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關鍵詞:物理定律;教學方法;多種多樣
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。(5)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“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。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生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用,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、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
關鍵詞:理解;歐姆定律;電流;電壓;電阻
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。
參考文獻:
關鍵詞:歐姆定律;探究案例;教學設計;解讀反思
一、教育背景與設計理念
2011年教育部頒布了經修訂的《義務教育物理課程標準》(以下簡稱“新課標”),這是我國義務教育新課程實驗取得階段性成果的標志,更是廣大新課程實踐者10年經驗的總結,定稿后的新課標必將作為指導性文件引領新課改持久深入健康地發展。
為實踐新課標所倡導的“提倡教學方式多樣化,注重科學探究”的嶄新教學理念,我們在總結反思“自主·探究·合作”課堂教學模式的基礎上,更加突出“以人為本”的教學思想,以新編蘇科版物理教科書為載體,進一步改進《歐姆定律》一節的探究案例設計。在教學設計和實施過程中力圖體現以下理念:一是學生發展為本;二是比結論更重要的是過程;三是把思考還給學生。
二、內容分析與學情簡析
《歐姆定律》一節編排在學生學習了電流、電壓、電阻等概念,電壓表、電流表、滑動變阻器使用方法之后,這既符合由易到難、由簡到繁的認知規律,又保持了知識的結構性、系統性。歐姆定律作為一個重要的物理規律,反映了電流、電壓、電阻三者間的相互關系,是電學中最基本的定律,是分析解決電路問題的金鑰匙。歐姆定律是電學的教學重點,也是新課標規定的重點內容之一。
學生通過電阻和串、并聯電路的學習已初步掌握了實驗探究的基本程序:觀察現象—提出問題—猜想假設—方案設計—實驗探究—歸納總結—解釋現象,初步具備了設計實驗方案的能力、動手操作能力和思考與質疑、交流與討論的學習習慣,對“自主·探究·合作”教學模式已初步適應并產生了興趣。了解學生的學習現狀和發展潛能,便于確定學生的“最近發展區”,從合適的教學起點出發,有針對性地進行教學。
三、探究案例與設計解讀
(一)學習目標
1.知識與技能。①掌握歐姆定律及其表達式,并能進行簡單的計算;②學習運用“控制變量法”研究問題,培養知識遷移的能力;③進一步學會使用電壓表、電流表和滑動變阻器。
2.過程與方法。①進一步實踐實驗探究的一般程序和方法;②注重實驗探究方案設計的思考與改善。
3.情感態度與價值觀。①培養學生的科學態度和探索精神;②聯系歐姆定律的發現史,滲透鍥而不舍科學精神的教育;③體驗分工合作、團結互助精神。
解讀:依據新課標倡導的三維教學目標設計學習目標,把傳統的“教學目標”改為“學習目標”更能突現學生的主體地位。這里的學習目標是指:“學生從學習的起點出發,在教師的引導、支持和促進下,通過自己積極、主動和創造性的學習能夠達成和檢測的目標。”學習目標的編寫和描述要具有針對性和可操作性。
(二)重點與難點
1.教學重點。探究實驗的操作,用數學方法正確得出實驗結論;理解歐姆定律的內容及其表達式、變換式的意義。
2.學習難點。運用數學方法處理實驗數據,建立和理解歐姆定律;運用歐姆定律解決簡單的實際問題。
解讀:以知識為本的傳統教學觀注重教師教的重點與難點,而以學生發展為本的新課標教學觀,則注重學生學的重點和難點,注重探究電流和電壓、電阻關系的過程和方法,體現了“比結論更重要的是過程”這一新課標理念。
(三)教學媒體
1.教師用具。投影設備、多媒體課件等。
2.學生用具。多媒體教學軟件,干電池4節、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關各1個,阻值不同的定值電阻3只、導線若干。
解讀:投影設備主要用于展示各組設計的探究性實驗方案和實驗數據的處理,以利于小組間交流、溝通與提升。多媒體課件包括:演示實驗電路圖的動畫幻燈片;數據處理的表格和圖像;調光電燈工作原理。
(四)教學過程
1.復習設疑,激發探究欲望。(1)提出問題:①既然電壓是形成電流的原因,那么導線中的電流與兩端的電壓有何關系呢?②既然電阻對電流起阻礙作用,那么導體中的電流與它本身的電阻有何關系呢?(學生舉手或隨機點名回答。)(2)猜想設疑:同學們對電流與電壓、電阻的關系作了各種猜想,那么這三者究竟有怎樣的數量關系呢?點出本課主題“歐姆定律”。
解讀:①在學生猜想的過程中,教師耐心傾聽而不要急著下結論,可讓學生互評,以面向全體學生,體現多元評價,發揮評價的發展。②復習舊知是為了導入新知,引起認知沖突,激發探究欲望,為后續的科學探究活動提供“腳手架”,體現了“教師是學生學習的組織者”。
2.設計實驗方案,進行實驗探究。(1)知識準備:教師向學生介紹“控制變量法”,說明研究電流與電壓、電阻間的關系時,必須保持其中一個變量(例如電阻)不變,再通過改變電壓,觀察電流是如何變化的。設問:在研究電流與電阻關系時,必須保持 不變,通過改變 ,來觀察 的變化。(2)方案設計和交流:在學生了解科學實驗的設計過程(明確研究目的,確定研究方法,設計合理的實驗方案)后,通過同桌討論,利用提供的儀器,設計一個實驗方案。選派幾組學生上臺交流設計的實驗方案,教師簡單評析后,投影實驗電路圖,介紹有關儀器,特別強調滑動變阻器在實驗中的作用。(3)實驗探究:學生分組實驗,實踐和體驗“控制變量法”,加深對歐姆定律的感性認識。(4)各組處理實驗數據,進行分析、歸納得出初步結論。新教材增加了利用實驗數據描繪函數圖像的方法,理解成正比、成反比的意思,體會構建數學模型在物理研究中的運用,培養學生的科學思維能力。
解讀:①把教材中的教師演示實驗改為學生分組實驗,一是因為學生已初步具備做此實驗的基本技能,二是使全體學生都能動手操作,參與體驗“控制變量法”,突出學生的主體地位。②本節探究課把重點放在利用“控制變量法”設計與完善實驗方案上,以初步培養學生的實驗設計能力和創新能力。③選派小組上臺交流實驗設計方案,旨在引導學生發散思維,相互取長補短,促進創新思維。④教師在這階段應不斷巡視、引導,傾聽學生討論,及時給予評價和指導,以體現“教師是學生學習的參與者”。
3.總結交流,合作共享。(1)各組匯報實驗結果,歸納得到兩個結論:在電阻不變的情況下,導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。在電壓不變的情況下,導體中的電流跟這段導體的電阻成反比。(2)引導得到歐姆定律及其表達式。(3)強調:歐姆定律中兩處用到“這段導體”,這是強調同一導體,即電流、電壓、電阻對應同一導體,而且具有同時性。
解讀:這一環節以師生互動、生生互動為主。通過總結交流使學生的認識從感性認識向理性認識飛躍,學生的情感在全班共享中得到升華。同時對教師的教和學生的學進行評價反饋。這一階段將在教師的引導下完成,以體現“教師是學生學習的引導者”。
4.鞏固反饋,知識遷移。“模擬調光臺燈”的工作原理,作為實驗探究的有效補充。學生通過模擬實驗,學會選擇儀器、設計簡單電路、掌握工作原理,加深對常用儀器的認識。
解讀:調光臺燈的模擬實驗,讓學生明白物理知識就在身邊,物理和生產生活有密切的聯系。讓學生參與學習的全過程,體現“一切為了學生發展”的理念。
四、感悟與反思
(一)課堂教學設計應是一個動態生成方案
傳統的課堂教學設計是以教師的教和書本知識為本位,從教師的主觀判斷或經驗出發,側重于教學過程的程式化、細節化的準備,這種“靜態教案”不能適應動態生成的實際教學過程,不利于促進學生的發展。新課標理念下的課堂教學設計以學生發展為本,從學生的“現有發展區”出發,通過對教材內容的“二次開發”,精心設計動態生成方案,促進學生過渡到“最近發展區”。
(二)探究性學習的真諦是做到“形散而神不散”
雖然全班分成很多小組分散進行探究實驗,但各組都圍繞“探究電流和電壓、電阻的關系”有條不紊地進行,看似無序實是有序。在這中間,教師的組織、引導和參與十分關鍵。教師一定要遵循“組內異質,組間同質”的原則進行分組,并對組內成員的分工提出責任分工。教師一定要給小組內每位學生分配一個角色,諸如主持人、操作者、記錄員、噪音控制者、匯報人等,使每個小組成員在各司其職中自主、合作、探究學習,使每位學生都能在原有基礎上有所發展。
參考文獻:
[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京:北京師范大
學出版社,2011.
學習用伏安法測量定值電阻的阻值,了解歐姆定律的應用,根據特定的目的,進行相關的實驗設計、操作、收集和數據處理.
2重點及難點
(1)利用歐姆定律測量未知電阻.
(2)理解電阻是導體本身的屬性.
(3)掌握伏安法測電阻實驗中的主要步驟.
3教學過程
3.1實驗原理
師:同學們我這里有一個電阻值模糊不清的電阻(展示實物),能用電壓表、電流表測出它的阻值來嗎?
師:需測哪些物理量?
引導學生回答:根據歐姆定律即可.
師:具體怎么利用歐姆定律?你怎么測出電阻?
引導學生回答:只要測出它兩端的電壓和通過它的電流,應用歐姆定律推導出R=U/I,得出實驗的原理.
3.2電路圖
師:我們進行電路設計的依據是實驗原理,要分別測和?測電流用什么器材?怎么連入電路?請生上黑板畫圖;測電壓用什么器材?怎么連入電路?請生上黑板畫圖.
師:這樣的電路還有什么不完善的地方?
問題:在交流中,針對學生設計的電路是否使用滑動變阻器進行提問:怎么算出電阻?這個算出的值有誤差嗎? 怎么減小誤差? 怎么才會取得多組數據?電路中不用滑動變阻器行不行?為什么要有滑動變阻器?
引導學生回答:做實驗時總存在誤差,要減小誤差需進行多次測量取平均值.
師:你們看這樣的電路圖能測量幾次?怎樣實現多次測量?
引導生回答:換電池節數或用變阻器.
師:請學生對此評價,滑動變阻器使用方便,測量次數多(在圖中加滑動變阻器).
可以利用滑動變阻器改變待測電阻兩端的電壓和通過的電流,多測幾組數據,用多次測量取平均值的方法,可減小誤差.
3.3器材
師:請生對照電路圖總結需要的器材.(生邊說邊寫)
3.4實驗步驟
(1)按電路圖正確連接實驗電路.
(2)閉合開關,改變滑動變阻器滑片,分別讀出兩表的示數,記入表格中.
實驗次數電壓U/V電流I/A電阻R/Ω123(3)根據記錄計算出三次測得的電阻R,求出平均值Rx=Ω.
(4)實驗結束,整理器材.
3.5數據處理
師:下面利用三次實驗數據作出定值電阻的I-U圖象.
討論:定值電阻的I-U圖象近似是一條直線,該圖像說明定值電阻的阻值是不變的,有偏差是由誤差引起的,說明導體的電阻是導體本身的一種性質,與電流、電壓無關.
總結:用電壓表和電流表測電阻的方法叫“伏安法”.
4目標達成檢測
(1)在公式的基礎上,我們可以通過電流表和電壓表測量出某導體的電阻,這樣測量電阻的方法稱為.
(2)在測量定值電阻的實驗中,人們利用多次測量取方法來減小誤差,人們利用實現多次測量的.
(3)某同學在做“伏安法測電阻”實驗,待測定值電阻阻值5~10 Ω.
①請你用筆畫線把元件連接起來.(要求滑動變阻器的滑片P向右移動時電流表讀數減小)
(一)知識目標
1、知道電動勢的定義.
2、理解閉合電路歐姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意義,并能熟練地用來解決有關的電路問題.
3、知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,電源的電動勢等于內、外電路上電勢降落之和.
4、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系,知道這種關系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關問題.
5、理解閉合電路的功率表達式.
6、理解閉合電路中能量轉化的情況.
(二)能力目標
1、培養學生分析解決問題能力,會用閉合電路歐姆定律分析外電壓隨外電阻變化的規律
2、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系,知道這種關系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關問題.
3、通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律,培養學生用多種方式分析問題能力.
(三)情感目標
1、通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學生普遍聯系觀點
2、通過分析外電壓變化原因,了解內因與外因關系
3、通過對閉合電路的分析計算,培養學生能量守恒思想
4、知道用能量的觀點說明電動勢的意義
教學建議
1、電源電動勢的概念在高中是個難點,是掌握閉合電路歐姆定律的關鍵和基礎,在處理電動勢的概念時,可以根據教材,采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負極將正電荷運送到正極,克服電場力做功,非靜電力搬運電荷在兩極之間產生電勢差的大小,反映了電源做功的本領,由此引出電動勢的概念;也可以按本書采取討論閉合電路中電勢升降的方法,給出電動勢等于內、外電路上電勢降落之和的結論.教學中不要求論證這個結論.教材中給出一個比喻(兒童滑梯),幫助學生接受這個結論.
需要強調的是電源的電動勢反映的電源做功的能力,它與外電路無關,是由電源本生的特性決定的.
電動勢是標量,沒有方向,這要給學生說明,如果學生程度較好,可以向學生說明,做為電源,由正負極之分,在電源內部,電流從負極流向正極,為了說明問題方便,也給電動勢一個方向,人們規定電源電動勢的方向為內電路的電流方向,即從負極指向正極.
2、路端電壓與電流(或外電阻)的關系,是一個難點.希望作好演示實驗,使學生有明確的感性認識,然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關系,務必使學生熟悉這個圖線.
學生應該知道,斷路時的路端電壓等于電源的電動勢.因此,用電壓表測出斷路時的路端電壓就可以得到電源的電動勢.在考慮電壓表的內阻時,希望通過第五節的“思考與討論”,讓學生自己解決這個問題.
3、最后講述閉合電路中的功率,得出公式,.要從能量轉化的觀點說明,公式左方的表示單位時間內電源提供的電能.理解了這一點,就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內阻上,其余部分輸出到外電路中.
教學設計方案
閉合電路的歐姆定律
一、教學目標
1、在物理知識方面的要求:
(1)鞏固產生恒定電流的條件;
(2)知道電動勢是表征電源特性的物理量,它在數值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.
(3)明確在閉合回路中電動勢等于電路上內、外電壓之和.
(4)掌握閉合電路的歐姆定律,理解各物理量及公式的物理意義
(5)掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律.
2、在物理方法上的要求:
(1)通過電動勢等于電路上內、外電壓之和的教學,使學生學會運用實驗探索物理規律的方法.
(2)從能量和能量轉化的角度理解電動勢的物理意義.
(3)通過對路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律的討論培養學生的推理能力.
(4)通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律,培養學生用多種方式分析
二、重點、難點分析
1、重點:
(1)電動勢是表示電源特性的物理量
(2)閉合電路歐姆定律的內容;
(3)應用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規律.
2、難點:
(1)閉合回路中電源電動勢等于電路上內、外電壓之和.
(2)短路、斷路特征
(3)應用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流強度隨外電阻變化的關系
三、教學過程設計
引入新課:
教師:同學們都知道,電荷的定向移動形成電流.那么,導體中形成電流的條件是什么呢?(學生答:導體兩端有電勢差.)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會看到什么現象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會出現這種現象呢?
分析:當電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差.當用導線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力的作用下通過導線產生定向移動而形成電流,但這是一瞬間的電流.因為兩極板上正負電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減少為零,所以電流減小為零,因此只有電場力的作用是不能形成持續電流的.
教師:為了形成持續的電源,必須有一種本質上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負電荷來補充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢差,從而在導線中維持恒定的電流,能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時,電源中的非靜電力將不斷做功,從而把已經流到低電勢處的正電荷不斷地送回到高電勢處.使它的電勢能增加.
板書:1、電源:電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉變為電能的裝置.它并不創造能量,也不創造電荷.例如:干電池是把化學能轉化為電能,發電機是把機械能、核能等轉化為電能的裝置.
教師:電源能夠不斷地把其他形式的能量轉變為電能,并且能夠提供恒定的電壓,那么不同的電源,兩極間的電壓相同嗎?展示各種干電池(1號、2號、5號、7號),請幾個同學觀察電池上面寫的規格,發現盡管電池的型號不同,但是都標有“1.5V”字樣.我們把示教電壓表直接接在干電池的兩端進行測量,發現結果確實是1.5V.講臺上還擺放有手搖發電機、蓄電池、紐扣電池,它們兩端的電壓是否也是1.5V呢?(學生回答:不是)那么如何知道它們兩端的電壓呢?(學生:用電壓表直接測量)·
結論:電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質(如材料、工作方式等)決定,同種電池用電壓表測量其兩極間的電壓是相同的,不同種類的電池用電壓表測量其兩極間的電壓是不同的.為了表示電源本身的這種特性,物理學中引入了電動勢的概念.
板書:2、電源電動勢
教師:從上面的演示和分析可知,電源的電動勢在數值上等于電源未接入電路時兩極間的電壓.
板書:電源的電動勢在數值上等于電源沒有接入電路時其兩極間的電壓.
例如,各種型號的干電池的電動勢都是1.5V.那么把一節1號電池接入電路中,它兩極間的電壓是否還是1.5V呢?用示教板演示
,電路如圖所示,結論:開關閉合前,電壓表示數是1.5V,開關閉合后,電壓表示數變為1.4V.實驗表明,電路中有了電流后,電源兩極間的電壓減少了.
教師:上面的實驗中,開關閉合后,電源兩極間的電壓降為1.4V,那么減少的電壓哪去了呢?用投影儀展示實驗電路,介紹閉合電路可分為內、外電路兩部分,電源內部的叫內電路,電源外部的叫外電路.接在電源外電路兩端的電壓表測得的電壓叫外電壓.在電源內部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測得的電壓叫內電壓.我們現在就通過實驗來研究閉合電路中電動勢和內、外電壓之間的關系.
板書:3、內電壓和外電壓
教師:向學生介紹實驗裝置及電路連接方法,重點說明內電壓的測量.實驗中接通電鍵,移動滑動變阻器的滑動頭使其阻值減小,由兩個電壓表讀出若干組內、外電壓和的值.再斷開電鍵,由電壓表測出電動勢.分析實驗結果可以發現什么規律呢?
學生:在誤差許可的范圍內,內、外電壓之和等于電源電動勢.
板書:在閉合電路中,電源的電動勢等于內、外電壓之和,即.
下面我們來分析在整個電路中電壓、電流、電阻之間的關系.
教師:我們來做一個實驗,電路圖如圖所示
觀察電鍵S先后接通1和2時小燈泡的亮度.
結論:把開關撥到2后,發現小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時還稍暗些.怎么解釋這個實驗現象呢?這就要用到我們將要學習的內容——閉合電路的歐姆定律.
板書:閉合電路的歐姆定律
教師:在圖1所示電路圖中,設電流為,根據歐姆定律,,,那么,電流強度,這就是閉合電路的歐姆定律.
板書:4、閉合電路的歐姆定律的內容:閉合電路中的電流強度和電源電動勢成正比,和電路的內外電阻之和成反比.表達式為.
同學們從這個表達式可以看出,在電源恒定時,電路中的電流強度隨電路的外電阻變化而變化;當外電路中的電阻是定值電阻時,電路中的電流強度和電源有關.
教師:同學們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋上一個實驗現象呢?
學生:9V的電源如果內電阻很大,由閉合電路的歐姆定律可知,用它做電源,電路中的電流I可能較小;而電動勢3V的電源內阻如果很小,電路中的電流可能比大,用這兩個電源分別給相同的小燈泡供電,燈泡的亮度取決于,那么就出現了剛才的實驗現象了.
教師:很好.一般電源的電動勢和內電阻在短時間內可以認為是不變的.那么外電阻的變化,就會引起電路中電流的變化,繼而引起路端電壓、輸出功率、電源效率等的變化.
幾個重要推論
(1)路端電壓隨外電阻變化的規律
板書:5幾個重要推論
(l)路端電壓隨外電阻變化的規律演示實驗,圖3所示電路,
4節1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯組成電源(因為通常電源內阻很小,的變化也很小,現象不明顯)移動滑動變阻器的滑動片,觀察電流表和電壓表的示數是如何隨變化?
教師:從實驗出發,隨著電阻的增大,電流逐漸減小,路端電壓逐漸增大.大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實驗現象嗎?
學生:因為變大,閉合電路的總電阻增大,根據閉合電路的歐姆定律,,電路中的總電流減小,又因為,則路端電壓增大.
教師:正確.我們得出結論,路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小.一般認為電動勢和內電阻在短時間內是不變的,初中我們認為電路兩端電壓是不變的,應該是有條件的,當無窮大時,0,外電路可視為斷路,0,根據,則,即當外電路斷開時,用電壓表直接測量電源兩極電壓,數值等于電源的電動勢;當減小為0時,電路可視為短路,為短路電流,路端電壓.
板書5:路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小.斷路時,∞,0,;短路時,,.
電路的路端電壓與電流的關系可以用圖像表示如下
(2)電源的輸出功率隨外電阻變化的規律.
教師:在純電阻電路中,當用一個固定的電源(設、r是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率,
又因為,
所以,
當時,電源有最大的輸出功率.我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線,如圖所示.
板書6:在純電阻電路中,當用一個固定的電源(即、是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率有最大值.
教師:當輸出功率最大時,電源的效率是否也最大呢?
板書7:電源的效率隨外電阻變化的規律
教師:在電路中電源的總功率為,輸出的功率為,內電路損耗的功率為,則電源的效率為,當變大,也變大.而當時,即輸出功率最大時,電源的效率=50%.
板書8:電源的效率隨外電阻的增大而增大.
四、講解例題
五、總結
探究活動
1、調查各種不同電源的性能特點。
(包括電動勢、內阻、能量轉化情況、工作原理、可否充電)
2、考察目前對廢舊電池的回收情況。
(1)化學電池的工作原理;
(2)廢舊電池對環境的污染主要表現在哪些方面;
(3)當前社會對廢舊電池的重視程度;
(4)廢舊電池的回收由哪些主要的途徑和利用方式;