时间:2023-10-17 16:12:14
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关键词:初中;物理;欧姆定律;教学问题
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:
班级:
姓名:
【学习目标】
1、掌握欧姆定律,能熟练地运用欧姆定律计算有关电压、电流和电阻的简单问题。
2、培养学生解答电学问题的良好习惯。
【学习重、难点】
欧姆定律的内容、数学表达式及其应用。
【自主预习】
1、欧姆定律的内容:
2、公式:
【课堂导学】
上一节课的实验得出的实验结论是什么?把上一节课的实验结果综合起来,即为欧姆定律:
1、欧姆定律的内容:
2、公式:
公式中符号的意义及单位:
U—
—
R—
—
I—
——
说明:
欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。
3、应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。
(1)、利用欧姆定律求电流:应用公式:
例1:一条电阻丝的电阻是97Ω,接在220V的电压上,通过它的电流是多少?
(2)、利用欧姆定律求电路的电压:由公式
变形得
例2、一个电熨斗的电阻是0.1KΩ,使用时流过的电流是2.1A,则加在电熨斗两端的电压是多少?
(3)、利用欧姆定律求导体的电阻:由公式
变形得
例3、在一个电阻的两端加的电压是20V,用电流表测得流过它的电流是1A,,则这个电阻的阻值是多少?
4、通过以上的简单电学题目的计算,提出以下要求:
(1)、要画好电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。
(2)、要有必要的文字说明,物理公式再数值计算,答题叙述要完整。
我的收获:
课后反思:
课堂练习
1、对欧姆定律公式I=U/R的理解,下面哪一句话是错误的:(
)
A.对某一段导体来说,导体中的电流跟它两端的电压成正比;
B.在相同电压的条件下,不同导体中的电流跟电阻成反比;
C.导体中的电流既与导体两端的电压有关也与导体电阻有关;
D.因为电阻是导体本身的属性,所以导体中的电流只与导体两端电压有关,与电阻无关。
2、如果某人的身体电阻约在3000Ω到4000Ω之间,为了安全,要求通过人体的电流不能大于
5mA,那么此人身体接触的电压不能大于:(
)
A.5V
B.15V
C.30V
D.36V
3、甲、乙两导体通过相同的电流,甲所需的电压比乙所需的电压大,则它们的阻值大小关系是:(
)
A.R甲>R乙;
B.R甲=R乙;
C.R甲
D.无法比较
4、有一电阻两端加上
6
V电压时,通过的电流为
0.5A,可知它的电阻为
Ω,若给它加上
18
V电压,导线中电流为
A,此时导线电阻为
Ω,若导线两端电压为零,导线中电流为
A,导线电阻为
Ω。
5、要想使1000Ω的定值电阻通过8mA的电流,那么应给它加________V的电压;如果该定值电阻所允许通过的最大电流是25
mA,那么它两端所能加的最大电压是_________V。
6、一个定值电阻接在某段电路中,当电压为1.5V时,通过的电流为0.15A,当电压增大为原来的2倍时,则下列说法正确的是(
)
A.电流为原来的2倍
B.电阻为原来的2倍
C.电流为原来的1/2
D.电阻为原来的1/2
7、将2Ω和4Ω的电阻串联后接人电路,已知2Ω电阻通过的电流是0.5A,则4Ω电阻上的电压和电流分别为:(
)
A.1
V、0.5
A;
B.2
V、0.5
A;
C.2
V、1
A;
D.0.5
V、1
A。
8.一个20Ω的电阻,接在由4节干电池串联的电源上,要测这个电阻中的电流和两端的电压,电流表,电压表选的量程应为
(
)
A.0~0.6A,0~3V
B.0~0.6A,0~15V
C.0~3A,0~3V
D.0~3A,0~15V
9.如图所示电路,当图中的开关S闭合时,电流表的示数为1.2A,电阻R的阻值
是2.6Ω,电压表有“+”、“3V”、“15V”三个接线柱,问电压表应使用的是哪两
个接线柱?
10、如图所示的电路中,A、B两端的电压是6V,灯L1的电阻是8Ω,通过
的电流是0.2
A,求:
(1)
通过灯L2的电流;
关键词:导学案;环节;教学
【课前预习】
此部分由两个环节组成。
第一个环节:预设让学生在课前完成,即学生在不需教师指导和同学互助的前提下借助课本独立完成,以达到大体了解本节知识的目的。所以,设置的问题必须全部来自课本,但不是照抄照搬,而是对课本重点知识进行提炼,空格不宜过长,一般以填入2~4个关键字为主。问题设置不宜有难度,只要学生认真读完课本就可以知道答案,换言之,学生可以在课本上按照上下文的意思找到答案。如:“欧姆定律”可设计:欧姆定律内容是导体中的电流跟导体两端的电压U成____,跟导体的电阻成____;公式I=________。
第二个环节:需设置1~2个涉及关键性知识的思考题(可适当穿插在基础知识之间),思考题要具有普遍的代表性和趣味性,最好是与生活或社会热点有关联的问题。如:在“欧姆定律”一节设计:公式R=U/I与I=U/R的物理意义相同吗?
【分组讨论】
此即课堂学习的第二阶段。在第一阶段的基础上设置基础问题,目的是使学生在解决问题的过程中增长知识和技能。本部分内容学生独立完成有一定的难度,最好通过小组讨论的方式解决,所设置的问题应该有一定的难度和深度。紧扣本节的重点和难点,针对学生学习过程中可能产生的问题并作为下一阶段的知识储备而设问。如:“欧姆定律”的问题设计:在探究导体中的电流与导体两端的电压的关系时,若将导体换成晶体二极管,此时导体中的电流还与导体两端的电压成正比吗?
【课堂导学】
此即课堂学习的第三阶段。学生在前两个阶段的基础上,已经基本了解了本节内容,但还需要进一步巩固和提升。本阶段主要以例题讲解为主,所选例题要求具有代表性,一般以2~4道为宜,这些例题基本覆盖本节重、难点内容。如:“在“电势差”教学中设计3道题:①电势差的说法正误判断;②点电荷在电场中移动问题;③电势的高低判断。
解析侧重基本方法,不要求新奇的解法,以巩固本节知识为主要目的。通过对例题的学习,明确告诉学生的是什么,解题最重要的方法一定要详细总结出来。
【课堂展示】
紧跟每道重点探究例题后,根据本节重难点设置习题,要求学生在学会例题解法的基础上就能完成。难度保持和例题相当,与课堂导学内容相近。这里就不再举例说明了。
【课后拓展】
针对本节内容,拓展一些常见的考查方式、预测可能会出现的考查方式。可以以高考题为例但内容不能超前,没有合适的高考题,可以原创或改编一些较新的题目,拒绝现成题和旧题。试题选择题型4道,填空或探究题型2道。如:“欧姆定律”设计为:①欧姆定律适用性;②图像中最大电阻的判断;③同一导体中的电流、电压比例关系;④不同导体中的电流、电压比例关系;⑤计算温度对用电器电压的影响;⑥计算金属导体的电流和电阻。
课题:闭合电路的欧姆定律(第一课时)
课型:复习课
【教学目标】
一、 知识目标
1. 理解闭合电路的欧姆定律,并用它进行有关电路问题的分析和计算.
2. 理解路端电压与负载的关系.
二、 能力目标
1. 通过对U-I图线的分析培养学生应用数学工具解决物理问题的能力.
2. 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.
三、 情感目标
通过本节课教学,加强对学生科学素质的培养,通过探究物理规律培养学生创新精神和实践能力.
【教学重难点】
1. 闭合电路的欧姆定律
2. 路端电压与电流(外电阻)关系的公式表示法及图线表示法.
【考点再现 设疑激思】
一、 电动势
1. 电源是通过非静电力做功把 的能转化成 的装置.
2. 电动势:非静电力搬运电荷所做的功跟搬运的电荷电量的比值,E= ,
单位:V .
3.电动势的物理含义:电动势表示电源 本领的大小,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压.
电动势与电压有什么区别?
(1、其它形式、电能 2、 Wq 3、将其它形式的转化为电能)
(电动势反映其它形式的能转化为电能的本领,电压形成电场,促使电流做功.)
二、闭合电路欧姆定律
1.定律内容:闭合电路的电流跟电源电动势成 , 跟内、外电路的电阻之和成 .
2.定律表达式为I=
3.适用条件
4.闭合电路欧姆定律的两种常用关系式:
(1)E=
(2)E=
你认为电源的内阻是恒定的还是不断变化?定律表达式怎样推导出来的?
电路中电流一定从高电势流向低电势,对吗?
(1、正比、反比;2、I=ER+r; 3.纯电阻电路;4.E=U内+U外、E=U外+Ir)
(电源内阻短时间可认为不变、定律从能量守恒推导、不对,内电路电流方向从低电势流向高电势)
三、路端电压U与外电阻R的关系
根据U= 知,当外电路电阻R增大时,电路的总电流I ,电源内电压U内 ,路端电压U外 .
(E-Ir 、减小、减小、增大)
四、U-I关系图
由U= 可知,路端电压随着电路中电流的增大而内电压 ;
1.当电路断路即I=0时,纵坐标的截距为 .
2.当外电路电压为U=0时,横坐标的截距为 .
3.图线的斜率的绝对值为电源的 .
注意点:纵轴起点是否为零.
电源的U-I关系图与电阻的U-I关系图有什么不同?
(E-Ir、减小 1.E 2.I短 3.r)
(电源的U-I关系图反映路端电压与电流关系、电阻的U-I关系图反映电阻两端电压与通过它的电流关系)
五、电源的功率
1.电源的总功率P总= .
2.电源的输出功率P出=.
(1.EI 2.UI)
考点说明: 闭合电路欧姆定律是二级要求,常在选择题中出现动态电路分析,实验中常考查U-I图线的有关知识点.
复习考点还须引导学生多阅读教材,多思考,多归纳总结,多联系实际.
【典型例题剖析 学会归纳总结】
题型1闭合电路欧姆定律的动态分析
例1 如图所示,电源电动势E=12 V,内阻r=1 Ω,R1=5 Ω,R2=12 Ω,R3的最大阻值为6 Ω.
(1)求:流过电流表的最小电流?
(2)若R3的阻值减小,其它元件均不变,判断电路中电压表、电流表的示数如何变化?
答案:(1)0.8A;(2)V1、V2减小A增大
方法点拨:支路-干路-支路
学生的疑点:1.总电阻的变化不清;
2.内电压变化忘了分析;
3.路、支路,电压、电流变换搞昏了头.
【当堂巩固1】
如图所示,电源电动势E=8 V,内阻不为零,电灯A标有“10 V,10 W”字样,电灯B标有“8 V 20 W”字样,滑动变阻器的总电阻为6 Ω.闭合开关S,当滑动触头P由a端向b端滑动的过程中(不考虑电灯电阻的变化) ( A )
A.电流表的示数一直增大,电压表的示数一直减小
B.电流表的示数一直减小,电压表的示数一直增大
C.电流表的示数先增大后减小,电压表的示数先减小后增大
D.电流表的示数先减小后增大,电压表的示数先增大后减小
探究:P移动电路总电阻怎样变化?
题型2探究含电容电路的判断与计算
例2 如图所示,E=10 V,r=1 Ω,R1=R3=5 Ω,R2=4 Ω, C=100 F,当S断开时,电容器中带电粒子恰好处于静止状态.求:
(1)S闭合后,带电粒子加速度的大小和方向.
(2)S闭合后流过R3的总电荷量.
答案:(1)10 m/s2向上;(2)400 C
方法点拨 电容器两极电压与R2两端电压关系?R3在电路中有什么作用?
学生疑点:1.电容两端电压变化没搞清;
2.与电容串联的电阻作用不明;
3.电路结构认识不清.
【当堂巩固2】
如图电路中,当滑动变阻器的触头P向上滑动时,则 ( D )
A.电源的总功率变小
B.电容器贮存的电荷量变大
C.灯L1变暗
D.灯L2变亮
题型3 探究 U-I图象的应用
例3 如图所示,直线A为电源的路端电压U与电流I的关系图象,直线B是电阻R的两端电压与通过其电流I的关系图象,用该电源与电阻R组成闭合电路,则电源的总功率为 W,电源的输出功率为 W电源的效率为
.
答案:6 W 4 W 23
探究:图线的交点有什么物理意义?(工作点)
【当堂巩固3】
如图所示,为一个电灯两端的电压与通过它的电流的变化关系曲线.由图可知,两者不成线性关系,这是由于焦耳热使灯丝的温度发生了变化的缘故.参考这条曲线探究下列问题(不计电流表的内阻).
(1) 若把一个这样的电灯串联,接到电动势为6 V,内阻为10 Ω的电源上,如图甲所示求流过灯泡的电流和灯泡的电阻?
(2) 若将两个这样的电灯并联后接在这个电源上,如图乙所示,则通过电流表的电流值和每个灯泡的电阻?
方法点拨:写出U=E-Ir其中I为通过电源的电流,并作图找交点.
答案:(1)0.35 A 7.1Ω (2)0.24 A 17.5Ω(提示写出U=E-2Ir其中2I为通过电源的电流,并作图找交点)
学生难点:
1.图像特别是曲线,不会找具体信息;
2.对电阻与电源的U-I图象的区别不清楚;
初中物理电学计算是整个初中物理知识的一个重难点,也是中考考查的重点内容。学生拿到这类题目后往往觉得无从下手,其实学生只要具备相关知识,做好足够的准备工作,而后理清思路,则可解决该题。那么如何才能顺理成章的确解决问题和攻破这个重难点呢?下面将谈一点我不成熟的解题思路和大家一起分享。
一、认真审题
首先要在脑海里清晰地呈本文由收集整理现u、i、r这三者在串、并联电路中各自的特点。在串联电路中:i=i1=i2=i3、u=u1+u2+u3、r=r1+r2+r3,在并联电路中:i=i1+i2+i3、u=u1=u2=u3、1/r=1/r1+1/r2+1/r3。要掌握电功、电功率和焦耳定律的基本计算公式和导出公式,就要知道导出公式的使用范围,即导出公式使用于纯电阻电路中(在纯电阻电路中q=w)。其次要认真阅读并分析题目,找出题目中所述电路的各种状态,没有电路图的要画出相应的电路图。根据开关的闭合及断开情况或滑动变阻器滑片的位置情况得出题目中电路共有几种状态,画出每种状态下的等效电路图。在分析电路时如果电路有电压表,则先认为电压表处于断路状态,再分析电路的串并联,然后看电压表和谁并联则测谁的电压。
二、有关“电路变化”的分析
在教授电学部分知识的过程中,不论是教师还是学生都反映其主要的难点在于变化的电路太复杂,稍有不慎就会出现连锁的错误反应,让人应接不暇。教师在实际的教学过程中经过反复做题,学生经过反复练习,但均效果不佳。我以为,在做电路变化分析的类型的题目时要先帮助学生掌握影响电路变化的几个因素,无非就是电阻、电压、电流、电功率而已,在能够正确识别串联与并联的基础之上,电路变化主要取决于开关的设置,还有就是滑动变阻器的活动。我们首先要引导学生强化因开关设置而带来的电路变化,识别开关的开与关对整个电路的变化与影响。其次就是因为滑动变阻器的滑片滑动所带来的电压与电流的变化分析,进而一步步地突破这两个教学难点。我相信,只要我们教师心中有数,心里有谱,在给学生讲解的过程中保持良好的态度,进行层层深入地讲析,学生一定会举一反三、融会贯通。到了这个地步,学生对整个初中阶段的电学知识的学习也就达到了一种成熟的境界,为高中阶段的有效学习打下了坚实的基础。
三、注重学习方法的转变
首先,教师要有强烈的教图意识,也就是说,在初中阶段的物理教学过程中,读图与识图能力是非常重要的。因为我们毕竟还处在一个求学阶段,不可能在学习电学知识的过程中运用实际的电线、电阻进行实验,很多情况下,电路的学习与理解以及练习都会涉及到电路图。如果不能很好地掌握读图与识图的能力与知识,我们物理电学知识教学过程将会异常艰难,而且也不会有好的教学效果。首先,我们要教给学生一定的读图能力,很多情况下,学生面对复杂的电路图,总是分不清是串联还是并联,我们就可以教授学生试着把它改成简单的等效图,就会一目了然,促进学生解题能力的提高。另外,我们还要学生透过电路图,想象出来真正的电路该怎么走,能够理论联系实际,在
自己的头脑中形成明晰的概念与轮廓。其次,要重视电学实验的探究,不要依赖教师的演示实验,而是引导学生依靠自己与同伴的协作,连接电路图,测出实验数据,发现规律,得出结论。所以要用实验探究的学习方法教授初二电学中有几个重要的定律,贯穿在整个电学中。另外,在课堂演示实验与学生实验以外,我们还应当积极地鼓励学生进行自我实验创作与学习。我在具体的教学过程中经常拿一些电池、电线、电阻、类似小灯泡之类的物品让学生进行自我组装,进行串联与并联电路的组织,这样可以将他们的课堂知识具体话、形象化。这样的活动对于学生的创新能力与综合素养的提升也是一个不小的促进,某种程度上,还能提升学生学习物理知识,尤其是电学知识的兴趣。
四、学习电学要善于总结与归类
关键词:电动机;纯电阻与非纯电阻;电路分析
在直流电路中,通过电阻的电流产生的能量转化是能量计算的重点知识,但由于不能够正确区分纯电阻与非纯电阻,导致求解中出现问题,特别含有电动机的相关计算。下面以电动机为例,来解决纯电阻与非纯电阻应用中的区别与联系。
一、过程再现及分析
含有电动机电路,有电流通过电动机时,线圈消耗电能,产生其他形式能量(内能、机械能等),该能量转化过程为电流做功的过程,即消耗电功W=UIt,电流通过线圈产生的焦耳热Q=I2Rt,那么,两者之间有何关系呢?
解决方案:假如Q=W,则UIt=I2Rt,推导出I=,即欧姆定律,而欧姆定律是需在纯电阻情况下才成立的。
分析:根据欧姆定律的适用条件,电流通过电阻产生的电能全部转化为内能,即电功等于电热,此时由欧姆定律适用的电路叫做纯电阻电路;欧姆定律不适用的电路叫做非纯电阻电路。
问题设计1:电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和电阻的存在的何种关系,消耗的电能和产生的电热有何关系?
问题设计2:电动机在转动的状态下,电压、电流和电阻的关系有何特点,消耗的电能和产生的电热有何关系?
问题设计意图:明确辨别纯电阻电路与非纯电阻电路。
问题设计3:进一步探究电机在受阻不转动的情况下,电压、电流和热功率、总功率的有何关系?
探究结果:在纯电阻电路中,热功率在总功率中所占比重大,纯电阻电路产生的电热近似等于消耗的电功,即W=Q。
问题设计4:探究电动机在正常转动的情况下,电压、电流和热功率、总功率之间有何关系?
探究结果:在非纯电阻电路中,热功率在总功率中所占比重小。根据能量守恒,W=E+Q,即电动机消耗的电能等于产生的机械能及产生的热量的总和。
二、例题分析
工地经常用电动机提升重物,其装置如图所示,电动机两端电压为5V,电路中的电流为1A,物体A重20N,电动机线圈的电阻为r=1Ω。求:
(1)电动机正常工作时,线圈电阻消耗的热功率为多少?
(2)电动机正常工作时,电动机输入功率和输出功率各是多少?
(3)如果接上电源后,线圈被卡住,不能转动,这时通过电动机的电流,以及电动机消耗的电功率和发热功率是多少?
解析:电动机正常工作时,其电路为非纯电阻电路,其中消耗的电功率一部分转化为线圈的热功率,另一部分转化为电动机的机械功率。
(1)电动机线圈上消耗的热功率为
P热=I2r=12×1W。
(2)电动机的输入功率为消耗的电功率
P入=UI=5×1W=5W
电动机的输出功率
P出=P入-P热=5W-1W=4W。
(3)线圈被卡住后电动机不转时可视为纯电阻,通过电动机的电流
I==5A
电动机消耗的电功率
P=UI=5×5W=25W
电动机发热功率
P内=I2R=52×1W=25W
小结:由例题中不难看出U、R、P三个物理量的数值并不满足欧姆定律,而根据对电路能量转化分析,解决有关纯电阻电路和非纯电阻电路的问题,就比较清楚了。
从上面的实验探究与例题可见,含有电动机工作过程中的能量的计算,关键是要正确区分是纯电阻还是非纯电阻电路,其能量关系是:电流通过非纯电阻时,E总=Q热+E其他;电流通过纯电阻时,E总=Q热。
参考文献:
关键词:电阻测量;设计性实验;物理
物理是以实验为基础的学科,不论是理科综合能力测试还是单学科的高考,都十分重视实验能力的考查。近年来高考物理中的实验题已从侧重于考查实验的原理、器材选择、步骤、数据处理、得出结论、误差的定性原因等即考查实验仪器的使用、基本操作等最基础的实验能力,向着更侧重于考查对实验原理的理解、实验方法的灵活运用等更高层次的能力要求转变,从常见的学生分组实验、演示实验及课后小实验的考查向更高层次的设计性实验考查过渡。高考实验题的设计性实验常见于电学实验中,而电阻测量的设计性实验更是其重点、热点,对学生而言当然也是难点。本文拟就如何突破这一难点做些讨论.
一、千变万变,原理不变
纵观近几年高考中的电阻测量设计性实验题目,立意新颖、灵活多变。为了应对这种实验,总结了不少方法,如“伏伏法”、“安安法”,名目繁多,不一而足。其实不论题目多么新颖,不论怎么变化,须知万变不离其宗,这个“宗”就是实验原理。原理是实验的总纲、灵魂,设计性实验也概莫能外。高考理科综合能力测试《考试大纲》对设计性实验题目的考查有具体明确的要求:“能灵活地运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题”。设计性实验考题都是根据现行教学大纲和考试大纲,立足于课本,在已学实验(包括学生分组实验、演示实验及课后小实验)的基础上演变而来的,是建立在对所学实验原理的深入理解的基础上的。具体到电阻的测量,其实验原理最主要的应是两个,一是部分电路欧姆定律(即所谓伏安法),二是闭合电路欧姆定律,兹分述于后:
⑴伏安法。设待测电阻阻值为Rx.若测得Rx两端的电压为U,通过Rx的电流为I,则由其定义可得Rx=U/I。此处应注意“测”的含义,例如,电压U既可用电压表直接测得,也可由其他方式算出即间接测得。电流亦然。
⑵闭合电路欧姆定律。将待测电阻Rx做为某一电源的外电路或外电路的一部分,利用闭合电路欧姆定律测量,这当然也是间接测得的。
二、方案选择,应看条件
电阻测量设计性实验之所以难,对很多学生来说,不是不知道有哪些实验原理,而是不清楚对一个具体的实验应该用哪个原理。实际上,在一道具体的实验题目中实验原理的选择受实验器材、实验精度的要求等多种因素的制约。如考虑用伏安法测电阻时,一般而言应有电压表、电流表。若只有两个电流表,没有电压表,并不意味着无法用伏安法。只要满足一定条件,实验仍然能够完成。前面说过,只要能算出待测电阻两端的电压即可。在什么情况下可以“算出”?这就需要注意电压表、电流表的一些指标。一般来说,电压(流)表应看三个指标即满偏电压、满偏电流和内阻,由于电表此时满足部分电路欧姆定律,故三个指标中只有两个是独立的,利用任意两个指标可由欧姆定律求出第三个指标。这也说明电表可扮演三种角色,例如一个电压表,既是一个电压表(测内阻RV两端的电压),又是一个定值电阻(阻值为内阻RV),同时还能反串电流表(“测”通过RV的电流).能否“测出”通过RV的电流,就取决于其内阻是否已知。故若题目明确说明其电表的内阻是多少,则可考虑让此电表反串另一种电表的角色(当然,可能还须考虑其偏转角度是否满足精确的要求或是否会超出其量程)。但若题目只是说此电表的内阻约为多少,则不能反串。题目给出这个条件通常是用来考虑用外接法还是内接法的,此时应另寻他法。若考虑用闭合电路欧姆定律测电阻时,则应注意电源的两个指标即电源的电动势E和内阻r。如果电动势E和内阻r未知,则应做待测量加以考虑。
三、体会例题,学会应变
例1:2004年高考理综(全国卷二)22题:用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(900~1000Ω):电源E,具有一定内阻,电动势约为9.0V;电压表V1,量程为1.5V,内阻r1=750Ω;电压表V2,量程为5V,内阻r2=2500Ω;滑线变阻器R,最大阻值约为100Ω;单刀单掷开关K,导线若干。
(1) 测量中要求电压表的读数不小于其量程的1/3,试画出测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注。
(2) 根据你所画的电路原理图在题给的实物图上画出连线。
(3) 若电压表V1的读数用U1表示,电压表V2的读数用U2表示,则由已知量和测得量表示Rx的公式为Rx=__________。
分析:首先考虑实验原理。若利用伏安法测电阻,则需测出Rx两端的电压和通过的电流。虽然器材中没有电流表,但给出的两只电压表,既知道它们的量程,又知道它们的内阻,因此,当接在电路中时,既可直接读出它们的电压值,又可算出通过它们的电流。由此可知,当用伏安法测电阻Rx的值时可有图1或图2所示的两种电路。当用图1所示电路时,Rx先与电压表串联,读出电表电压从而算出通过电表的电流也就是通过Rx的电流,然后再与另一只电表V并联直接读出电压,此电压减去的电压即是Rx两端的电压,这样就可用欧姆定律算出Rx的值;当用图2所示电路时,Rx先与电压表V并联,可直接读出Rx两端的电压,再与另一只表串联,由两只电表电流之差算出Rx中的电流,同样可用欧姆定律算出Rx的值。
接下来需要考虑的是,对于上述每种电路,由于有两只不同规格的电压表,则若在上述电路中将电压表互换位置,就会有四种可能。但要注意题目有“电压表的读数不小于其量程的1/3”的要求,因此,每只电压表接在何处应结合它们的量程和内阻做进一步的分析。采用图1电路时,
若为电压表V1,V为电压表V2,则当V1两端的电压达到满偏时,可估算出并联电路两端的电压即V2两端的电压可达3V左右,两只电压表的读数均可超过其量程的1/3,满足题目要求;采用图2电路时,可从两只电表通过的电流考虑,V测支路电流而测干路电流,量程应大些,故V用电压表V1而用电压表V2。
再次应考虑的是滑线变阻器的使用。由于电源电动势较大,变阻器的最大阻值比电压表的内阻小得多,故若把滑线变阻器串接在电路中即做限流使用,将会使电压表超过量程且操作不方便,因此应接成分压电路。
需要说明的是,上述电路不必考虑内、外接的问题。因为Rx是算出来的,没有因电压表分流或电流表分压带来的系统误差。
以上从原理出发讨论了电阻测量设计性实验的主要方法。电阻测量设计性实验还有一些特殊方法如替代法等等,由于篇幅原因,在此不再赘述。
四、小试牛刀,专题训练
⑴用以下器材测量一待测电阻Rx的阻值(约100Ω):电源E,电动势约为6.0V,内阻可忽略不计;电流表A1,量程为0~50mA,内电阻r1=20Ω;电流表A2,量程为0~300mA,内阻r2=4Ω;定值电阻R0,阻值R0=20Ω,滑动变阻器R,最大阻值为10Ω;单刀单掷开关S,导线若干。
①测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3,试画出较准确地测量电阻Rx的一种实验电路原理图(原理图中的元件要用题图中相应的英文字母标注)。
②若某次测量中电流表A1的示数为I1,电流表A2的示数为I2.则由已知量和测量量计算Rx的表达式为Rx=。(用相应英文字母表示)
⑵如果测量一个待测电阻R的阻值时,器材中没有给电压表,给出的器材是:电池(电动势的具体值未知,但内阻可忽略不计)、电流表(内阻可忽略不计)、滑动变阻器、定值电阻R0(R0的值与用多用电表粗测出的待测电阻R的阻值相等),调节范围在0.1Ω―9999.9Ω的电阻箱R′(电阻箱的最大值大于待测电阻R的阻值)、单刀单掷开关、单刀双掷开关、若干导线。测量前将待测电阻R和电流表串联后直接和电池相连,电流表的示数接近满量程。
要求:①选用所给的器材,设计两个不同的测量待测电阻R的阻值的电路,画出电路图;②简要说明实验步骤,写出最后的测量结果(如果需要计算,则必须写出计算公式)。
参考解答:
⑴解法Ⅰ:通过Rx的最大电流大于电流表A1的满偏电流且为电流表A2的满偏电流的1/5.测量中要求两块电流表的读数都不小于其量程的1/3,故可用电流表A1测Rx的电流;将A2与R0串联后改装为电压表,此电压表测出的是Rx与A1的端电压,故。
解法Ⅱ:若将电流表A1与Rx串联后再与电流表A2并联即用A2测其端电压,则由于当A2中的电流较大时A1中的电流将不会达到其量程的1/3,故可用定值电阻R0来测电压。
②(a)(替代法)拨动S使R接通,记录电流表的示数;拨动S使R′接通,记录电流表的示数与R接通时的示数相同,记录此时R′的值R0′,则R=R0′。
(b)设电源的电动势为E,S闭合后通过电流表的示数为I1,S断开时电流表的示数为I2,有E=I1R,E=I2(R+R0),解得。
(c)设电源的电动势为E,S闭合前将R′调到最大值(或较大值),然后闭合S,调R′使电流表的示数尽量接近满量程,此时R′的值为R0′,电流表的示数为I1.断开S后电流表的示数为I2(也可采用在S断开后调节R′,使电流表的示数为1/2满量程的方法)
参考文献:
[1]教育部考试中心“高考内容、形式与能力考查”课题组.物理-历年高考试题精选解析[Z].北京:中国人民大学出版社,2004.
关键词:制定目标;回顾知识;方法指导;精选;培优补差
G633.7
复习是教学中的一个重要环节,其主要任务是使学生巩固和加深理解所学基础知识、使其系统化。还包括对各种能力进行训练和再提高。巩固掌握的知识是继续学习和灵活运用知识的前提。要巩固掌握的知识,必须跟遗忘作斗争,教育心理学告诉我们,在认识新知识的时候,遗忘也就同进开始,而且在开始时,遗忘的分量多,速度快,以后则遗忘的分量少,速度变慢,所以学习不仅必须复习,而且还要及时复习。
复习课的困难在于教学内容基本上都是学生学过的,处理不好,就往往会乏味。如何复习,怎么有效地进行复习,才能使相关联的知识进行很好的串联与衔接,这直接关系到学生的中考成绩。因此上好一堂复习课,必须从以下几个方面入手:
一、认真钻研新课程标准,制定合理的复习目标
新课程标准给教师提供了教学参考,在进行复习的同时,一定要紧扣课本,真正做到有的放失。复习目标要针对所学内容和学情来制定,不能太高,如果太高不适合学生的发展与认知水平,也不能太低,如果太低,学生的能力得不到提高。
二、根据设定的目标,回顾所学知识。
基础知识是解决问题的基础,如果对基础知识不理解,或不了解,复习效果一定不理想,所以要想上好复习课,基础知识的复习是缺少不了的。应根据自己所设定的目标及目标中所达的程度,合理的安排好基本概念的复习,公式的理解,各个知识点之间的联系。例如,对欧姆定律复习时,需要让学生了解电流、电压和电阻的概念,以及三个物理量各自的符号、单位及单位的换算,包括这三个物理量在串、并联电路中的规律等等。若将相关联的知识串联起来,还需要画出与欧姆定律内容相关的思维导图,它能帮助学生去理解与巩固欧姆定律的知识。针对这一目标,学生所要掌握的内容比较多,例如,学生要会画探究电流与电阻、电压关系的电路图,会连接实物图,会选择合适的方法进行研究,会使用电流表、电压表和滑动变阻器,会用自己的语言描述所得出的结论,分清欧姆定律表达式及它的变形式,欧姆定律表达式中各个物理量的关系等。
三、注重知识的应用,注重解题方法的指导
物理解题是复习的有效手段之一,在这一过程中要让学生的能力达到一定的程度,教师必须做到以下几点:
1.精选练习
提高学生思维和解题能力是习题课的核心任务.要达到这个目的,习题的选择是关键。选题前要做到“三了解”――了解课程标准,了解教材内容,了解学生。教师要参照新课程标准,认真钻研教材,对课本或选出的题目进行分类,所选题目的形式要多样,份量要恰当,难易程度要适宜,所选的题目要注意联系实际,联系社会,还要注意习题的一题多解,习题的变式,注重对学生能力的培养。同时所选习题既要照顾各个知识点,又要有梯度有层次,这样才能调动各类学生的积极性。通过练习、讲评、概括、归纳和总结。找出解决问题的思路和技巧,将知识转化成能力,从而提高学生的综合素质和应试能力。否则练习过繁、过多,会使学生陷于题海,难于应付。
2.精讲练习
讲解习题是整个课堂的主要过程,怎么讲解习题,采用什么样的方式讲解,关系到课堂的效率,我觉得上好一节复习课必须要考虑以下几点
首先,养成学生审题的习惯。通过解题可以使学生进一步掌握物理概念、定律及公式的意义。学生解好题,必须审好题,审题主要是弄清题意,明确题中已知是什么,要求是什么,题目中涉及哪些概念和规律,以及解答本题的基本途径。通过审题学生可以从题目中找到一些有用的信息,特别是题目中存在的隐含条件,及找到解决问题的突破口。
其次,讲解习题时,要形式多样,方法多样。每种教学方法就其本质来说都是相对辨证的,它们都既有优点又有缺点。每种方法都可能有效地解决某些问题,而相对于解决别的问题则不一定有效,每种方法都可能会有助于达到某种目的,却妨碍达到别的目的。为适应不同学生的需要,教学方法应提倡多样性,应根据不同的教学目标,不同学生的心理特征和学生的知识基础,将题目分类,提高学生概括能力。v解题目时,重点要突出,难点要突破。只有精讲,学生才有时间练习,切不可一讲到底,导致学生的思维容易混乱,学生不容易概括出解某种题型所需的方法。讲解每一个类型题目时,教师可以边讲边练,讲练结合的方式,让学生熟悉一种解题方法,总结解决这类题目的方法,然后再利用自己总结的方法去解同样类型题,提高自己的解题能力。
最后,树立学生的自信心。初三学生面临着中考,普遍学生感到中考高深莫测,是因为他们对中考题目的难易程度不了解,如果教师选择与之相类似的中考题让学生练习,他们会发现中考题不是难的,凭自己的能力完全可以解决这些题目,无形之中增强了他们的自信心。
四、培优补差
课堂复习要立足中等生,提高优等生,扶持学困生。复习进度和教法以中等学生水平为基点。要求中等学生按教师的安排进行系统的复习,注意能力方面的培养和提高。对优等学生要发挥他们的学习优势;对差生发现闪光点,及时给予表扬和鼓励,使他们增强学习物理的信心,提高复习物理的积极性和主动性。
五、重视物理实验,将实验探究引入复习课堂
关键词:串联电路 电表示数 判断方法
在电学知识考查中,对电表示数变化的判断是学生反映出来的一个难点,因为这类题是知识点的综合也是学生分析能力和表达能力的综合。现对此类题的分析作一下知识点的汇总和方法的总结:
一、必备基础知识
首先,学生要必备如下知识点:1.影响电阻大小的因素:材料、长度、横截面积和温度。2.电阻与长度的关系:当导体的材料和横截面积一定时,长度越长,电阻越大。3.滑动变阻器的变阻原理是通过改变接入电路中的电阻丝的长度来改变电阻的。4.对串并联知识的理解梳理。
下面,笔者以串联电路为例总结一下各电表示数变化判断的几种典型方法。如右图所示电路,电源电压保持不变,当滑动变阻器滑片P向左滑动时,分析各电表的变化情况。
二、几种常见的判断方法
法一:层层推进法。
当滑片向左滑动时,L2接入变小得R2接入变小、R1不变,由串联得R总变小、U总不变。由欧姆定律得I总变大,由串联得I1、I2接入均变大,即电流表的示数变大。
R1不变,I1变大,得U1变大,即电压表V1的示数变大;U总不变,U1变大、由串联得U2接入变小,即V2表的示数变小。
对刚学完基础知识初次跟学生研究讨论这种表头示数变化的题型,建议用这种“层层推进法”,让学生对串联电路的电阻特点、电流特点、电压特点以及欧姆定律能更好地熟悉并加以灵活应用。
法二:综合分析法。
综合串联知识:I1=I2
U1+U2接入=U总,为定量
欧姆定律:I=U/R
U1/U2接入=R1/R2接入
因为R1不变,R2接入变小,得R1/R2接入变大,即U1/U2接入变大,所以U1变大(电压表V1的示数变大),U2接入变小(电压表V2的示数变小)。R1不变,U1变大,得I1变大,即电流表的示数变大。
在学生对串联知识及欧姆定律灵活应用的能力达到一定的水平,老师可以再推广综合分析法。这种方法要求学生具备一定的数学分析能力,且让学生的认知有一个循序渐进的过程。
法三:极端思维法(极限法)。
当滑片P向左滑动时,令最后滑到最左,U2接入最后变为零,这样能快速得出U2接入变小即得电压表V2的示数变小,而U总不变,由串联知识可得U1变大即电压表V1的示数变大;R1不变,U1变大,得I1变大,即电流表的示数变大。
若滑片P向右滑动时,令初始滑片在最左端,R2接入初始为零,得U2接入初始为零,这样能快速得出U2接入变大,即得电压表V2的示数变大,而U总不变,由串联知识可得U1变小,即电压表V1的示数变小;R1不变,U1变小,得I1变小,即电流表的示数变小。
学生能掌握极端思维法的要领,解决问题就会简单便捷。在力学的问题中也能得以方便使用。
示例一:小明用身边的器材做实验,验证杠杆的平衡条件。塑料直尺放在圆柱形水杯上,使其在水平位置平衡,图(a)所示。往直尺两端放不同数量的相同硬币,并调节硬币位置,使直尺在水平位置平衡,如图(b)所示。若从左、右两侧各取下一枚硬币,则直尺______端将下沉。
这题各取一枚可以变通理解为各取走相同枚数,极限法以左侧枚数为标准全取掉,可快速得知右端下倾。
示例二:如右图所示,斜面长1m,高0.4m,用大小为5N沿斜面向上的拉力F,将重10N的铁块从底端匀速拉到顶端。若仅使倾角θ逐渐增大,此斜面的机械效率将逐渐______(选填“增大”、“不变”或“减小”)。