时间:2023-09-01 16:49:51
序论:好文章的创作是一个不断探索和完善的过程,我们为您推荐十篇欧姆定律的特点范例,希望它们能助您一臂之力,提升您的阅读品质,带来更深刻的阅读感受。
二、学习任务分析
本节重点是欧姆定律的内容和公式。通过实验探究,归纳总结出欧姆定律,让学生领悟科学探究的方法,体验科学探究的乐趣,形成尊重事实、探究真理的科学态度,培养学生分析解决问题的能力;理解欧姆定律中电流I、电压U、电阻R的同一性是本节难点,在探究过程中通过适时引导、恰当点拨,利用实物电路使学生达到理解欧姆定律的目的。
三、学习者分析
学习了电路基础知识,学生产生了浓厚的兴趣,多数学生能正确连接电路元件,正确使用电流表、电压表和滑动变阻器,对于控制变量的研究方法也有所了解。学生有较强的好奇心和求知欲,他们渴望自己动手进行科学探究,体验成功的乐趣,但对于U、I、R三者关系知之甚少,规律性知识的概括往往以偏概全。他们的思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡,教学中让学生自主设计研究问题的方案,是发展学生思维的有效途径。
四、教学目标
⑴知识与技能
会用实验的方法探究电流与电压、电阻的关系;
理解欧姆定律的内容、公式;
培养学生的观察、实验能力和分析概括能力。
⑵过程与方法
通过实验探究学习研究物理问题常用的方法──控制变量法。
⑶情感、态度与价值观
通过探究过程,激发学生的学习兴趣。培养学生实事求是的科学态度;认真谨慎的学习习惯。
重点:欧姆定律的内容和公式;
通过实验使学生知道导体中电流与电压、电阻的关系。
难点:理解欧姆定律的内容;
弄清变形公式的含义。
五、教法设计
依据本节课的知识特点、教学目标和学生实际,确定本节主要采用实验探究法。把学生视为学习的主人,教师当好学习的组织者和引导者。探究式学习可以激活学生已有的知识,在探究新问题时使知识活化、重组,形成知识结构并向能力转化;让学生体会科学发现的全过程,从中感悟科学思想和科学方法。
要做好两次演示实验,这为学生实验“伏安法测电阻”打下基础。并注意两次演示实验的异同,讲清实验过程中电流表、电压表及滑动变阻器的正确连法,以及滑动变阻器在两个实验中作用的异同,以及注意事项。
让学生感知实验探究电流跟电压、电阻的关系,经历科学探究的全过程,使学生感悟:“控制变量”来研究物理多因素问题,是一种有效的科学方法。
第二节“欧姆定律及其应用”继第一节后对数据的分析归纳,通过用列表法、观察法、数学比例法、图象法、类比法、分析、综合与归纳等方法来对实验数据进行研究的一些科学方法。从而分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系——欧姆定律及其表达式。最终培养学生运用这些方法对实验数据进行研究、分析、归纳、概括物理规律的一些能力。
又通过实验探究“串联电路与并联电路中电阻的特点”。欧姆定律是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的关键。
在教学中这一节可分为四课时教学:
第一课时理解欧姆定律,进行简单计算(求电流、电压和电阻的三种书写格式),初步掌握运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法;可补充:有两个用电器的简单计算(注意强调用不同角码区分不同用电器)。为下节课讲串并联电阻关系作铺垫。
第二课时通过欧姆定律的推导定量研究“串联电路与并联电路中电阻的特点”,得出:
串联电路:R=R1+R2
并联电路:1/R=1/R1+1/R2
第三课时运用欧姆定律及串并联电路的特点练习静态固定电路的相关计算;培养学生分析问题、解决问题的能力,注意教给学生解题思路、规范解题。
串联电路的特点:
①电流:I=I1=I2
②电压:U=U1+U2
③电阻:R=R1+R2
④串联分压成正比,即
U1:U2=R1:R2
电阻变大分得的电压变大,电阻变小分得的电压变小。
并联电路的特点:
①电流:I=I1+I2
②电压:U=U1=U2
③电阻:R=1/R1+1/R2
④并联分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
电阻变大通过的电流变小,电阻变小通过的电压变大。
第四课时运用欧姆定律及串并联电路的特点,练习动态电路的相关计算。
动态电路------由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动导致电路中的物理量发生变化的电路。
简化电路的方法:
1、电流表看成导线,电压表看成断路。
2、短路和断路的电路可以去掉。
3、闭合的开关看成导线
解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路(电路的识别),可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的或干脆拿掉。把闭合的开关看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把开关断开的支路去掉,来简化电路。画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
第三节“测量小灯泡的电阻”是欧姆定律内容的延续,教学过程中以学生为主,本节主体内容是利用电压表、电流表测算出小灯泡的电阻,通过实验探究去发现灯丝电阻变化的规律,并最终找到影响灯丝变化的因素及它们之间的相互关系。注意多测几组数据,指明不能用平均法求电阻值(测量定值电阻的阻值用平均法求电阻值)。
通过本实验,进一步让学生认识到导体的电阻大小是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,只与导体的材料、长度、横截面积有关,此外跟温度有关。这也为电功率中“测量小灯泡的电功率”作了铺垫。
第四节“欧姆定律及其安全用电”:课前安排学生收集安全用电的常识,课堂上进行交流,教师进行补充。再播放《安全用电》视频。
节课从电压的高低、电阻的大小对用电安全的影响入手,让学生学会运用已学的电学知识,解决有关生活中的实际的问题,既增强自我保护意识,又提高在帮助他人时讲安全、讲规则、讲科学的意识。
另外本节涉及电路故障(断路或短路),在教学中应加强练习,注意区分两者对电路造成的影响,以及电路中电流表、电压表的变化。要求学生懂得一些简单的电路故障的问题,学会简单的故障排除方法,目的是为了培养学生基本的生活技能。了解短路的知识,使学生懂得安全用电的基本常识,提高安全用电的意识。
教材中介绍了避雷针,使学生注意防雷的重要性,提高自我保护的意识。
在物理复习的整个知识体系中,电学知识板块儿尤为重要。一是:它占整个三式合一理化试题物理部分的40%左右,即70分中的近30分属于物理电学试题。二是:电学知识在生产实践中的重要作用已凸显出来。而要学生全面掌握、领会初中阶段电学知识,对于相当一部分初中生来说具有较大的难度。从教以来我听过一些初中电学复习课:有的先把所要用到的电学公式板书在黑板上,再讲典型例题,接着练习;有的则通过学生作题中所反馈的问题对知识进行补充强调,再练习;有的直接强调万变不离其宗,让学生多看教材,然后讲例题等。复习中讲例题没错,但选择的例题过多,又无代表性,既延长了复习时间,又不能使学生的知识得到升华。久而久之,学生疲劳,老师厌烦。要使复习课在短时间内生动、奏效,应选择恰当的例题,在讲例题的基础上,对知识进行归纳和升华。
复习课,一要体现“从生活走向物理,从物理走向社会”,教学方式多样化等新课程理念;二要体现“知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观”三维目标的培养;三要优化学生的认知结构,让学生在教师的引导、帮助下,把学到的知识归纳起来,从而便于提练和记忆。所以对电学的复习要从学生喜闻乐见的小电器起步,从典型例题入手进行归纳总结。
例1:如图-1是一个玩具汽车上的控制电路。小明对其进行测量和研究发现:电动机的线圈电阻为1Ω,保护电阻R为4Ω。当闭合S后,两电压表的示数分别为6V和2V,则电路中的电流为?摇 ?摇?摇?摇A,电动机的功率为?摇?摇 ?摇?摇W。(这是陕西师范大学出版社出版,经陕西省中小学教材审定委员会2008年审定通过的《物理课堂练习册》中的一道题)
学生通常按下列方法计算电路中的电流:
R中的电流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
电动机中的电流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空电路中的电流就有两个值0.5A和4A。
于是第二空的对应值为:P=UI=4V×0.5A=2W与P=UI=4V×4A=16W。这就存在两个问题:
1.根据欧姆定律计算出两个串联元件中的电流不相等,与串联电路中电流的特点相矛盾。
2.由串联分压原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①当U=2V时,U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②当UM′=4V时,U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,这与串联电路中的电压关系相矛盾。
对此,应找出题中所涉及的知识点,分析这些知识点间的联系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,应对欧姆定律有深入的理解。
例2:如图2所示电路(R≠R≠R)。引导学生分析如下:
1.对电路状态的分析。
(1)当S、S、S都闭合时,R与R并联,并联后作为一个整体再与R串联。A测R中的电流,V测R或R两端电压。
(2)当S、S闭合S断开时,则由图-2演变为图-2(a)到(b)。
R与R串联,R处于断开状态,A测整个电路中的电流。
(3)当S、S闭合S断开时,则由图2演变为图-2(c)到(d)。
R与R串联,R处于断开状态,V测R两端电压。
2.欧姆定律中涉及I、U、R三个量间的关系。
(1)欧姆定律中的I、U、R三个量是针对同一个用电器或者同一部分电路而言的,即必须满足“同一性”。
当图-2中的S、S、S都闭合时,A测R中的电流为I,V测R两端电压为U。此时能否用U与I的比值来计算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R时,由于R与R并联,所以R两端电压U等于R两端电压U,即U=U=U。根据R=U/I得R=U/I,R=U/I。这样计算出的R2的值虽然是正确的,但属于不正确的方法得出了正确的结果,实属偶然巧合。
若R≠R时,那么R=U/I,若再按R=U/I来计算R的电阻值就没有上述的巧合了。因为电压相等是并联电路电压的特点,R、R中的电流是不相等的。上述中错误地认为R、R中电流相等。这里的电压是R两端电压,而电流是R中的电流,电压与电流是两个不同电阻(或用电器,或电路)的对应量,也就违背了“同一性”。
这就告诉我们,在应用欧姆定律解题时,一定要遵循“同一性”原则,切忌“张冠李戴”,电学中的所有公式都不能违背“同一性”原则。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)欧姆定律中的I、U、R三个量必须是同一状态、同一时刻存在的三个物理量,即必须满足“同时性”。
在图-2中,当S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小是否相等?
在图-2中,当S、S闭合S断开时,不难看出,R与R串联:I=I=I则I=U源/(R+R);当S、S闭合S断开时,R与R串联:I=I=I,则I=U/(R+R)。因为R+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即两次电流不相等。S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小不相等,这是因为S、S闭合时与S、S闭合时电路状态不同,R是在不同的状态下工作,不是同一时间内电流的大小,电流不相等。
在利用公式计算的过程中,不能用第一状态下的量值与第二状态下的量值代入关系式计算。如:要计算R的电阻值,就不能用第一状态下R两端的电压值与第二状态下R中的电流的比值来计算R的电阻值。在计算电流、电压时,也不能这样处理。
因此在利用公式计算时,带值入式的物理量必须是同一状态下的物理量,必须满足“同时性”。
(3)欧姆定律中的I、U、R三个量的单位必须同一到国际单位制,即I―A、U―V、R―Ω。即应满足“统一性”。
除各物理量的主单位外,还应记住常用单位及其单位换算关系,将常用单位换算为国际单位制单位,在利用其它电学公式计算时也要统一单位。
如:电功的公式W=UIt中,各物理量的对应单位:U-V、I-A、t-S;这样W的单位才是J。电热的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;这样Q的单位才是J。电功率的公式P=UI中:U-V、I-A,这样P的单位才是W。
我们要确定欧姆定律的适用条件。
1.欧姆定律只对一段不含电源的导体成立,即只适用于纯电阻电路。因此,欧姆定律又称为一段不含源电路的欧姆定律。
例1中涉及到电磁转换的知识,电动机工作时实质上也是一个发电机。电动机工作时,其闭合线圈切割磁感线会产生感应电流,所产生的感应电流对流过电动机线圈中的电流有一定影响。
实际上图1相当于一个“RL”串联电路,总电压的有效值不等于各分电压有效值的代数和,即U≠U+U。但得到的电流有效值的关系I=U/Z与直流(或部分)电路的欧姆定律相似,各元件上的分电压与该元件的阻抗(Z)成正比。
虽然电动机工作时产生的阻抗目前初中阶段无法计算出来,但无论电动机工作时产生的阻抗为多少,电路中的电流都等于电阻R中的电流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。电动机两端的实加电压等于总电压(电源电压)减去电阻R两端的电压,即U=U-U=6V-2V=4V。则电动机的功率为:P=UI=4V×0.5A=2W。
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上述分析说明,电阻R所在的这部分电路与电动机所在的这部分电路有着本质的不同。从能量转化的角度看:电阻R所在的这部分电路是将电能全部转化为热能;而电动机所在的这部分电路电能只有少部分转化为热能,大部分转化为机械能。前者属于纯电阻电路,后者属于非纯电阻电路。
欧姆定律只适用于纯电阻电路,即用电器工作的时候电能全部转化为内能的电路。例如电熨斗、电暖气、电热毯、电饭锅、热得快等。而电动机、电风扇,等等,除了发热外,还对外做功,所以这些是非纯电阻电路,欧姆定律不再适用。由欧姆定律导出的公式也只适用于纯电阻电路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.欧姆定律适用于金属导体和通常状态下的电解质溶液;但是对于气态导体(如日光灯管中的汞蒸气)和其它一些导电元器件,欧姆定律不成立。欧姆定律对某一导体是否适用,关键是看该导体的电阻是否为常数。当导体的电阻是不随电压、电流变化的常数时,其电阻叫线性电阻或欧姆电阻,欧姆定律对它成立;当导体的电阻随电压、电流变化时,其电阻叫非线性电阻,如:电子管、晶体管、热敏电阻等,欧姆定律对它不成立。
3.欧姆定律只有在等温条件下,即导体温度保持恒定时才能成立。当导体温度变化时,欧姆定律对该导体不成立,因为电阻是温度的函数。
在讲解欧姆定律的应用时,常举白炽灯的例子,实际上白炽灯的钨丝在温度变化很大时电阻具有非线性,随着电流的增大,钨丝的温度升高很多,其电阻也随着变化。对非线性电阻,欧姆定律不成立,但是作为电阻定义的关系式R=U/I仍然成立,只不过对非线性电阻,R不再是常量。
综上所述,例1中第一空电路中的电流有两个值0.5A和4A,一个是在纯电阻电路(电阻R)中用欧姆定律算出的电流0.5A。另一个是用欧姆定律计算在非纯电阻电路(含电动机的电路)中的电流为4A,显然不对。
通过对例1的全面、透彻的分析,我们对电学知识得到了进一步升华:(1)判断电路的连接方式;(2)判断电表的作用;(3)利用欧姆定律解决实际问题时必须注意“三性”;(4)复习了电功率、焦耳定律等相关电学公式;(5)欧姆定律的适用范围。
学生能够领悟到,复习不是为了解题,而是要掌握知识的前后联系,优化知识结构;仔细观察,认真分析;发散思维,以点带面;举一反三,融会贯通。这样,从而体现出知识与技能、过程与方法,以及情感态度和价值观的培养。
参考文献:
[1]王较过.物理教学论.陕西师范大学出版社,2003.
[2]阎金铎,田世坤.初中物理教学通论.高等教育出版社,1989.
[3]梁绍荣等.普通物理学―电磁学高等教育出版社,1988.
重点考点
欧姆定律是通过“探究导体的电流跟哪些因素有关”的实验得出的实验结论.应注意以下考点:(1)公式()说明导体中的电流大小与导体两端的电压和导体的电阻两个因素有关,其中I、U、R必须对应于同一电路和同一时刻.(2)变形式()说明电阻R的大小可以由()计算得出,但与U、I无关.因为电阻是导体本身的一种性质,由自身的材料、长度和横截面积决定.由此提醒我们,物理公式中各量都有自身的物理含义,不能单独从数学角度理解.(3)串联电路具有分压作用,并联电路具有分流作用.
中考常见题型
中考一般会从两方面考查欧姆定律的应用,一是对欧姆定律及变形公式的理解和简单计算,一般不加生活背景,以纯知识性的题目出现在填空题或选择题中:二是应用欧姆定律进行简单的串并联的相关计算.
例1 (2014.南京)如图1所示,电源电压恒定,R1=20Ω,闭合开关S,断开开关S1,电流表示数是0.3 A;若再闭合开关S1,发现电流表示数变化了0.2 A.则电源电压为____V,R2的阻值为____ Ω.
思路分析:闭合s,断开S1时,电路为只有R1的简单电路,可知电源电压U=U1=I1R1=0.3 Ax20 Ω=6 V;若再闭合S1时,两电阻并联,则U2=U=6 V,因为R1支路两端的电压没有变化,所以通过该支路的电流仍为0.3 A,电流表示数的变化量即为通过R2支路的电流,则I2=().
答案:6 30
小结:本题考查了并联电路的特点和欧姆定律的灵活运用,关键是能判断出闭合开关S1时电流表示数的变化即为通过R2支路的电流.每年的中招都有一个2分的这样的纯计算题目,以考查同学们对基础知识的理解和掌握程度.
例2(2013.鄂州)如图2甲所示的电路,电源电压保持不变.闭合开关S,调节滑动变阻器,两电压表的示数随电路中电流变化的图象如图、2乙所示.根据图象的信息可知____.(填“α”或“b”)足电压表V2示数变化的图象,电源电压为____V,电阻R1____的阻值为____ Ω.
思路分析:国先分析电路的连接情况和电表的作用:电阻R1和滑动变阻器R2串联,电压表V1测的是R1两端的电压,电压表V2测的是滑动变阻器(左侧)两端的电压.因为R1是定值电阻,通过它的电流与电压成正比,所以它对应的图象应是α,那么图象b应是电压表V2的变化图象,观察图象可知:当电流都是0.3 A(找出任一个电流相等的点,两图线对应的电压之和就是电源电压)时,U1=U2=3 V,根据串联电路中电压的关系可知,电源电压为6V,由于R1是定值电阻,所以在图象α上任找一点,代入欧姆定律可知()
答案:b 6 10
小结:欧姆定律提示了电流、电压、电阻三者之间的数量关系和比例关系,三个比例关系分别为:(1)电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比,即()(2)电流一定时,导体两端的电压和它的电阻成正比,即().该规律又可描述为:串联分压,电压的分配和电阻成正比,即电阻大的分压多.(3)电压一定时,导体中的电流和导体的电阻成反比,即(),该规律又可描述为:并联分流,电流的分配和电阻成反比,即电阻大的分流小.图象可以很直观地呈现这种关系,学会从图象中找出特殊点足解决欧姆定律问题的一大技巧,
第2节 动态电路中物理量的变化
重点考点
由于滑动变阻器滑片的移动或开关所处状态的不同,使电路中电流和电压发生改变,这样的电路称之为动态电路.这类题目涉及电路的分析、电表位置的确定、欧姆定律的计算、串并联电路中电流和电压分配的规律等众多知识,因此同学们在分析过程中容易顾此失彼,下面我们通过例题梳理一下解决这类问题的一般思路,
中考常见题型
题日常联系生活实际,以尾气监控、超重监控、温度监控、风速监控、身高测量等为背景,考查该部分知识的掌握情况,存中考题中常以选择题的方式呈现,注意:如果题目中没有特别说明,可认为电源电压和定值电阻的阻值是不变的.
例3(2014.济宁)小梦为济宁市2014年5月份的体育测试设计了一个电子身高测量仪.图3所示的四个电路中,Ro是定值电阻,R是滑动变阻器,电源电压不变,滑片会随身高上下平移.能够实现身高越高,电压表或电流表示数越大的电路是().
思路分析:图A中两个电阻R。和R串联,电流表测量的是整个电路中的电流,当身高越高时,滑动变阻器接入电路中的阻值越大,电路中的电流越小,电流表的示数越小,图B中身高越高时,滑动变阻器连人电路中的阻值越大,电压表测量的是滑动变阻器两端的电压,根据串联电路分压的规律知道,R越大电压表的示数越大,符合题意.图B与图C中滑动变阻器的接法不同,图C中身高越高,滑动变阻器连入电路中的阻值越小,同理知道电压表的示数越小.图D是并联电路,电流表测的是支路电流,根据并联电路各支路互不影响的特点知道,不论人的身高如何变化,电流表的示数都不会发生变化,选B.
小结:分析这类问题依据的物理知识是:(1)无论串并联电路,部分电阻增大,总电阻随之增大,而电源电压不变,总电流与总电阻成反比.(2)分配关系:串联分压(电阻大的分压多),并联分流(电阻大的分流少).(3)在并联电路中,各支路上的用电器互不影响,滑动变阻器只影响所在支路电流的变化,从而引起干路电流的变化.解决这类问题的一般思维程序是:(1)识别电路的连接方式并确定电表位置.(2)判断部分电阻的变化.(3)判断总电阻及总电流的变化.(4)根据串并联电路的分压或分流特点进行局部判断.
例4如图4所示电路,电源电压不变,开关S处于闭合状态.当开关S.由闭合到断开时,电流表示数将____.电压表示数将 ________ .(均填“变大”“不变”或“变小”)
思路分析:当开关S.闭合时,电灯L被短路,电路如图5所示,电压表测的是电阻R两端的电压(同时也是电源电压),电流表测的是通过电阻R的电流.当开关S1断开时,电灯L和电阻R串联,电路如图6所示,此时电压表测电阻R两端的电压,它是总电压的一部分,所以电压表的示数变小;电流表测的是总电流,但跟S,闭合相比,这个电路的总电阻变大,总电压不变,故电流表的示数变小.
答案:变小 变小
小结:本题引起电表示数变化的原因是开关处于不同状态,解决本题的突破口是弄清楚当开关处于不同状态时,电路的连接情况和电表的位置.
第3节 欧姆定律的探究及电阻的测量
重点考点
电学实验探究题的考查比较常规,有以下几方面:(1)选取器材及连接电路:根据题目要求,分析或计算出电表的量程和滑动变阻器的规格,连接电路时开关应断开,滑动变阻器要“一上一下”接入,且滑片要放在阻值最大的位置.电表的量程和正负接线柱要正确.(2)滑动变阻器的作用:保护电路,改变电路中的电流或用电器两端的电压,实现多次测量.(3)分析实验数据得出结论.怎样分析数据才能得出结论是近年来考试的侧重点,要注意结论成立的条件和物理量的顺序.(4)多次测量的目的有两个,如定值电阻的阻值不变,多次测量是为了求平均值减小误差:灯丝电阻是变化的,多次测量是为了观察在不同电压下,电阻随温度变化的规律.难点是单表测电阻和创新型实验的探究与设计.
中考常见题型 中考常以“探究电流与电压或电阻的关系”“测小灯泡的电阻”和“测定值电阻的阻值”这三类题型,以实验探究的方式考查同学们的动手能力和解决实际问题的能力,在常规的考查基础上,近几年又融人器材的选取、电路故障的处理、单表测电阻及如何分析数据才能得出结论等探究内容的考查.
例5用“伏安法”测电阻,小华实验时的电路如图7所示.
(1)正确连接电路后,闭合开关前滑片P应置于滑动变阻器的________(填“左”或“右”)端.
(2)测量时,当电压表的示数为2.4V时,电流表的示数如图7乙所示,则,_____A,根据实验数据可得R2=____Ω.小华在电路中使用滑动变阻器的目的除了保护电路外,还有____.
(3)如果身边只有一只电流表或电压表,利用一已知阻值为Ro的定值电阻、开关、导线、电源等器材也可以测出未知电阻Rx请仿照表1中示例,设计出测量Rx阻值的其他方法.
初中物理电学相关公式和定理虽然表面看比较抽象难懂,但是因为电流是实际存在的,并且其特点和存在形式可以类比现实中许多形象易懂的实物和现象,因此结合实际对相关定理定律进行理解和记忆会收到很好的效果.
1.欧姆定律
欧姆定律解释的是电学中电压、电流、电阻三者之间的关系,是电学最基本的定律.
电流×电阻=电压,即I×R=U;其他的变形式可以由此公式导出.
可以用水流演示电流,用水压解释电压,以现实中形象的实物来解释电学相关内容.
2.电功公式
电功公式是讲电力做工的计算方法,电流流过导线会产热,有能量产生,能量可以做功,电功公式就是计算电力做工能力的公式.
电流×电流×电阻×时间=电功,即I2Rt=P;
将I=UR代入,就能成为电功公式的另一形式.
3.电功率公式
电功率就是形容电流做功快慢的公式.
电流×电流×电阻=电功率,即P=I2R.
电功和电功率可以用电灯发光发热解释,电流越大,电灯越亮,时间越长,电灯散失的热量越多,就是电流做功的道理.
二、物理电学题目解题技巧
1.欧姆定律方程解题
熟记欧姆定律,只要是给出电路解电学未知量并且题目中没有涉及功率内容的题目,结合整个电路列出欧姆定律的基本方程,肯定可以得到答案,即使最初看题时没有头绪,在列出欧姆定律方程之后也能从方程中看出解题方法.静态电路图列写一个欧姆定律方程,动态电路图根据变化次数列出相应数目的欧姆定律方程即可.
例电路图如图1所示,闭合开关S,当滑动变阻器滑片在R2上某两点之间来回滑动时,电流表的读数变化范围是2 A~5 A,电压表的读数变化范围是5 V~8 V,问电源电压及电阻R1的值分别是多少?
乍一看此题确实无从下手,但是可以看出这是一个动态电路题,随着滑动变阻器阻值的不同电路相关参量产生了变化,因此需要列两个欧姆定律方程,方程列出,题目便迎刃而解.
解根据题意列欧姆定律方程,首先滑动变阻器在题意中阻值最小时,电流最大为5 A,电压表度示数最小为5 V,此时滑动变阻器电阻值为5 V÷5 A=1 Ω.
可以列出一个方程:
U÷(R1+1)=5 A(1)
同理,滑动变阻器阻值最大时为8 V÷2 A=4 Ω.
列另一个欧姆定律方程
U÷(R1+4)=2 A(2)
用简单的解方程法解方程(1)和(2),很容易得出结果U=10 V;R1=1 Ω.
2.等效电路解含功率动态题
解含有功率内容的动态题的一个很好的方法就是将其各种状态独立出来,简化成等效电路,每种状态单独分析,之后综合考虑并求解.
例如图2所示,R2与R3的电阻比为R2∶R3=1∶4,最初所有开关处于断开状态,同时闭合S1与S2,S3保持断开,电流表示数为0.3 A,R2消耗功率P2;之后闭合S1、S3,S2断开,R1消耗功率为0.4 W,R3消耗功率为P3,P2∶P3=9∶4,求电源电压和R1阻值.
虽然此题表面看是动态且较为复杂,但是将动态电路的两个状态拆分成静态简单电路,题目便会简单明了,之后列写欧姆定律和功率方程,解方程即可.
当闭合S2后电路可简化成如图3形式,可列方程如下:
(R1+R2)×0.3=U(1)
R2×0.3×0.3=P2(2)
打开S2闭合S3后电路变成图4,设此时电流为I3,结合等量关系R3=4R2,将R3用R2代替,后列方程
(R1+4R2)×I3=U(3)
R1×I3×I3=0.4(4)
4R2×I3×I3=49P2(5)
《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.要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.
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(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——列表对比法和图像法;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。从教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,从教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。
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,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于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,怎样进行实验操作,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,物理规律必须通过实验的检验,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前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?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,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出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,通过提问和画图像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印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际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。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
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。
3.注意凑示实验的可视度。
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。
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理选修3-1第二章第七节《闭合电路的欧姆定律》是电学知识的核心内容,其中包含了许多科学思想方法,是学生学习和体会科学思想方法的好素材。作为一节典型的规律探究课,本节内容较抽象,学生在学习时,对电源内电路认识模糊,难以理解电源有内阻;对内外电路的电压与电源电动势的关系及路端电压与负载关系感到疑惑,对其中蕴含的科学方法未能深刻领会。“如何有效突破这些教学难点?”“如何设计好闭合电路欧姆定律的探究过程,有效实施三维目标教学?”一直是广大物理教师研究的重要课题,本文试图通过对本节课的教材、教法的分析,探究形成学生认知困难的主要原因以及在本节课中如何有效实施探究教学,培养学生的核心素养。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《闭合电路的欧姆定簟钒才旁诘缭础⒌缍势、欧姆定律、串并联电路、焦耳定律和导体的电阻之后来学习的。很显然,这种安排的意图是在承接“从做功角度认识电动势”的基础上,引导学生从功能关系角度来建立闭合电路的欧姆定律,体现了循序渐进的教学原则。顺应这种构想,教材对本节内容以如下方式呈现:先直接给出闭合电路的概念,然后从功能关系出发, 根据能量守恒,理论推导出闭合电路的欧姆定律和U+U=E,再根据闭合电路的欧姆定律,理论分析路端电压与负载的关系。这种呈现方式的好处是:既充分体现了功和能的概念在物理学中的重要性,又有利于学生从理论角度理解闭合电路的欧姆定律。从教材体系来看这种呈现方式具有一定的合理性和科学性。
笔者曾多次参与“闭合电路的欧姆定律”的观摩教学,领略了执教老师们的各种处理方法,比较有代表性的是以下两种教法:
第一种教法是沿用原教材的思路,采用比较传统的方式,注重理论探究,先从理论上推导得出闭合电路欧姆定律的数学表达式,再应用定律讨论了路端电压随外电路电阻的变化规律,最后引导学生运用规律解题,把立足点放在训练学生的解题能力上。
第二种教法注重突出实验的地位,发挥实验在探究教学中的作用。利用实验创设悬念,引入课题,设计探究实验,让学生在实验中总结归纳出内外电压之间的关系,再利用教材中的图2.7-3实验探究路端电压与负载的关系。
根据课后反馈发现,沿用原教材思路设计的教学,效果并没有达到设计者想象的结果,究其原因,主要有以下几个方面:
1.教材中的闭合电路的欧姆定律是从理论角度得出的,注重于数学推理,比较抽象,缺乏令人信服的探究实验,学生无直接经验感知和相应的认知过程,难以形成深刻的理解。
2.教材对闭合电路,特别是内电路的建构过于直接,无感知过程,学生对教材中为了突出闭合电路而提供的闭合电路中电势高低变化的模型图难以理解,加之学生对部分电路的欧姆定律印象深刻,对电源内部的电路无直观印象,对电源也有内阻心存疑虑,难以突破初中形成的“路端电压不随外电路变化”的思维定势。
3.教材是利用纯电阻电路中的能量守恒关系推导得到IR+Ir=E和U+U=E,这种处理方式,会让学生对U+U=E的普适性产生怀疑:非纯电阻电路还适用吗?
4.作为一节规律探究课,本节课包含了许多科学思想方法,教材过于注重理论推导,忽视了实验探究,淡化了猜想、类比、比较、分析等多种科学思想方法教育,这对培养学生的探究能力和体验研究物理问题的方法是不利的,也不利于提高课堂教学的有效性。
第二种“通过设计多个实验来进行实验探究”的处理方法,调动学生学习的主动性和积极性,学生能获得更直观的认识,有效地突破一些教学难点,但由于本节知识点多,思维量大,设计过多的实验(特别是设计繁杂的分组实验)势必会分散学生的注意力,干扰学生的正常思考,挤压学生思考和实践应用的时间,影响了学生主体作用的发挥,效果同样不尽如人意。
2 教学建议
2.1 尊重学生的认知规律,科学设计探究过程
从物理学史来看,欧姆定律是基于实验而发现的,并非演绎推理的结果,教材通过功能关系分析来建立闭合电路的欧姆定律。这种处理方法带来的负面影响是学生缺乏感性认识,没有参与知识发现过程中的情感体验,难以形成深刻的理解,课堂上学生学习的积极性也不高。规避这种负面影响的方法就是在教学设计时,应当尊重学生的心理特点和认知规律,科学地设计探究过程,让学生在亲身探究中理解定律,体验方法。基于这种指导思想,笔者在教学设计时,先用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电,产生了与学生日常生活经验相矛盾的现象来设置“悬念”――引入新课。然后,引导学生针对“引入实验”中的现象展开探究,让学生在实验探究中分析、思考、归纳,得出电源内电压和外电压之间的关系。接着再引导学生利用功能关系,从理论角度来推导、探究,让实验得出结论在理论上获得支撑。最后,引а生利用所学规律解决引入实验和实际生活中的问题。这种在引入实验为基础的“实验和理论推导相互结合的探究过程”的设计,既避免了设计过多的实验,又让学生亲身体验了探究的过程,加深了对知识的理解,深刻领会到物理学科的严谨性和流畅性,感受到物理的探究之美和应用之美。同时,又能激发学生的学习热情,使物理课堂教学产生无穷的乐趣,进而实现高效的物理课堂教学。
2.2 合理创设问题情境,引导学生质疑探究
作为一节规律探究课,本节课的重点是如何落实探究教学,让学生在探究中理解闭合电路的欧姆定律,感知科学探究的过程和方法。在探究教学中,问题是探究的起点,没有问题就不可能有探究,正是在问题的驱动下,学生才能积极思考,从而产生探究欲望。这就需要教师在深入挖掘规律形成过程的基础上,精心创设问题情境,以问诱思,引导学生融入到探究学习的情境中去。例如:在构建“闭合电路”概念时,用两节新电池和内阻较大的9 V电池组分别给灯泡供电后,可设置如下问题情境:“为什么灯泡接到电动势为9 V的电池时,亮度反而暗了?难道电池坏了?”“为什么电池与灯泡接通时两端的电压变小?减小的电压哪儿去了?”“电池有内阻?可能吗?”“我们来看看电池(触摸电池),电池变热了,什么原因导致工作的电池会变热?”学生在问题的引领下观察、实验、体验,由此认识到“电源内部也有电阻和电流”“电源内部电流的通路,称为内电路”。这种以问题启发学生思考,以实验引导学生体验来构建闭合电路的方法,既弥补了教材对内电路建构的非直观性,也让学生经历了在质疑中分析、探究的过程,学生对闭合电路的认识潜移默化、水到渠成,远比直接灌输效果好。
在引导学生从能量角度验证实验探究结果时,设置如下问题情境:“刚才我们通过实验探究了闭合电路中的电流规律,这个结论可靠吗?”“如果我们能从理论上找到依据,是不是更可靠?如何从理论上来分析呢?”“从能量角度行吗?”“内、外电路在时间 t 内消耗多少电能? ”“这些能量从何而来?”学生在上述问题的引导下,发现也可以从能量角度来推导得出与实验相同的结果。
在引导学生探究路端电压与负载的关系时,设置以下问题情境:“实验表明,灯泡变暗是由于路端电压变小的缘故,你们能说说路端电压与什么有关吗?”“它们之间具体的关系是什么?”“如何设计实验来研究呢?”“从实验数据中能得出什么结论?”“能从理论上分析为什么会发生这样的变化吗?”“如果外电阻断开,路端电压为多少?外电阻短路,路端电压又为多少?”“谁能说说路端电压随外电阻变化的根本原因是什么?”在这一个个问题的引领下,学生从实验探究到理论分析两个方面找到了路端电压与外电阻的关系,不仅体验了科学探究过程,提高了理论分析和实验探究的能力,也养成了乐于探索、勤于动手的好习惯。
2.3 注重渗透科学方法教育,加深对规律本质的认识
作为一根主线,科学探究法贯穿在整个课堂教学过程中,教学中要注意尊重学生的心理特点和认知规律,强化科学探究法的显性教育:以引入实验为线索,引导学生经历“观察实验、提出问题、猜想假设、设计实验、分析论证”等过程,领会科学探究的方法。
“闭合回路中的电势变化”抽象而难以理解,突破这一难点的最重要的方法就是“比法”。教材试图以图1的模型来形象地说明这个问题,但这种模型对学生来说还是比较抽象,难以理解。笔者用如图2所示的“电梯加滑梯”模型和闭合电路加以类比,来说明闭合电路中的电势高低变化情况。这样的方法,既简单又源于学生的生活经验,学生容易接受,教学中应注意引导学生体会类比法的作用。
“演绎推理法”在“闭合电路欧姆定律的推导”和“路端电压与负载的关系推导”中两次用到,教学中要注意借助问题情境,把规律的探究以一个个问题的形式呈现出来,让学生在问题的引领下经历演绎、推理过程,构建对“闭合电路的欧姆定律”和“路端电压与负载关系”的正确理解,体验演绎推理过程中获得成功的愉悦。
另外,本节课中,要特别注意引导学生在了解路端电压与负载电阻的关系的基础上,通过极限法分析和理解电路断路时的路端电压和短路电流的现实意义,体会极限法在物理学习中的作用和意义,有效地训练学生突破思维定势,培养创造性的思维能力。
2.4 注重理论联系实际,物理与生活的联系
研究和学习物理最重要的方法就是理论联系实际,将理论和实际、物理与生活联系起来,可以帮助学生更透彻地理解所学的物理知识,培养学生的创造性思维和逻辑思维能力。欧姆定律与生产、生活联系密切,教学设计时,应注意还原知识的产生背景,注重将知识应用于实际生活。例如:新课引入可以从生活现象来提出问题,引发学生思考探究;在得出路端电压与外电阻R的关系后,引导学生通过将R推向两个极端情况的分析,来理解实际中“为什么电源开路时路端电压就等于电源的电动势”及“为什么电源不能用导线直接相连”;在学完了本节知识后,可引导学生用本节课所学知识分析解决新课引入及生产、生活中的实际问题。让学生充分地感知从生活走进物理、从物理回到生活的过程,培养学生利用物理知识分析解决实际问题的能力,建构对知识(尤其是难点知识)的正确理解,从而真切地感受所学物理知识的实用性,充分理解物理学科对时展的深远意义。
新课程下的中考的另一个特点,就是重视对实验探究能力的考查,促使同学们用新视角重新思考实验的过程,得到新的发现或收获,设计有关“过程与方法”的试题,考查同学们提出问题、做出猜想和假设、设计研究计划、分析处理数据、得出结论、学会评价的能力。
二、试题讲析
例1 如图l所示,电阻R1为12Ω,将它与R2串联后接到8V的电源上,已知R2两端的电压是2V,请求出电路的总电阻。
讲析 这是一道应用欧姆定律的基础题,解题的方法有两种:一种是从欧姆定律出发的分析法;一种是从电路的基本性质出发的综合法。即:求总电阻可以将R2的值求出来再求R1和R2的和;也可以用总电压除以总电流得总电阻;或根据电路的性质建立相应的关系式求解。
解法一:因为R1、R2串联,U1=U-U2=8V-2V=6V,I1=U1/R1=6V/12Ω=0.5A,I2=I1=0.5A,R2=U2/I2=2V/0.5A=4Ω,R总=R1+R2=12Ω+4Ω=16Ω.
解法二:因为R1、R2串联,I=I1=I2,则U/R1+R2=U-U2/R1,8V/R=8V-2V/12Ω,R总=16Ω.
解法三:因为R1、R2串联I1=I2,则U1/R1=U2/R2变形得R1/R2=U1/U2,R/R1+R2=U-U2/U1+U2,U/R1+R2=U-U2/R1,R总=16Ω.
例2 如图2所示,电源电压不变,当开关S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
讲析 这是一道欧姆定律应用题,要判断电表的示数如何变化,关键是要知道电路中的电表示数变化的实质,当开关s闭合后,电路的状态由两个电阻的串联变为只有一个电阻R2的电路;原来电流表测的是R1和R2串联时的电流,现在R1和电流表被短路,电流表的示数为0,示数变小;电压表原来测的是R2上的电压,它是电源的一部分电压,而现在的电路中只有R2,则U2=U源,示数变大,本题选C.
本题的问题是有些同学看不懂电路状态变化的实质,死抠欧姆定律,电流或电压的变化是与电路的变化有关,但知道了现在的电路的变化特征就简单多了,识别电路是我们解电学题的前提,如果电路的状态不清,则应用的电路性质也就会出错,这种能力要加强。
例3 在如图3所示的电路中,电源电压U=4.5V,且保持不变,电阻R1=4Ω,变阻器R2的最大阻值为15Ω,电流袁的量程为0~0.6A,电压表的量程为0~3V,为了保护电表,变阻器接入电路的阻值范围不能超出( ).
A.3.5Ω~8Ω
B.2Ω~3.5Ω
C.0~8Ω D.0~3.5Ω
讲析 本题是欧姆定律的又一种应用形式,是状态电路中的变阻器的取值范围问题,解这类题目的关键是从电路的状态出发,找出符合电路要求的电学关系式,题目中的两个电表同时要满足不超过量程的要求,即:串联电路中的电流不大于0.6A,电阻R2两端的电压不少于3V,所以我们可以用欧姆定律,写出符合电路要求的数学不等式组然后求解。
依题意,由欧姆定律可得
由①②两式解得3.5Ω≤R2≤8Ω,所以应选A.
本题与物理上其他题目一样,关键是理清电路的特征,能写出符合电路特点和要求的数学关系式,然后通过数学的手段解出结果,所以仅有基本知识是不够的,更要练就解相关问题的技能。
例4 小明利用如图4所示的装置探究电流产生的热量与哪些因素有关?在两个相同的烧瓶中装满煤油,瓶中各放置一根电阻丝,且R甲大于R乙,通电一段时间后,甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,该现象能够说明电流产生的热量与下列哪个因素有关( )。
A.电荷量 B.电流 C.电阻 D.通电时间
讲析 题目的表象是:甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,这与哪些因素有关?煤油是因为受热膨胀,液面上升的;相同条件下,甲中的液面升得高,说明甲瓶中的电阻产生的热量多R甲和R乙是串联在电路中的,则电流、通电时间以及电荷量(电流和通电时间的乘积)相等,A、B、D选项都不是影响因素;根据焦耳定律甲的电阻大,甲放出的热量多,则电流产生的热量与电阻的大小有关,应选C.
本题实际上探究的是焦耳定律的影响因素,使同学们能进一步了解其内容、理解它的应用同时本题中也渗透了“控制变量法”的探究思想。
例5 一个电热水壶,铭牌部分参数如下:额定电压220V,额定功率模糊不清,热效率为90%,正常工作情况下烧开满壶水需要5min,水吸收的热量为118800J,此时热水壶消耗的电能为_______J,其额定功率为_______W,电阻是_________Ω.若实际电压为198V,通过电热水壶的电流是_________A,1min内
电热水壶产生的热量是________J.(假设电阻不随温度改变)
讲析水所吸收的热量已知,电热的利用率知道,则消耗电能可以由热量的利用率求出;用电时间已知,消耗的电能已求,则由电功率的定义求电功率,电水壶的电阻由R2=U2额/P额求出,在实际电压下的电流I=U/R,实际电压下的电热水壶所产生的热量Q=IRt.
答案:132000 440 110 1.8 21384
本题是欧姆定律和焦耳定律应用的基础题,也是通过练习使同学们掌握基本知识的重要途径,简单的是这样的填空题,复杂的可以演变成综合应用题;这些题目也是中考中同学们易失分的地方。
例6 CFXB型“220V 1100W”电饭煲的原理图如图5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,R0为电热丝,当开关S接高温烧煮挡时,电路的功率为1100W,当开关S接焖饭、保温挡时,电路的总功率为22W。
(1)电饭煲在高温烧煮档时,开关S应与哪个触点连接?
(2)电热丝R0的阻值多大?
(3)当电饭煲在正常焖饭、保温时电路中的电流多大?焖饭、保温10rain,电热丝R0产生的热量为多少?
讲析 电饭煲在高温烧煮挡时,电路中的功率是最大,在电压一定时,要得到最大功率电路中的电阻应最小,由图5可知,当R被短路时,电路中的电阻最小,电路中只有R0工作,则S应合到2位置,高温挡时的功率已知,电压为额定电压,R0由R=U2/P等求得,当电饭煲在正常焖饭、保温时,电饭煲的热功率最小,电路中的电阻最大,则R0和R串联,可求出此时的电流,再由Q=I2Rt求出R0产生的热量,
答:(1)与触点2连接。
(2)P=U2/R0,R0=U2/P=(220V)2/1100W=44Ω.
(3)P=IU,I=P/U=22W/22V=O.1A,Q0=I2R0t=(0.1A)2×44Ω×600s=264J.
本题是欧姆定律和焦耳定律应用的综合题,同学们要能综合考虑影响电路发热的因素,也就是理解焦耳定律定义公式(Q=I2Rt)和各种变形公式(Q=U2/R(t)、Q=UIt)的应用,其中也涉及到欧姆定律的灵活应用。
三、巩固练习
1.如图6所示电路中,R1=10Ω.当开关S闭合时,电流表示数为0.2A,电压表示数为4V.求:(1)电源电压;(2)R2的阻值。
2.如图7所示电路中,电源电压恒定,R1为定值电阻,R2为滑动变阻器,闭合开关S后,滑动变阻器滑片P自b向a移动的过程中(
)。
A.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变小
B.电流表A的示数变大,电压表V2的示数与电流表A的示数之比变大
c.电压表V1的示数不变,电路消耗的总功率变大
D.电压表V2的示数变小,电路消耗的总功率变小
3.一只电炉的电阻为48.4Ω,接在电压为220V的电路中工作,它的功率是w,电炉丝工作时热得发红,而连接电炉丝的导线却不怎么发热,其原因是
4.在一次科技小组的活动中,同学们按照如图8所示的电路在AB之间接入一根细铜丝,闭合开关S后,调节滑动变阻器,使电流表的读数保持3A不变,过了一会儿,细铜丝熔断,在AB之间换接一根同长度的较粗的铜丝,再调节滑动变阻器到某一固定值,经较长时间粗铜丝没有熔断,在此过程中,电流表的读数保持3A不变小明同学针对所观察到的现象提出了一个问题:造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么?(设电源电压保持不变)
(1)你认为造成细铜丝熔断而粗铜丝没有熔断的原因是什么?(请简述理由)
(2)若粗铜丝电阻为0.01Ω,求:在5s内粗铜丝共产生的热量。
(3)如果你家准备安装一台“220V 1500W”的电热水器,你应用选用(较粗/较细)的铜导线用作连接线比较安全。
5.如图9所示电路,电源两端电压保持不变,当开关S1闭合、S2断开,滑动变阻器的滑片P移到B端时,灯L的电功率为PL,电流表的示数为I1;当开关S1断开、S2闭合时,灯L的电功率为R1',电流表的示数为,I2,已知PL:P'L=9:25.
(1)求电流表的示数I1与I2的比值;
(2)当开关S1、S2又都断开,滑动变阻器的滑片P在c点时,变阻器接入电路的电阻为Rc电压表V1的示数为u1,电压表V2的示数为U2,已知U1:U2=3:2,Rc的电功率为10W,这时灯L正常发光,通过闭合或断开开关及移动滑动变阻器的滑片P,会形成不同的电路,在这些不同的电路中,电路消耗的最大功率与电路消耗的最小功率之比为3:1.求灯L的额定功率。
6.小明在研究性学习活动中,查阅到一种热敏电阻的阻值随温度变化的规律如下表,并将该型号的热敏电阻应用于如图10所示由“控制电路”和“工作电路”组成的恒温箱电路中。
“控制电路”由热敏电阻R1、电磁铁(线圈阻值R0=50Ω)、电源U1、开关等组成,当线圈中的电流大于或等于20mA时,继电器的衔铁被吸合,右边工作电路则断开;
“工作电路”由工作电源U2(U2=10V)、发热电阻R2(R2=50Ω)、导线等组成,问:
(1)工作电路工作时的电流为多大?电阻R2的发热功率为多大?
(2)若发热电阻R2需提供1.2×104J的热量,则工作电路要工作多长时间(不计热量的损失)?
九年级物理教学过程中,教师在进行到比热容、欧姆定律、电功率的计算等这几个教学难点时,就需要多加注意这些重点难点,并且对其进行恰当的处理,从而达到最好的教学效果。
1.比热容在热学课程教学
比热容是涵盖四个物理量的综合概念,新课程实施后,教师的任务就是通过实验让学生理解和认识比热容,并且引导学生用比热容说明生活中简单的自然现象。
1.1本课的重点在于理解比热容的概念
利用比热容的有关知识解释生活中的有关问题,而难点则在于掌握热量的计算相关公式。教师首先应当从生活引入,通过实验建立概念,学生生活经验相对较少,教师可以根据人教版物理教科书做演示实验:用相同的电加热器质量相同的水和食用油,使它们升高相同的温度,发现加热水需要的时间较长,然后比较它们吸收热量的多少,看看这两种物质的吸热情况是否存在差异,最后实验表明说明水所吸收的热量较多。
教师可以带领学生再更换其他的液体或固体来做此实验,最后更多的实验都表明不同的物质在质量相等、并升高的温度相同时,吸收的热量不同,使学生深刻理解比热容的概念;教师要启发学生积极思考设定质量和升高温度的乘积被除以吸收的热量是何原因,这是教师在教学过程中非常重要的一点。
1.2学生掌握比热容概念后
教师可以通过定量实验的方法使学生自主计算热量的相关计算公式。用相同的电加热器加热质量不同物质A和物质B,一定时间后在自制的表格中记录它们升高的温度和吸收的热量,教师需要根据加热器功率和加热时间提供热量数据,并且认为这是A、B吸收的热量,学生在教师带领之下探究表格,可以自主计算出“物体吸收的热量与它的质量和升高温度乘积的比值”,计算公式有具体数据的支撑,因此更加易于理解。
2.直流电流教学中欧姆定律的学习
在电学中,电流、电压和电阻这三个物理量之间的联系是被欧姆定律这一条实验定律所揭示的,而欧姆定律一直就是电学实验定律的中心。
2.1通过创设问题情景归纳出欧姆定律
在欧姆定律的教学课时中,教师的任务是引导学生透过实验看到电流跟电压还有电阻之间的关联,总结出欧姆定律。而在教学过程中,本课时的难点就在于如何设计实验,如何分析实验中所取得的实验数据并进行归整总结,如何评估实验后得到的结果。
教师可以通过创设问题情景,引入新课问题让学生自己提出猜想和假设,自主进行实验探究电流、电压和电阻之间的关系,带领学生制定计划与实验方案,用控制变量法进行实验与收集证据,在自主设计实验方案的过程中,让学生的实验设计能力得到提升。
教师在学生汇报实验方法时做适当的提示与补充,完善学生提出的需要准备的实验器材,启发学生用多种方法来解决问题,比如在电路上串联一个滑动变阻器来改变电源电压的取值。
根据学生的分析和汇报,教师将学生的实验思路和方法进行总结,实验可分为两步,第一步控制电阻不变,通过调节滑动变阻器,改变电阻两端的电压并使其成倍数变化,再观察通过电阻的电流的变化情况,找出电流与电压的关系;第二步需要分别接入电路的,应当是阻值显示为倍数关系的不同类型电阻,学生在实验过程中,为了保持电阻两端的电压维持某一个固定值不变,就应当适当得调节滑动变阻器,同时观察电流的变化,从而能够准确地找出电阻与电流之间的联系。
在学生分组实验记录数据之后,教师引导学生分析轮涨得出结论,给出评价,让学生自主构建知识,学习科学研究方法,培养学生实验和观察的能力,但本课教学容量大,教学时间紧,教师不可一味放手,在适当的时候还需要引导学生进行归纳总结,从而使本课圆满完成。
3.电功率是电学的重点内容
电能转化为其他形式的能得过程也可以说是电流做功的过程。电流做功的多少跟电流的大小、电压的高低、通电时间的长短都有关系。作为表示电流做功快慢的物理量,电功率等于电流与时间之比。
3.1体会电功率在实际生活中的概念
教师在本课时的教学中,应当着重引导学生理解电功率的概念,通过实验或者举例让学生认识到电功率在现实生活中的广泛应用。
而难点则在于如何理解实际功率和额定功率的区别与联系。教师应当根据课程标准,引导学生根据实例,认识功的概念,知道做功的过程就是能量转化或转移的过程。通过做演示实验引入课题,从实验中得知电流做功有快慢之分,引导学生得出电功率的知识以及电功率的意义从而得出定义公式以及单位和换算关系。
教师可以通过比较800W的电吹风机与40W的灯泡在相同的时间内消耗的电能让学生理解功和功率的区别与联系,同时从能量转化的角度对电功率进行分析,便于学生加深理解。通过设置课堂练习和演示实验,例如将两灯泡先后并联和串联接入家庭电路中,观察灯泡的发光情况,探究灯泡的功率是否改变了,从而使学生意识到利用灯泡铭牌上得电功率判断灯泡的亮暗,要一并考虑电压的影响,最后得知用电器的正常工作状态和非正常工作状态,指导用电器的功率不是固定不变的。
教师最后结合电功率和电功率的计算以及额定功率和实际功率的板书,梳理本课所学知识,使之形成一个完整的知识体系,同时也可以帮助学生进行记忆,最后让学生掌握运用于解题。
4.总结
由简单到繁杂,由浅显到深刻的认识规律是物理教学的特点,在教学过程中,教师要做好足够的铺垫,这样才能充分发挥物理教学的探究性,但同时,也要顾及到学生的接受能力,只有教师在教学过程中起到了“穿针引线”的串联作用,知识的系统性和结构性才能够保持。
教师要使学生能够全方面的体验到学习物理的乐趣,从而认识到应用科学方法的重要性,并且在探究过程中,科学思想得到熏陶,能力得以提升,掌握正确的学习方法获得知识。
参考文献:
[1]陆长海.中学物理重难点教学的几点建议[J].考试(教研).2010年12期