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關(guān)鍵詞:物理定律;教學(xué)方法;多種多樣
關(guān)鍵詞:是對物理規(guī)律的一種表達(dá)形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結(jié)論。反映物理現(xiàn)象在一定條件下發(fā)生變化過程的必然關(guān)系。物理定律的教學(xué)應(yīng)注意:首先要明確、掌握有關(guān)物理概念,再通過實驗歸納出結(jié)論,或在實驗的基礎(chǔ)上進(jìn)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(qū)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(guān)的物理定律之間的關(guān)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(yùn)動和力”的歷史。消除學(xué)生對力的作用效果的錯誤認(rèn)識;培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學(xué)時應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),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(xué)的出發(fā)點,不能把它當(dāng)作第二定律的特例;慣性質(zhì)量不是狀態(tài)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(yùn)動狀態(tài)和運(yùn)動過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實際問題時,應(yīng)使學(xué)生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運(yùn)動狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)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(dāng)我們在一段較短的時間內(nèi)研究力學(xué)問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈?dāng)好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)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(jié)論推廣為一般的表達(dá):物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時還應(yīng)請注意:公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運(yùn)動學(xué)、動量、功和能等知識的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學(xué)時應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)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(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)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(zhì)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(xiàn)了它的局限性。
(4)機(jī)械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結(jié)出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不作功或所作的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)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(fù)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(nèi)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(rèn)為動量守恒定律不能從牛頓運(yùn)動定律推導(dǎo)出來,主張從實驗直接總結(jié)。但是實驗要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實驗條件來說,多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準(zhǔn)確完成實驗并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運(yùn)動定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動量和牛頓運(yùn)動定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。中學(xué)階段有關(guān)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(shù)式替代矢量式。學(xué)生在解題時最容易發(fā)生符號的錯誤,應(yīng)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不過程物理量,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(zhì)點系內(nèi)部的相互作用力遠(yuǎn)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。
關(guān)鍵詞:歐姆定律;電流;電壓;電阻
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1992-7711(2014)02-0086
實驗是從感性到理性認(rèn)識的過程,是從具體到抽象、從簡單到復(fù)雜的思維形成過程,符合學(xué)生的身心特點和認(rèn)識過程。因此,實驗既是學(xué)習(xí)物理的重要基礎(chǔ),又是物理教學(xué)的重要內(nèi)容、方法和手段。利用實驗可以培養(yǎng)學(xué)生多方面的能力,通過對實驗原理的理解、觀看或親自動手進(jìn)行操作、信息(現(xiàn)象或數(shù)據(jù))的獲取、分析綜合等過程,可以培養(yǎng)學(xué)生的多種能力。
歐姆定律是初中物理電學(xué)的重要定律之一,它把電流、電壓和電阻三者融為一體,它在電學(xué)中起到橋梁和紐帶的作用,同時歐姆定律的探究能力培養(yǎng)、考查學(xué)生的綜合能力,所以對歐姆定律的探究也是中考中的高頻考點。
例:某實驗小組的同學(xué)探究電流與電壓的關(guān)系時,用到如下器材:電源為2節(jié)干電池,電流表、電壓表各1只,定值電阻(5Ω、10Ω、15Ω各1只),滑動變阻器1只(標(biāo)有“10Ω,2A)字樣,開關(guān)1個,導(dǎo)線若干(如圖1所示);設(shè)計的電路如圖2所示,
(1)在這個實驗中,電壓表應(yīng)選用的量程為 ,電流表應(yīng)選用的量程為 。
(2)這個實驗的探究方法是 ,其中被控制的變量是 ,下面是他們獲取的幾組實驗數(shù)據(jù)。
(3)實驗中他們選用的定值電阻為 Ω。
(4)請在圖3的坐標(biāo)系上畫出電流隨電壓變化的圖象。
(5)請根據(jù)電路圖用筆畫線代替導(dǎo)線,將圖1中的元件連成電路.要求:滑動變阻器的滑片向左移動時,電流表的示數(shù)變大。
(6)分析表中的數(shù)據(jù)或圖象,可得到的初步結(jié)論是:
解析:(1)根據(jù)題目中給定的條件可知:電路中的電源為2節(jié)干電池,所以最大電壓為3V,因此電壓應(yīng)選量程為0~3V(或3V);當(dāng)滑動變阻器的滑片在最左端時,電路中的電阻最小,由歐姆定律得電路中的最大電流:I最大=■=■=0.6A,所以電流表應(yīng)選量程為0~0.6A(或0.6A)。
(2)由于電路中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)體兩端的電壓有關(guān),也和這段導(dǎo)體的電阻有關(guān),所以要探究電流與電壓、電阻三者關(guān)系時應(yīng)采用的探究方法是控制變量法。這個實驗是探究電流與電壓的關(guān)系,所以應(yīng)控制的變量是電阻。
(3)在這個實驗中所給的定值電阻有三個,那究竟用的那個電阻呢?這就要根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù),通過計算來確定。I=■,R=■=5Ω。所以他們選擇的定值電阻應(yīng)該為5Ω。
(4)根據(jù)表中的實驗數(shù)據(jù),在坐標(biāo)系上將對應(yīng)的電流值、電壓值進(jìn)行描點,再用筆畫線將這些點連接起來,便畫出了電流隨電壓變化的圖象,如圖答案⑷所示。
特別注意:在I-U圖象中,當(dāng)電壓為0時,電流也為0,所以坐標(biāo)原點為0。但根據(jù)電流、電壓值所描繪的線表示電阻,而電阻是導(dǎo)體的一種屬性,它的大小由導(dǎo)體的長度、橫截面積、材料和溫度決定,而與電流、電壓無關(guān),所以這條線不能以過坐標(biāo)原點,如果經(jīng)過坐標(biāo)原點,那就會得出電壓為0,電流為0時,電阻也為0的這種錯誤結(jié)論。
(5)電流表要串聯(lián)在電路中,電壓表要并聯(lián)在被測電阻兩端,又因為滑動變阻器的滑片向左移動時,電流表的示數(shù)變大,即說明當(dāng)滑片向左移動時,電路中的電阻減小。所以滑動變阻器電阻絲上的兩個接線柱應(yīng)接左端那個(無論金屬桿上的兩個接線柱接哪個),金屬桿上的兩個接線柱可任意接,如圖答案⑸所示。
(6)不論是從表中的數(shù)據(jù)還是從圖象分析都可以得出結(jié)論:在電阻一定時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)體端的電壓成正比。
答案:(1)0~3V(或3V),0~0.6A(或0.6A)。(2)控制變量法,電阻。(3)5Ω。(4)如圖答案(4)所示。(5)如圖答案⑸、⑹在電阻一定時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體導(dǎo)體端的電壓成正比。
點評:本題從器材的選擇、元件的使用方法、電路的連接、滑動變阻器的使用方法、數(shù)據(jù)的分析與處理、作I-U圖象及分析歸納得出科學(xué)合理的實驗結(jié)論等進(jìn)行了一系列的考查。這是一道歐姆定律探究題最全面的題,難度較大,綜合性也很強(qiáng)的實驗題目,考查了學(xué)生的實驗技能,很好地體現(xiàn)了新課程標(biāo)準(zhǔn)理念。
關(guān)鍵詞:全電路;歐姆定律;實驗教學(xué);感性教學(xué)
中圖分類號:G712 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1672-5727(2012)08-0098-02
歐姆定律是《電工基礎(chǔ)》中最常用的基本定律之一,技工院?,F(xiàn)在使用的《電工基礎(chǔ)》教材(中國勞動社會保障出版社出版,第四版)中把歐姆定律分為部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律兩部分。對于部分電路歐姆定律,由于中學(xué)物理課本已作詳細(xì)介紹,學(xué)生容易接受,但對于全電路歐姆定律,由于其涉及的概念較多且各物理量之間的關(guān)系復(fù)雜,再加上教材未附相應(yīng)的實驗,學(xué)生缺乏感性認(rèn)識。因此,學(xué)生很難理解和接受,也是其成為教師教學(xué)中重點和難點的原因。筆者針對學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中容易產(chǎn)生的困惑和疑問,借助實驗來幫助學(xué)生理解,收到了較好的效果。
明確教學(xué)目標(biāo)是教師組織
全電路歐姆定律教學(xué)的關(guān)鍵
掌握全電路歐姆定律對于學(xué)好《電工基礎(chǔ)》這門課程來說至關(guān)重要。因為后續(xù)章節(jié)中多處電路的分析和計算要應(yīng)用到這一定律。教學(xué)是一個教師與學(xué)生雙向互動的過程,作為教師,要組織好全電路歐姆定律教學(xué),必須先明確教學(xué)目標(biāo),做到心中有數(shù),才能更好地開展教學(xué)。
知識目標(biāo):(1)理解電動勢、內(nèi)電阻、外電阻、內(nèi)電壓、外電壓、端電壓、內(nèi)壓降等物理量的物理意義;(2)掌握全電路歐姆定律的表達(dá)形式,明確在閉合電路中電動勢等于內(nèi)、外電壓之和;(3)掌握端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律;(4)掌握全電路歐姆定律的應(yīng)用。
能力目標(biāo):(1)通過實驗教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的觀察和分析能力,使學(xué)生學(xué)會運(yùn)用實驗探索科學(xué)規(guī)律的方法;(2)通過對端電壓與外電阻、端電壓與內(nèi)電阻之間的變化規(guī)律的討論,培養(yǎng)學(xué)生的思維能力和推理能力。
理解各物理量的物理意義是
學(xué)生掌握全電路歐姆定律的基礎(chǔ)
全電路歐姆定律的難點在于概念較多,且各物理量之間的關(guān)系復(fù)雜。因此,首先,應(yīng)讓學(xué)生準(zhǔn)確理解各物理量的含義。
全電路是指含有電源的閉合電路,如圖1所示。其中,R代表負(fù)載(即用電器,為簡化電路,只畫一個),r代表電源的內(nèi)電阻(存在于電源內(nèi)部),E代表電源的電動勢。整個閉合電路可分為內(nèi)、外兩部分,電源外部的叫外電路(圖1中方框以外的部分),電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路。外電路上的電阻叫外電阻,內(nèi)電路上的電阻叫內(nèi)電阻。當(dāng)開關(guān)S閉合時,電路中就會有電流產(chǎn)生,I=,該式表明:在一個閉合電路中,電流強(qiáng)度與電源的電動勢成正比,與電路中內(nèi)電阻和外電阻之和成反比,這個規(guī)律稱為全電路歐姆定律。
要理解這個定律,要先理解以下幾個物理量的物理意義:第一個是電動勢,它是指在電源內(nèi)部,電源力將單位正電荷從電源負(fù)極移到正極所做的功。這個概念比較抽象,涉及知識面較廣,要使學(xué)生全面、深刻地理解它是有困難的??紤]到學(xué)生的接受能力和滿足后續(xù)知識的需要,需向?qū)W生講清兩個問題:一是電動勢的值可用電壓表測出——電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓;二是電動勢的物理意義是描述電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的本領(lǐng),是由電源本身的性質(zhì)決定的。第二個是電源的端電壓(簡稱端電壓),它是指電源兩端的電位差(在圖1中指A、B兩點之間的電壓,也等于負(fù)載R兩端的電壓)。需要注意的是,端電壓與電動勢是兩個不同的概念,它們在數(shù)值上不一定相等。第三個是內(nèi)壓降,它是指當(dāng)電流流過電源內(nèi)部時,在內(nèi)電阻上產(chǎn)生的電壓降。全電路歐姆定律也可表示為:“在閉合電路中,電動勢等于內(nèi)、外電壓之和?!?/p>
掌握各物理量的變化規(guī)律是
掌握全電路歐姆定律的重點
全電路歐姆定律的難點在于各物理量之間的變化規(guī)律,也是學(xué)生容易產(chǎn)生疑惑的地方??梢岳醚菔緦嶒瀬眚炞C各物理量之間的變化規(guī)律,以增加學(xué)生的感性認(rèn)識,提高學(xué)生的邏輯推理能力。
第一,驗證電源內(nèi)電阻的存在并計算其大小。對于電源的內(nèi)電阻,由于存在于電源的內(nèi)部,既看不見,也摸不著,學(xué)生對此存在質(zhì)疑。為此,可用圖2進(jìn)行實驗,不但可以證明內(nèi)電阻的存在,還可測出內(nèi)電阻的大小。在圖2中,用1節(jié)1號干電池作電源,電阻R為已知值(可根據(jù)實際情況選定)。開關(guān)閉合前,記下電壓表的讀數(shù)U1(此值即為干電池的電動勢),開關(guān)閉合后,記下電壓表的讀數(shù)U2,發(fā)現(xiàn)U2比U1小(見表1),就是因為電源內(nèi)部存在內(nèi)電阻的緣故。
根據(jù)公式r=R可算出該電池的內(nèi)電阻。再用不同型號的干電池(如5號干電池、7號干電池)進(jìn)行重復(fù)實驗,發(fā)現(xiàn)它們的電動勢雖然相等(為了后面實驗的需要,盡量選用電動勢相等的電池,并保留這些電池),但內(nèi)電阻不一定相同。
第二,端電壓U跟外電阻R的關(guān)系。
實驗電路如圖3所示,用1節(jié)1號干電池作為電源,移動滑動變阻器的滑動片,觀察電流表和電壓表的讀數(shù)變化,并將它們的讀數(shù)記錄到表2中。通過觀察發(fā)現(xiàn):當(dāng)滑動片從左向右移動時(為保證實驗設(shè)備安全,滑動片不要移到最右端),電流表的讀數(shù)慢慢變大,電壓表的讀數(shù)慢慢變??;當(dāng)滑動片從右向左移動時,電流表的讀數(shù)慢慢變小,電壓表的讀數(shù)慢慢變大。由此得出結(jié)論:端電壓隨外電阻上升而上升,隨外電阻下降而下降。根據(jù)表2中的數(shù)據(jù)可繪成曲線(如圖4所示),即電源的端電壓特性曲線。從曲線上可以看出:電源端電壓隨著電流的大小而變化,當(dāng)電路接小電阻時,電流增大,端電壓就下降;當(dāng)電路接大電阻時電流減少,端電壓就上升。
思考:如果滑動片移到最右端,電壓表、電流表的讀數(shù)將為多少?
第三,端電壓與內(nèi)電阻r的關(guān)系。
根據(jù)公式U=E-Ir分析可知:當(dāng)電流I 不變時,內(nèi)阻下降,端電壓就上升;內(nèi)阻上升,端電壓就下降。實驗電路同圖3,只需將電路中的電源用前面已測過內(nèi)阻值的不同型號的電池代替即可,觀察電流表、電壓表的讀數(shù),上述結(jié)論即可得到驗證。
應(yīng)用規(guī)律,解決實際問題
首先向?qū)W生提出問題:你是否注意到,電燈在深夜要比晚上七八點鐘亮一些?這個現(xiàn)象的原因何在?在回答這個問題之前,可先通過實驗驗證這一現(xiàn)象的存在,如圖5所示。圖中5個燈泡完全相同,先將開關(guān)全合上,使燈泡發(fā)光,再逐個斷開開關(guān),發(fā)現(xiàn)燈泡逐漸變亮,原因分析:隨著開關(guān)的斷開,外電阻增大,導(dǎo)致干路電流減小,使得內(nèi)壓降下降,從而端電壓增大,即燈泡兩端的實際電壓增大,故燈泡變亮了。上述問題也得到了解決。
在教學(xué)過程中,如果盡可能地增加一些實驗,通過生活中的實驗記錄其數(shù)據(jù)并指導(dǎo)學(xué)生得出規(guī)律,提高感性認(rèn)識,不但可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,也會提高教學(xué)效果。
參考文獻(xiàn):
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[關(guān)鍵詞]:歐姆定律;物理結(jié)論;表述;形成過程
中圖分類號:G4
物理結(jié)論常用的表達(dá)方式有:文字?jǐn)⑹?、?shù)學(xué)語言表達(dá)、特定表示法,初中物理中以文字?jǐn)⑹鲎顬槌R?。物理結(jié)論的表述要求科學(xué)、準(zhǔn)確,同時必須注意結(jié)論的嚴(yán)密性和邏輯性。物理結(jié)論的形成通常建立在數(shù)據(jù)分析和因果關(guān)系分析,這兩種關(guān)系的分析一般采用控制變量的研究方法,如果能知道一個現(xiàn)象的發(fā)生是由于某個原因引起的,又能從該現(xiàn)象和某原因之間所存在的數(shù)量關(guān)系中找出規(guī)律,只要把這兩個方面概括起來進(jìn)行描述,就很容易得出實驗結(jié)論。下面結(jié)合歐姆定律的形成和理解,就同學(xué)們表述物理結(jié)論時出現(xiàn)的錯誤,談?wù)勎锢斫Y(jié)論的準(zhǔn)確表述及形成過程。
歐姆定律這一基本規(guī)律,是初中電學(xué)知識的基礎(chǔ)和重點,可以說它是解決電學(xué)問題的一把金鑰匙。它揭示了電流、電壓、電阻三者之間的定量關(guān)系,是利用控制變量法在實驗的基礎(chǔ)上歸納總結(jié)出來的。即控制電阻不變,得到通過導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比;控制導(dǎo)體兩端的電壓不變,得到通過導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。教材(北師大版九年級物理教材)中表述為:導(dǎo)體中的電流,跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比。它的表達(dá)式為:,表示導(dǎo)體中的電流的大小取決于這段導(dǎo)體兩端的電壓和這段導(dǎo)體的電阻,當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓(U)或?qū)w本身的電阻(R)變化時,通過導(dǎo)體的電流(I)將發(fā)生相應(yīng)的變化。其中電流(I)、電壓(U)、電阻(R) 這三個物理量必須是對應(yīng)于同一導(dǎo)體(或同一段電路)在同一時刻(或同一段時間),也可以說是"一一對應(yīng)"的,即應(yīng)用歐姆定律時,必須講究同一性和同時性。用它進(jìn)行計算時,帶入數(shù)據(jù)的單位必須統(tǒng)一為國際單位。另外,它還反映了導(dǎo)體兩端保持一定的電壓,是導(dǎo)體形成持續(xù)電流的條件。若導(dǎo)體本身的電阻(R)不為零,兩端的電壓(U)為零,則通過導(dǎo)體的電流(I)也為零,也就是,給一導(dǎo)體兩端不加電壓,就沒有電流通過;若導(dǎo)體是絕緣體電阻(R)可為無窮大,即使它的兩端有電壓(U),通過導(dǎo)體的電流(I)也為零,電流無法通過。
而通過歐姆定律得到的變形式表示一段導(dǎo)體兩端的電壓跟這段導(dǎo)體中的電流之比是一個不變的值,等于這個導(dǎo)體的電阻,它是電阻的計算式,而不是它的決定式。導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體本身的一種性質(zhì),是表示導(dǎo)體對電流阻礙作用的本領(lǐng)大小,其大小只決定于導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積和溫度,跟導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體中有無電流無關(guān),不能受數(shù)學(xué)的思維定勢影響。
例題:某同學(xué)在做"探究通過導(dǎo)體的電流與電阻的關(guān)系"的實驗中,收集了一些實驗數(shù)據(jù)如下表,由表內(nèi)數(shù)據(jù)可得的結(jié)論是:___________?!倦妷篣=3V】
電流I/A
0.3
0.2
0.1
電阻R/Ω
10
15
30
【錯誤結(jié)論之一】當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻跟通過導(dǎo)體的電流成反比。
【病因】顛倒因果關(guān)系,犯邏輯錯誤
【分析 】原因和結(jié)果,在物理實驗中,通常表現(xiàn)為物理條件和現(xiàn)象,物理條件是原因,物理現(xiàn)象是結(jié)果,物理條件的改變引起了物理現(xiàn)象的變化。因此要歸納科學(xué)規(guī)律,一方面要關(guān)注物理條件改變與物理現(xiàn)象變化之間的聯(lián)系,另一方面還要注意兩個物理量的因果關(guān)系,不能前后顛倒。由于通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻這兩個因素有關(guān),因此本實驗探究通過導(dǎo)體的電流跟電阻的關(guān)系的方法是:保持導(dǎo)體兩端電壓不變,通過改變導(dǎo)體的電阻,來觀察電流的變化情況。電阻的變化是原因,電流的變化是結(jié)果。因此,表述這類問題必須首先明確"那是因、哪是果"。
【錯誤結(jié)論之二】當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻越大,導(dǎo)體中的電流就越小?;蛘撸?dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻隨導(dǎo)體中的電流的增大而減小。
【病因】混淆定量描述與定性分析
【分析】從表中電流、電阻的實驗數(shù)據(jù)的規(guī)律表明:當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓一定時,導(dǎo)體的電阻增大為原來的幾倍,導(dǎo)體中的電流就減小為原來的幾分之一。兩個物理量之間存在反比關(guān)系,屬于定量關(guān)系,上述錯誤卻表達(dá)為×××隨×××的增大而減小,屬于定性關(guān)系,不準(zhǔn)確。
【錯誤結(jié)論之三】導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。
【病因】注重結(jié)果,忽視條件
【分析】物理結(jié)論都有其成立的條件,表達(dá)時如果忽視了成立的條件,就是不準(zhǔn)確的,甚至是錯誤的,這類問題常常用控制變量探究問題,分析實驗數(shù)據(jù)時,要分清哪個因素是自變量(引起實驗結(jié)果變化的原因),哪個因素是因變量(實驗結(jié)果,其變化是由其它因素的變化引起的),哪個因素是不變量(包括相等的量),最后得出正確結(jié)論,其格式一般為"在......不變(或相等)的情況下(條件) ......(結(jié)果)"
本人在長期的教學(xué)實踐中總結(jié)出,物理結(jié)論的形成一般分為以下四步:
(1)、抓問題。就是通過審題弄清要研究的問題,即研究對象。也就是說首先明確被研究量及相關(guān)的各個因素。上述問題研究的是通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻的關(guān)系。
(2)、找條件。確定結(jié)論成立的條件,即找出題目中給出的條件或控制哪些量不變。上述題目中給出導(dǎo)體兩端的電壓不變。
(3)、論關(guān)系。利用題目中的數(shù)據(jù)或現(xiàn)象分析物理量之間的變化關(guān)系或規(guī)律,同時明確物理量之間的因果關(guān)系。從表中電流、電阻的數(shù)據(jù)變化中可以發(fā)現(xiàn):導(dǎo)體的電阻增大為原來的幾倍,導(dǎo)體中的電流就減小為原來的幾分之一。也就是說通過導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。
本節(jié)課在這些方面能較好地體現(xiàn)我的教學(xué)理念:
一、實驗教學(xué),激發(fā)興趣
物理學(xué)家愛因斯坦說過:“興趣是最好的老師?!迸d趣是學(xué)生學(xué)好物理知識的內(nèi)在的、直接的動力。對初中學(xué)生來說,實驗具有特別強(qiáng)烈的吸引力。很少有學(xué)生在教師做實驗的時候精神不集中。實驗調(diào)動學(xué)生各個感官的作用,并且使思維處于最積極的狀態(tài)。本節(jié)《運(yùn)用歐姆定律測量電阻》給了學(xué)生一個動手動腦、直接體驗的機(jī)會,所有學(xué)生都為能進(jìn)實驗室親自操作而興奮不已。
二、注重細(xì)節(jié),打好基礎(chǔ)
俗話說:“細(xì)節(jié)決定成敗。”《運(yùn)用歐姆定律測量電阻》從實驗原理到電路圖的設(shè)計,從實驗器材的準(zhǔn)備到器材的連接,從連接過程中的開關(guān)斷開,到電流表電壓表的量程的選擇,從實驗表格的設(shè)計,到實驗數(shù)據(jù)的處理,每一處細(xì)節(jié)都要留意,精心操作,才能出色地完成整個實驗。大多數(shù)學(xué)生能夠細(xì)心操作,這為物理實驗學(xué)習(xí)打好扎實的基礎(chǔ),比課堂上紙上談兵“做實驗”效果好得多。
三、積極引導(dǎo),鼓勵創(chuàng)新
在按照教材上的設(shè)計,完成“伏安法測電阻”這一“規(guī)定動作”后,我沒有鳴金收兵,而是繼續(xù)發(fā)問引導(dǎo):如果實驗時電流表壞了,而我們手頭上沒有其他安培表,那實驗還能最終完成嗎?如果壞的是電壓表呢?我積極引導(dǎo),鼓勵學(xué)生認(rèn)真思考,開闊思路,勇于創(chuàng)新。終于,有一些學(xué)生陸陸續(xù)續(xù)地拿出了解決方案,其中有些方案頗有創(chuàng)意。
在收獲成果的同時,我也清楚地看到了存在的問題:
1.準(zhǔn)備不足,適得其反
學(xué)生聽說要去實驗室做實驗,都很興奮。盡管我課前布置了預(yù)習(xí)作業(yè),但是仍然有少部分學(xué)生準(zhǔn)備不足,到實驗室里不熟悉操作流程,手忙腳亂。好不容易電路連接完成,一試就出故障,此時更是急得滿頭大汗,平時所學(xué)的簡單電路故障排除方法也用不起來了……由此可見,同樣是實驗教學(xué),學(xué)生有備而來,則能激發(fā)興趣;如果準(zhǔn)備不足,操作失誤或遲遲得不出實驗結(jié)論,還能激發(fā)興趣嗎?不但不能,甚至導(dǎo)致部分學(xué)生對物理實驗產(chǎn)生恐懼感。
2.思路保守,創(chuàng)新不夠
完成教材里“伏安法測電阻”這一“規(guī)定動作”后,我引導(dǎo)學(xué)生拓展思路,思考如何只用電流表或只用電壓表來測出未知電阻的大小。部分學(xué)生思路保守,認(rèn)為只有測出未知電阻兩端的電壓和通過電阻的電流才能根據(jù)歐姆定律的變形公式算出電阻的大小。而這兩個數(shù)據(jù),只能通過電壓表和電流表分別測出,缺一不可。由此可見,我在以后的教學(xué)中要多引導(dǎo)學(xué)生拓展思路,否則學(xué)生缺乏創(chuàng)新意識。
3.沒有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度
物理實驗探究,需要務(wù)實求真,來不得半點虛假。在實驗操作過程中,個別學(xué)生感覺自己的實驗數(shù)據(jù)不夠“理想”,就硬生生地編造了“理想化”的數(shù)據(jù),這樣處理過的結(jié)果“完美”了。我對這樣的學(xué)生進(jìn)行了嚴(yán)肅的批評教育,并要求其重做實驗,重新測量。第二節(jié)物理課上,我又鄭重其事告誡所有學(xué)生,應(yīng)該向居里夫人等物理學(xué)家學(xué)習(xí),學(xué)習(xí)他們嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
【關(guān)鍵詞】電路電動機(jī)純電阻與非純電阻
電流通過純電阻與非純電阻時的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系,是高中物理直流電路部分的重點知識,但由于很多同學(xué)不能夠正確區(qū)分純電阻與非純電阻,導(dǎo)致很多問題的分析出現(xiàn)問題,本人結(jié)合教學(xué)過程中的實際情況,以電動機(jī)為例,較好的解決了純電阻與非純電阻中應(yīng)用中的區(qū)別與聯(lián)系。
一、設(shè)計的幾個實驗分析:
當(dāng)電流通過電動機(jī)的過程中,消耗電能,同時會產(chǎn)生其他形式的能,這個能量轉(zhuǎn)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(chǎn)生焦耳熱,Q=I2Rt,那么,Q與W相等嗎?
解決方案:假設(shè)Q=W,將推導(dǎo)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(zhuǎn)化為內(nèi)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(jī)在不轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下,電壓、電流和電阻的關(guān)系有何特點。
實驗2:探究電動機(jī)在轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下,電壓、電流和電阻的關(guān)系有何特點。
通過具體的實驗讓學(xué)生清晰的辨別純電阻電路與非純電阻電路。
實驗3:進(jìn)一步探究電動機(jī)在不轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下,電壓、電流和熱功率、總功率的關(guān)系。
實驗結(jié)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(chǎn)生的電熱近似等于消耗的電功,即W=Q.
實驗4:進(jìn)一步探究電動機(jī)在轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下,電壓、電流和熱功率、總功率的關(guān)系。
實驗結(jié)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(jī)消耗的電能等于產(chǎn)生的熱量及產(chǎn)生的機(jī)械能的總和。
二、大思路
含電動機(jī)的電路由于涉及電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,電動機(jī)正常工作的電壓電流關(guān)系不再滿足,我們需要從能量守恒的角度去研究。
電動機(jī)正常工作時的輸入功率(即電動機(jī)消耗的總功率)一部分轉(zhuǎn)化為電熱,一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能輸出。根據(jù)能量守恒:
P輸入+P熱=P輸出
1.求電動機(jī)兩端的電壓U
2.求流過電動機(jī)的電流I
3.求電動機(jī)的內(nèi)阻r
4.求電動機(jī)輸入功率P輸入,用電功率公式P=IU計算
5.求電動機(jī)內(nèi)阻消耗的電熱功率P熱,根據(jù)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(fēng)扇,內(nèi)阻為20Ω,接上220V電壓后,消耗功率66W,問:
(1)電風(fēng)扇正常工作時通過電動機(jī)的電流是多少?
(2)電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率是多少?轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率是多少?電動機(jī)的效率是多少?
(3)如果接上電源后,電風(fēng)扇的風(fēng)葉被卡住,不能轉(zhuǎn)動,這時通過電動機(jī)的電流,以及電動機(jī)消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少?
分析(1)因為P入=IU
所以I=PUA=0.3A
(2)電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的功率
P內(nèi)=I2R=0.32×20W=1.8W
電風(fēng)扇正常工作時轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的功率
P機(jī)=P入-P內(nèi)=66W-1.8W=64.2W
電風(fēng)扇正常工作時的效率
η=64.266×100%=97.3%
(3)電風(fēng)扇風(fēng)葉被卡住后電動機(jī)不轉(zhuǎn)時可視為純電阻,通過電風(fēng)扇的電流
I=UR=22020A=11A
電動機(jī)消耗的電功率
P=IU=11×220W=2420W
電動機(jī)發(fā)熱功率
P內(nèi)=I2R=112×20W=2420W
教學(xué)目標(biāo)
知識目標(biāo)
1.鞏固串聯(lián)電路的電流和電壓特點.
2.理解串聯(lián)電路的等效電阻和計算公式.
3.會用公式進(jìn)行簡單計算.
能力目標(biāo)
1.培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力.
情感目標(biāo)
激發(fā)學(xué)生興趣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,加強(qiáng)思想品德教育.
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題,從實驗得出結(jié)論.串聯(lián)電路總電阻的計算公式是本節(jié)的重點,用等效的觀點分析串聯(lián)電路是本書的難點,協(xié)調(diào)好實驗法和理論推導(dǎo)法的關(guān)系是本書教學(xué)的關(guān)鍵.
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實驗和理論證明相結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí).
實驗法和理論推導(dǎo)法并舉,不僅可以使學(xué)生對串聯(lián)電路的總電阻的認(rèn)識更充分一些,而且能使學(xué)生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些.
由于實驗法放在理論推導(dǎo)法之前,因此該實驗就屬于探索性實驗,是伏安法測電阻的繼續(xù).對于理論推導(dǎo)法,應(yīng)先明確兩點:一是串聯(lián)電路電流和電壓的特點.二是對歐姆定律的應(yīng)用范圍要從一個導(dǎo)體擴(kuò)展到幾個導(dǎo)體(或某段電路)計算串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻時,常出現(xiàn)一個“總”字,對“總”字不能單純理解總和,而是“總代替”,即“等效”性,用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路.
教學(xué)設(shè)計方案
1.引入課題
復(fù)習(xí)鞏固,要求學(xué)生思考,計算回答
如圖所示,已知,電流表的示數(shù)為1A,那么
電流表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表V的示數(shù)是多少?
通過這道題目,使學(xué)生回憶并答出串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系
(1)串聯(lián)電路中各處的電流相等.
(2)串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和.
在實際電路中通常有幾個或多個導(dǎo)體組成電路,幾個導(dǎo)體串聯(lián)以后總電阻是多少?與分電阻有什么關(guān)系?例如在修理某電子儀器時,需要一個10的電阻,但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻,而只有一些5的電阻,那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢?
電阻的串聯(lián)知識可以幫助我們解決這個問題.
2.串聯(lián)電阻實驗
讓學(xué)生確認(rèn)待測串聯(lián)的三個電阻的阻值,然后通過實驗加以驗證.指導(dǎo)學(xué)生實驗.按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯(lián)入電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的讀數(shù)為一整數(shù)(如3V),電流表的讀數(shù)為0.6A,根據(jù)伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯(lián)起來接在電路的a、b兩點之間,提示學(xué)生,把已串聯(lián)的電阻與當(dāng)作一個整體(一個電阻)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時讀數(shù)為0.2A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果得出總電阻與、的關(guān)系.
再串入電阻,把已串聯(lián)的電阻當(dāng)作一個整體,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表的示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時示數(shù)為0.1A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果,得出總電阻與的關(guān)系:.
3.應(yīng)用歐姆定律推導(dǎo)串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯(lián)電路中
所以
這表明串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體的電阻之和.
4.運(yùn)用公式進(jìn)行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯(lián)起來接在6V的電源上,求這串聯(lián)
電路中的電流
讓學(xué)生仔細(xì)讀題,根據(jù)題意畫出電路圖并標(biāo)出已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經(jīng)比較得出第(3)種方法簡便,找學(xué)生回答出串聯(lián)電路的電阻計算
解題過程
已知V,求I
解
根據(jù)得
答這個串聯(lián)電路中的電流為0.3A.
強(qiáng)調(diào)歐姆定律中的I、U、R必須對應(yīng)同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發(fā)光時燈絲電阻為8.3,兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源,要使燈泡正常工作,需要串聯(lián)一個多大的電阻?
讓學(xué)生根據(jù)題意畫出電路圖,并標(biāo)明已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生分析得出
(1)這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V,而電源電壓是6V,那么串聯(lián)的電阻要分擔(dān)的電壓為
(2)的大小根據(jù)歐姆定律求出
(3)因為與串聯(lián),通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據(jù)求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
關(guān)鍵詞:電學(xué);難學(xué);難教;以生為本
中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1003-6148(2016)2-0021-5
1 前 言
初中電學(xué)作為物理學(xué)的起始學(xué)習(xí)知識,難學(xué)、難教已成為廣大師生的共識。學(xué)生從心理上畏懼,教師也感到頭疼。蘇科版物理教材相比較其他版本的教材,將電學(xué)放在初三的第13章到第16章,而不是在初二學(xué)習(xí)。雖然說初三的學(xué)生在智力、心理等各方面都有了極大的發(fā)展,但是大部分教師對于如何快速讓學(xué)生跨入電學(xué)的大門,學(xué)好初中電學(xué),為后續(xù)的高中學(xué)習(xí)打下堅實的基礎(chǔ),還是感到力不從心,收效甚微[1]。本文以相關(guān)教學(xué)案例,探究初中電學(xué)難學(xué)、難教的原因,并提出自己的一些建議。
2 教學(xué)案例分析
2.1 用電器被短路,“強(qiáng)扭的瓜不甜”
案例1 蘇科版九下第13章的第一節(jié)“被短路現(xiàn)象”的教學(xué)(如圖1)。
教師:請同學(xué)們注意觀察,如果老師將一根導(dǎo)線接在這個正在發(fā)光的燈泡兩端,會出現(xiàn)什么現(xiàn)象?
學(xué)生:燈泡不亮了。
教師:為什么燈泡不亮了?
學(xué)生猜想。
教師:電流不經(jīng)過燈泡,從正極出發(fā),直接回到了電源負(fù)極。
評析 由于電流本身是抽象的,對初中生來說很神秘,學(xué)生很難感知電流的流動路徑。小燈泡被短路的實驗中,學(xué)生只看到燈泡不亮了,學(xué)生雖然也猜想了,但對電流流動路徑的認(rèn)識是基于老師的說教,單調(diào)刻板,無法心服口服。造成了電學(xué)的入門困難,這也打擊了學(xué)生學(xué)習(xí)電學(xué)的信心,不利于后續(xù)的學(xué)習(xí)。
建議 學(xué)生在學(xué)完第二節(jié)電路連接的基本方式之后,已經(jīng)了解了串、并聯(lián)電路的電流流動路徑,對電流已經(jīng)有了一定的認(rèn)識。如果將用電器被短路的現(xiàn)象放在本節(jié)研究,將會減輕學(xué)生的學(xué)習(xí)難度。如圖2,由學(xué)生親自動手將三只燈泡組成一個串聯(lián)電路,然后教師引導(dǎo)學(xué)生:如果將一根導(dǎo)線并聯(lián)在任意一只燈泡兩端,會看到什么現(xiàn)象?學(xué)生會看到被并聯(lián)的燈泡不亮了。燈泡不亮的結(jié)果是學(xué)生自己實驗發(fā)現(xiàn)的。學(xué)生自然對實驗現(xiàn)象沒有懷疑,主動去猜想“為什么燈泡不亮了”。教師再展示flash課件,模擬演示電流路徑。比如,理解記憶燈泡被短路現(xiàn)象:把用電器比喻為消耗電能的“老虎”,電流比喻為我們,如果我們經(jīng)過“老虎”,就會被“吃掉”,學(xué)生恍然大悟,電流當(dāng)然不經(jīng)過小燈泡了!
2.2 用電壓表測電壓的方法不清楚
案例2 蘇科版電壓表使用的教學(xué)過程。
教師:請同學(xué)們自學(xué)完成信息快遞“使用電壓表的注意事項”。
教師:電壓表如何接入電路的?
學(xué)生:并聯(lián)。
教師:哪位同學(xué)給大家演示一下。
學(xué)生演示電壓表的接法。教師演示電壓表反接實驗。
教師:你看到了什么現(xiàn)象?
學(xué)生:指針反偏。
教師:如果把電壓表直接接在電源兩端,可以嗎?
學(xué)生:可以。
評析 教師的授課確已完成了教材中電壓表使用的基本教學(xué)要求,但沒有總結(jié)出電壓表使用的更深層次的方法。一旦電壓表的兩個接線柱所接位置改變,學(xué)生可能會看不懂電壓表測的是哪個用電器兩端的電壓。將電壓表接在電源兩極,也只是看到了電壓表沒有損壞,教師沒有引導(dǎo)學(xué)生思考:為什么電壓表示數(shù)接近電源電壓。學(xué)生由于缺少動手實驗的機(jī)會,直接解決復(fù)雜問題的能力仍然沒有形成,需要教師在習(xí)題課中反復(fù)練習(xí)。貌似新課改,實際上還是走的應(yīng)試教育的老路。并沒有有效地培養(yǎng)學(xué)生的物理實驗探究能力,只是把學(xué)生當(dāng)作學(xué)習(xí)的機(jī)器,為考試而學(xué)習(xí)。
建議 電壓表教學(xué)中多給學(xué)生布置有階梯的實驗任務(wù)。如圖3,首先測量簡單電路中燈泡L1兩端的電壓,然后將電壓表的接線柱由位置A改接到位置C。觀察電壓表指針的偏轉(zhuǎn)情況,明白電壓表不可反接的原因。再例如:2014年江蘇宿遷中考試題的第9題(如圖4所示),將電壓表左邊的負(fù)接柱沿著導(dǎo)線移動到L2的左邊,電壓表右邊的正接線柱沿著導(dǎo)線移動到L2的右邊,這樣電壓表的兩個接線柱就是并聯(lián)接在了L2的兩端,測L2兩端的電壓。注意:移動只能沿著導(dǎo)線移動,不可越過電源和用電器。
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圖3 學(xué)生實驗任務(wù)電路圖 圖4 題圖
2.3 運(yùn)用類比建構(gòu)電阻概念
案例3 電阻的教學(xué),教材是通過直接給出概念,介紹電阻表示符號R和單位歐姆(Ω)。然后,教師要求學(xué)生按照影響電阻的因素(材料、長度、粗細(xì))分組研究。溫度對電阻的影響只通過“白熾燈不通電時的電阻大約為100歐,而通電時電阻高達(dá)1200歐”進(jìn)行簡單的比較。教師直接告訴學(xué)生,燈絲的電阻隨著溫度的升高,也隨之變大。有少數(shù)學(xué)生通過其他課外資料的學(xué)習(xí),小聲地講“半導(dǎo)體的電阻不是這個特點”,但教師“充耳不聞”,繼續(xù)介紹不同物質(zhì)的導(dǎo)電性能。
評析 電阻概念抽象,學(xué)生很難理解,直接告知學(xué)生,不作或只有很少地就“如何改變電流”作為鋪墊,會對部分學(xué)生造成這樣的錯誤認(rèn)識:改變電源電壓,也能改變電流大小,電阻與電壓有關(guān)。電阻實驗教師只是簡單地介紹了控制變量法,就把實驗時間交給了學(xué)生,沒有對學(xué)生的實際認(rèn)知水平有足夠的認(rèn)識。學(xué)生盲目地做實驗,浪費(fèi)了寶貴的課堂時間,不易留下深刻印象。特別是當(dāng)有的同學(xué)提出“有些材料隨著溫度的升高,電阻變小”的結(jié)論時,教師為了按照自己的設(shè)計方案,選擇性地忽視學(xué)生的觀點。整個教學(xué)節(jié)奏太快,師生缺少互動的時間,學(xué)生被老師攆著走。
建議 學(xué)生之前已經(jīng)掌握了運(yùn)用類比方法認(rèn)識電流、電壓,對類比研究方法并不陌生。教師應(yīng)充分利用學(xué)生的已有認(rèn)知突破現(xiàn)有的電阻概念的學(xué)習(xí)。以筆者所在學(xué)校為例,每當(dāng)周五放假的時候,學(xué)校門前的智慧路擁堵異常,學(xué)生對此苦不堪言,印象很深刻。將電阻和學(xué)生放學(xué)時候的交通擁堵進(jìn)行對比,能夠很好地起到理解電阻概念的作用。比如:把學(xué)生看作電流,問學(xué)生如果這條路一直堵到你家門口,你覺得阻礙作用如何?學(xué)生立刻就理解了其他條件相同時,長度越長,阻礙作用就越大的結(jié)論。再比如,問學(xué)生如果這條路擴(kuò)寬為現(xiàn)在的10倍,對你的阻礙作用又怎樣呢?同樣,也很好地理解了其他條件相同時,導(dǎo)線越粗,電阻越小的結(jié)論。蘇科版教材雖然對“溫度對電阻的影響”降低了要求,但是當(dāng)有學(xué)生提出不同觀點的時候,教師同樣可以采用類比沖突加深學(xué)生對溫度影響電阻的理解。2.4 歐姆定律實驗難探究
案例4 通過如何改變電流啟發(fā)學(xué)生,引入電壓、電阻對電流的影響教學(xué)不成功。
教師:如果電源電壓超過小燈泡能承受的最大電壓,我們怎么辦?
學(xué)生:串聯(lián)一個電阻。
教師:大家知道串聯(lián)一個電阻,燈泡中的電流變小了,燈泡兩端的電壓也改變了。那么,影響電流的因素有哪些呢?
學(xué)生:影響電流大小的因素有電壓、電阻。
教師:有哪些生活經(jīng)驗支持你的猜想呢?
學(xué)生講述生活經(jīng)驗。
評析 歐姆定律的引入采用教師誘問的方式,學(xué)生順著教師的思路,貌似聯(lián)系生活實際,卻緊緊地硬拽著學(xué)生,將學(xué)生的思維空間限制在教師自己的教學(xué)設(shè)計中。電流的變化與電壓、電阻的思辨關(guān)系并未詳細(xì)涉及。學(xué)生樂于效仿物理學(xué)家,重演物理知識的產(chǎn)生過程。但是,教師采用簡單的“問答式教學(xué)”缺乏實驗探究,束縛了學(xué)生對歐姆定律知識的學(xué)習(xí)。
建議 影響電流大小的因素有電壓和電阻。讓學(xué)生親力親為,通過實驗探究引入如何改變電流大小,有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)興趣和熱情。有的同學(xué)認(rèn)為設(shè)計電路如圖5(改變電池節(jié)數(shù)),也有的同學(xué)認(rèn)為設(shè)計如圖6。
學(xué)生自己親自完成實驗并觀察現(xiàn)象,會產(chǎn)生這樣的認(rèn)識:選擇不同的電源電壓從而造成電流大小改變(圖5);改變整個電路的阻值,也會造成電流大小改變,并且發(fā)現(xiàn)方案2的優(yōu)點是能連續(xù)調(diào)節(jié)電路中的電流大小。學(xué)生通過動手實驗發(fā)現(xiàn)改變電流的方法是改變電壓和電阻,這是學(xué)生自己探究的,不是教師用語言強(qiáng)加的,自然對影響電流大小的因素認(rèn)識更深刻。
案例5 學(xué)生在探究電流與電阻的關(guān)系時(如圖7),教師提醒學(xué)生如何改變電阻?甲同學(xué):只要調(diào)節(jié)滑動變阻器就可實現(xiàn)改變電阻從而改變電流大小。學(xué)生這樣想,有其“合理”的原因,但教師并沒有繼續(xù)分析,而是讓另外一位成績較好的學(xué)生回答:將原來5歐姆的電阻換下來,再接上10歐姆的電阻。接下來教師要求學(xué)生按照控制變量法完成實驗探究。
評析 學(xué)生通過調(diào)節(jié)滑動變阻器,發(fā)現(xiàn)確實改變了電流表的示數(shù),于是認(rèn)為調(diào)節(jié)滑動變阻器就可實現(xiàn)改變電阻從而改變電流大小。教師對學(xué)生的這一認(rèn)識并沒有作詳細(xì)分析,而是選擇成績較好的同學(xué)來回答自己的問題,回避了學(xué)困生的思維障礙??此平虒W(xué)過程很流暢,但學(xué)生的疑惑并沒有得到解決,對于改變電阻影響電流的變化規(guī)律并不能讓學(xué)生心悅誠服。
建議 研究電流與電阻的關(guān)系,需要控制電阻兩端的電壓不變[2]。改變電阻教師可打比方“貍貓換太子”,貍貓和太子是不同的個體,改變電阻就是把原來的電阻R拿掉,換上新的電阻,再引導(dǎo)學(xué)生:“滑動變阻器在電路中有什么作用呢?”學(xué)生恍然大悟,改變電阻不是改變滑動變阻器的阻值,調(diào)節(jié)滑動變阻器的目的是要控制電阻兩端的電壓不變。然后,再讓學(xué)生重演實驗過程。通過教師的引導(dǎo),降低了研究電流與電阻關(guān)系的難度,對于學(xué)困生,能有效地保護(hù)他們學(xué)習(xí)電學(xué)的信心。
2.5 歐姆定律習(xí)題課分壓、分流規(guī)律難記憶
案例6 如圖8所示,若甲、乙兩表均為電壓表,閉合開關(guān)S,兩表示數(shù)之比是4:1。若甲、乙兩表均為電流表,斷開開關(guān)S,兩表示數(shù)之比是多少?
評析 此題涉及到電路連接方式,能否識得電表的作用是本題的第一個難點。學(xué)生在課堂上僅僅是看過教師對分壓、分流規(guī)律的板演過程,沒有親自推演,教材也沒有安排實驗探究分壓、分流規(guī)律。表面上看,分壓、分流規(guī)律被淡化了,但江蘇省13市中考題每年都有,在當(dāng)前的考試大環(huán)境下,學(xué)生也只能硬著頭皮死記硬背。
建議 準(zhǔn)確理解分壓、分流規(guī)律,關(guān)鍵還是在于對歐姆定律知識的理解與掌握。串聯(lián)電路中的電流處處相等,所以通過每一個電阻的電流都是一樣的。根據(jù)歐姆定律I=U/R,可知U1/R1=U2/R2=U3/R3=……所以,串聯(lián)電路的電壓之比等于電阻之比,即串聯(lián)電路有分壓的特點(如圖9)。
為了便于學(xué)生記憶,還可以這樣類比,如一家有兄弟好幾個,只有一鍋飯,當(dāng)然是長得結(jié)實的兄弟多分點。各個電阻看作兄弟們,這鍋飯看作電源電壓,分壓和分飯進(jìn)行類比,能活躍課堂氣氛,降低記憶難度。并聯(lián)電路各支路兩端的電壓是一樣的,同樣也可以將電流與河流類比,主干河道的水流進(jìn)入各支流,分減了水流,并聯(lián)電路的電流有著同樣的分流規(guī)律。通過化抽象為形象,把看似刻板的分壓規(guī)律內(nèi)化為學(xué)生有意義的記憶。
2.6 焦耳定律規(guī)律抽象,學(xué)生有抵觸情緒
案例7
教師:電流通過導(dǎo)體時會發(fā)熱,將電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能[3]。同學(xué)們能舉出生活中相關(guān)的例子嗎?
學(xué)生紛紛給出自己的例子。
甲學(xué)生:電流流過電熱油汀、電水壺等會發(fā)熱。
乙學(xué)生:電流流過取暖器會發(fā)熱。
評析 以上的教學(xué)過程出現(xiàn)在很多焦耳定律教學(xué)的公開課上。表面上看活用學(xué)生的生活經(jīng)驗引入電流熱效應(yīng)的學(xué)習(xí),但是考慮到學(xué)生的實驗?zāi)芰λ?,后續(xù)的焦耳定律規(guī)律的得出,教材改為了定性實驗。學(xué)生只能了解影響電流熱效應(yīng)的因素,對焦耳定律的認(rèn)識還是會“心存芥蒂”。如何讓學(xué)生愉悅地融入教學(xué)過程,減弱對焦耳定律學(xué)習(xí)的“抗拒”情緒,是值得廣大物理教師思索的重要課題。
建議 物理教學(xué)離不開實驗,沒有實驗的物理課絕不是成功的物理課。電流熱效應(yīng)現(xiàn)象留給學(xué)生自我完成,更能凸顯過程與方法教育,學(xué)生實驗熱情高漲,這也為焦耳定律規(guī)律的學(xué)習(xí)減少了心理障礙。電流熱效應(yīng)的引入采用學(xué)生身邊的器材——鉛筆芯,為了現(xiàn)象更明顯,可以將電源電壓設(shè)置大一些(比如12 V),這樣流過兩只鉛筆芯的電流也會很大,電流熱效應(yīng)更明顯。將兩只鉛筆芯輕輕摩擦,還會看到耀眼的閃光,看到鉛筆芯上冒出的濃煙。當(dāng)然,還可以安排課后實驗將鉛筆芯替換為包口香糖的錫箔紙,利用錫箔紙導(dǎo)電性好和著火點低的特點,通電自燃。直觀的視覺刺激比任何強(qiáng)大的語言都更具有說服力。
3 結(jié) 語
綜上所述,初中電學(xué)難學(xué)、難教的原因主要有以下兩個方面。
首先,學(xué)生的心理因素。剛進(jìn)入電學(xué)的大門,學(xué)生滿懷著好奇心,對電學(xué)充滿了神秘感。但是,接下來的電路圖以及實物連接圖會讓學(xué)生一籌莫展,不知道電流是如何流動的。學(xué)習(xí)的困惑如果得不到老師及時的幫助,學(xué)生的心理就會滋生對電學(xué)學(xué)習(xí)的挫敗感,不利于電學(xué)的入門。有的老師說,學(xué)好歐姆定律、學(xué)好電功率就等于學(xué)好了初中電學(xué),觀點是有點偏頗的。試想如果在邁入電學(xué)的大門口,學(xué)生就心生怯意,歐姆定律、電功率的學(xué)習(xí)也就不是在學(xué)生自己內(nèi)驅(qū)力的作用下進(jìn)行的,只是為了學(xué)習(xí)而學(xué)習(xí),談不上興趣,學(xué)習(xí)效果也就事倍功半了。
其次,教師對教材的處理水平不同。雖然新課改理念都強(qiáng)調(diào)以生為本,教師也確實朝著這個方向努力了,但由于個人的理解程度,在激發(fā)學(xué)生興趣,保持高昂的學(xué)習(xí)熱情方面做得還不夠。甚至有的教師為了實現(xiàn)自己最初的教學(xué)設(shè)計,當(dāng)課堂上學(xué)生提出自己的看法或觀點時,若自己一時無法解釋清楚就刻意回避。學(xué)生的問題依然沒有得到解決,對教師的評價就會降低。“親其師,信其道”,由于對教師的懷疑、不信任,電學(xué)的學(xué)習(xí)必將是一個煎熬的過程。
歷經(jīng)數(shù)代科學(xué)家的探究才得出的電學(xué)規(guī)律,卻要求學(xué)生在短短的兩三個月里熟練掌握并會運(yùn)用它來解決問題,這對物理教師是一個巨大的挑戰(zhàn)。因此,在教學(xué)中教師只有有效地運(yùn)用實驗重演當(dāng)初科學(xué)家的探究過程,才能讓學(xué)生知其所以然,對于抽象的電學(xué)概念不妨多用類比方法教學(xué),畢竟這也是我國古代科學(xué)家常用的研究方法。只有讓學(xué)生樂學(xué)電學(xué),情感上喜愛電學(xué),才能培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑、創(chuàng)新精神,實現(xiàn)電學(xué)的有效教學(xué)。
參考文獻(xiàn):
[1]苗元秀.初中電學(xué)內(nèi)容放在八年級的可行性研究[J].課程·教材·教法,2008(1):55—59.
關(guān)鍵詞:初中物理;高效課堂;構(gòu)建策略
隨著新課改這縷充滿希望與活力的春風(fēng)吹進(jìn)初中物理課堂,一朵朵“高效”之花便悄然綻放在物理教學(xué)的園地里。隨之而來的是,學(xué)校對教師提高教學(xué)有效性、提升課堂教學(xué)質(zhì)量提出了更高的要求。所以,初中物理教師應(yīng)當(dāng)立足于新課改,并采取有效措施構(gòu)建初中物理高效課堂,從而使物理教學(xué)質(zhì)量更上一層樓?;诖?,本文以初中九年級物理教學(xué)為例,就如何構(gòu)建初中物理高效課堂進(jìn)行如下幾方面研究。
一、創(chuàng)設(shè)直觀形象的教學(xué)情境,營造愉快課堂氣氛
愉快的課堂氣氛對于活躍學(xué)生的思維、增強(qiáng)學(xué)生的代入感具有極大的促進(jìn)作用。所以,初中物理教師在構(gòu)建物理高效課堂的過程中,應(yīng)當(dāng)注重愉快活潑課堂氣氛的構(gòu)建。然而,大多數(shù)教師在物理教學(xué)中往往不能成功地做到這一點。為了解決這一問題,教師可以把情境教學(xué)法融入物理教學(xué)中,并根據(jù)具體的教學(xué)內(nèi)容為學(xué)生創(chuàng)設(shè)直觀的教學(xué)情境。例如,在“歐姆定律”的教學(xué)中,教師就可以這做:上課伊始,教師向?qū)W生描述一種生活情境:“在生活中,我們會看到‘高壓危險’的標(biāo)識,但是當(dāng)用手指摁住電池兩端的時候,我們感覺不到危險,這是怎么回事呢?”學(xué)生可利用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識進(jìn)行回答。接著,教師繼續(xù)追問:“如果給定數(shù)值,怎么計算這兩次經(jīng)過人體的電流的大小呢?”學(xué)生的臉蛋上露出疑惑的表情。于是,教師對學(xué)生說:“今天,我們將要學(xué)習(xí)的歐姆定律就能幫助我們解決這個問題。下面,我們一起探究有關(guān)歐姆定律的知識吧?!边@時教師向?qū)W生介紹歐姆定律的發(fā)現(xiàn)歷程,并讓學(xué)生思考如下問題:什么是歐姆定律?歐姆定律的具體內(nèi)容是什么?總之,教師在教學(xué)中,通過創(chuàng)設(shè)生活情境、問題情境等方式,能有效地營造良好的課堂氣氛。
二、開展小組合作學(xué)習(xí)活動,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣
小組合作學(xué)習(xí)的活動不僅繼承了“團(tuán)結(jié)合作”這一優(yōu)秀傳統(tǒng)美德,還融入了以人為本的教育理念。把小組合作學(xué)習(xí)的活動鑲嵌并滲透到物理教學(xué)中,可以產(chǎn)生意想不到的教學(xué)效果。一方面,這有利于打開學(xué)生學(xué)習(xí)物理知識的興趣之門;另一方面,這可以使學(xué)生在小組內(nèi)部進(jìn)行思維的碰撞、智慧的交融、資源的分享。有鑒于此,初中物理教師在教學(xué)中,可以為學(xué)生搭建“合作學(xué)習(xí)”的平臺,使學(xué)生在這個嶄新的平臺上盡情地展現(xiàn)自我的才華與學(xué)識。例如,教師在“焦耳定律”的教學(xué)中就可以這樣做:首先,教師以“樂于分享,善于合作,勤于探究”為理念,以學(xué)生的認(rèn)知能力、學(xué)習(xí)成績、性格特點為依據(jù),把學(xué)生分成“清風(fēng)習(xí)習(xí)組、夏荷朵朵組、秋葉紛紛組、白雪皚皚組”等若干個小組。其次,教師讓學(xué)生在小組內(nèi)部就焦耳定律有關(guān)內(nèi)容進(jìn)行探討。有的學(xué)生就“影響電流產(chǎn)生熱量的因素”進(jìn)行發(fā)言:“一共有三個因素,分別是電流的大小、電阻的大小、通電時間的長短?!边€有的學(xué)生就“電能與內(nèi)能的關(guān)系”進(jìn)行發(fā)言:“所消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。”由此可見,這樣的方法能充分激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)焦耳定律的興趣。