时间:2023-08-03 16:18:32
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内容看起来很少,本节还要花不少时间进行电流、电压、电阻以及电流表、电压表、滑动变阻器使用方法的复习。必须具有一定的知识储备才能学好“欧姆定律”。
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。
通过学习本节教材的知识,学生能了解日常安全用电常识,规范日常用电行为,了解家庭电路中常见故障,提高了学生利用知识解决实际问题的能力。通过学习,使学生认识到电给人类社会带来了材富,改善了人民的生活。但是,有生产和生活中,如果不注意安全用电,电也会给人类带来灾害。
关键词:理论知识与技能训练一体化;学生分组;实验报告
中图分类号:712?摇 文献标志码:A 文章编号:1674-9324(2012)05-0220-02
电工技能实验课的教学目的在于培养学生的基本操作技能,开发学生的探究能力、思维能力和创新能力;课堂上要求学生根据实验目的设计实验电路,选择仪表,确定实验步骤,测取实验数据,并能对数据进行分析研究,总结结论。本文以验证欧姆定律的内容为例,浅析采用理论知识与技能训练一体化上好电工技能实验课的教学方法。
一、预习
在准备过程中,带领学生复习欧姆定律的内容,设定本次实验目的、方法和步骤,明确实验过程中应注意的问题,并按照实验目的设计记录数据用的表格。同时根据实验内容设置若干探究、扩展认知的问题,用于开拓学生思维,有利于实验的顺利进行。
例如欧姆定律的实验目的是验证电压U、电流I和电阻R三者之间的关系,即电阻R的伏安特性。导体中的电流I与导体两端的电压U成正比,与导体的电阻R成反比,公式I=U/R。在准备过程中,设置问题为:某同学认为,由公式R=U/I可知,在一段导体上所加的电压越大,这段电阻就越大,这种认识对吗?为什么?
二、实验的过程
为了提高实验的效率,保证实验安全,有序的进行,实验过程按以下步骤进行:
1.学生分组。实验以小组为单位进行,每组4人,明确每个人在实验过程中接线、控制负载、调节电压或电流、记录实验数据等分工工作,在时间允许情况下,调换组员的分工,重复实验。
2.选择器材。实验时领用实验元器件和仪表,熟悉它们的参数、结构、功能和注意事项等,这些能帮助学生构建电路,分析原理,进行实验。
如欧姆定律实验用到的元器件和仪表包括:直流稳压电源1台、直流电压表(0~15V~30V)1只、直流电流表(0~2.5A~5A)1只、单刀单掷开关1个、万用表一只、电阻若干。其中电源的输出电压是可以调节的,调整范围(0~10V);电压表与电阻R并联,用来测量被测电阻R两端的电压;电流表与电阻R串联,用来测量被测电阻R中流过的电流。仪表在测量的过程中应放置最大量程上,观察指针的摆动情况,指针的摆动的幅度不能太小,也不能满偏超过量程。
3.按图接线,通电观察。接线必须在切断电源的情况下进行。依据(图1)电路图,把元器件连接好。接线过程中力求简单,在完成电路功能的情况下,导线用得尽可能少;同时为了查找线路方便,每根功能相同或相近的线路可用颜色相同的导线和插头,也可以用套管给每根线加上编号。
接线完成后,经指导教师检查线路无误后,方可接通电源。改变直流稳压电源的输出值,学生如实记录各仪表的数值填入表中。实验中,人体不能接触带电线路。
4.整理数据和器材。在实验前学生应该根据公式计算所测数据值。变换输入信号的大小,如实记录各个仪表读数。多测几组数据,求出平均值。各组所测的数据可能有存在误差,但总的变化趋势是一定的(图2)。
根据上表的数据,以电压U为横坐标,电流I为纵坐标,表示电阻R的U/I关系的曲线,称为伏安特性曲线。由于在实验中,我们用到的是阻值不变的电阻元件,其伏安特性是线性的。通过发现可以看出,当稳压电源输出9V、7V、5V时,电阻R=50Ω测出的电流值也是按一定规律变化,与我们用欧姆定律计算出来的值基本一致。
实验完毕后,切断电源,学生将所测数据交给指导教师审阅,经老师认可后拆线,把所有的元器件、仪表等整理好,放在指定位置处。
三、设置问题
在学生完成实验后,可以根据实验设计思考题,增强学生对实验的认识和理解。使学生做到理论联系实际,提高学生运用知识的能力,达到实验课的教学目的。
四、实验报告
实验报告是根据实验目的,电路图的工作原理、测取的数据及实验中观察和发现的问题,经过分析研究后写出对的实验结论。实验报告应包括以下内容:
1.实验名称、专业、班级、姓名和实验日期等。
2.列出实验中所用元器件的名称及编号、实验时的电路图、仪表及其仪表量程。
3.以表格的形式对数据进行整理和计算。
对初中物理知识的学习,在很多学生眼中电学部分的学习最为头痛。由于这部分内容的容量大、概念多、规律多、公式多,对于不少学生来讲是个难学的部分。但再难的学习内容若我们能够掌握其中的方法、技巧、要领;注重练习,善于总结,成绩的提高也不为难事。
一、辨析概念,夯实基础
任何知识的学习掌握都离不开基础知识。电学部分的基础知识多、散、要辨析清楚、固记脑中。
(一)、关于电路
1、串联、并联
初中物理中要求学生掌握最基本的两种连接方式:串联、并联。能否正确分析辨别他们对后面内容的学习至关重要。识别电路的类型,可以根据定义:“逐个顺次连接”为串联,各元件“首首相接、尾尾相接”并列地连在电路的两点间,(“首”为电流流入用电器的哪一端,“尾”指电流流出用电器的那一端)此电路为并联电路。
2、通路、开路、短路
电路中出现的这三种状态,其中通路为处处相通的电路,开路为电路中有处断开的电路,这两种状态易于接受,便于分清。但是学生对于短路的分辨显得力不从心,不知道何处短路,为什么短路。其实只要注意分析的要点即可辨出何处短路。电流具有走捷径的特点,捷径是指这条路径中电阻很小,小到可以忽略不计、即为空导线,当一根空导线,或开关、或电流表(电阻小到可以认为没有)与某个用电器并联时,电流只走空导线,开关或电流表而不走用电器,使该用电器被短路,从而不能工作。
(二)三个重要的物理量—电流、电压、电阻
1、概念辨析
电荷的定向移动形成电流,这是电流的形成定义,简单便于理解;电压是形成电流的原因,没有电压就没有电流;电阻是指导体对电流的阻碍作用,即阻碍作用越大,电流越小。
2、表示符号
电流、电压、电阻三物理量分别用I、U、R表示,而单位表示字母分别为A(安培)、V(伏特)、Ω(欧姆)。
3、工具的使用
电流表是测量电流的工具;电压表是测量电路两端电压的工具;调节电路中的电流和用电器两端的电压,可以使用滑动变阻器。
(三)电功(W)、电功率(P)
物理学中电功没有确切的定义,只是描述性的,当电能转为其它形式能时,就说做了电功。即电功就表示有多少电能转化为其它形式的能,如果知道了电功的多少,就知道了消耗多少电能。而用电器单位时间内消耗的电能叫做电功率。电功率的大小不仅取决于消耗电能的多少,也取决于所用的时间的长短。
二、理解规律,把握关键
(一)三个物理量在串、并联电路中的特点
在串联电路中:电流处处相等;电路两端的总电压等于部分电路两端电压之和;总电阻等于各导体的电阻之和。在并联电路中:干路中电流等于各支路电流之和;各支路两端的电压相等;并联电路总电阻的倒数等于各并联导体的电阻倒数之和。
(二)欧姆定律
一段导体的电流,跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。这个定律非常重要,一定要加强理解,熟记其使用的条件及注意事项。
(三)电功定律
某段电路上的电功,跟这段电路两端的电压、电路中的电流以及通电的时间成正比。物理学中用电路两端的电压U,电路中的电流I,通过的时间t,三者的乘积来计算电功。
(四)焦耳定律
导体中有电流通过时,导体就要发热,此现象称为电流的热效应。英国物理学家焦耳经过多年的研究,做了大量的实验,精确地确定了电流产生的热量与电流、电阻和时间的关系:电流流过某段导体时产生的热量跟通过这段导体的电流的平方成正比,跟这段导体的电阻成正比,跟通电的时间成正比。
三、疏通关系,构建框架
在掌握了上述理论知识的基础上,还要想法疏通各个物理量之间的关系,熟悉各物理量的单位及换算关系,能够快速选择相应的计算公式,列式解答。
(一)重要的计算公式
1、三个物理量的关系公式
串联时:I=I1=I2;U=U1+U2;R=R1+R2(若有几个等阻值为R0的电阻串联则R=nR0)
并联时:I=I1+I2;U=U1=U2;1/R=1/R1+1/R2(若有几个阻值为R0的电阻并联则总电阻R=RO/n)
2、欧姆定律:I=U/R
此公式中只有电流、电压、电阻三个物理量,但它的作用非常重要。在使用公式时要注意:①三个物理量都要针对同一段导体,或同一个电路而言;②三个物理量的单位都要使用国际单位,即分别为A、V、Ω;③已知其中的任意两个量都可以求出第三个量。 转贴于
3、电功公式:W=Uit;电功率公式:P=UI
电功、电功率这两个物理量的计算由于欧姆定律及其变形公式的影响,使计算电功率公式特别多,在选择使用时很难选择,所以要注意选取的技巧和方法,要求的问题所在电路为串联时:电功选用公式:W=I2 Rt,电功率选用P=I2 R;而当要求所在的电路为并联时,则分别选用W=U2/R.t,P=U2/R,这样的选择都利用了所在电路的特点(电流相等或电压相等)加快解题。
4、焦耳定律:Q=I2 Rt
焦耳定律的公式与电功公式的形式基本一样,使用时同样要注意公式的选择问题,当所求问题的电路为纯电阻(除了电能转化为内能外,别无其他形式的能产生)电路时,几个公式可以任意选取;若不是纯电阻电路只可使用公式Q=I2 Rt不然的话计算有误。
(二)单位的换算
单位换算的前提条件有两个:一是记住每个物理量的单位及表示符号;二是要牢记各单位之间的换算进率。其中电流、电压、电阻这三个物理量的单位较多,注意每个物理量的任何两个相邻的单位间的换算进率都为1000。还要注意一点,由于欧姆定律及其变形公式的影响,电功、电功率,焦耳定律的公式较多,产生的单位同样很多,使用时各物理量均使用国际单位。
四、善于总结,归纳要领
下面的这些要领非常重要。
(一)串、并联电路的识别
上面已经提到区别它们的方法,在做题中要选取适当的方法,迅速作出判断。
(二)短路的辨别
把握短路现象的真正含义——电流不经过用电器回到电源的负极。注意电流的特性——电流走捷径。当在电路中发现有空导线,开关或电流表等元件与用电器并联时,相应的用电器被短路不工作。
(三)串、并联电路中的三个物理量的关系
两种电路中的三个物理量的大小关系,前面已说得较为详细,但这一点要特别重视,牢记串联时电流相等,并联时电压相等,这一点解题时作用特别大。
关键词:《闭合电路欧姆定律》;教学设计;高中物理
一、教学设计
1.课题
闭合电路的欧姆定律(人教版普通高中课程标准实验教科书选修3-1)
2.教材分析
本节内容是全章的重点,是欧姆定律的延伸,教材从能量入手,循序渐进地引导学生推出闭合电路的欧姆定律,教学过程简单、学生易于接受。之后应用定律解决物理规律问题,使学生明白物理规律可以用已知定律从理论上导出,将理论应用于实际。
3.教学目标
知识与技能:①理解内、外电路及电源的内阻。②知道电源电动势等于没接入电路时两极板间的电压。③理解闭合电路的欧姆定律及其公式并能熟练地解决电路问题。过程与方法:①培养自主学习能力。②培养独立思考、自主探究物理问题的能力。情感态度与价值观:①激发学习兴趣和求知欲。②培养严谨的科学态度和合作学习精神。
4.教学重、难点
教学重点:①闭合电路欧姆定律的内容。②路端电压与电流的关系公式及图像表示。教学难点:①闭合电路欧姆定律的应用。②路端电压与负载的关系。
二、教学过程
1.自主学习
课前教师下发学案,学生根据学案进行预习,重点思考并回答以下问题:
(1)什么是电源?
(2)电源电动势的概念和物理意义是什么?
(3)什么是内电路?什么是外电路?在回路中的电流方向如何?
(4)在内、外电路中电势是如何变化的?
(5)怎样计算内电路以及外电路中消耗的电能?
(6)如何计算电池内部非静电力所做的功?
(7)内电路和外电路上消耗的电能与电源内部非静电力做的功有什么关系?
(8)路端电压与负载的关系是怎样的?
【设计意图】课前预习使学生将学习活动延伸到了课外,保证了学生思考的空间,增加了有效学习的时间。只有学生本人了解自己已经掌握了哪些知识,需要学习哪些知识,才能有针对性地进行相关复习、查阅资料,避免传统课堂“一刀切”的现象,学生带着问题积极主动地学习新知识,满足了高中生思维发展和自我意识发展的需要,有利于开发学生学习物理的潜能。
2.交流探究
师友之间根据预习情况交流学习。由徒弟向师傅讲解本节课的相关内容,师傅补充完善不足之处,在合作中解决疑难问题,突破重难点。教师巡视了解每对师徒的学习情况,对学习过程中存在疑问的师徒进行适当的指导,对学习深度不够的师徒进行诱导点拨。如,有些师友根据理论知识推导出闭合电路的欧姆定律之后便欣然接受,此时教师应该提醒学生设计实验对其进行验证;在师友探讨路端电压与负载的关系之前,教师应提出问题:能否用实验探究路端电压与负载的关系,并引导师友合作设计实验方案,完成实验步骤,分析实验数据完成U-I图像,进而依据图像解释U、I的关系以及在短路、断路中的特殊现象。
【设计意图】该环节采用学生之间交流合作学习的方式完成本节课的教学内容,并在教师的点拨下激发了学生动手设计实验验证物理定律和探究物理规律的积极性,从而通过学生的亲身经历完成了教学重难点内容的学习。这一做法颠覆了传统教学中教师“高高在上”的地位,而是十分“亲民”走到学生之中参与、启发、引导学生学习,消除了教师与学生之间的距离感。同时,学生之间通过交流不仅可以在学习上取长补短、互利共赢,更可以在性格上相互影响、共同发展,这样不但能锻炼学生与人交流合作的能力,又有利于开拓思路、培养他们的探索精神和创新能力。
3.互助提高
鼓励学生积极上台讲解本节课自己学到的知识,板演相关例题,其他学生认真听讲并进行补充,也可以提出自己的质疑并阐述观点进行全班讨论。教师注意指导学生使用物理术语,规范学生的解题步骤,引导学生归纳需要注意的问题以及总结相关规律。
【设计意图】全国教育心理学研究发现,大多数教师所青睐的讲授式教学方式学生对知识的记住率只有5%,而极少数教师鼓励的学生教别人的方法,使学生本人对知识的记住率高达95%。本环节中,教师把课堂真正让位给学生,让学生做主讲,不但锻炼了学生的表达能力,同时在学生教会其他同学时自己也会收获新的体会,而全班同学的参与交流又可以各抒己见、集思广益、通力合作,真正实现人人参与、人人发展、人人进步的高效课堂的发展趋势。
4.总结归纳
教师组织学生一起梳理本节课的知识点,针对学生仍然不理解以及容易产生错误的知识点予以讲解;明确学生易混、易错、易漏的问题,对解题规律、注意事项、解题方法和技巧等进行全面的总结,归纳出知识体系,以便学生能够得心应手的运用。例如,教师应强调闭合电路欧姆定律反映的只是电动势与路端电压的数量上的关系,他们的本质是不同的,电动势反映了电源把其他形式的能转化为电能的本领的大小,而路端电压反映了外电路中电能转化为其他形式能的本领的大小,因而用电压表直接接在电源两级上,其示数不等于电源电动势,但很接近电源电动势:U=IRV=・RV=,当RV>r时,U≈E。
【设计意图】本节课的问题是由学生自己发现解决的,规律也是由学生自己探究验证出来的,甚至例题都是学生自己解读体悟的,可以说全程都是由学生自己完成的,因而在本环节中学生可以很容易地总结归纳出本节课的知识体系,真正做到将学来的知识变为自己所拥有的知识,实现学习效率的最大化。
5.当堂巩固
教师根据学生对本节课内容的掌握情况出示有代表性的一或两道典型题,学生在规定时间完成后师友当堂交换批改,之后交流做题心得与体会。教师检查学生的掌握情况,布置课后作业。
【设计意图】本环节的设计意在帮助学生检验学习成果,深化学生对各个知识点的认知,培养他们自行解决物理问题的信心和决心,端正学生的学习态度。同时,教师可以根据学生的掌握情况,及时反馈、适时调整并通过课后作业将学生的学习活动延伸到课下,为下节课埋下伏笔,使整堂课留有余味。
三、课堂教学设计建议
在设计学案时应当充分分析教材以及学生,做到环环相扣,循序渐进地引导学生完成自学;在学生进行交流探究时,教师应该注意学生探究的内容要与本节课的教学内容相关,探究要有深度不能屈于表面;在互助提高阶段,教师应该积极鼓励内向的学生大胆发言,提高其与同学沟通以及表达能力。本文中《闭合电路欧姆定律》的教学设计依据高中学生个性心理发展特点,通过课前预习以及课上互助式学习充分地调动学生的主观能动性,有利于改变传统教学方式在高中物理教学中出现的弊端,以便于为物理教师的有效教学提供参考。
参考文献:
[l]李志刚.“和谐互助”式教学策略研究概述[J].中国教育学刊,2010,31(12).
[2]李志刚,吴越.活力课堂[M].上海:上海教育出版社,2009.
《导体的电阻》是新课标物理选修3-1的第二章《恒定电流》第六节的内容,它是电学的基本规律之一,本节内容安排在部分电路欧姆定律知识之后,起到了承上启下的作用,部分电路的欧姆定律是研究导体两端电压、流过的电流等外界条件与导体电阻的数量关系而非决定关系;电阻定律是研究导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系。学生在初中已经定性研究了导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系,本节在此基础上通过实验分析进行定量描述的研究,同时突出了“电阻率”这一物理概念,这部分知识与现代科技、生活、生产等有着密切联系。本节课以问题为主线,通过同手实验、观察分析,辅助以多媒体进行教学。
2.教学目标
2.1知识目标
(1)通过探究“导体电阻与其影响因素的定量关系”这个实验,探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系,体会控制变量法在科学研究中的重要作用。
(2)通过逻辑推理,探究导体电阻与长度、横截面积的定量关系。
(3)通过运算,知道电阻率的的物理意义及电阻定律的内容和表达式。
(4)通过“加热日光灯丝,观察欧姆表示数变化”这个实验,了解电阻率与温度的关系。
2.2能力目标
(1)经历实验探究或逻辑推理探究导体电阻与其影响因素的定量关系的过程,使学生进一步掌握控制变量的科学方法。
(2)通过探究活动,培养学生科学思维的能力和合作交流的能力。
2.3情感目标
(1)通过对各种材料电阻率的介绍,加强学生安全用电的意识。
(2)培养实事求是、严谨认真的科学态度。
(3)让学生在自主学习中体会成功的喜悦,激发求知欲望,增强学习兴趣.
3.教学重难点
重点:电阻定律;
难点:电阻率。
4.器材准备
电压表,电流表,直流电源,滑动变阻器,电阻丝示教板,酒精灯,电阻丝(一根),多用电表。
5.教学流程
环节一 旧知链接,多媒体展示问题。
(1)电阻的定义式:,电阻是反映的物理量。
(2)n个阻值同为R的电阻串联,电路的总电阻为,n个阻值同为R的电阻并联,总电阻为。
设计意图:复习旧知,为学习新知识热身。
环节二提出问题,引入新课。
(师)问题1、为了改变电路中的电流,应该如何操作?
根据欧姆定律可知,只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可。
(师)问题2、给定一个导体,如何测量它的电阻?(学生自己设计电路)
从上述问题可以看出,导体的电阻与两端的电压以及通过导体的电流无关,那么导体的电阻与导体的哪些因素有关呢?
设计意图:通过问题引导学生思考导体的电阻究竟跟什么因素有关,激发学生学习兴趣
环节三 新课教学,分组实验、探索定律。
(1)影响电阻的因素可能有哪些呢:(材料、长度、横截面积、温度……)
(2)解决办法——控制变量法 引导学生设计表格。
(3)实验探究:
A、引导学生设计实验电路图(教师投影打出)。
B、出示电阻定律示教板、说明板上的几种金属材料。
C、引导学生连接电路,并说明注意事项。
D、依次对四种金属材料的电阻进行测量。
E、对数据进行分析:
定性观察——R与长度、横接面积有关。
设计意图:通过自己设计实验,小组合作动手做实验,测量数据,通过比较电阻与长度、横截面积的关系,初步得出电阻与长度、横截面积的关系,培养学生动手实验能力和数据分析能力。
(4)逻辑推理探究:
分组活动:A、理论探讨电阻R与长度L的关系 n个电阻串联。
B、理论探讨电阻与横截面积的关系n个电阻并联。
投影展示电路图
设计意图:通过理论探讨得出分析导体的电阻与和它的长度的关系、与它的横截面积的关系
(5)实验:探究导体电阻与材料的关系(投影展示):
A、根据以上分析,我们可以等式的形式写出用导体长度l、导体横截面积S表示电阻R的关系式,比例系数用一常量表示,此等式为_____________。
B、已知上述试验中,导体长度l=50cm,直径d=0.50mm,横截面积S=1/4πd2=1.96×10-7m2,根据上述实验数据,分别计算上面四个导体的比例系数,并填入填入表格。
C、分析上述比例系数的物理意义:
设计意图:通过对实验数据的分析,得出比例系数即是电阻率,并使学生清楚的知道不同物体的电阻率不同,从而得出电阻定律的表达式。
环节四 总结规律,深化理解。
由学生总结电阻定律:
(1)内容:同种材料的导体的电阻R跟它的长度L成正比,跟它的横截面积S成反比;导体电组与构成它的材料有关。这就是电阻定律。
(2)公式:R=ρ
教师指出:式中ρ是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
电阻率ρ:
(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量。
(2)单位:欧·米(Ω·m)
[投影]几种导体材料在20℃时的电阻率
学生思考:
(1)金属与合金哪种材料的电阻率大?
(2)制造输电电缆和线绕电阻时,怎样选择材料的电阻率?
设计意图:通过对电阻率的学习,让学生认识到电阻率在实际生活中的应用。
环节五、电阻率与温度的关系。
演示实验:将日光灯灯丝(额定功率为8W)与演示用欧姆表调零后连接成下图电路,观察用酒精灯加热灯丝前后,欧姆表示数的变化情况。
学生总结:当温度升高时,欧姆表的示数变大,表明金属灯丝的电阻增大,从而可以得出:金属的电阻率随着温度的升高而增大。
教师:介绍电阻温度计的主要构造、工作原理。如图2.6-5所示。
图2.6-5 金属电阻温度计
学生思考:锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小,怎样利用它们的这种性质?
设计意图:巩固知识,强化训练。
环节六:自主完善,意义构建。
让学生自己总结这节课学习的内容和方法,找出学习过程中,理解不透彻,容易混淆的地方进行小组合作学习
由于本节是在学习了电流和电路、电压和电阻知识之后,并且内容是定量地探究电压、电流、电阻的关系.所以直切主题,启发学生通过对三者的概念理解初步得出电流与电压、电流与电阻的定性关系.
2强化电路设计、突出难点,合理利用课堂生成
笔者认为实验电路图的设计是本节课的难点之一,打破以往过分重视实验过程,轻设计的观念.学生只有清楚地理解实验设计的原理及目的,才会在接下来的实验中得心应手.引导设计实验,这个环节的设计体现了教师主导、学生主体的双主教学模式.在设计电流与电压的关系的电路时,学生很容易想到的是用电压表、电流表来测量电压和电流.用电器的选择学生会提出用小灯泡、定值电阻;而如何改变用电器两端电压将成为学生思维的障碍,学生会提出更换电池节数、串联定值电阻分压等方案.由于前面变阻器的学习学生通过把变阻器串联在电路中移动滑片观察灯泡的亮度变化这一直观实验现象,清楚了变阻器可以改变电路中的电流及保护电路的作用.而对滑动变阻器可以改变用电器两端电压这一性质理解模糊,所以帮助学生理解滑动变阻器可以改变用电器两端电压成为此次实验设计的难点.教师可以通过连接实物电路图,移动滑动变阻器滑片观察电压表示数来实现教学.强调探究三个物理量之间的关系,要控制变量.正如叶澜教授所说:“课堂应是向未知方向挺进的旅程,随时都有可能发现意外的通道和美丽的图景,而不是一切都遵循固定线路而设有激情的形成”,课堂上会产生一些意料之外的有价值的资源,所以教师不应抓住预设教案不放,要及时调整预设,关注并有效利用生成资源.所以在电路原理图设计部分,是教师与学生思维碰撞的最佳时期,教师应充分把握学生思维的盲点,及时调整方案.
3合理设计实验,巧妙处理数据
课标对《欧姆定律》这一节有三个要求:(1)通过实验,探究电流与电压,电流与电阻的定量关系,分析归纳得到欧姆定律;(2)理解欧姆定律,能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题;(3)通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力,培养学生解答电学问题的良好习惯.显然,这节课教学内容比较紧张,需要教师在有限的时间内高效完成教学任务.为了完成第一个课标要求教师要设计两次实验才能完成,这种方法受课堂时间限制可能完不成教学任务.实验设计完毕,再提出连接实物图有哪些注意事项,学生可以通过思考对前面所学内容进行回顾,给学生更多的思考空间,课堂关注让不同层次的学生有收获.这样可以从学生中发现问题,及时修正教学,便于抓住教学的契机.在物理教学过程中学生行为上的探究和思想上的探究都要有.教师可以合理设计实验,在实验报告单记录数据设计两项规定,一项是规定动作,要求每组都测1V、2V、3V电压下通过定值电阻的电流;另外再附加一项,在量程范围内学生可以自由选择几组电压值进行测量.在学生分组实验时,每三组发放同一个阻值的电阻,发三个不同的电阻。启发学生通过数据发现当电压是1V、2V、3V时电流有什么变化?通过表格不难看出成正比关系.每一横行成正比关系,每一纵列为何差别很大?循序渐进地引出是由于电阻不同引起的.同学们的数据是否说明同样的问题呢?为了将每组数据尽量汇集到一起说明问题,要求学生将剩余数据以描点的形式描在坐标纸上,以电压为横轴电流为纵轴,强调不需要连线,因为学生手里的是单独的数据.坐标纸的设计是将透明胶片放在坐标纸上,相同阻值的三组发放相同颜色的描点笔.教师只收集胶片,最后将所有的胶片叠放在一起展示给学生,会发现阻值相同的三组同学的数据大致在同一直线上.由此得出结论,电阻一定时,电流与电压成正比.提出研究电流与电阻关系可不可以仍然用这个电路图呢?因为在设计电路图时学生清楚滑动变阻器是可以改变电压的,引导学生更换不同电阻通过滑动变阻器实现电阻两端电压一定,教师在前面演示.回归前面表格通过记录的数据能否找到在相同的电压条件下,电阻变化时电流有什么变化?观察表格中一纵列很容易得出,电压一定时,电阻越大电流越小.通过引导学生把数据依次画在坐标纸上,以电阻为横坐标电流为纵坐标,很明显看出是反比例函数.所以得出结论:电压一定时,电流与电阻成反比.物理规律教学,规律表达要严谨,所以最后不仅要给出欧姆定律内容的文字表述还要有公式表述,强调公式表述中I、U、R是针对同一导体同一时刻而言.
4总结
一、认真钻研考试大纲,把握实验
考查特点
教学之前,教师一定要认真研习课程标准,把握考试大纲,把握近年来高考中对实验考查的特点.如注重对基本实验仪器以及基本实验方法的考查;注重对学生动手能力的考查;侧重考查学生对实验数据的分析与处理的能力等.教师只有把握了命题的动向,了解试题发展的脉络,教学时才会有的放矢,教学的效果才会达到最佳.
二、把握实验教学的特点,精心制
定教学方法
1.注重基本器材的使用
物理实验离不开实验器材,实验仪器的运用,是开展物理实验的第一步.在教学之初,就要让学生对那些最基本的仪器的构造、原理及使用的方法、注意事项等烂熟于心.在教学中,教师可结合器材的共性特点做全面的归纳,如测量仪器大多在使用前要进行零点校正或零误差修正等,也可针对那些特殊的器材作个性化的运用指导.
2.理解实验原理,培养学生设计实验的能力
设计实验、模仿科学家研究物理问题是新课程理念下培养学生物理能力的重要追求.在教学中,教师应结合不同的实验的目的、原理,引导学生开启思维,让他们针对实验目的设计实验.包括实验中运用什么物理定律、涉及到哪些公式,在电学实验中,选择什么样的电路图等.在这样的设计中,哪些因素会导致实验产生误差,如何减小误差,让实验结果更靠近准确值.这些问题,教师可引导学生展开分析,引导他们去比较、判断,进而做出恰当的选择.教学中,教师采用多种形式,可自身示范,让学生模仿和比较,也可在教师的点拨下,让学生自主探索,自主进行仪器的安装和调试,自主完善实验的步骤.
3.正确记录数据,培养学生分析和处理数据的能力
数据分析和处理的能力是学生实验素养的重要体现.实验的目的是为了获取信息,进而对信息作出分析和判断.如果学生仅仅停留在简单的操作上,对实验的结果不能正确地记录和分析,则实验的意义则荡然无存.因此,在教学中,教师不仅应该指导学生正确实验,更要指导学生正确读取和记录数据.如记录要准确、及时,如注意按有效数字的形式记录,注意数据的单位等.而对于数据的处理,则让学生知道可以通过计算处理,也可运用图像处理.尤其是运用图像来处理数据,更是教学中需要强化的地方.
4.针对关键实验,夯实基础
高考试题中,电学实验往往是热点.在教学中,教师一定要把握这一重点部位,强化学生对电学实验的认识.如教会学生认清电路,将电路分为:电源电路;测量电路;保护电路;测量仪器几个部分.这样,可以加深学生对电路原理的认识.此外,经常与学生对实验进行归纳,如将具有相同实验思想或实验方法的实验进行归类,从而让学生领悟这种思想和方法在不同实验中的作用.如高中物理教材中有很多实验都是以“欧姆定律”为原理的,如测定金属的电阻率,描绘小灯泡的伏安特性曲线、测电源电动势和内阻等,将这些实验及时整合,提炼出共同的规律,不仅可以让学生对这些实验的内在规律深入把握,也可深化对欧姆定律的深刻理解,还能培养学生的创新能力和迁移水平.
5.训练学生的思维方式
物理实验中常见的思想方法有等效法、控制变量法、留迹法、图象处理法等,这些方法不仅要求学生深入理解,更要能够融会贯通的运用,要能让学生明白在每个实验中涉及到了何种物理思维方式,让他们自己去体会,去感受,把握其精髓,这样才能真正起到领会实质的效果.如对于验证动量守恒定律的实验中就运用位移替代速度,从而涉及到了等效法,用复写纸留下了小球落地后的点,又涉及了留迹法等方法.在教学中,教师引导学生开动思维,积极分析,从而找出每一实验中的思维方法,让学生把握实验的本质.
三、挖掘实验教学资源,激发学生
的实验热情
一、学生为什么会感觉电学难学
教师和学生为什么会对电学的教学和学习感到恐惧和厌烦,主要还是因为电学本身内在规律与学生认知能力思维习惯存在偏差.电学部分知识不仅概念多、公式多而且还非常抽象,需要学生运用抽象的、系统的思维进行思考和学习.但是,一方面初中阶段学生在思维能力的训练和发展还存在不足,特别是在对于有比较复杂的电路图题目的分析和解答上面,不知道如何进行化繁为简巧妙运用相关知识进行解题;另一方面,不善于或不能够将电学实验中获得的结论与基本的概念公式进行比对归纳,导致很多学生虽然参与了电学实验,也亲手组建了实验电路,但对串联电路、并联电路、欧姆定律、焦耳定律、电压功率等基本概念、基本特征以及基本公式内在的联系感到茫然.在电学教学中,教师由于需要教授大量的知识点而疏于对经验规律的总结和归纳,两方面问题相互结合、相互影响就造成了教师和学生对电学部分知识的恐惧和厌烦.
二、教师应当如何提高电学部分教学的实效性
1.注重电学基础知识的学习和归纳
电学部分知识虽然概念多、公式多,但只要善于用系统的思维总结和归纳其中的关联,学习起来并不会很难.那么,在电学部分诸多知识点中的哪些才是最根本的呢?简要归纳起来就是“53231”:“5”指的是电流、电压、电阻、电功、电功率这五个电学中最基本的概念;“3”指的是欧姆定律以及串、并联这两种基本电路的电流、电压、电阻的基本特征;“2”指的是电压表和电流表这两种电学中最基本的测量仪器;“3”指的是串、并联电路的构建以及伏安法测电阻、伏安法测功率这三种电学中最基本的实验方法;“1”指的是电学知识学习中的一个最基本的方法――控制变量法.这“53231”基本涵盖了电学中的大部分知识点,也可以通过换算与转换与其他的概念、公式、规律和实验建立联系.因此,让学生掌握这“53231”代表的概念、反映的现象、与其他概念(公式、实验、定律)存在的联系和区别、在解题中的注意事项等知识就相当于帮助学生大体掌握了电学方面的基本知识.在此基础上,要特别注意控制变量法在电学知识上的灵活应用,如在欧姆定律I=U/R的教学时要把电流I、电压U、电阻R三者之间关系讲明白,就必须让学生脑海中先对I、U、R分别进行定量,然后得出其余两者之间的关系.当然,要让学生完全掌握电学的知识点,关键还应该多进行多题型、多角度的练习加以巩固.
2.注重电学实验的教学
实验是让学生巩固和检验所学的基本概念、公式、定律的关键环节,也是提高学生动手能力和科学精神的重要手段.对于电学部分的每一个实验,教师都要指导学生做好认真准备、亲自动手、归纳总结这三个环节.在实验之前,要让学生对实验的原理、目的、实验电路图的设计、测量所用的仪器、步骤等环节先进行预习和掌握.在实验中,要求学生要严格按照电学实验的操作规范安全操作,仔细观察测量结果和实验现象,实事求是记录实验数据.在实验结束之后,要根据实验对应的原理和知识进行对照总结,对实验失败的原因进行深入分析并提出改进的措施和办法.除了正常的课堂实验外,还应该鼓励学生用一些简单易得的器材做一些小实验、小制作来检验和验证所学的理论知识,提高学生对电学理论知识的感性认识,当然必须要提醒和教育学生学会安全用电.
3.注意培养学生的读图解题能力
(一)知识目标
1、理解伏安法测电阻的原理。
2、知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法。
3、理解两种方法的误差原因,并能在实际中作出选择。
4、理解多用电表直流电流档、直流电压档、欧姆档的基本原理.
(二)能力目标
1、通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
2、了解欧姆表的原理,学会使用欧姆表。
3、练习使用多用电表。
(三)情感目标
1、通过本课学生测量分析,器材选择判断,树立学生知识来源于实践,应用于实践的观点。
教学建议
1、伏安法测电阻这个实验学生在初中阶段已经学习过了,但是初中时只要求学生掌握测量基本原理,不需要学生考虑测量的误差以及引起误差的原因,也不需要学生掌握两种连接方法,而在高中阶段,本节重点是伏安法测电阻的两种接法,使学生知道在什么情况下应该用哪种接法,知道两种接法对测量值带来的不同测量结果,要求学生对两种连接方法所产生的误差来源有所了解。
在新课讲解中可以首先复习电阻定义,引出测量电阻的思路,结合具体实际,提出两种测量方式,分析误差原因,总结适用条件,通过测量分析,进一步巩固。通过器材分析选择,培养学生解决实际问题能力。
学生活动展开时应该在教师的引导下,分析两种测量电阻方法的误差原因及适用条件,利用自行测量进一步体会适用条件,通过练习题,进一步培养学生综合分析能力,器材选择判断能力,解决实际问题能力。本节是闭合电路欧姆定律的运用,具有联系实际的意义,为学生提供运用知识分析和解决问题的机会
2、教材要求了解欧姆表的原理,不要求进一步讲解欧姆表的刻度等问题.
通过对欧姆表原理的讲解,进一步加强学生使用欧姆表的能力,重点强调欧姆表在使用前调零的重要性和必要性,使学生分清欧姆表的各档位之间的转换,知道欧姆表内置电源的正负极与两个表笔之间的连接,会对欧姆表进行读数和测量。
3、对于程度不同的学生可以采取不同的教学方法,如果学生的程度较好,可以对电阻的测量进行展开教学。除了讲解以上两种电阻测量方法以外,还可以向学生介绍其他方法。比如替代法,补偿法,惠斯通电桥法,另有利用一个已知电阻和伏特表,一个已知电阻和安培表进行测量的方法。
教学设计示例
电阻的测量
一、教学目标
1、在物理知识方面的要求:
(1)了解用伏安法测电阻,知道伏安法测电阻有内接和外接两种方法,无论用“内接法”还是“外接法”,测出的阻值都有误差。
(2)懂得误差的产生是由于电压表的分流或电流表的分压作用造成的,并能在实际中根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器。
(3)知道欧姆表测电阻的原理。
2、能力方面的要求:
(1)引导学生理解观察内容的真实性,鼓励学生寻查意外现象及异常现象所发生的原因。
(2)通过本课的测量误差分析,实际测量对比分析,培养学生动手操作能力和分析能力。
(3)培养学生细心操作、认真观察的习惯和分析实际问题的能力。
二、重点、难点分析
1、重点:使学生掌握引起测量误差的原因及减小误差的方法。
2、难点
(1)误差的相对性。
(2)根据给出的具体数据考虑选用什么规格的仪器来减小误差。
三、教具
电压表,电流表,欧姆表,测电阻的示教板。
四、主要教学过程
(-)引入新课
我们在初中时已经做过了“用电压表、电流表测电阻”的实验,现在,再做“伏安法测电阻”,是不是简单的重复呢?大家可以回想一下,当初做实验时的情况,把两个示数相除,再多次求平均即可,那你们有没有想过,这样得到的就是电阻的真实值吗?不是,原因在于电压表和电流表都不是理想的。
(二)教学过程
1、伏安法测电阻
我们已经了解了电流表并非无电阻,而电压表也并不是电阻无穷大,用这样的表去测量电阻,会对测量结果有什么样的影响?
(1)、原理:利用部分电路欧姆定律
我们利用电压表,电流表测量电阻值时,需把二者同时接入电路,否则无对应关系,没有了测量的意义,那么接入时无非两种接入方法,那么电路应如何?请同学们画出。
(2)、电路:
如果是理想情况,即时,两电路测量的数值应该是相同的。
提出问题,实际上两块表测量的是哪个研究对象的哪个值?测出来的数值与实际值有什么偏差,是偏大还是偏小?
外接法
是两端电压,是准确的,是过和的总电流,所以偏大。
偏小,是由于电压表的分流作用造成的。
实际测的是与的并联值,随,误差将越小。
内接法
是过的电流,是准确的,是加在与A上总电压,所以偏大。偏大,是由于电流表的分压作用造成的。
实际测的是与A的串联值,随,误差将越小。
进一步提问:为了提高测量精度,选择内、外接的原则是什么?
适用范围:;
[思考题]给你电源、电流计、已知电阻、开关和未知电阻各一只,如何设计测量电阻的电路。
方法:将A前后两次串入和各支路,测得电流强度为和,应有,则)
2、欧姆表测电阻
伏安法测电阻比较麻烦,实际应用时常用能直接读出电阻值的欧姆表来测电阻,关于欧姆表的构造,先请同学们看书。
以上欧姆表的结构示意图。借助电流表显示示数,测电阻不同于测电流、电压,表内本身含有电源,表盘上本身刻定的是电流值。试想,在两表笔间接入不同的电阻时,电路中的电流强度会随之发生改变,且一个阻值对应一个电流值,即指针偏在某一位置,所以可知:
(1)、原理:闭合电路欧姆定律
(2)、刻度的标定:
①两表笔短接,调,使,刻出“0”
②两表笔断开,指针不偏,刻出“∞”
③任意加上,,在指针偏转到的位置,刻出“”;
④若是正好是呢?应有,不难看出此时、,是此时的欧姆表内阻,也称中值电阻。
拿出一块欧姆表演示一下刚才的过程,同时说明:
①红、黑表笔的规定是为了与以往的电压表、电流表“+、-”极统一,即电流流入的为正极,电流流出的为负极。
②由于与并不是简单的反比关系,所以欧姆表的刻度是不均匀的,从有向左,刻度越来越密。
(3)、使用欧姆表的注意事项:(请同学回答并总结出)
①测电阻时,要使被测电阻同其它电路脱离开。
②欧姆表一般均有几档,而且使用时间长了,电池的E,r均要发生改变,所以在每次使用前及换挡后都要进行调零。
③每次使用后要把开关拨到OFF档或交流电压档的最大量程。
由此也可看出,利用欧姆表测电阻仅是粗测而已,在此基础上,应再利用伏安法测量才会比较准确。
3、课后小结