理论推导过程,体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,培养学生推理能力;二是,了解路端电压与电流的U-I图像,培养学生利用图像方法分析电学问题的能力;三是,通过路端电压与负载的关系实验,培养学生利用实验探究物理规律的科学思路和方法;四是,利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。高中物理《闭合电路欧姆定律》教学主要是围绕定律的推导和定律的应用这两个问题展开的,其中涉及到了“电动势和内阻”、“用电势推导电压关系”、“焦耳定律”以及“欧姆定律”等诸多内容,这些内容之间具有一定的联系, 只要能够为其构建一个完善的体系,将这些知识有机的结合起来,就能够得出闭合电路的欧姆定律。以建构主义教学思想为基础,采用创设“问题情境”的教学设计,对于提高课堂教学有效性具有积极意义。
2.创设“问题情境”的教学设计具体实践
首先,通过问题的提出激发学生的求知欲。例如:将一个小灯泡接在已充电的电容器两极,另一个小灯泡在干电池两端,会观察到什么现象?并展示生活中的一些电源,演示手摇发电机使小灯泡发光和利用纽扣电池发声的音乐卡片实验,使学生进行思考这些现象出现的原因。通过观察学生会发现手摇发电机是将机械能转化成电能的过程,停止摇动就没有电能,灯泡就不会亮,而干电池、蓄电池是将化学能转化成电能,其化学能能够为干电池提供持续供电的功能,因此小灯泡能够持续发光。然后教师再在这个基础上提出问题:什么是电源的电动势?之后指出电源电动势的概念,帮助学生认识电源的正负极,并画出等效的电路图,利用学生已知的知识,如电势相当于高度,电势差则相当于高度差,这样学生就能够很好的对电势差以及电源电动势的内电压和外电压等概念进行理解了。
其次,在教学中可采用类比、启发、多媒体等多种方法进行教学。教师在课堂教学汇总可借助于多媒体播放flash课件, 借助于升降机举起的高度差或者儿童滑梯两端的高度差,帮助学生更好的理解电源电动势。另外还可以从能量的角度引导学生对其进行理解,例如小花去买衣服,共有100元,其中10元用于打车,90元用于买衣服,在这里,100元就相当于电源的电动势,车费相当于内电压(必要的无用功),买衣服的费用就相当于外电压(有用功),从而使学生掌握内外电压的本质属性。
最后,要通过实验来引导学生进行探究。物理学是一门以实验为基础的科学,观察和实验是提出问题的基础,在实验教学中应鼓励学生观察要细致人微,要善于从实验中发现问题,直观、形象的实验现象能激发学生思考。可以让学生通过实验来探究路端电压与外电阻(电流)的关系,得出路端电压与外电阻(电流)的关系,再从理论上进行分析。然后演示电动势分别为3V和9V(旧)的电源向一个灯泡供电实验,引发学生学习的兴趣,让学习进行讨论,解释现象原因。通过这种方式能够让学生很容易就明白流过灯泡的实际电流不仅与电源的电动势有关,还与电路中的总电阻有关,从而顺理成章的得出闭合电路欧姆定律,完成课堂教学任务。
3.总结语
例题如图1所示,用粗细相同导线绕制的边长为L闭合导体线框,以v匀速进入右侧磁感应强度为B的匀强磁场,如图所示.在线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电势差大小为U,下列判断中正确的是( ).
A.U=14BLv
B. U=34BLv
C. U=BLv
D. U=12BLv
易错解法
同学在刚开始学习时,经常这样解题:
解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势
E=BLv①
设每边的电阻为R,根据闭合电路欧姆定律
I=E4R②
根据部分电路欧姆定律,MN边的电阻为R,
两端电压为U=IR③
由以上三式解得 U=14BLv
最后选A.
正确的解法:
解根据导体平动切割磁感线产生感应电动势
E=BLv①
设每边的电阻为R,根据闭合电路欧姆定律:
I=E4R ②
根据部分电路欧姆定律.MN两端电压为路端电压,U=3IR③
由以上三式解得: U=34BLv
最后选B
分析过程
第一、从两种解法对比分析,可以很明显地看出,同学对路端电压的理解不到位,路端电压应该是外电路的总电压,而不是内电阻的电压,在本题中,MN边切割磁感线产生感应电动势,则MN边就是电路中的电源,它本身的电阻就是内电阻,所以要想做对本题,需要理解好电路中电源和内阻由什么充当,内电压和外电压怎么求.这样才能做对.
第二、从含源电路欧姆定律角度进一步分析.从上边的分析来看,学生能够理解上边的基本概念和计算方法,但是学生还是不理解直接从MN求为什么不对,问题出在了哪里.
补充知识
一段含源电路欧姆定律:电路中任意两点间的电势差等于连接这两点的支路上各电路元件上电势降落的代数和,其中电势降落的正、负符号规定如下:
a.当从电路中的一点到另一点的走向确定后,如果支路上的电流流向和走向一致,该支路电阻元件上的电势降取正号,反之取负号.
b.支路上电源电动势的方向和走向一致时,电源的电势降为电源电动势的负值(电源内阻视为支路电阻).反之,取正值.
如图2所示,对某电路的一部分,由一段含源电路欧姆定律可求得
UA-UB=I1R1-ε1+I1r1+ε2-I2r2-I2R2-ε3-I2R3
根据以上知识能很好地解决同学的疑问,可以解释为什么直接计算MN边的电压U=IR不对.正确的计算,应该是一段含源的欧姆定律,MN本身就是一个电源,它两端的电压应该除了内阻电压降之外,还要加上产生的感应电动势,所以直接从MN边计算的方程应该是U=-IR+E,就可以得出正确答案.
巩固练习
例(选自2007年,山东理综卷)用相同导线绕制的边长为L或2L的四个闭合导体线框,以相同的速度匀速进入右侧匀强磁场,如图所示.在每个线框进入磁场的过程中,M、N两点间的电压分别为Ua、Ub、Uc和Ud.下列判断正确的是( ).
A. Ua
B.Ua
C.Ua=Ub
D.Ub
答案B
本文就一道路端电压问题,分析了学生易出现的错误,并从一段含源电路欧姆定律进一步分析了产生错误的原因.从正反两面的分析过程、补充知识点的讲解再加上巩固练习,因此夯实了学生的相关知识,分析与解决问题的能力都得到相应的提高.
如图1所示,取小车和砝码(包括砝码盘)组成的系统为研究对象,由牛顿第二定律得 a=mgM+m=mg1M+m=
F1M+m(前提条件:平衡了小车的摩擦力)
一、滑动变阻器滑片P的移动引起电路中电学三大物理量的变化类
例1:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,闭合开关,当滑动变阻器的滑片P向左滑动时,各电表的示数将如何变化:( )A.电流表A示数变大,电压表V示数变小;B.电流表A示数变大,电压表V示数变大;C.电流表A示数变小,电压表V示数变小;D.电流表A示数变小,电压表V示数变大。
分析:①首先判断出这两个电路的连接方式,电压表V测量哪个元件两端的电压,电流表A测量哪部分的电流;②其次判断出当滑动变阻器的滑片滑动时,电路中总电阻和总电流的变化情况;③最后结合欧姆定律和串、并联电路电流、电压的特点分析电流表和电压表示数的变化情况。
解答:①电阻R和变阻器R1组成串联电路,电压表V测量滑动变阻器R1两端的电压,电流表A测电路中的电流;②当滑动变阻器R1的滑片P向右滑动时,其接入电路阻值变小,电路中总电阻变小,根据欧姆定律得电路中电流变大,故电流表示数变大;③定值电阻R两端的电压为U=IR,I变大,R不变,因此U变大,故定值电阻R两端的电压U变大,电压表V1示数变大;因定值电阻R两端的电压U变大,电源两端电压保持恒定,根据串联电路电压的特点,滑动变阻器两端的电压U1会变小,故电压表V2的示数变小。故选B。
点评:本题考查了欧姆定律的应用以及滑动变阻器的使用,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用串联电路的特点和欧姆定律来判断电表示数的变化。
例2:电源电压保持不变,闭合开关,滑动变阻器滑片P从左向右移到中点的过程中,电流表A1、A2、电压表V的示数各如何变化?( ) A.电压表V和电流表A1、电流表A2的示数都变小;B.电流表A1的示数和电流表A2的示数保持不变;C.电流表A1示数变大,电流表A2和电压表V的示数不变;D.电流表A2示数变小,电流表A1和电压表V的示数不变。
分析:从图(图略)可知,R1和R2组成的是一个并联电路,电流表A1测量的是干路电路中的总电流,电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,首先分析电路中电阻的变化,再利用公式I=U/R来分析电流表示数的变化,电压表测量的是R2两端的电压,可利用并联电路的特点进行分析。
解答:因为R1和R2组成的是一个并联电路,电压表测量的是R2两端的电压,故U1=U2=U,而电源两端电压保持不变,所以电压表示数保持不变;电流表A2测量的是通过定值电阻R2的电流,U2不变,R2不变,由公式I=U/R可知,电流表A2的示数保持不变;电流表A1测量的是干路中的电流,滑动变阻器滑片P从左向右滑动时,其连入电路中的电阻变小,所以电路中的总电阻变小,而U不变,由公式I=U/R可知,电流表A1的示数变大,电流表A2的示数保持不变。故选 C。
点评:本题考查了滑动变阻器对电流表和电压表的影响,解决此类问题要判断滑动变阻器在电路中电阻的变化,再利用并联电路的特点和欧姆定律来判断电压和电流的变化。
二、开关的断开或闭合引起电路中电学物理量的变化类
例3:如图(图略)所示,电源电压不变,当开关S由断开到闭合时,电表示数的变化情况是:( ) A.电流表、电压表示数均变大;B.电流表、电压表示数均变小;C.电压表示数变大,电流表示数变小;D.电压表示数变小,电流表示数变大。
分析:先判断出开关闭合前后电路的连接方式,再判断电压表测哪个用电器两端的电压,最后根据欧姆定律解答。
解答:在开关闭合前,电阻R1和 R2组成串联电路。电压表V测量R2两端的电压,开关闭合后,电阻R1被局部短路,此时,电压表测量R2两端的电压,同时也测量电源两端的电压,因此电压表V的示数和原来相比将变大。
开关闭合前,电流表测量串联电路的电流;开关闭合后,由于电阻R1和电流表被局部短路,所以电流表的示数为零,和原来相比电流表的示数将变小。故选C。
点评:知道串联电路的特点,熟悉电压表的使用,会灵活应用欧姆定律。
例4:如图(图略)所示的电路,电源电压保持不变,当开关s闭合时,电表示数的变化情况是:( )A. A1示数不变,A2示数减小;B. A1示数不变,A2示数增大;C. A1、A2的示数均增大;D.A1示数减小,A2示数减小。
分析:先判断出电阻的连接方式和电流表是测量哪个电阻的电流后分析解答。
解答:两个电灯是并联的,电流表A1测支路中的电阻R1的电流,电流表A2测干路中的电流,当开关闭合后,电阻R1两端的电压还等于电源电压,故电流表A1的示数不变;而电路的总电阻变小,根据欧姆定律得,干路中的电流变大,故电流表A2的示数变大。故选B。
关键词:欧姆定律;探究案例;教学设计;解读反思
一、教育背景与设计理念
2011年教育部颁布了经修订的《义务教育物理课程标准》(以下简称“新课标”),这是我国义务教育新课程实验取得阶段性成果的标志,更是广大新课程实践者10年经验的总结,定稿后的新课标必将作为指导性文件引领新课改持久深入健康地发展。
为实践新课标所倡导的“提倡教学方式多样化,注重科学探究”的崭新教学理念,我们在总结反思“自主·探究·合作”课堂教学模式的基础上,更加突出“以人为本”的教学思想,以新编苏科版物理教科书为载体,进一步改进《欧姆定律》一节的探究案例设计。在教学设计和实施过程中力图体现以下理念:一是学生发展为本;二是比结论更重要的是过程;三是把思考还给学生。
二、内容分析与学情简析
《欧姆定律》一节编排在学生学习了电流、电压、电阻等概念,电压表、电流表、滑动变阻器使用方法之后,这既符合由易到难、由简到繁的认知规律,又保持了知识的结构性、系统性。欧姆定律作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻三者间的相互关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。欧姆定律是电学的教学重点,也是新课标规定的重点内容之一。
学生通过电阻和串、并联电路的学习已初步掌握了实验探究的基本程序:观察现象—提出问题—猜想假设—方案设计—实验探究—归纳总结—解释现象,初步具备了设计实验方案的能力、动手操作能力和思考与质疑、交流与讨论的学习习惯,对“自主·探究·合作”教学模式已初步适应并产生了兴趣。了解学生的学习现状和发展潜能,便于确定学生的“最近发展区”,从合适的教学起点出发,有针对性地进行教学。
三、探究案例与设计解读
(一)学习目标
1.知识与技能。①掌握欧姆定律及其表达式,并能进行简单的计算;②学习运用“控制变量法”研究问题,培养知识迁移的能力;③进一步学会使用电压表、电流表和滑动变阻器。
2.过程与方法。①进一步实践实验探究的一般程序和方法;②注重实验探究方案设计的思考与改善。
3.情感态度与价值观。①培养学生的科学态度和探索精神;②联系欧姆定律的发现史,渗透锲而不舍科学精神的教育;③体验分工合作、团结互助精神。
解读:依据新课标倡导的三维教学目标设计学习目标,把传统的“教学目标”改为“学习目标”更能突现学生的主体地位。这里的学习目标是指:“学生从学习的起点出发,在教师的引导、支持和促进下,通过自己积极、主动和创造性的学习能够达成和检测的目标。”学习目标的编写和描述要具有针对性和可操作性。
(二)重点与难点
1.教学重点。探究实验的操作,用数学方法正确得出实验结论;理解欧姆定律的内容及其表达式、变换式的意义。
2.学习难点。运用数学方法处理实验数据,建立和理解欧姆定律;运用欧姆定律解决简单的实际问题。
解读:以知识为本的传统教学观注重教师教的重点与难点,而以学生发展为本的新课标教学观,则注重学生学的重点和难点,注重探究电流和电压、电阻关系的过程和方法,体现了“比结论更重要的是过程”这一新课标理念。
(三)教学媒体
1.教师用具。投影设备、多媒体课件等。
2.学生用具。多媒体教学软件,干电池4节、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各1个,阻值不同的定值电阻3只、导线若干。
解读:投影设备主要用于展示各组设计的探究性实验方案和实验数据的处理,以利于小组间交流、沟通与提升。多媒体课件包括:演示实验电路图的动画幻灯片;数据处理的表格和图像;调光电灯工作原理。
(四)教学过程
1.复习设疑,激发探究欲望。(1)提出问题:①既然电压是形成电流的原因,那么导线中的电流与两端的电压有何关系呢?②既然电阻对电流起阻碍作用,那么导体中的电流与它本身的电阻有何关系呢?(学生举手或随机点名回答。)(2)猜想设疑:同学们对电流与电压、电阻的关系作了各种猜想,那么这三者究竟有怎样的数量关系呢?点出本课主题“欧姆定律”。
解读:①在学生猜想的过程中,教师耐心倾听而不要急着下结论,可让学生互评,以面向全体学生,体现多元评价,发挥评价的发展。②复习旧知是为了导入新知,引起认知冲突,激发探究欲望,为后续的科学探究活动提供“脚手架”,体现了“教师是学生学习的组织者”。
2.设计实验方案,进行实验探究。(1)知识准备:教师向学生介绍“控制变量法”,说明研究电流与电压、电阻间的关系时,必须保持其中一个变量(例如电阻)不变,再通过改变电压,观察电流是如何变化的。设问:在研究电流与电阻关系时,必须保持 不变,通过改变 ,来观察 的变化。(2)方案设计和交流:在学生了解科学实验的设计过程(明确研究目的,确定研究方法,设计合理的实验方案)后,通过同桌讨论,利用提供的仪器,设计一个实验方案。选派几组学生上台交流设计的实验方案,教师简单评析后,投影实验电路图,介绍有关仪器,特别强调滑动变阻器在实验中的作用。(3)实验探究:学生分组实验,实践和体验“控制变量法”,加深对欧姆定律的感性认识。(4)各组处理实验数据,进行分析、归纳得出初步结论。新教材增加了利用实验数据描绘函数图像的方法,理解成正比、成反比的意思,体会构建数学模型在物理研究中的运用,培养学生的科学思维能力。
解读:①把教材中的教师演示实验改为学生分组实验,一是因为学生已初步具备做此实验的基本技能,二是使全体学生都能动手操作,参与体验“控制变量法”,突出学生的主体地位。②本节探究课把重点放在利用“控制变量法”设计与完善实验方案上,以初步培养学生的实验设计能力和创新能力。③选派小组上台交流实验设计方案,旨在引导学生发散思维,相互取长补短,促进创新思维。④教师在这阶段应不断巡视、引导,倾听学生讨论,及时给予评价和指导,以体现“教师是学生学习的参与者”。
3.总结交流,合作共享。(1)各组汇报实验结果,归纳得到两个结论:在电阻不变的情况下,导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。在电压不变的情况下,导体中的电流跟这段导体的电阻成反比。(2)引导得到欧姆定律及其表达式。(3)强调:欧姆定律中两处用到“这段导体”,这是强调同一导体,即电流、电压、电阻对应同一导体,而且具有同时性。
解读:这一环节以师生互动、生生互动为主。通过总结交流使学生的认识从感性认识向理性认识飞跃,学生的情感在全班共享中得到升华。同时对教师的教和学生的学进行评价反馈。这一阶段将在教师的引导下完成,以体现“教师是学生学习的引导者”。
4.巩固反馈,知识迁移。“模拟调光台灯”的工作原理,作为实验探究的有效补充。学生通过模拟实验,学会选择仪器、设计简单电路、掌握工作原理,加深对常用仪器的认识。
解读:调光台灯的模拟实验,让学生明白物理知识就在身边,物理和生产生活有密切的联系。让学生参与学习的全过程,体现“一切为了学生发展”的理念。
四、感悟与反思
(一)课堂教学设计应是一个动态生成方案
传统的课堂教学设计是以教师的教和书本知识为本位,从教师的主观判断或经验出发,侧重于教学过程的程式化、细节化的准备,这种“静态教案”不能适应动态生成的实际教学过程,不利于促进学生的发展。新课标理念下的课堂教学设计以学生发展为本,从学生的“现有发展区”出发,通过对教材内容的“二次开发”,精心设计动态生成方案,促进学生过渡到“最近发展区”。
(二)探究性学习的真谛是做到“形散而神不散”
虽然全班分成很多小组分散进行探究实验,但各组都围绕“探究电流和电压、电阻的关系”有条不紊地进行,看似无序实是有序。在这中间,教师的组织、引导和参与十分关键。教师一定要遵循“组内异质,组间同质”的原则进行分组,并对组内成员的分工提出责任分工。教师一定要给小组内每位学生分配一个角色,诸如主持人、操作者、记录员、噪音控制者、汇报人等,使每个小组成员在各司其职中自主、合作、探究学习,使每位学生都能在原有基础上有所发展。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京:北京师范大
学出版社,2011.