時間:2023-08-12 09:15:44
序論:好文章的創(chuàng)作是一個不斷探索和完善的過程,我們?yōu)槟扑]十篇歐姆定律比例問題范例,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(qū)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(fā)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(xù)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(lián),還是并聯(lián),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(tǒng)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(fā)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(lián)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(lián)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?yōu)?V,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。
二、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(lián)系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
三、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常量的實驗,海王星、冥王星的發(fā)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(fā)現了它的局限性。
四、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做功或所做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(fā)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(tài)量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態(tài)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(tǒng)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。
五、動量守恒定律。歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節(jié)“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規(guī)律,也不違反科學規(guī)律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發(fā)生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態(tài)變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以使問題大大地簡化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規(guī)律之一。無論是宏觀系統(tǒng)或微觀粒子的相互作用,系統(tǒng)中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統(tǒng)不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
要做好兩次演示實驗,這為學生實驗“伏安法測電阻”打下基礎。并注意兩次演示實驗的異同,講清實驗過程中電流表、電壓表及滑動變阻器的正確連法,以及滑動變阻器在兩個實驗中作用的異同,以及注意事項。
讓學生感知實驗探究電流跟電壓、電阻的關系,經歷科學探究的全過程,使學生感悟:“控制變量”來研究物理多因素問題,是一種有效的科學方法。
第二節(jié)“歐姆定律及其應用”繼第一節(jié)后對數據的分析歸納,通過用列表法、觀察法、數學比例法、圖象法、類比法、分析、綜合與歸納等方法來對實驗數據進行研究的一些科學方法。從而分析電流、電壓、電阻三者之間的定量關系——歐姆定律及其表達式。最終培養(yǎng)學生運用這些方法對實驗數據進行研究、分析、歸納、概括物理規(guī)律的一些能力。
又通過實驗探究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點”。歐姆定律是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的關鍵。
在教學中這一節(jié)可分為四課時教學:
第一課時理解歐姆定律,進行簡單計算(求電流、電壓和電阻的三種書寫格式),初步掌握運用歐姆定律解決實際電學問題的思路和方法;可補充:有兩個用電器的簡單計算(注意強調用不同角碼區(qū)分不同用電器)。為下節(jié)課講串并聯(lián)電阻關系作鋪墊。
第二課時通過歐姆定律的推導定量研究“串聯(lián)電路與并聯(lián)電路中電阻的特點”,得出:
串聯(lián)電路:R=R1+R2
并聯(lián)電路:1/R=1/R1+1/R2
第三課時運用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點練習靜態(tài)固定電路的相關計算;培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力,注意教給學生解題思路、規(guī)范解題。
串聯(lián)電路的特點:
①電流:I=I1=I2
②電壓:U=U1+U2
③電阻:R=R1+R2
④串聯(lián)分壓成正比,即
U1:U2=R1:R2
電阻變大分得的電壓變大,電阻變小分得的電壓變小。
并聯(lián)電路的特點:
①電流:I=I1+I2
②電壓:U=U1=U2
③電阻:R=1/R1+1/R2
④并聯(lián)分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
電阻變大通過的電流變小,電阻變小通過的電壓變大。
第四課時運用歐姆定律及串并聯(lián)電路的特點,練習動態(tài)電路的相關計算。
動態(tài)電路------由于開關的通斷、滑動變阻器滑片的移動導致電路中的物理量發(fā)生變化的電路。
簡化電路的方法:
1、電流表看成導線,電壓表看成斷路。
2、短路和斷路的電路可以去掉。
3、閉合的開關看成導線
解決變化電路問題的關鍵是把動態(tài)電路變成靜態(tài)電路(電路的識別),可以把電流表簡化成導線,將電壓表簡化成斷開的或干脆拿掉。把閉合的開關看成導線,把被局部短路的用電器拿掉;把開關斷開的支路去掉,來簡化電路。畫出每次變化后的等效電路圖,標明已知量和未知量,再根據有關的公式和規(guī)律去解題。
第三節(jié)“測量小燈泡的電阻”是歐姆定律內容的延續(xù),教學過程中以學生為主,本節(jié)主體內容是利用電壓表、電流表測算出小燈泡的電阻,通過實驗探究去發(fā)現燈絲電阻變化的規(guī)律,并最終找到影響燈絲變化的因素及它們之間的相互關系。注意多測幾組數據,指明不能用平均法求電阻值(測量定值電阻的阻值用平均法求電阻值)。
通過本實驗,進一步讓學生認識到導體的電阻大小是導體本身的一種性質,與導體兩端的電壓和導體中的電流無關,只與導體的材料、長度、橫截面積有關,此外跟溫度有關。這也為電功率中“測量小燈泡的電功率”作了鋪墊。
第四節(jié)“歐姆定律及其安全用電”:課前安排學生收集安全用電的常識,課堂上進行交流,教師進行補充。再播放《安全用電》視頻。
節(jié)課從電壓的高低、電阻的大小對用電安全的影響入手,讓學生學會運用已學的電學知識,解決有關生活中的實際的問題,既增強自我保護意識,又提高在幫助他人時講安全、講規(guī)則、講科學的意識。
另外本節(jié)涉及電路故障(斷路或短路),在教學中應加強練習,注意區(qū)分兩者對電路造成的影響,以及電路中電流表、電壓表的變化。要求學生懂得一些簡單的電路故障的問題,學會簡單的故障排除方法,目的是為了培養(yǎng)學生基本的生活技能。了解短路的知識,使學生懂得安全用電的基本常識,提高安全用電的意識。
教材中介紹了避雷針,使學生注意防雷的重要性,提高自我保護的意識。
【課前預習】
此部分由兩個環(huán)節(jié)組成。
第一個環(huán)節(jié):預設讓學生在課前完成,即學生在不需教師指導和同學互助的前提下借助課本獨立完成,以達到大體了解本節(jié)知識的目的。所以,設置的問題必須全部來自課本,但不是照抄照搬,而是對課本重點知識進行提煉,空格不宜過長,一般以填入2~4個關鍵字為主。問題設置不宜有難度,只要學生認真讀完課本就可以知道答案,換言之,學生可以在課本上按照上下文的意思找到答案。如:“歐姆定律”可設計:歐姆定律內容是導體中的電流跟導體兩端的電壓U成____,跟導體的電阻成____;公式I=________。
第二個環(huán)節(jié):需設置1~2個涉及關鍵性知識的思考題(可適當穿插在基礎知識之間),思考題要具有普遍的代表性和趣味性,最好是與生活或社會熱點有關聯(lián)的問題。如:在“歐姆定律”一節(jié)設計:公式R=U/I與I=U/R的物理意義相同嗎?
【分組討論】
此即課堂學習的第二階段。在第一階段的基礎上設置基礎問題,目的是使學生在解決問題的過程中增長知識和技能。本部分內容學生獨立完成有一定的難度,最好通過小組討論的方式解決,所設置的問題應該有一定的難度和深度。緊扣本節(jié)的重點和難點,針對學生學習過程中可能產生的問題并作為下一階段的知識儲備而設問。如:“歐姆定律”的問題設計:在探究導體中的電流與導體兩端的電壓的關系時,若將導體換成晶體二極管,此時導體中的電流還與導體兩端的電壓成正比嗎?
【課堂導學】
此即課堂學習的第三階段。學生在前兩個階段的基礎上,已經基本了解了本節(jié)內容,但還需要進一步鞏固和提升。本階段主要以例題講解為主,所選例題要求具有代表性,一般以2~4道為宜,這些例題基本覆蓋本節(jié)重、難點內容。如:“在“電勢差”教學中設計3道題:①電勢差的說法正誤判斷;②點電荷在電場中移動問題;③電勢的高低判斷。
解析側重基本方法,不要求新奇的解法,以鞏固本節(jié)知識為主要目的。通過對例題的學習,明確告訴學生的是什么,解題最重要的方法一定要詳細總結出來。
【課堂展示】
緊跟每道重點探究例題后,根據本節(jié)重難點設置習題,要求學生在學會例題解法的基礎上就能完成。難度保持和例題相當,與課堂導學內容相近。這里就不再舉例說明了。
【課后拓展】
對于剛剛升入九年級的學生來說,九年級電學知識在近幾年的中考中占有近40%的比例,只是2012年相應比例少點,八年級物理明顯的不同點是:八年級物理各章相對獨立些,特別是滬科版上冊是聲學、光學、物質的形態(tài)及其變化、物質的質量與密度,下冊是力學知識:力與機械、運動與力、壓強與浮力。所以某部分沒學好,其他章節(jié)還能迎頭趕上。我個人認為這是怕學生在學習的過程中枯燥乏味。而到九年級,開篇就是電學,大部分時間都在接觸電學,電學的學習就像爬山一樣,一開始如果就很累的話,那么越學到后面越吃力,到后來就根本爬不動,不可收拾,有的同學要補課還不知從何補起。所以,可以說,學好了電學就是學好了九年級物理。
一、注重學習效率,上課時專心聽講,是學好電學的主要途徑。
課堂中的例題分析,考后試卷錯題的講解,只有真正聽懂、理解了、消化了,課后是不需要死記硬背的。對于教師而言,學生實驗自己做了,結論自己得出了,規(guī)律也會找了,但后面緊跟著的是大量的練習,來鞏固對理論的理解。所以必須要有多種形式的教學手段來吸引學生上課認真聽講。有時連續(xù)幾節(jié)課都是講、練習題,必然會有些枯燥,這時教師除了運用多媒體手段教學,還可以進行學生編題比賽、學生糾錯等多種教學手段,有時教師還可以故意設下陷進,讓學生去犯錯,然后讓他們自己去“鉆”出來,學生必定有一種釋然的感覺。種種方式或手段目的都是為了調動同學們的積極性,讓枯燥的習題課上得生動有趣。
另一方面,由于學生學得好壞有差異,學生的成績也就有差別,所以整堂課的例題選擇要顧及到絕大多數學生。
二、電學的學習,要注重學習方法的轉變。
第一,重視電學實驗的探究,不再是依賴老師的演示實驗,而是同學們依靠自己與同伴的協(xié)作,連接電路圖、測出實驗數據、發(fā)現實驗規(guī)律、得出實驗結論。實驗探究的學習方法,電學中有幾個重要的定律,貫穿在整個電學中。同學們在認真完成課內規(guī)定實驗的基礎上,還可以自己設計實驗,來判斷自己設計的實驗方案在實踐中是否可行,因為大量的物理規(guī)律是在實驗的基礎上總結出來的。例如,設計樓道口開關電路、醫(yī)院為病號設計電路,或設計在缺少電流表或缺少電壓表的條件下測量未知電阻的實驗。這些都需要學生自己獨立思考、探索,不斷提高自己的觀察、判斷、發(fā)散思維等能力,使自己對電學知識的理解更深刻,分析、解決問題更全面。
第二,電學要重視畫圖和識圖的思維方法,剛學電學探究電路和探究歐姆定律離不開圖形,復雜電路設計,都是主要依靠“圖形語言”來表述的。畫圖能夠變抽象思維為形象思維,更精確地掌握物理過程。有了圖就能作狀態(tài)分析和動態(tài)分析,明確歐姆定律應用于某一電阻還是整個電路;特別是班班通電子白板的應用,另外還必須根據現成的圖形學會識圖,要學會在復雜的圖形中看出基本圖形。例如,在計算有關電路的習題時,已給出的電路圖往往很難分析出來是串聯(lián)或是并聯(lián),如果能熟練地將所給出的電路圖畫成等效電路圖,就會很容易地看出電路的連接特點,使有關問題迎刃而解。
三、學習電學要善于總結與歸類。
在學習完歐姆定律后,有大量的習題,很多題目都有重復性,但很多同學就是不停地犯錯。因為不善于總結、思考,所以成績一直不理想。總結中不難發(fā)現,在整個電學知識體系中,歐姆定律是精髓,電流、電壓、電阻、電功、電熱以及電功率的計算,都要在對歐姆定律深刻的理解基礎上才能解答得熟練而準確。所以,對一階段的學習及時做一下總結,既是承上做一個復習又是啟下的一個預習。
例1 在研究“電流跟電壓、電阻的關系”時,學生設計如圖1電路圖,其中R為定值電阻,R′為滑動變阻器,實驗后,數據記錄在表1和表2中.(1)根據表中實驗數據,可得出如下結論:由表1可得:.由表2可得:.(2)在研究“電流與電阻關系”時,先用5Ω的定值電阻進行實驗,使電壓表的示數為3V,再換用10Ω的定值電阻時,某同學沒有改變滑動變阻器滑片的位置,合上開關后,電壓表的示數將3V(選填“大于”、“小于”或“等于”).此時應向(選填“右”或“左”)調節(jié)滑片,使電壓表的示數仍為3V.
解析:在研究歐姆定律之前, 學生已經了解了電流、電壓、電阻這些基本概念,根據實驗電路圖,表1中的電阻是定值,通過改變電壓值,可以得出電流隨著電壓的增大而增大,而且滿足一定的正比例關系;表2中的電壓是個定值,通過改變電阻器電阻,可以看出通過導體的電流隨著電阻值的增大而減小,且滿足一定的反比例關系.因此,可以得出歐姆定律:U=IR.當電流值不變,電阻變大時,電壓值也會變大,電壓表示數將大于3V.為了減小電壓值,不許降低電阻,所以向右側移動滑片.
二、控制變量法在研究電功過程中的應用
例2 在研究“電流做功快慢與哪些因素有關”時,電流做功的過程就是將電能轉化成其他形式能量的過程.研究電功時,可以將電功轉化成的熱能進行分析,通過溫度計測量溫度的變化情況得出做功大小,進而分析出電功與電流、電壓之間的聯(lián)系.通常情況下,采用以下實驗裝置和實驗過程.
測定電源的電動勢和內電阻是中學物理中的一個非常重要的電學實驗,也是近幾年的高考熱點。該實驗對不同階段的學生有著不同的要求。對中學生來說,其要達到的教學目標是:(1)加深對閉合電路歐姆定律的理解;(2)掌握測定電池的電動勢和內阻的實驗方法;(3)學習用圖像法處理數據,即主要是培養(yǎng)學生的操作技能、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力;對高師學生來說,又應該達到怎樣教學目標?是高中物理實驗的簡單重復嗎?不。高師學生應達到的教學目標應是通過該實驗的教學獲得如何使中學生達到上述目標的能力,也就是說,對高師學生來說,不僅培養(yǎng)他們的操作技能、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力,更重要的是培養(yǎng)他們的思維能力,分析問題和解決問題的能力,設計實驗的能力。本文就此問題對該實驗進行實驗方法和實驗研究方面的教學探討。
一、實驗方法探討
測定電源的電動勢和內電阻有四種實驗方案,無論是哪一種,其實驗原理都是對閉合電路歐姆定律的具體應用,對高師學生來說,掌握多種實驗方法并對其進行相應實驗研究有助于拓寬學生今后的教學視野,提高學生將來的教學水平。
1.伏安法
器材:電流表、電壓表、滑動變阻器、電池、電鍵。
如下圖所示,當滑動變阻器的阻值改變時,電路中的路端電壓和電流也隨之改變。
根據閉合電路歐姆定律可得方程:
E=U+Ir
E=U+Ir
于是求得:r=
為提高精確度,可多測幾組U、I值,求出E、r后再求其平均值。
此外,還可以用作圖法來處理數據。以I為橫坐標,U為縱坐標,用測出的幾組U、I值畫出U-I圖像(如上圖),所得直線與縱坐標的交點,即為電動勢值,圖線斜率的絕對值,即為內阻r的值,也可用直線與縱軸的截距E、與橫軸的截距I求r,即r=。
2.安阻法
器材:電阻箱、電流表、電源、開關。
電路如圖三所示,改變電祖箱的阻值并測出其對應的電流,得方程:
E=I(R+r)
E=I(R+r)
于是有:E=II
r=
3.伏阻法
器材:電壓表、變阻箱、電源、開關。
測量電路如圖四所示,改變電阻箱的阻值并測出其對應的電壓,得方程:
E=U+Ir=U+
E=U+Ir=U+
于是有:E=UU
4.用兩只電壓表測量電源的電動勢和內電阻
器材:電壓表2只(其中一只內阻已知)、電池、電鍵。
測量電路如圖五所示,斷開S,測得兩電表的示數分別是U、U,再閉合S,此時電壓表V的示數為U,設電壓表V的內阻為R,則由閉合電路歐姆定律可得。
E=U+U+r
E=U′+r
于是有:E=
二、實驗研究
1.保證實驗的關鍵
(1)測量時的通電電流與時間
電池在大電流放電時極化現象較嚴重,電動勢E會明顯下降,內阻r會明顯增大,也就是說,電池的放電時間過長,電流過大時容易導致電池發(fā)熱,致使電池性能發(fā)生變化,特別是內阻增大。因此,實驗中電流不宜過大,通電時間不宜過長。通常長時間放電電流不宜超過0.3A,短時間放電電流不宜超過0.5A,并且讀數要快,每次讀完數據要立即斷電,使電池的電動勢和內電阻盡量保持固定值。
(2)電阻R的選取
R值選取不當,會造成E、r產生較大誤差。對伏安法、安阻法和伏阻法來說,當R過小時,電流過大,會使電池的電動勢和內阻發(fā)生變化;對伏安法、安阻法來說,當R過小且與電流表內阻的差別不太大時,一方面會導致電池性能發(fā)生變化,另一方面,電流表內阻r的分壓不可忽略,且根據全電路歐姆定律,其表達式應作相應的修正:
伏安法:測量電路必須采用電流表外接法(如圖六),測量方程應由E=U+Ir修正為E=U+Ir+Ir
安阻法:測量方程應由E=I(R+r)修正為E=I(R+r+r)
當R過大時,電池內阻一般在1.0Ω左右,雖說R對電路的影響可忽略,但這時需要選擇較小量程的電流表,以致電流表的內阻與電池內阻相差不大,也會給實驗帶來較大的誤差。根據電流應小于0.3A、大于0.03A及電表指針應在滿偏的2/3處左右等因素,通常R取10.0~25.0Ω之間的阻值比較合適。
2.數據處理的實驗探討
為提高精確度,測量時均要求測量數據不得少于6組(方法四除外),且要求測量數據的變化范圍盡可能大些,以達到盡可能減小誤差的目的。
(1)公式法處理數據
該實驗的四種方法均是利用全電路歐姆定律原理進行數據處理,即根據測量數據列出相應的方程,并聯(lián)立成方程組,求解出E、r值,并分別求出E、r平均值的辦法來進行數據處理。為了減小因計算帶來的誤差,聯(lián)立方程組時需對測出的6組數據進行合理的組合,分別將第一和第四、第二和第五、第三和第六組成三個方程組,解出三組E、r值,再求其平均值。
(2)作圖法處理數據
通常情況下,當測量量與待測量能夠通過圖形直觀地反映出來時,在進行數據處理時可考慮用作圖法
處理數據。就該實驗的四種測量方法來說,伏安法比較適合采用作圖法處理數據,現就此進行相應分析。根據實驗原理,以I為橫軸,U為縱軸,用測出的幾組U、I值畫出U-I圖(如圖六),將直線延長,則直線與U軸交點即為電源電動勢E,直線斜率的絕對值,即為電源內阻I。電源內阻也可由直線與橫軸的交點I和E求得,即r=。
通常情況下干電池內阻較小,于是外電路電壓U的變化較小,坐標圖中數據點將呈現如圖六所示狀況,下部大面積空間得不到利用,且讀數很不方便。為此要恰當地選取標尺比例和坐標原點,使得實驗數據大致布滿整個坐標系。
由于實驗測得的U值不宜過小,因此縱坐標U的起點可根據實測數據從不為零的某一數值開始,如圖七所示,把縱坐標的比例尺放大,這樣可使誤差減小些。此時圖線與橫軸交點不再表示短路電流,不過直線斜率的絕對值照樣還是電源內阻。但由于要用I=0時U-I圖線在縱軸上的截距來求電源電動勢E,所以橫坐標仍必須以零為起點。此時,由E=U+Ir在圖線上任取一點便可求內阻r。
總之,為了培養(yǎng)高師學生在今后教學中的實踐能力,在教學法中應不斷引導學生對相關知識進行挖掘,讓學生養(yǎng)成認真思考和不斷探索的習慣,以達到培養(yǎng)學生思維能力、分析問題和解決問題的能力的目的。
參考文獻:
[1]張德啟,等.物理實驗教學研究[M].北京:科學出版社,2005.
[2]劉炳升,等.中學物理教師專業(yè)技能訓練[M].北京:高等教育出版社,2004.7(2008重印).
中圖分類號:G633.7 文獻標識碼:B 文章編號:1674-9324(2012)06-0253-02
在電學實驗中,測定電阻的實驗占很大比例,掌握其基本方法有助于電學實驗的突破。其實,電阻的測量方法大致可分為三類:伏安法、比較法、其他方法。設計電路時,首先要根據給定的器材,正確判定測量方法是三種中的哪一種。其次,對給出的多個同類器材,能夠正確選用。再次,依據不同的方法和電路連接的實質,運用歐姆定律,正確得出測量結果或者結果的表達式。
一、伏安法測電阻
測量原理:測出被測電阻的電壓、電流,計算求得RX。實驗線路:分為供電線路和測量線路兩部分;供電線路分為限流方式和分壓方式;測量線路分為內接法和外接法。技巧1:給定多只表時,要根據電源、RX、量程、表內阻、定值電阻綜合考慮,選擇用哪些表合適,何種電路合適。技巧2:若只給出表的阻值“約值”,考查點為區(qū)分內外接法以減小誤差。測量結果有誤差,結果表達式中不含“表內阻”;若給出表的阻值“準確值”,考查點為改表(此時必定還有定值電阻)。測量結果無誤差,結果表達式中一定含“表內阻”;
1.供電線路。技巧3:大多數情況用分壓方式。限流、分壓的選擇依據:零起必分壓(要求電壓電流從0測起,如測小燈泡的伏安特性);滑小必分壓(滑動變阻器的全阻值比RX小時用分壓);燒表必分壓(表接在干路中會超過量程,此時采用分壓線路,用部分電壓供電。干路電流大但無表,表接入分支時不會超過量程,不會出現燒表現象。切忌估算時一看到超過小表量程就去掉小表而選大表,結果出現大表偏轉太小的錯誤。原理圖的畫法。技巧4:注意變阻器是否用全電阻或者供電線路是否留缺口。分壓式:閉合回路,無缺口,全電阻,先畫電源閉合回路(將電源、開關、變阻器全電阻串成閉合回路);分出部分電壓(將滑動頭和變阻器的一端引出兩個分支頭)。限流式:非閉合回路,留有缺口,將電源、開關、變阻器部分電阻串成一串(非閉合回路,留有缺口以便串入測量線路)。
2.測量線路。①先將RX與安培表串聯(lián),再將伏特表左端與其并聯(lián),再考慮將內外接的問題(伏特表右端并在安培表左方還是右方,也就是是否把安培表包在內還是在其外)。②內外接的判定(如果知道各電表的準確阻值,則不受此限制,按全電路歐姆定律求解)。判定前提:知道RX、RA、RV的大約阻值,判定依據:比較RX2與RA、RV的大小。判定結論:內大外小(平方RX2大,內大)。技巧5:先畫RX與安培表的串聯(lián),再畫伏特表“一端”與RX的并聯(lián),最后確定伏特表“另一端”是否將安培表圈起來。
3.改表的思考技巧。技巧6:選用兩個同類表時,哪個表的阻值為準確值,就改哪個表;選用兩個同類表時,量程大的通常在外面;小電阻,是并聯(lián)改安培表用的,大電阻,是串聯(lián)改伏特表用的。
4.實物圖的連接。同原理圖的連接順序一樣,但要注意極性問題,導線不能出線交叉。技巧7:最后并伏特表,可避免導線交叉;實物連線時,若表的正極在右方,則右方連線接電源正極,這樣可避免導線交叉或繞線雜亂。
二、比較法測表的內阻,有半偏法和替換法兩種
測量原理:給RX并上或串上相同的電阻R0,流過的RX電流減半——半偏法;用與RX相等的電阻R0替換RX后,回路電流電壓不變——替換法。應用條件:有單刀雙擲開關時,為替換法(兩條支路只能用一條,要么接RX,要么接R0)。有一個或兩個單開關時,為半偏法(干路一個開關,并相同的R0時用一個開關)。技巧8:不是單開關,就不是伏安法。
1.替換法。①實質:用與被測量表相同的電阻替換掉被測量表,兩次電路是相同的。②電路:先將RX與電源、開關、變阻器組成串聯(lián)回路;再給并上一個電阻箱,最后將開關改為單刀雙擲開關。根據指示表的種類,注意電路的畫法。先未知后已知——先接未知支路,再接已知支路——兩次指示表示數相同。③結論:RX=R0(兩電阻阻值相同,完全替換)。④誤差:完全相等,無系統(tǒng)誤差(指示表的內阻與測量無關,僅表明兩次電路相同)。
2.半偏法。①實質:給被測量表并(或串)一個相同的電阻,電路的電阻加倍(或減半),導致流過被測量表的電流減半。②電路:分兩種電路。串聯(lián)電路法:應用前提,電源沒有內阻——恒壓半偏法。并聯(lián)支路法:應用前提,串大并小——恒流半偏法(串聯(lián)的大變阻器約為100RX,并聯(lián)的小電阻箱至少比Rg大)。測量方法:先滿偏后半偏(同理,也可偏轉1/3,1/4,結果式子根據電路求得)。③結論:看電路,由歐姆定律得到結論。④誤差:必然有系統(tǒng)誤差(記憶方法,看電路是串聯(lián)還是并聯(lián),串聯(lián)偏大,并聯(lián)偏小)。
三、其他方法測電阻
1.應用前提:既不是伏安法(通常給定兩個同類表),也不是比較法(沒有單刀雙擲開關或者兩個單開關),則只好采用其他方法測電阻了。技巧9:通常2個安培表接為并聯(lián)電路,2個伏特表接為串聯(lián)電路。
2.結果推導:根據全電路的歐姆定律,寫出兩次包含RX和測量值(I1、I2或者U1、U2)以及電阻箱、定值電阻(R1、R2)的方程組,求解得出結果表達式。情形舉例:題目給定的兩只表并非 、 各一只,而是兩只 或是兩只 ,以及未知電阻和一個定值電阻。思考方法:當給定兩只電流表時,將Rx與R0并聯(lián),量程大的一只表測總電流,量程小的一只表測分電流。至于小電流表到底該串聯(lián)在Rx支路還是R0支路,取決于要使兩支路流過最大電流時,電壓相當,與供給電壓匹配。當給定兩只電壓表時,將Rx與R0串聯(lián),量程大的一只表測總電壓,量程小的一只表測部分電壓。至于小電壓表該測Rx的分電壓(小電壓表并聯(lián)在Rx兩端),還是該測R0的分電壓(小電壓表并聯(lián)在R0兩端),取決于流過相同的最大電流時,兩電壓表的讀數均接近滿偏。畫好電路后,求結果時最好按電路連接方式,運用歐姆定律求解,易于寫出對應的方程,得到需要的結果。技巧10:非伏安法求結果,要據電路求結果。
參考文獻:
[1]李維坦.高中物理解題題典[M].長春:東北師范大學,2011.
G633.7
復習是教學中的一個重要環(huán)節(jié),其主要任務是使學生鞏固和加深理解所學基礎知識、使其系統(tǒng)化。還包括對各種能力進行訓練和再提高。鞏固掌握的知識是繼續(xù)學習和靈活運用知識的前提。要鞏固掌握的知識,必須跟遺忘作斗爭,教育心理學告訴我們,在認識新知識的時候,遺忘也就同進開始,而且在開始時,遺忘的分量多,速度快,以后則遺忘的分量少,速度變慢,所以學習不僅必須復習,而且還要及時復習。
復習課的困難在于教學內容基本上都是學生學過的,處理不好,就往往會乏味。如何復習,怎么有效地進行復習,才能使相關聯(lián)的知識進行很好的串聯(lián)與銜接,這直接關系到學生的中考成績。因此上好一堂復習課,必須從以下幾個方面入手:
一、認真鉆研新課程標準,制定合理的復習目標
新課程標準給教師提供了教學參考,在進行復習的同時,一定要緊扣課本,真正做到有的放失。復習目標要針對所學內容和學情來制定,不能太高,如果太高不適合學生的發(fā)展與認知水平,也不能太低,如果太低,學生的能力得不到提高。
二、根據設定的目標,回顧所學知識。
基礎知識是解決問題的基礎,如果對基礎知識不理解,或不了解,復習效果一定不理想,所以要想上好復習課,基礎知識的復習是缺少不了的。應根據自己所設定的目標及目標中所達的程度,合理的安排好基本概念的復習,公式的理解,各個知識點之間的聯(lián)系。例如,對歐姆定律復習時,需要讓學生了解電流、電壓和電阻的概念,以及三個物理量各自的符號、單位及單位的換算,包括這三個物理量在串、并聯(lián)電路中的規(guī)律等等。若將相關聯(lián)的知識串聯(lián)起來,還需要畫出與歐姆定律內容相關的思維導圖,它能幫助學生去理解與鞏固歐姆定律的知識。針對這一目標,學生所要掌握的內容比較多,例如,學生要會畫探究電流與電阻、電壓關系的電路圖,會連接實物圖,會選擇合適的方法進行研究,會使用電流表、電壓表和滑動變阻器,會用自己的語言描述所得出的結論,分清歐姆定律表達式及它的變形式,歐姆定律表達式中各個物理量的關系等。
三、注重知識的應用,注重解題方法的指導
物理解題是復習的有效手段之一,在這一過程中要讓學生的能力達到一定的程度,教師必須做到以下幾點:
1.精選練習
提高學生思維和解題能力是習題課的核心任務.要達到這個目的,習題的選擇是關鍵。選題前要做到“三了解”――了解課程標準,了解教材內容,了解學生。教師要參照新課程標準,認真鉆研教材,對課本或選出的題目進行分類,所選題目的形式要多樣,份量要恰當,難易程度要適宜,所選的題目要注意聯(lián)系實際,聯(lián)系社會,還要注意習題的一題多解,習題的變式,注重對學生能力的培養(yǎng)。同時所選習題既要照顧各個知識點,又要有梯度有層次,這樣才能調動各類學生的積極性。通過練習、講評、概括、歸納和總結。找出解決問題的思路和技巧,將知識轉化成能力,從而提高學生的綜合素質和應試能力。否則練習過繁、過多,會使學生陷于題海,難于應付。
2.精講練習
講解習題是整個課堂的主要過程,怎么講解習題,采用什么樣的方式講解,關系到課堂的效率,我覺得上好一節(jié)復習課必須要考慮以下幾點
首先,養(yǎng)成學生審題的習慣。通過解題可以使學生進一步掌握物理概念、定律及公式的意義。學生解好題,必須審好題,審題主要是弄清題意,明確題中已知是什么,要求是什么,題目中涉及哪些概念和規(guī)律,以及解答本題的基本途徑。通過審題學生可以從題目中找到一些有用的信息,特別是題目中存在的隱含條件,及找到解決問題的突破口。
其次,講解習題時,要形式多樣,方法多樣。每種教學方法就其本質來說都是相對辨證的,它們都既有優(yōu)點又有缺點。每種方法都可能有效地解決某些問題,而相對于解決別的問題則不一定有效,每種方法都可能會有助于達到某種目的,卻妨礙達到別的目的。為適應不同學生的需要,教學方法應提倡多樣性,應根據不同的教學目標,不同學生的心理特征和學生的知識基礎,將題目分類,提高學生概括能力。v解題目時,重點要突出,難點要突破。只有精講,學生才有時間練習,切不可一講到底,導致學生的思維容易混亂,學生不容易概括出解某種題型所需的方法。講解每一個類型題目時,教師可以邊講邊練,講練結合的方式,讓學生熟悉一種解題方法,總結解決這類題目的方法,然后再利用自己總結的方法去解同樣類型題,提高自己的解題能力。
最后,樹立學生的自信心。初三學生面臨著中考,普遍學生感到中考高深莫測,是因為他們對中考題目的難易程度不了解,如果教師選擇與之相類似的中考題讓學生練習,他們會發(fā)現中考題不是難的,憑自己的能力完全可以解決這些題目,無形之中增強了他們的自信心。
四、培優(yōu)補差
課堂復習要立足中等生,提高優(yōu)等生,扶持學困生。復習進度和教法以中等學生水平為基點。要求中等學生按教師的安排進行系統(tǒng)的復習,注意能力方面的培養(yǎng)和提高。對優(yōu)等學生要發(fā)揮他們的學習優(yōu)勢;對差生發(fā)現閃光點,及時給予表揚和鼓勵,使他們增強學習物理的信心,提高復習物理的積極性和主動性。
一、數學知識的應用能力在物理學習中占據著重要的地位
首先,數學是物理的語言,它以簡潔精確的特點描述物理概念和規(guī)律。例如,物理量的定義,像加速度、電阻、電場強度、磁感應強度等物理量的定義均用了比值定義。在物理規(guī)律的表達如牛頓第二定律、歐姆定律等都體現了函數關系自變量與函數的關系。在運動學中如v-t圖像更能形象地描述運動特點、運動過程。所以在物理概念規(guī)律時正是體現了數學的邏輯性。所以,對學生來說,需要有良好的數學基礎,如公式變形、比例運算、三角函數、函數方程、圖象、對數、數列……
其次,分析和解決物理問題的過程,就是應用所學物理知識和原理,將問題給出的物理情景,抽象或簡化成各種概念模型和過程模型,用數學化的公式或方程表達出來,最后用數學知識解得結果。在高中物理學習中,除了要掌握概念、規(guī)律,更重要的是應用規(guī)律概念解決問題。在高中物理的學習中,解決力學、電磁學的三種途徑;牛頓第二定律、能量、動量貫穿了整個高中物理的始終。從平衡等式到牛頓第二定律到動能定理機械能守恒定律,到動量定理,到動量守恒定律,無不是列方程去解決物理問題。
二、高中物理學習中數理結合的具體體現
高中物理“培養(yǎng)學生運用數學處理物理問題的能力”的要求是:學生能理解公式和圖象的物理意義,能運用數學進行邏輯推理,得出物理結論,要學會用圖象表達和處理問題;能進行定量計算,也能進行定性和半定量分析。要實現上述目標,必須在物理學習中注重數理結合。在中學階段,運用數學工具解決物理問題的學習主要表現在以下兩個方面:
1.運用數理結合進行物理概念和物理規(guī)律的學習
物理概念是對物理現象的概括,是從個別的物理現象、具體過程和狀態(tài)中抽象出的具有相同本質的物理實體。它反映的是物理現象的本質屬性,是構成物理知識的最基本的單位。如:加速度定義式、電場強度的定義式、磁感應強度定義式、歐姆定律,電容的定義式、決定式等,動能定理表達式、機械能守恒定律表達式、動量定理表達式、動量守恒表達式等,在抽象出一類物理現象和物理過程的共同特征和本質屬性之后,用簡潔的文字語言、數學式子或圖表表達物理概念。
2.運用數理結合進行實驗數據的處理
應用準確的實驗方法得出實驗數據后,從實驗數據中分析、計算得出實驗結論,是實驗能力的主要方面。在實驗數據的處理中,數學工具的應用使得處理過程顯得特別簡捷、直觀。例如:驗證勻變速實驗中求解加速度我們可以用逐差法,還可用v-t圖象斜率球加速度。再有在電學實驗中描繪小燈泡的伏安特性曲線通過圖線的變化趨勢判斷電阻的變化。在測電源電動勢和內阻的實驗中閉合電路的伏案特性曲線的截距、斜率的值各是我們沿得到的電動勢和內阻值,這比列方程就解更準些。
三、物理解題中常用的數學知識
物理解題運用的數學方法通常包括方程(組)法、比例法等。
1.方程法
在物理計算題中是通過物理方程求解物理未知量的,方程組是由描述物理情景中的物理概念,物理基本規(guī)律,各種物理量間數值關系,時間關系,空間關系的各種數學關系方程組成的。
2.比例法
比例計算法可以避開與解題無關的量,直接列出已知和未知的比例式進行計算,使解題過程大為簡化。應用比例法解物理題,要討論物理公式中變量之間的比例關系,清楚公式的物理意義,