時間:2023-07-13 16:45:02
序論:好文章的創作是一個不斷探索和完善的過程,我們為您推薦十篇歐姆定律適用條件范例,希望它們能助您一臂之力,提升您的閱讀品質,帶來更深刻的閱讀感受。
歐姆定律是初中物理電學部分的核心內容,也是中考中考點的重點內容、難點內容。歐姆定律掌握的好壞直接影響學生的考試成績,要多用時間將這塊知識夯實,才能取得高考的勝利。
一、明確歐姆定律的內容
1、實驗思想和方法
歐姆定律在教材上是通過在“控制變量法”的實驗思想基礎上歸納總結出來的:即在控制電阻不變,得到通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比;控制導體兩端的電壓不變,得到通過導體的電流跟導體的電阻成反比。由此得到了電路中電流與電壓、電阻之間的關系。
2、歐姆定律的表達式
由實驗總結和歸納出歐姆定律:通過導體的電流跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。
表達式為:I=U/R;I的單位是安(A),U的單位是伏(V),R的單位是歐(Ω);導出式:U=IRR=U/I
注意表達式中的三個物理量之間的關系式是一一對應的關系,即具有同一時間,同一段導體的關系。
3、歐姆定律的應用條件
(1).歐姆定律只適用于純電阻電路;
(2).歐姆定律只適用于金屬導電和液體導電,而對于氣體、半導體導電一般不適用;
(3).歐姆定律表達式I=U/R表示的是研究不包含電源在內的“部分電路”;
(4).歐姆電律中“通過”的電流I、“兩端”的電壓U及“導體”的電阻R都是同一個導體或同一段電路上對應的物理量,不同導體之間的電流、電壓和電阻間不存在上述關系。
4.區別I=U/R和R=U/I的意義
歐姆定律中I=U/R表示導體中的電流的大小取決于這段導體兩端的電壓和這段導體的電阻。當導體中的U或R變化時,導體中的I將發生相應的變化。可見,I、U、R都是變量。另外,I=U/R還反映了導體兩端保持一定的電壓,是導體形成持續電流的條件。若R不為零,U為零,則I也為零;若導體是絕緣體R可為無窮大,即使它的兩端有電壓,I也為零。因此,在歐姆定律I=U/R中,當R一定時I與U成正比;當U一定時I與R成反比。
R=U/I是歐姆定律推導得出的,表示一段導體兩端的電壓跟這段導體中的電流之比等于這個導體的電阻。它是電阻的計算式,而不是它的決定式。導體的電阻反映了導體本身的一種性質,因此,在導出式R=U/I中R與I、U不成比例。
對于給定的一個導體,比值U/I是個定值;而對于不同的導體,這個比值是不同的。不能認為導體的電阻跟電壓和電流有關。
二、歐姆定律的應用
在運用歐姆定律,分析、解決實際問題,進行有關計算時應注意以下幾方面的問題:
1.要分析清楚電路圖,搞清楚要研究的是哪一部分電路。這部分電路的連接方式是串聯,還是并聯,這是解題的關鍵。
2.利用歐姆定律解題時,不能把不同導體上的電流、電壓和電阻代入表達式I=U/R及導出式U=IR和R=U/I進行計算,也不能把同一導體不同時刻、不同情況下的電流、電壓和電阻代入歐姆定律的表達式及導出式進行計算。為了避免混淆,便于分析問題,最好在解題前先根據題意畫出電路圖,在圖上標明已知量的符號、數值和未知量的符號。同時要給“同一段電路”同一時刻的I、U、R加上同一種腳標;不能亂套公式,并注意單位的統一。
3.要搞清楚改變和控制電路結構的兩個基本因素:一是開關的通、斷情況;二是滑動變阻器連入電路中的阻值發生變化時對電路的影響情況。因此,電路變化問題主要有兩種類型:一類是由于變阻器滑片的移動,引起電路中各個物理量的變化;另一類是由于開關的斷開或閉合,引起電路中各個物理量的變化。解答電路變化問題的思路為:先看電阻變化,再根據歐姆定律和串、并聯電路的特點來分析電壓和電流的變化。這是電路分析的基礎。
三、典型例題剖析
例1 在如圖所示的電路中,R=12Ω,Rt的最大阻值為18Ω,當開關閉合時,滑片P位于最左端時電壓表的示數為16V,那么當滑片P位于最右端時電壓表的示數是多少?
解析:分析本題的電路得知是定值電阻R和滑動變阻器Rt 串聯的電路,電壓表是測R兩端電壓的。當滑動變阻器的滑片P位于最左端時電壓表的示數為6V,說明電路中的總電壓(電源的電壓)是6V,而當滑動變阻器的滑片P位于最右端時,電壓表僅測R兩端的電壓,而此時電壓表的示數小于6V。
滑片P位于變阻器的最右端時的電流為I=U1R+Rt=6V12Ω+18Ω=0.2A。此時電壓表的示數為U2=IR=0.2A×12Ω=2.4V。
例2 如圖所示,滑動變阻器的滑片P向B滑動時,電流表的示數將;電壓表的示數將。(填“變大”、“變小”或“不變”)如此時電壓表的示數為2.5V,要使電壓表的示數變為3V,滑片P應向端滑動。
圖1
分析:根據歐姆定律I=UR,電源電壓不變時,電路中的電流跟電阻成反比。此電路中滑動變阻器接入電路的電阻是AP段,動滑片P向B滑動時,AP段變長,電阻變大,所以電流變小。電壓表是測Rx兩端的電壓,根據Ux=IRx可知,Rx不變,I變小,電壓表示數變小。反之,要使電壓表示數變大,滑片P應向A端滑動。
答案:變小;變小;A。
關鍵詞:是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質量不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以……”。教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
(4)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統內部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
歐姆定律是高中物理電學部分的核心內容,也是高考的重難點內容,同時歐姆定律掌握的好壞會直接影響我們的考試成績,因此要多用時間將這塊知識進行鞏固,以取得更高的分數。
1在歐姆定律的學習中常遇到的問題
1.1歐姆定律的使用范圍問題
在電路的實驗過程中,我會出現忽略導線,電子元件與電源自身的電阻,將整個電路視為純電阻電路的問題。而歐姆定律通常只適用于導電金屬和導電液體,對于氣體、半導體、超導體等特殊電路元器件不適用,但我們知道,白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的,也就是說線性材料鎢制成的燈絲應是線性元件,但實踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件,因此這里的表述就不正確,本人為了弄清這里的問題,向老師進行了請教并查閱了相關資料,許多資料上說歐姆定律的應用有“同時性”與“歐姆定律不適用于非線性元件,但對于各狀態下是適合的”。但我自身總覺得這樣的解釋難以接受,有牽強之意,即個人理解為既然各個狀態下都是適合的,那就是適合整個過程。
1.2線性元件的存在問題
通過物理學習我們會發現材料的電阻率ρ會隨其它因素的變化而變化(如溫度),從而導致導體的電阻實際上不可能是穩定不變的,也就是說理想的線性元件并不存在。而在實際問題中,當通電導體的電阻隨工作條件變化很小時,可以近似看作線性元件,但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立,例如常用的炭膜定值電阻,其額定電流一般較小,功率變化范圍較小。
1.3電流,電壓與電阻使用的問題
電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動變阻器的使用,是最基礎的概念,也是我最容易混淆的內容。電流表測量電流、電壓表測量電壓、變阻器調節電路中的電流,而電流、電壓、電阻的概念是基本的電學測量儀器,另外,歐姆定律只是用來研究電路內部系統,不包括電源內部的電阻、電流等,在學習歐姆定律的過程中,電流表、電壓表、導線等電子元器件的影響常常是不考慮在內的,而對于歐姆定律的公式I=UR,I、U、R這三個物理量,則要求必須是在同一電路系統中,且是同一時刻的數值。
2歐姆定律學習中需要掌握的內容
本人在基于電學的基礎之上,通過對歐姆定律的解題方式進行分析,個人認為我們需掌握以下內容:了解產生電流的條件;理解電流的概念和定義式I=q/t,并能進行相關的計算;熟練掌握歐姆定律的表達式I=U/R,明確歐姆定律的適用條件范圍,并能用歐姆定律解決相關的電路問題;知道什么是導體的伏安特性,什么是線性元件與非線性元件;知道電阻的定義和定義式R=U/I;能綜合運用歐姆定律分析、計算實際問題;需要進行實驗、設計實驗,能根據實驗分析、計算、統計物理規律,并能運用公式法和圖像法相結合的方法解決問題。
3歐姆定律的解題思路及技巧
3.1加深對歐姆定律內容的理解
在歐姆定律例題分析中,我們比較常見的問題是多個變量的問題,以我自身為例,由于物理理解水平有限,且電壓、電流、電阻的概念比較抽象,所以學習難度較大,但我通過相關教學短片的學習,將電阻比喻成“阻礙電流通行的路障,電阻越大路越不好走,電阻越小通過速度則快”的方式,明白了電阻是導體自身的特有屬性,其大小是受溫度、導體的材料、長度等各方面因素影響的,與其兩端的電壓跟電流的大小無關,并且明白了電阻不會隨著電流或者電壓的大小改變而改變。同時我們每一個人都知道對于不同的習題,解決步驟都是不相同的,雖同一問題會有不同的解題方法,但總是離不開歐姆定律這個框架。因此對于一些與電學有關的知識,我一般會利用歐姆定律解決電生磁現象與電功率計算問題。例如:某人做驗時把兩盞電燈串聯起來,燈絲電阻分別為R1=30Ω,R2=24Ω,電流表的讀數為0.2A,那么加在R1和R2兩端的電壓各是多少?我可以根據兩燈串聯這一關建條件,與U=IR得出:U1=IR1=0.2A×30Ω=6V,U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V,故R1和R2兩端電壓分別為6V、4.8V的結論。
3.2利用電路圖進行進行計算
在解有關歐姆定律的題時,以前直接把不同導體上的電流、電壓和電阻代入表達式I=U/R及導出式U=IR和R=U/I進行計算,并把同一導體不同時刻、不同情況下的電流、電壓和電阻都代入歐姆定律的表達式及導出式進行計算,因此經常混淆,不便于分析問題。通過后期老師給予我的建議,在解題前我都會先根據題意畫出電路圖,并在圖上標明已知量、數值和未知量的符號,明確需分析的是哪一部分電路,這部分電路的連接方式是串聯還是并聯,以抓住電流、電壓、電阻在串聯、并聯電路中的特征進行解題。同時,我還會注意開關通斷引起電路結構的變化情況,并且回給“同一段電路”同一時刻的I、U、R加上同一種腳標,其中需注意單位的統一與電流表、電壓表在電路中的連接情況,以及滑動變阻器滑片移動時電流、電壓、電阻的變化情況。
3.3利用電阻進行知識拓展
本著從易到難的原則,我們可從一個電阻的問題進行計算,再擴展到兩個電阻、三個電阻,逐漸拓寬我們的思路,讓自己找到學習的目標以及方法。比如遇到當定值電阻接在電源兩端后電壓由U1變為U2,電路中的電流由I1增大到I2,這個定值電阻是多少的問題時,我們可利用歐姆定律的概念ΔU=ΔI?R得到電阻的值,而當難度增加由一個電阻變為兩個電阻時,定值電阻與滑動變阻器串聯在電壓恒定的電源兩端,電壓表V1的變化量為ΔU1,電壓表V2的變化量為ΔU2,電流表的示數為ΔI,在這樣的問題上可將變化的問題轉化為固定的關系之間的數值,就可簡化許多變量問題的計算。當變量變為三個電阻時難度會進一步的增大,我起初認為這是一項不可能完成的任務,所以放棄了這類題,而在經過詢問成績優秀的同學時,才知道可將三個電阻盡量化為兩個電阻,通過電壓表與電流表的位置將電阻進行合并,以此簡化題目。
4總結
簡言之,歐姆定律是物理教材中最為重要的電學定律之一,是電學內容的重要知識,也是我們學習電磁學最基礎的知識。當然,對于歐姆定律的學習與解題方法,自然不止以上所述方法,因而在具體的學習中,我們要立足于自身實際學習情況來進行方法的選取,突破重難點知識,以找到更好的解題思路。
參考文獻:
《歐姆定律》一課,學生在初中階段已經學過,高中必修本(下冊)安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基本研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖象法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法.這就決定了本節課的教學目的和教學要求.這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法.
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎.本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用.因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段.
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用.
本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析.這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎.
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義.盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏.從數學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度.對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從數學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義.有些學生常將兩種表達式相混,對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清,要注意提醒和糾正.
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式綜合教學法.教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動.在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行大面積課堂提問,讓學生充分發表意見.這樣既有利于化解難點,也有利于充分發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍.
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實際操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律.同時要讓學生知道,物理規律必須經過實驗的檢驗,不能任意外推,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣.
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:1.在引入新課提出課題后,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用.2.對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答.這樣使他們既鞏固了實驗知識,也調動他們盡早投入積極參與.3.在進行演示實驗時可請兩位同學上臺協助,同時讓其余同學注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考.4.在用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出下面的問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識.到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖象使學生的學習情緒轉向高漲.5.在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義.此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥.此處節奏應放慢,可提請學生回答或展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出實驗結論的基礎上,進一步總結出歐姆定律,這實際上是認識上的又一次升華.要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力.教師重申時語氣要加重,不能輕描淡寫.要隨即強調歐姆定律是實驗定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推.7.為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習,達到鞏固之目的.然后結合課本練習題,熟悉歐姆定律的應用,但占時不宜過長,以免沖淡前面主題.
四、授課過程中幾點注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹.
2.注意正確規范地進行演示操作,數據不能虛假拼湊.
3.注意演示實驗的可視度.可預先制作電路板,演示時注意位置要加高.有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學生都能清晰地看見.
《歐姆定律》一課,學生在初中階段已經學過,高中必修本(下冊)安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基本研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法――列表對比法和圖象法;再次領會定義物理量的一種常用方法――比值法。這就決定了本節課的教學目的和教學要求。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎。本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段。
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用.
本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析。這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從數學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從數學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。有些學生常將兩種表達式相混,對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清,要注意提醒和糾正。
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式綜合教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行大面積課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,也有利于充分發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實際操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須經過實驗的檢驗,不能任意外推,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:1.在引入新課提出課題后,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么(不一定讓學生回答)?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用。2.對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答。這樣使他們既鞏固了實驗知識,也調動他們盡早投入積極參與。3.在進行演示實驗時可請兩位同學上臺協助,同時讓其余同學注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。4.在用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出下面的問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖象使學生的學習情緒轉向高漲。5.在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提請學生回答或展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻的印象。6.在得出實驗結論的基礎上,進一步總結出歐姆定律,這實際上是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力。教師重申時語氣要加重,不能輕描淡寫。隨即強調歐姆定律是實驗定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推。7.為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題、辨析題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合課本練習題,熟悉歐姆定律的應用,但占時不宜過長,以免沖淡前面主題。
四、授課過程中幾點注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作,數據不能虛假拼湊。
3.注意演示實驗的可視度.可預先制作電路板,演示時注意位置要加高.有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學生都能清晰地看見。
電流通過純電阻與非純電阻時的能量轉化關系,是高中物理直流電路部分的重點知識,但由于很多同學不能夠正確區分純電阻與非純電阻,導致很多問題的分析出現問題,本人結合教學過程中的實際情況,以電動機為例,較好的解決了純電阻與非純電阻中應用中的區別與聯系。
一、設計的幾個實驗分析:
當電流通過電動機的過程中,消耗電能,同時會產生其他形式的能,這個能量轉化的過程就是電流做功的過程,即電功W=IUt。而電流通過線圈時會產生焦耳熱,Q=I2Rt,那么,Q與W相等嗎?
解決方案:假設Q=W,將推導出I=U/R,即歐姆定律,而歐姆定律是有它的適用條件的。
分析:歐姆定律有它的適用條件,電流消耗的電能全部轉化為內能,此時電功等于電熱。所以,歐姆定律適用的電路叫做純電阻電路;歐姆定律不適用的電路叫做非純電阻電路。
實驗1:探究電動機在不轉動的狀態下,電壓、電流和電阻的關系有何特點。
實驗2:探究電動機在轉動的狀態下,電壓、電流和電阻的關系有何特點。
通過具體的實驗讓學生清晰的辨別純電阻電路與非純電阻電路。
實驗3:進一步探究電動機在不轉動的狀態下,電壓、電流和熱功率、總功率的關系。
實驗結論:電流通過純電阻時,熱功率在總功率中所占比值很高。在誤差允許的情況下,純電阻電路產生的電熱近似等于消耗的電功,即W=Q.
實驗4:進一步探究電動機在轉動的狀態下,電壓、電流和熱功率、總功率的關系。
實驗結論:電流通過非純電阻時,熱功率在總功率中所占比值較小。從能量守恒的角度去考慮,W=Q+E,即電動機消耗的電能等于產生的熱量及產生的機械能的總和。
二、大思路
含電動機的電路由于涉及電能轉化為機械能,電動機正常工作的電壓電流關系不再滿足,我們需要從能量守恒的角度去研究。
電動機正常工作時的輸入功率(即電動機消耗的總功率)一部分轉化為電熱,一部分轉化為機械能輸出。根據能量守恒:
P輸入+P熱=P輸出
1.求電動機兩端的電壓U
2.求流過電動機的電流I
3.求電動機的內阻r
4.求電動機輸入功率P輸入,用電功率公式P=IU計算
5.求電動機內阻消耗的電熱功率P熱,根據焦耳定律求出P熱=I2r
注意:4、5中的兩個公式不能使用純電阻電路中的其他變形。
6求出P輸入、P熱之后,不難求出P輸出
舉一反三,如果已知P輸入、P熱、P輸出中的任意兩個,則另一個可以通過解能量守恒方程求出。
三、例題分析:
例:一臺電風扇,內阻為20Ω,接上220V電壓后,消耗功率66W,問:
(1)電風扇正常工作時通過電動機的電流是多少?
(2)電風扇正常工作時轉化為機械能的功率是多少?轉化為內能的功率是多少?電動機的效率是多少?
(3)如果接上電源后,電風扇的風葉被卡住,不能轉動,這時通過電動機的電流,以及電動機消耗的電功率和發熱功率是多少?
分析(1)因為P入=IU
所以I=PUA=0.3A
(2)電風扇正常工作時轉化為內能的功率
P內=I2R=0.32×20W=1.8W
電風扇正常工作時轉化為機械能的功率
P機=P入-P內=66W-1.8W=64.2W
電風扇正常工作時的效率
η=64.266×100%=97.3%
(3)電風扇風葉被卡住后電動機不轉時可視為純電阻,通過電風扇的電流
I=UR=22020A=11A
電動機消耗的電功率
P=IU=11×220W=2420W
電動機發熱功率
直流電動機的電壓、電流與功率問題,一直是高中物理“電功與電功率”這節內容教學中的難點。因為電動機電路屬于非純電阻電路,歐姆定律并不適用,而學生往往沒真真理解歐姆定律的使用條件,常常也用歐姆定律來解直流電動機的電壓、電流與功率問題,導致這類題目錯誤率很高。接下來筆者結合自己的實踐經驗來談談對這部分內容的教學體會。
一、直流電動機的電壓與電流
直流電動機是根據通電線圈在磁場中轉動的原理制成的,其線圈的等效電路如圖1所示(即可等效為一個定值電阻
與一個無阻值的理想線圈串聯而成)。當給電動機通上電,線圈在磁場中轉動時,線圈導線切割磁感線,這樣在線圈中就會產生感應電動勢。根據楞次定律可知,產生的感應電動勢的方向與使線圈轉動的電流方向相反,故稱為反電動勢ε。電動機線圈轉動的越快,說明線圈的導線切割磁感線越快,所以反電動勢ε就越大。又因為線圈本身具有直流電阻(等效為圖1中的定值電阻R),因此加在電動機兩端的電壓應分為兩部分:其一用來平衡反電動勢ε;其二為線圈直流電阻上損失的電壓U΄。
即有:U = ε + U΄;①
由于直流電動機的電流Ι(即電動機的工作電流)就是流過電動機線圈電阻的電流。
所以有:U΄ = ΙR;②
有①、②兩式可得:
直流電動機兩端的電壓U =ε +ΙR;③
因此直流電動機的電流Ι=(Uε)/ R;④
由此可見部分電路歐姆定律Ι=U / R對電動機是不適用的。
當電動機接通電源后,啟動的開始階段電樞的轉速較小,產生的反電動勢很小,所以啟動電流很大,最大可達額定電流的15―20倍。這一電流會使電網受到擾動,機組受到機械沖擊,換向器產生火花。
為了限制啟動電流,常在電樞回路內串入專門設計的可變電阻,其接線原理見圖2。在啟動過程中隨著轉速的不斷增大,應及時逐級將各分段電阻短接,使啟動電流限制在某一允許值以內,這一啟動方式稱為串聯電阻啟動。這種啟動方式非常簡單,設備輕便,廣泛應用于各種中小型直流電動機中。但由于啟動過程中能量消耗較大,不適用于經常啟動的電動機和中、大型直流電動機中。
二、直流電動機的功率
如果用Ι去乘③式中的各項就可以得到:
〔中圖分類號〕 G633.7
〔文獻標識碼〕 A
〔文章編號〕 1004—0463(2012)
10—0035—01
初、高中物理教學既是相對獨立的兩個階段,又是一個統一的整體,在初中階段進行概念和規律教學時,既不能脫離學生實際一味追求嚴謹,使學生難以接受,也不能忽視概念教學的相對嚴密性和物理規律的適用條件,以免誤導學生形成片面的甚至錯誤的理解,為高中階段的學習埋下隱患。所以,初中物理教學要把握教學分寸,注意與高中教學的銜接。
一、寬嚴合適,引導學生掌握當前知識,為高中教學奠定基礎
教學過程是在一定條件下的特殊認識過程,要適應學生的年齡特征、知識基礎和智力水平,如果脫離學生實際,在教學中一味追求概念和規律的嚴密性,學生就會難以接受和理解,不僅不能學有所得,反而挫傷了他們的積極性,使他們感到物理枯燥乏味且難學,甚至產生厭學情緒,這無疑會影響到高中的繼續學習。因此,初中物理教學要從學生的認知水平出發,立足基礎知識,善于運用合理的“不嚴密”,抓住問題的主要矛盾,突出主要方面,幫助學生理解,讓他們把主要的基礎知識學扎實,為后面的學習打下基礎。
例如,功的概念比較抽象,在初中教學中可以從具體事例出發,幫助學生認識做功的物理含義,由此總結出做功必備的兩個條件——力和在力的方向上通過的距離。限于初中學生的知識基礎和接受能力,不要引入位移的概念,也不必討論正功和負功問題以及變力做功的情況。這樣不僅學生容易接受,還能培養學習興趣。
二、重視教學中的相對嚴密性,為高中階段的學習掃除障礙
初、高中教材內容有著內在的聯系,初中教學需要瞻前顧后,既要引導學生掌握當前知識,又要防止學生片面地甚至錯誤地理解某些概念,這就要重視知識傳授的相對嚴密性,為進一步學習掃清障礙,鋪平道路。
例如,在講壓力這一概念時,不能只從水平面上物體受壓的實例中引出壓力的概念,還應該從學生熟悉的事例中分析垂直面和斜面上的受壓情況,讓學生明白產生壓力的情況是多種多樣的,還要啟發學生分析各種情況下壓力是什么物體通過哪種形式施加的。關于壓力和重力的關系,要通過具體事例分析,當放在水平面上靜止或運動的物體只受重力和支持力作用時,物體對支撐面的壓力才等于物體重力。此外,應舉一些壓力和重力大小不相等甚至無關的事例,以加深學生對壓力和重力的理解。如果教學中只求簡化,認為初中物理應主要在水平面上分析與壓力有關的問題,在教學中既不討論產生壓力的多種情況,也不區分壓力和重力,甚至要求學生記住“壓力和重力大小相等”的結論,必然會導致學生對壓力概念的片面理解。這會給學生高中階段的物理學習造成很大的障礙。
三、把握教學分寸,講清物理規律的適用條件和范圍
結合以往教學實踐經驗整理論述,發現有關初中階段物理課程內的電功率教學難點,始終限定在電路結構分析和計算公式靈活選取層面。事實上,大多數初中生對于歐姆定律可以說是耳濡目染,相關性計算操作訓練也基本上能夠駕輕就熟。因此,后續的挑戰任務內容,便是針對電功率計算過程中的公式科學化選取規則,加以細致化驗證論證,并快速將內部訣竅傾數灌輸到學生思維體系架構之中。相信長此以往,對于初中生群體物理知識結構細致化修繕和今后升學壓力輕松克制,能夠發揮前所未有的鞏固效果。
一、初中階段物理電功率知識教學難點特征的客觀論述
首先,知識結構機理綜合性顯著。需要學生靈活運用以往熟練掌握的歐姆定律、串并聯規則,以及力學知識內容,進行相關性數據定量化計算驗證。
其次,與生活實際狀況聯系過于縝密。在初中階段研習電功率知識,必然會接連引入各類電功率概念機理、實際測量等探究性任務,確保學生在特定情境感染下,自主強化自身動手操作潛質,并在今后善于發現并解決生活中一切和物理電功率知識相關的問題。在如今發達的社會生活領域中,我們經常會接觸各類電器,雖然說大部分初中生尚未掌握內部核心工作原理,但是透過相關題型的計算過后,就可以大致了解透徹。由此看來,不管是透過課程規范要求角度,或是物理知識生活化應用角度界定,電功率知識點始終發揮著高效的傳輸引導功效。
二、新時代背景下我國初中物理電功率知識點合理教學策略內容的細致化解析
1.課堂教學理念的全面改良設計
其強調的是,初中物理教師在正式引入電功率知識環節中,需要在課堂內部主動創設一類生活化感知情境,借此吸納學生關注意識,令其愿意參考各類知識內容,并進行實驗方案綜合性猜想設計,方便教師進行審核和改正。在整個教學流程中,教師始終被認定是學生的引導、合作角色,一旦初中生思維出現任何瓶頸限制危機,教師必須在第一時間范圍內洞察并賦予精確化點撥。也就是說,教師的核心動機,在于鼓勵學生自主性探索電功率知識運算規律,同時聯系熟悉的生活情景進行實驗操作,令其建立應有的物理科學探索精神。
2.建立起明確的電功率知識教學引導指標
首先,作為專業化初中物理教師,在進行電功率知識傳授期間,需要同時關注個體情感價值觀熏陶實效,提倡現場學習交流模式的多樣化表現特征,真正令學生透過生活掌握各類物理知識,同時做好今后應對社會各項職業挑戰的準備工作。
其次,督促初中生盡快地熟練掌握電功率相關計算公式的應用規則。事實上,任何公式都存在專屬的適用規則,只要確保初中生能夠將這方面細節了解透徹,就能盡量規避日后解題過程中公式錯用問題。有關這部分公式類型具體表現為:
(1)原始公式。電功率的定義式P=W/t,適合于任何電路;經驗式P=UI和W=UIt,適合于任何電路;焦耳定律Q=I2Rt,適合于任何電路;經驗式W=UIt,適合于任何電路。
(2)推導公式。結合歐姆定律I=U/R及其變形公式U=IR和R=U/I來推導。因此,適用條件應該和歐姆定律相同――只適用于純電阻電路。如,推導公式P=I2R和W=I2Rt,只適合于純電阻電路;推導公式P=U2/R,W=U2t/R,只適合于純電阻電路。
(3)關系式。根據電路和不同材料的特點,得到的關系式W=Q,只適合于純電阻電路。其中W是電流流過導體所做的功,Q是電流流過導體產生的熱;另外P=P1+P2+…+Pn,適合于任何電路。
(4)比例式。主要是透過串并聯電路的特點和公式的合并特征,形成的一種與串并聯相關的推導式。如并聯電路中電功率與電流、電阻的關系:P1∶P2=I∶I=R∶R,證明在并聯電路中,電功率之比等于它們所對應的電流之比、等于它們所對應電阻的反比。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學生在初中階段已經學過,高中選修教材安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基礎研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖像法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節課的教學目的和教學要求。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎。本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段。
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析,這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。
本節課的難點是電阻的定義及其物理意義。盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從教學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從教學角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義。
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實驗操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須通過實驗的檢驗,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用。
2. 對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答,這樣使學生既鞏固實驗知識,又調動學生積極參與。
3. 在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余學生注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖像使學生的學習情緒轉向高漲。
5. 在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提請學生展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實驗結論的基礎上,進一步總結歐姆定律,這實際是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力。
7. 為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合教材練習題,熟悉歐姆定律的應用,時間不宜過長,以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
4. 定義電阻及總結歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。