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(2)理解欧姆定律,记住欧姆定律的公式,并能利用欧姆定律进行简单的计算。
(3)能根据串联电路中电压及电流的规律,利用欧姆定律得到串联电路中电阻的规律。
2、过程和方法
(1)通过根据实验探究得到欧姆定律,培养学生的分析和概括能力。
(2)通过利用欧姆定律的计算,学会解电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力。
(3)通过欧姆定律的应用,使学生学会由旧知识向新问题的转化,培养学生应用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观
通过了解科学家发明和发现的过程,学习科学家探求真理的伟大精神和科学态度,激发学生努力学习的积极性和勇于为科学献身的热情。
4、教学重点:欧姆定律及其应用。
教学难点:正确理解欧姆定律。
二、学习任务分析
本节重点是欧姆定律的内容和公式。通过实验探究,归纳总结出欧姆定律,让学生领悟科学探究的方法,体验科学探究的乐趣,形成尊重事实、探究真理的科学态度,培养学生分析解决问题的能力;理解欧姆定律中电流I、电压U、电阻R的同一性是本节难点,在探究过程中通过适时引导、恰当点拨,利用实物电路使学生达到理解欧姆定律的目的。
三、学习者分析
学习了电路基础知识,学生产生了浓厚的兴趣,多数学生能正确连接电路元件,正确使用电流表、电压表和滑动变阻器,对于控制变量的研究方法也有所了解。学生有较强的好奇心和求知欲,他们渴望自己动手进行科学探究,体验成功的乐趣,但对于U、I、R三者关系知之甚少,规律性知识的概括往往以偏概全。他们的思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡,教学中让学生自主设计研究问题的方案,是发展学生思维的有效途径。
四、教学目标
⑴知识与技能
会用实验的方法探究电流与电压、电阻的关系;
理解欧姆定律的内容、公式;
培养学生的观察、实验能力和分析概括能力。
⑵过程与方法
通过实验探究学习研究物理问题常用的方法──控制变量法。
⑶情感、态度与价值观
通过探究过程,激发学生的学习兴趣。培养学生实事求是的科学态度;认真谨慎的学习习惯。
重点:欧姆定律的内容和公式;
通过实验使学生知道导体中电流与电压、电阻的关系。
难点:理解欧姆定律的内容;
弄清变形公式的含义。
五、教法设计
依据本节课的知识特点、教学目标和学生实际,确定本节主要采用实验探究法。把学生视为学习的主人,教师当好学习的组织者和引导者。探究式学习可以激活学生已有的知识,在探究新问题时使知识活化、重组,形成知识结构并向能力转化;让学生体会科学发现的全过程,从中感悟科学思想和科学方法。
绝大部分老师在进行苏科版欧姆定律实验教学时常常有这样的一个困惑,定值电阻标有10欧姆,在进行实验时定值电阻的阻值却不准确,给欧姆定律实验带来了一些不必要的麻烦。我认为定值电阻不准确的原因是:定值电阻出厂时是很精确的,但是由于学校购置后存放在实验室的条件不好,另一方面定值电阻存放时间过长,现在实验室中的定值电阻还是八十年代的产品。所以有些定值电阻的接线柱上面已氧化,电阻线也发生了化学变化,常见的10欧姆的电阻只有8欧姆左右。学校的实验经费有限,不可能每年都购买新的定值电阻。另外在研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,多次改变所连的电路,浪费了许多实验时间。为此我尝试用电阻箱来代替定值电阻进行实验,效果显著。一方面电阻箱电阻线在箱内,不易氧化。另一方面电阻箱内电阻的精确度高,一般实验室用的J2362-1电阻箱的误差为0.1欧姆,大大高于定值电阻的精确度。另外在进行研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,利用电阻箱进行实验就不必重复拆线连线,节省了许多实验时间,大大提高了课堂效率,让学生在课堂上有更多的时间来提高自己的知识技能。
二、电源由干电池组改为学生电源
这个探究欧姆定律的实验在书本上用干电池组进行学生实验,但是使用时由于干电池使用时间较长,干电池内部会发生化学变化,干电池的电阻会发生变化,对实验的操作会产生影响。即使用了三节干电池,定值电阻两端的电压不一定达到3伏。另外从环保的角度分析,一学期电学内容的学习,学生至少要进行三次电学学生实验。如果大量使用干电池作为电源进行实验,一个中等规模的初级中学会产生一千多个废旧电池,一方面大量浪费了学校有限的办公经费,另一方面学校对废旧电池处理不当,对周围环境会产生严重影响。综合上述考虑,我认为用学生电源来替代干电池,学生电源干净污染少,还可以避免干电池内阻对实验的影响。当然学生电源并不是没有缺点,学生电源如果使用不当对人身安全有危险。我认为今后物理老师进行电学物理实验时,尽可能使用学生电源,只要安全措施恰当,学生电源是进行欧姆定律和其他电学实验最好的电源选择。
三、导线由接线端带叉口的导线改为两端是鳄鱼夹的导线
学生在进行欧姆定律实验时连七根线,学生在连接电路时,经常不能捏紧螺母,造成接触不良,实验效果较差,为了提高学生做欧姆定律实验的效率,我校在进行欧姆定律实验时,用鳄鱼夹来代替带叉口的导线。可节省连接导线的时间,我做过调查,学生用鳄鱼夹代替带叉口的导线连接电路后,连接欧姆定律实验电路图的时间大大的提高了。另一方面连接电路的成功率由原来的50%提高到80%左右,减少了一些不必要的检修时间。节省了实验操作时间,增加了学生进行探究的时间。另外为了提高实验的精确度鳄鱼夹最好用铜制,导线改用较粗的铜导线,在导线与鳄鱼夹连接处应用锡焊或银焊,这样导线与鳄鱼夹不易脱落。焊接处应加一根橡胶管加以保护,这样同学们在使用时不易折断,尽可能提高实验的成功率和精确度。有些老师认为实验存在误差可以证明实验的真实性,其实这种观点是不科学的,在以前实验环境较差、实验器材精确度不高,在这种情况下误差较大也是正常的。但是现在无锡地区经济基础较好,各校都在进行现代化实验改造或已经完成现代化实验改造。如果此时实验误差较大,这与物理老师的严谨,对科学的一丝不苟的精神是不相符的。
关键词:是对物理规律的一种表达形式。通过大量的观察、实验归纳而成的结论。反映物理现象在一定条件下发生变化过程的必然关系。物理定律的教学应注意:首先要明确、掌握有关物理概念,再通过实验归纳出结论,或在实验的基础上进行逻辑推理(如牛顿第一定律)。有些物理量的定义式与定律的表式相同,就必须加以区别(如电阻的定义式与欧姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相关的物理定律之间的关系,还要明确定律的适用条件和范围。
(1)牛顿第一定律采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当作第二定律的特例;惯性质量不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”。教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
中图分类号:G633.7 文献标识码:A 文章编号:1003-6148(2016)12-0039-2
人教版《普通高中课程标准实验教科书物理选修3-1》《欧姆定律》一节内容围绕电阻的定义式、欧姆定律和伏安特性曲线三部分展开,图1为教材的两段文字,意思是当金属导体的电阻不变时,伏安特性曲线是一条直线,叫做线性元件,满足欧姆定律;“这些情况”的电流与电压不成正比,是非线性元件,欧姆定律不适用[1]。随后,教材举例小灯泡和二极管的伏安特性曲线,指出两个元件都是非线性元件。在遇到欧姆定律时,不论是年轻教师还是学生常常感到疑惑:欧姆定律适用范围究竟是金属和电解质溶液还是线性元件?小灯泡是金属,又是非线性元件,究竟是否满足欧姆定律?
[导体的伏安特性曲线 在实际应用中,常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U,这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。对于金属导体,在温度没有显著变化时,电阻几乎是不变的(不随电流、电压改变),它的伏安特性曲线是一条直线,具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。图2.3-2中导体A、B的伏安特性曲线如图2.3-3所示。
欧姆定律是个实验定律,实验中用的都是金属导体。这个结论对其他导体是否适用,仍然需要实验的检验。实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,但对气态导体(如日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件并不适用。也就是说,在这些情况下电流与电压不成正比,这类电学元件叫做非线性元件。]
1 欧姆定律的由来
1826年4月,德国物理学家欧姆《由伽伐尼电力产生的电现象的理论》,提出欧姆定律:在同一电路中,通过某段导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。欧姆实验中用八根粗细相同、长度不同的板状铜丝分别接入电路,推导出 ,其中s为金属导线的横截面积,k为电导率,l为导线的长度,x为通过导线l的电流强度,a为导线两端的电势差[2]。当时只有电导率的概念,后来欧姆又提出 为导体的电阻,并将欧姆定律表述为“导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比。”
关于欧姆定律的m用范围,一直存在争议,笔者认为可以从不同角度进行陈述。
2 欧姆定律的适用范围
2.1 从导电材料看适用范围
欧姆当年通过对金属导体研究得出欧姆定律,后来实验得出欧姆定律也适用于电解质溶液,但不适用于气体导电和半导体元件。
从微观角度分析金属导体中的电流问题,金属导体中的自由电子无规则热运动的速度矢量平均为零,不能形成电流。有外电场时,自由电子在电场力的作用下定向移动,定向漂移形成电流,定向漂移速度的平均值称为漂移速度。电子在电场力作用下加速运动,与金属晶格碰撞后向各个方向运动的可能性都有,因此失去定向运动的特征,又回归无规则运动,在电场力的作用下再做定向漂移。如果在一段长为L、横截面积为S的长直导线,两端加上电压U,自由电子相继两次碰撞的间隔有长有短,设平均时间为τ,则自由电子在下次碰撞前的定向移动为匀加速运动,
2.2 从能量转化看适用范围
在纯电阻电路中,导体消耗的电能全部转化为电热,由UIt=I2Rt,得出 在非纯电阻电路中,导体消耗的电能只有一部分转化为内能,其余部分转化为其他形式的能(机械能、化学能等), 因此,欧姆定律适用于纯电阻电路,不适用于非纯电阻电路。
金属导体通电,电能转化为内能,是纯电阻元件,满足欧姆定律。小灯泡通电后,电能转化为内能,灯丝温度升高导致发光,部分内能再转化为光能,因此小灯泡也是纯电阻,满足欧姆定律。电解质溶液,在不发生化学反应时,电能转化为内能,也遵守欧姆定律。气体导电是因为气体分子在其他因素(宇宙射线或高电压等条件)作用下,产生电离,能量转化情况复杂,不满足欧姆定律。半导体通电时内部发生化学反应,电能少量转化为内能,不满足欧姆定律。电动机通电但转子不转动时电能全部转化为内能,遵从欧姆定律;转动时,电能主要转化为机械能,少量转化为内能,为非纯电阻元件,也不满足欧姆定律。
2.3 从I-U图线看适用范围
线性元件指一个量与另一个量按比例、成直线关系,非线性元件指两个量不按比例、不成直线的关系。在电流与电压关系问题上,线性元件阻值保持不变,非线性元件的阻值随外界情况的变化而改变,在求解含有非线性元件的电路问题时通常借助其I-U图像。
从 知导体的电阻与自由电子连续两次碰撞的平均时间有关,自由电子和晶格碰撞将动能传递给金属离子,导致金属离子的热运动加剧,产生电热。由 知导体的温度升高,τ减小,电阻增大。因此,导体的电阻不可能稳定不变。当金属导体的温度没有显著变化时,伏安特性曲线是直线,满足“电阻不变时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比”。理想的线性元件是不存在的,温度降低时,金属导体的电阻减小,当温度接近绝对零度时,电阻几乎为零。小灯泡的伏安特性曲线是曲线,是非线性元件,当灯泡电阻变化时,仍有I、U、R瞬时对应,满足欧姆定律 如同滑动变阻器电阻变化时也满足欧姆定律[3]。
2.4 结论
综上所述,从导电材料的角度看,欧姆定律适用于金属和电解质溶液(无化学反应);从能量转化的角度看,欧姆定律适用于纯电阻元件。对于线性元件,电阻保持不变,导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,欧姆定律适用。从物理学史推想,欧姆当年用八根不同铜丝进行实验,应该是研究了电压保持不变时,电流与电阻的关系,以及电阻保持不变时,电流与电压的关系。虽然都是非线性元件,小灯泡是金属材料,是纯电阻元件,满足欧姆定律,二极管是半导体材料,却不满足欧姆定律。因此,线性非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。
3 教材编写建议
“有了电阻的概念,我们可以把电压、电流、电阻的关系写成 上式可以表述为:导体中的电流跟导体两端的电压U成正比,跟导体的电阻R成反比。这就是我们在初中学过的欧姆定律。”[1]笔者以为,欧姆定律的内容是 这个表达式最重要的意义是明确了电流、电压、电阻三个量的关系,而不是其中的正比关系和反比关系,教材没必要对欧姆定律进行正比反比的表述。
“实验表明,除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,但对气态导体(如日光灯管、霓虹灯管中的气体)和半导体元件并不适用。”教材已明确欧姆定律的适用范围,建议教材将线性元件和非线性元件的概念与欧姆定律的适用范围分开,同时明确线性、非线性不能作为欧姆定律是否适用的标准。
参考文献:
欧姆定律是高中物理电学部分的核心内容,也是高考的重难点内容,同时欧姆定律掌握的好坏会直接影响我们的考试成绩,因此要多用时间将这块知识进行巩固,以取得更高的分数。
1在欧姆定律的学习中常遇到的问题
1.1欧姆定律的使用范围问题
在电路的实验过程中,我会出现忽略导线,电子元件与电源自身的电阻,将整个电路视为纯电阻电路的问题。而欧姆定律通常只适用于导电金属和导电液体,对于气体、半导体、超导体等特殊电路元器件不适用,但我们知道,白炽灯泡的灯丝是金属材料钨制成的,也就是说线性材料钨制成的灯丝应是线性元件,但实践告诉我们灯丝显然不是线性元件,因此这里的表述就不正确,本人为了弄清这里的问题,向老师进行了请教并查阅了相关资料,许多资料上说欧姆定律的应用有“同时性”与“欧姆定律不适用于非线性元件,但对于各状态下是适合的”。但我自身总觉得这样的解释难以接受,有牵强之意,即个人理解为既然各个状态下都是适合的,那就是适合整个过程。
1.2线性元件的存在问题
通过物理学习我们会发现材料的电阻率ρ会随其它因素的变化而变化(如温度),从而导致导体的电阻实际上不可能是稳定不变的,也就是说理想的线性元件并不存在。而在实际问题中,当通电导体的电阻随工作条件变化很小时,可以近似看作线性元件,但这也是在电压变化范围较小的情况下才成立,例如常用的炭膜定值电阻,其额定电流一般较小,功率变化范围较小。
1.3电流,电压与电阻使用的问题
电流、电压、电阻的概念及单位,电流表、电压表、滑动变阻器的使用,是最基础的概念,也是我最容易混淆的内容。电流表测量电流、电压表测量电压、变阻器调节电路中的电流,而电流、电压、电阻的概念是基本的电学测量仪器,另外,欧姆定律只是用来研究电路内部系统,不包括电源内部的电阻、电流等,在学习欧姆定律的过程中,电流表、电压表、导线等电子元器件的影响常常是不考虑在内的,而对于欧姆定律的公式I=UR,I、U、R这三个物理量,则要求必须是在同一电路系统中,且是同一时刻的数值。
2欧姆定律学习中需要掌握的内容
本人在基于电学的基础之上,通过对欧姆定律的解题方式进行分析,个人认为我们需掌握以下内容:了解产生电流的条件;理解电流的概念和定义式I=q/t,并能进行相关的计算;熟练掌握欧姆定律的表达式I=U/R,明确欧姆定律的适用条件范围,并能用欧姆定律解决相关的电路问题;知道什么是导体的伏安特性,什么是线性元件与非线性元件;知道电阻的定义和定义式R=U/I;能综合运用欧姆定律分析、计算实际问题;需要进行实验、设计实验,能根据实验分析、计算、统计物理规律,并能运用公式法和图像法相结合的方法解决问题。
3欧姆定律的解题思路及技巧
3.1加深对欧姆定律内容的理解
在欧姆定律例题分析中,我们比较常见的问题是多个变量的问题,以我自身为例,由于物理理解水平有限,且电压、电流、电阻的概念比较抽象,所以学习难度较大,但我通过相关教学短片的学习,将电阻比喻成“阻碍电流通行的路障,电阻越大路越不好走,电阻越小通过速度则快”的方式,明白了电阻是导体自身的特有属性,其大小是受温度、导体的材料、长度等各方面因素影响的,与其两端的电压跟电流的大小无关,并且明白了电阻不会随着电流或者电压的大小改变而改变。同时我们每一个人都知道对于不同的习题,解决步骤都是不相同的,虽同一问题会有不同的解题方法,但总是离不开欧姆定律这个框架。因此对于一些与电学有关的知识,我一般会利用欧姆定律解决电生磁现象与电功率计算问题。例如:某人做验时把两盏电灯串联起来,灯丝电阻分别为R1=30Ω,R2=24Ω,电流表的读数为0.2A,那么加在R1和R2两端的电压各是多少?我可以根据两灯串联这一关建条件,与U=IR得出:U1=IR1=0.2A×30Ω=6V,U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V,故R1和R2两端电压分别为6V、4.8V的结论。
3.2利用电路图进行进行计算
在解有关欧姆定律的题时,以前直接把不同导体上的电流、电压和电阻代入表达式I=U/R及导出式U=IR和R=U/I进行计算,并把同一导体不同时刻、不同情况下的电流、电压和电阻都代入欧姆定律的表达式及导出式进行计算,因此经常混淆,不便于分析问题。通过后期老师给予我的建议,在解题前我都会先根据题意画出电路图,并在图上标明已知量、数值和未知量的符号,明确需分析的是哪一部分电路,这部分电路的连接方式是串联还是并联,以抓住电流、电压、电阻在串联、并联电路中的特征进行解题。同时,我还会注意开关通断引起电路结构的变化情况,并且回给“同一段电路”同一时刻的I、U、R加上同一种脚标,其中需注意单位的统一与电流表、电压表在电路中的连接情况,以及滑动变阻器滑片移动时电流、电压、电阻的变化情况。
3.3利用电阻进行知识拓展
本着从易到难的原则,我们可从一个电阻的问题进行计算,再扩展到两个电阻、三个电阻,逐渐拓宽我们的思路,让自己找到学习的目标以及方法。比如遇到当定值电阻接在电源两端后电压由U1变为U2,电路中的电流由I1增大到I2,这个定值电阻是多少的问题时,我们可利用欧姆定律的概念ΔU=ΔI・R得到电阻的值,而当难度增加由一个电阻变为两个电阻时,定值电阻与滑动变阻器串联在电压恒定的电源两端,电压表V1的变化量为ΔU1,电压表V2的变化量为ΔU2,电流表的示数为ΔI,在这样的问题上可将变化的问题转化为固定的关系之间的数值,就可简化许多变量问题的计算。当变量变为三个电阻时难度会进一步的增大,我起初认为这是一项不可能完成的任务,所以放弃了这类题,而在经过询问成绩优秀的同学时,才知道可将三个电阻尽量化为两个电阻,通过电压表与电流表的位置将电阻进行合并,以此简化题目。
4总结
简言之,欧姆定律是物理教材中最为重要的电学定律之一,是电学内容的重要知识,也是我们学习电磁学最基础的知识。当然,对于欧姆定律的学习与解题方法,自然不止以上所述方法,因而在具体的学习中,我们要立足于自身实际学习情况来进行方法的选取,突破重难点知识,以找到更好的解题思路。
参考文献:
人教版教材对这节课的安排是:直接给出全电路的概念,从功能关系出发,根据能量守恒,理论推导出闭合电路欧姆定律和U内+U外=E;再根据闭合电路欧姆定律理论分析电源的路端电压与负载的关系.
教材的顺序安排优点是逻辑主线明了,缺点是对闭合电路特别是内电路的建构不够直观.而学生的具体情况是,已经掌握了部分电路的欧姆定律;根据初中学习的经验,他们认为电源两端的电压是恒定不变的;如何直观认识内电路的结构以及形成电源两端电压会随着负载的变化而变化的观点是本节课的重点之一.显然教材仅从理论角度来推导闭合电路的欧姆定律是不够解决学生的问题的.因此,笔者从学生的学情出发,深入地研究了本节课教材的编写意图和本校的实际情况,进行了教材的二次开发.
2怎样实施《闭合电路的欧姆定律》的教材二次开发
2.1教学呈现顺序的二次开发
如图1所示的演示实验引入,提出当开关S2、S3合上时电灯甲的亮度怎样变化,学生的回答是甲灯亮度不变.而实验发现甲灯的亮度逐渐变暗,引起学生认知的强烈冲突.课堂上通过实验探究甲灯亮度变暗的原因,引入内电路的概念.再呈现演示实验2,直接呈现出电源的内电路部分,用两只电压表测量出外电压和内电压,当负载变化时,实验发现U内+U外为常数.通过这样两个演示实验,学生对内电路有了非常直观的认识,从本质上理解电源具有内阻的原因,知道了如何测量内电压,对全电路的认识更加清晰.总体的教学顺序是:首先是演示实验一、二,然后得到U内+U外为常数,教师指出这个常数就是电源的电动势E,最后推导出闭合电路的欧姆定律.
本节课的最后环节是重新解释演示实验一电灯甲的亮度变暗的原因.这样的教学顺序,始终围绕着实验一展开讨论,在解决问题的过程中获得新知.比较符合学生的认知规律,对于本节课出现的新概念如闭合电路、外电路、内电路、路端电压、内电压有了非常直观的认识.
2.2教学内容的二次开发
2、从教材结构看,教材采用传统的处理方法:先利用能量守恒导出闭合电路的欧姆定律,进而得出路端电压随着外电阻变化的规律。这样的程序,数学演绎推理的味道很浓,加之没有令人信服的实验,缺少了对物理规律的感性认识的过程,学生难以形成比较深刻的理解。
二、学情分析
1、从学生的认识结构和能力水平来看,学生不知道电源的内阻对闭合电路的影响,因此,常常把路端电压看成是不随外电路变化的。这种先入为主的错误观念,容易形成思维定势,仅通过几次讲解是难以逆转的。
2、学生已学习了电动势、内电阻、外电阻等概念,知道部分电路的欧姆定律。
三、教学目标
1、基础知识技能方面:
(1)导出闭合电路的欧姆定律
(2)研究路端电压的变化规律,掌握闭合电路中的
(3)学会运用闭合电路的欧姆定律解决简单电路的问题,知道闭合电路中能量的转化。
2、能力方面:
(1)通过实验,让学生积极主动的探求科学结论,成为知识的探索者和“发现者”,在获得知识的同时发展能力。
(2)通过分组随堂实验,培养学生利用实验研究,得出结论的探究物理规律的科学思路和方法,加强对学生科学素质的培养。
(3)通过利用闭合电路欧姆定律解决一些简单的实际问题,培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。
3、思想及情感方面:
A.通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生“事物普遍联系”的观点。
B.通过分析外电压变化的原因,了解内因与外因关系。
C.通过短路电流的模拟实验,加强学生的安全用电意识。
D.通过先猜想再验证的教学模式,培养学生“大胆猜想,小心求证”的科学研究态度以及合作实验的意识。
四、重点难点
1.重点:闭合电路的欧姆定律的导出
2.难点:路端电压的变化规律,
应用闭合电路的欧姆定律解决简单的实际问题
五、突破重难点的教学设计思想
1、营造能引起学生认知冲突的问题情景
设计一个如图1所示的电路,让学生先猜测再观察实
验现象。(小灯接电动势为3v电源时较亮)让学生产生强烈的认知冲突,激发了他们的探求新知的动机,为突破重难点提供了良好的开端。
2、让学生积极主动地去归纳物理规律、构建自己的正确理解
教师演示实验, 让学生在实验数据中探索出“新”的物理规律,使学生在探研过程中分析、归纳、推理的能力得到提高,同时也突破了教学难点。
六、课前准备
【教学用具】
自制演示实验电路板、干电池、安培表、伏特表、滑动变阻器、电键、导线、课件等。
七、教学过程
(一)创设情景引入新课
演示实验一:电源电动势增大时小灯泡的亮度变化
教师出示电路板,小灯泡与两节干电池串联,闭合开关,小灯泡发光。在原电源的基础上,再串上4节干电池,让学生猜想:闭合开关后,小灯泡可能会发生什么现象?
教师演示:发现小灯泡变暗了。
留下疑问:是什么原因导致小灯泡没有变得更亮,也没有烧坏,而是变暗了呢?
(二)新课教学
1、闭合电路的欧姆定律的推导
设问:我们已经学习了电动势,知道电动势是反映电源将其他形式的能量转化为电能本领的物理量,在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压,那如果电源接入了电路,电动势与内电压、外电压之间又有怎样的关系呢?
演示实验二:E与U内、U外的关系
教师向学生介绍可变内阻电源装置。让同学们仔细观察两个电表的读数并记录五组数据。教师边演示边让学生记录数据。
2、路端电压与负载的关系
探究活动二:路端电压与负载的关系
老师引导学生设计电路图。让学生分组实验探究路端电压与负载的关系,注意短路、断路两种特例的分析,记录实验现象。
演示实验三:低压电源短路
电路短路时,电路当中的电流非常大,会造成很严重的后果,生活中一定要避免短路的发生。教师演示模拟电源短路的小实验(为了安全起见,只用10V的学生电源),加强学生安全用电意识。
教师:通过实验我们研究了路端电压和负载的关系,在实验过程中我们发现当外电阻变化时,电流会变,路端电压也会变,那路端电压和电流之间会不会有直接的关系呢?
探究活动三:路端电压与电流的关系(推理法与图象法相结合)
引导学生利用闭合电路的欧姆定律推导路端电压与电流关系的数学表达式:教师:大家利用所学的数学知识推断一下:若以电流为自变量,路端电压为因变量,那么
函数图象应该是怎样的?
教师利用幻灯片展示一张U-I图像,让学生观察这张图像,思考直线与Y轴、X轴的交点分别代表什么物理意义,引导学生深刻理解图像。
探究活动四:闭合电路中的功率关系
教师:引导学生推导得到有关功率的相关结论:
教师:学习了有关闭合电路的欧姆定律相关的知识后,我们一起来看看在刚上课时所留下疑问:电源电动势由3V变成9V,为什么小灯泡会变暗呢?
学生自己分析,推测小灯泡变暗的原因。
演示实验四:多个小灯泡并联时的亮度变化
例题:当开关逐渐闭合时,小灯泡的亮度会发生怎样的变化,电压表的读数呢?
1.电功知识
学生在电功知识的学习过程中,已经知道电流做功的过程实质上就是电能不断转化为其它形式的能的过程,同时知道了电流做功的多少即电功的大小,跟下面这三个因素的大小有关:电压U、电流I、时间t,计算公式为W=UIt,并且,对运用这个公式计算出的结果,学生们也能理解成电能转化为其它形式能之和的一个总量。
2.焦耳定律
电流通过导体会产生热量,这个热量的多少,跟电流I、电阻R、时间t有关,计算公式为Q=I2Rt,这就是焦耳定律。由这个定律计算出的数值,物理老师要引导学生把它理解为仅是电流做功转化为内能的一部分,为下面进行欧姆定律成立条件的理论模型构建做好铺垫。
3.引线搭桥之一
老师:当电流通过电扇时,电流在做功过程中会将电能转化为哪些形式的能呢?
学生:机械能和内能。
老师:此时电功W与内能Q谁大谁小呢?
学生:电能W大于内能Q,即W>Q。
老师:将上式W>Q中的W和Q,分别用公式W=UIt,Q=I2Rt进行替换,不就成了UIt>I2Rt吗?请同学们注意观察这个不等式它是不是一个最简式?
学生:不是。
老师:请同学们化简,并研究一下化简后所得的新的不等式会给我们怎样的启示?
学生:不等式两边同时约去It这个正数值,不等号的方向仍不会改变,即U>IR,这与我们前面学习过的欧姆定律I=不相符合。这就表明前面我们所学的欧姆定律,其成立是有条件限制的,这个限制条件为什么教科书的前前后后都没有说明呢?难道说我们找到了一个教科书上应该有的却不曾有的“新发现”?同学们兴奋不已,教室里的气氛顿时活跃了起来。
老师:同学们,你们的分析是有根有据的,做出欧姆定律成立是有条件的,判断也是正确的。因为我们所依据的物理公式W=UIt、Q=I2Rt,电扇工作时电能转化为机械能和内能的物理事实,以及运用不等式进行变形的数学知识都正确无疑。
老师:接下来我们就自然要追问:什么条件下U=IR呢?这个条件也就是欧姆定律成立的限制条件,请同学们再接再厉。
4.引线搭桥之二
老师:当电流通过哪种或哪类用电器做功时,它们两端的U才会等于流过的电流I与其自身的电阻R的乘积呢?请从电能转化的角度,列举实例进行分析。
学生:电流通过电饭煲、电水壶、电熨斗等用电器做功时,电能会全部转化为内能,即有W=Q。再将此式中的W和Q,分别用公式W=UIt,Q=I2Rt进行替换,得UIt=I2Rt,最后化简得U=IR。
老师:请同学们在你们的笔记本上写出这个理论的推导过程,好吗?
学生:对电饭煲、电水壶、电熨斗有W=Q
UIt=I2Rt 则U=IR
电能全部转化为内能的用电器,欧姆定I=就一定成立。
二、建模的功效
1.正确理解和区分电功或电热计算公式的多样性
对于电能全部转化为内能的用电器来说,U=IR,W=UIt都成立,因此,在计算电功W=UIt公式的四个量中,除时间t这一个物理量外,其它的三个物理量电压U、电流I、电阻R,任一个量可由公式U=IR用另外两个量求出,所以,可推出W=UIt=I2Rt=t三个计算公式,同理可得Q=UIt=I2Rt=t。而对于电扇、电动机等这类用电器,由于U>IR,计算电功只能用W=UIt,计算电热只能用Q=I2Rt了。
2.减轻学生在学习过程中理解和记忆知识所造成的心理负担,增强学生学习物理知识的理论水平和理解能力
比起借用“纯电阻”这个初中学生根本模糊不清的物理概念来理解和区分电功和电热计算公式的多样性来说,学生少吃了一知半解的亏,并且能在老师的引导下,从自己所理解的电功和电热的计算公式中,经历发现两者的区别和联系的数理推导过程,于自然的融合中,增强了学生的理论水平,深化了学生理解知识的能力。
欧姆定律是一个实验定律,因此在教学“欧姆定律”一节时,教师必须在学生对“电流与电压、电阻”之间关系进行猜想假设的基础上,引导学生设计实验方案,精心组织学生进行实验。在实验前指导学生:(1)根据电路图准确连接电路;(2)仔细检查电路及电表、滑动变阻器等连接是否准确;(3)在确认无误时,动手实验,并认真观察、精确记录数据;(4)明确滑动变阻器在两次实验中的作用:使定值电阻两端电压成整数倍变化和保持电阻两端电压不变;(5)分析实验中可能出现的数据差异原因,重复实验,直至准确。对于在实验中怕麻烦、凑数据的学生及时用科学家尊重事实、刻苦钻研及时教育他们,端正他们态度,帮助他们用实验得出准确结果。通过实验,使学生得到了欧姆定律实验所需要的数据,也培养了学生观察实验能力和实事求是、客观、细致的科学态度,从而激发学生勤奋求真的热情。
二、寓培养学生科学方法于分析实验数据和归纳出实验结论之中
在得出实验数据之后,就着手组织学生分析数据、归纳出结论。在引导时,引导学生回忆“探究影响导体电阻大小的因素”的实验方法,并要学生用之中方法研究电流跟电压、电阻两个因素的关系,即(1)固定电阻不变时,研究电流跟电压的关系;(2)固定电压不变时,研究电流跟电阻的关系。最后将两次结论综合起来,应用数学函数知识得出电流跟电压、电阻的关系。接着,根据学生实验数据组织讨论,并分析归纳实验结论。(1)分析“研究电流跟电压关系”表格:电流随电压增大而增大,且电压增大几倍电流也增大几倍。得出结论1:当电阻一定时,电流与电压成正比。(2)分析“电流与电阻关系”表格:电流随电阻的增大而减小,且电阻增大几倍,电流就减小到原来的几分之一。得出结论2:当电压一定时,电流与电阻成反比。归纳结论1、2,即得欧姆定律。在整个研究、分析、抽象,归纳过程中,使学生潜移默化地学会了:(1)研究问题的方法――控制变量法;(2)对实验数据的综合――分析――抽象――归纳的处理方法,从而学到了由特殊、个别推到一般的逻辑推理方法。这些方法都是学生终生受益的科学研究方法。在得出实验结论――欧姆定律后,教师接着就组织学生用他们已学过的数学知识推导欧姆定律的计算公式:(1)把电流与电压成正比表达成I∝U;(2)把电流与电阻成反比表达成I∝1/R,把(1)、(2)结合起来得出计算公式:I=U/R;通过公式推导使学生了解到不同学科之间的联系,它不仅开阔了学生的视野,也可使学生学到物理公式常用的科学的数学方法。
三、寓培养学生科学思想于理解、应用定律之中
对于实验定律――欧姆定律,在理解其内容时,引导学生讨论:能不能把定律叙述的导体的电流与导体两端电压成正比、与导体两端电阻成反比改叙述成导体两端电压与导体电流成正比、导体电阻与导体电流成反比?让学生在讨论中明白:叙述定律时只能按课本那样叙述,否则是错误的。这是因为事物内部矛盾的双方有主有次,这里电压、电阻是矛盾的主要方面,是事物变化的依据,对事物变化起决定作用的;而电流则是矛盾的次要方面,它是随电压、电阻变化而变化的,在事物变化中处于服从地位;这样使叙述在讨论中理解了定律,在理解定律过程中获得了一次科学的认识教育。
在讲解定律公式的应用时,如教师通过P111教材例1的讲解,强调了定律的应用是有条件的,即(1)同体性:只能适用于同一段电路中的电流、电压以及电阻之间的关系的运算;(2)同时性;(3)计算时数字代入单位必须是国际单位制中主单位。引导学生认识到真理是有局限性的,是离不开特定条件的。又如教师通过课本例2讲解,强调了定律的应用性,即通过欧姆定律可以求出导体的电阻值,也就是可用伏安法测未知电阻,使学生体会到:理论的实践性以及理论与实践的一致性。此外取平均值可以减小实验误差;表格可以得到实验结论1等。
四、寓培养学生的科学精神于介绍科学家的事例之中
结合课本中“信息库”介绍,使学生了解德国的物理学家欧姆发现了电路中遵循的基本“交通规则”,但他幼年家贫,曾中途辍学,后全凭自己努力,完成学业。他为了得到欧姆定律,花费了十年心血。当时的实验条件非常差,他自制了测电流的电流扭秤,花五年时间才找到电压稳定的电源。经过长期细致的研究,终于取得了成果。在教学中把欧姆的对学习勤奋刻苦,对科学知识的执著追求,在科学研究道路上勇于探索、百折不挠的献身精神及对人类社会的贡献,展现在学生面前,使学生从中接受了热爱科学、追求真理的科学接受教育。
教育者在实施科学素养教育时不是生硬的说教,应有机结合教材适时适量地渗透;科学素养教育是素质教育的核心,在实施时教师还应当有意识、有目的地进行,同时联系教材中其他素质教育因素如能力、智力、科学美等全方位地开展,并做到主、次得当,这就需要安排好教学过程和节奏,从而使素质教育得到全面培养。
一、教育背景与设计理念
2011年教育部颁布了经修订的《义务教育物理课程标准》(以下简称“新课标”),这是我国义务教育新课程实验取得阶段性成果的标志,更是广大新课程实践者10年经验的总结,定稿后的新课标必将作为指导性文件引领新课改持久深入健康地发展。
为实践新课标所倡导的“提倡教学方式多样化,注重科学探究”的崭新教学理念,我们在总结反思“自主·探究·合作”课堂教学模式的基础上,更加突出“以人为本”的教学思想,以新编苏科版物理教科书为载体,进一步改进《欧姆定律》一节的探究案例设计。在教学设计和实施过程中力图体现以下理念:一是学生发展为本;二是比结论更重要的是过程;三是把思考还给学生。
二、内容分析与学情简析
《欧姆定律》一节编排在学生学习了电流、电压、电阻等概念,电压表、电流表、滑动变阻器使用方法之后,这既符合由易到难、由简到繁的认知规律,又保持了知识的结构性、系统性。欧姆定律作为一个重要的物理规律,反映了电流、电压、电阻三者间的相互关系,是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的金钥匙。欧姆定律是电学的教学重点,也是新课标规定的重点内容之一。
学生通过电阻和串、并联电路的学习已初步掌握了实验探究的基本程序:观察现象—提出问题—猜想假设—方案设计—实验探究—归纳总结—解释现象,初步具备了设计实验方案的能力、动手操作能力和思考与质疑、交流与讨论的学习习惯,对“自主·探究·合作”教学模式已初步适应并产生了兴趣。了解学生的学习现状和发展潜能,便于确定学生的“最近发展区”,从合适的教学起点出发,有针对性地进行教学。
三、探究案例与设计解读
(一)学习目标
1.知识与技能。①掌握欧姆定律及其表达式,并能进行简单的计算;②学习运用“控制变量法”研究问题,培养知识迁移的能力;③进一步学会使用电压表、电流表和滑动变阻器。
2.过程与方法。①进一步实践实验探究的一般程序和方法;②注重实验探究方案设计的思考与改善。
3.情感态度与价值观。①培养学生的科学态度和探索精神;②联系欧姆定律的发现史,渗透锲而不舍科学精神的教育;③体验分工合作、团结互助精神。
解读:依据新课标倡导的三维教学目标设计学习目标,把传统的“教学目标”改为“学习目标”更能突现学生的主体地位。这里的学习目标是指:“学生从学习的起点出发,在教师的引导、支持和促进下,通过自己积极、主动和创造性的学习能够达成和检测的目标。”学习目标的编写和描述要具有针对性和可操作性。
(二)重点与难点
1.教学重点。探究实验的操作,用数学方法正确得出实验结论;理解欧姆定律的内容及其表达式、变换式的意义。
2.学习难点。运用数学方法处理实验数据,建立和理解欧姆定律;运用欧姆定律解决简单的实际问题。
解读:以知识为本的传统教学观注重教师教的重点与难点,而以学生发展为本的新课标教学观,则注重学生学的重点和难点,注重探究电流和电压、电阻关系的过程和方法,体现了“比结论更重要的是过程”这一新课标理念。
(三)教学媒体
1.教师用具。投影设备、多媒体课件等。
2.学生用具。多媒体教学软件,干电池4节、电流表、电压表、滑动变阻器、开关各1个,阻值不同的定值电阻3只、导线若干。
解读:投影设备主要用于展示各组设计的探究性实验方案和实验数据的处理,以利于小组间交流、沟通与提升。多媒体课件包括:演示实验电路图的动画幻灯片;数据处理的表格和图像;调光电灯工作原理。
(四)教学过程
1.复习设疑,激发探究欲望。(1)提出问题:①既然电压是形成电流的原因,那么导线中的电流与两端的电压有何关系呢?②既然电阻对电流起阻碍作用,那么导体中的电流与它本身的电阻有何关系呢?(学生举手或随机点名回答。)(2)猜想设疑:同学们对电流与电压、电阻的关系作了各种猜想,那么这三者究竟有怎样的数量关系呢?点出本课主题“欧姆定律”。
解读:①在学生猜想的过程中,教师耐心倾听而不要急着下结论,可让学生互评,以面向全体学生,体现多元评价,发挥评价的发展。②复习旧知是为了导入新知,引起认知冲突,激发探究欲望,为后续的科学探究活动提供“脚手架”,体现了“教师是学生学习的组织者”。
2.设计实验方案,进行实验探究。(1)知识准备:教师向学生介绍“控制变量法”,说明研究电流与电压、电阻间的关系时,必须保持其中一个变量(例如电阻)不变,再通过改变电压,观察电流是如何变化的。设问:在研究电流与电阻关系时,必须保持 不变,通过改变 ,来观察 的变化。(2)方案设计和交流:在学生了解科学实验的设计过程(明确研究目的,确定研究方法,设计合理的实验方案)后,通过同桌讨论,利用提供的仪器,设计一个实验方案。选派几组学生上台交流设计的实验方案,教师简单评析后,投影实验电路图,介绍有关仪器,特别强调滑动变阻器在实验中的作用。(3)实验探究:学生分组实验,实践和体验“控制变量法”,加深对欧姆定律的感性认识。(4)各组处理实验数据,进行分析、归纳得出初步结论。新教材增加了利用实验数据描绘函数图像的方法,理解成正比、成反比的意思,体会构建数学模型在物理研究中的运用,培养学生的科学思维能力。
解读:①把教材中的教师演示实验改为学生分组实验,一是因为学生已初步具备做此实验的基本技能,二是使全体学生都能动手操作,参与体验“控制变量法”,突出学生的主体地位。②本节探究课把重点放在利用“控制变量法”设计与完善实验方案上,以初步培养学生的实验设计能力和创新能力。③选派小组上台交流实验设计方案,旨在引导学生发散思维,相互取长补短,促进创新思维。④教师在这阶段应不断巡视、引导,倾听学生讨论,及时给予评价和指导,以体现“教师是学生学习的参与者”。
3.总结交流,合作共享。(1)各组汇报实验结果,归纳得到两个结论:在电阻不变的情况下,导体中的电流跟这段导体两端的电压成正比。在电压不变的情况下,导体中的电流跟这段导体的电阻成反比。(2)引导得到欧姆定律及其表达式。(3)强调:欧姆定律中两处用到“这段导体”,这是强调同一导体,即电流、电压、电阻对应同一导体,而且具有同时性。
解读:这一环节以师生互动、生生互动为主。通过总结交流使学生的认识从感性认识向理性认识飞跃,学生的情感在全班共享中得到升华。同时对教师的教和学生的学进行评价反馈。这一阶段将在教师的引导下完成,以体现“教师是学生学习的引导者”。
4.巩固反馈,知识迁移。“模拟调光台灯”的工作原理,作为实验探究的有效补充。学生通过模拟实验,学会选择仪器、设计简单电路、掌握工作原理,加深对常用仪器的认识。
解读:调光台灯的模拟实验,让学生明白物理知识就在身边,物理和生产生活有密切的联系。让学生参与学习的全过程,体现“一切为了学生发展”的理念。
四、感悟与反思
(一)课堂教学设计应是一个动态生成方案
传统的课堂教学设计是以教师的教和书本知识为本位,从教师的主观判断或经验出发,侧重于教学过程的程式化、细节化的准备,这种“静态教案”不能适应动态生成的实际教学过程,不利于促进学生的发展。新课标理念下的课堂教学设计以学生发展为本,从学生的“现有发展区”出发,通过对教材内容的“二次开发”,精心设计动态生成方案,促进学生过渡到“最近发展区”。
(二)探究性学习的真谛是做到“形散而神不散”
虽然全班分成很多小组分散进行探究实验,但各组都围绕“探究电流和电压、电阻的关系”有条不紊地进行,看似无序实是有序。在这中间,教师的组织、引导和参与十分关键。教师一定要遵循“组内异质,组间同质”的原则进行分组,并对组内成员的分工提出责任分工。教师一定要给小组内每位学生分配一个角色,诸如主持人、操作者、记录员、噪音控制者、汇报人等,使每个小组成员在各司其职中自主、合作、探究学习,使每位学生都能在原有基础上有所发展。
参考文献:
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准[S].北京:北京师范大
例根据欧姆定律公式I=,可变形得到R=。对此,下列说法中正确的是()
A. 导体电阻的大小跟导体两端的电压成正比
B. 导体电阻的大小跟导体中的电流成反比
C. 当导体两端的电压为零时,导体的电阻也为零
D. 导体电阻的大小跟导体两端的电压和通过导体的电流无关
典型错误一根据R=,认为导体的电阻与导体两端的电压成正比,因此选择A。
典型错误二根据R=,认为导体的电阻与通过导体的电流成反比。因此选择B。
错因分析欧姆定律研究的是电流与电压和电阻的关系,其变形式R=只是提供了计算电阻的一种方法,并不能理解为导体的电阻与导体两端的电压成正比,与通过导体的电流成反比。
正确答案因为导体的电阻是由导体自身因素(材料、长度、横截面积、温度等)来决定的,而不受外因(导体两端电压和通过导体的电流)影响,所以应选D。
易错点二:对欧姆定律同一性和同时性的忽视
例有一个电铃,它的电阻是10 Ω,在正常工作时,它两端的电压应该是6 V。但我们手边现有的电源电压是8 V,要把这个电铃接在这个电源上,并使它正常工作,应怎么办?
典型错误要把这个电铃接在这个电源上,并使它正常工作,应给它串联一个电阻。
因为通过电铃的电流I== A=0.6 A,
又因为电阻跟电铃串联,
所以通过电阻的电流I=I=0.6 A,
因此,串联一个电阻为R== Ω=13.3 Ω。
错因分析造成错解的原因是在应用欧姆定律时,没有注意同一性和同时性。错解中的最后一步:R=中,U、I代入的数值是总电压和总电流,求出的电阻R应该是总电阻。
正确答案根据欧姆定律有:通过电铃的电流I== A=0.6 A,
又因为电阻跟电铃串联,
所以通过串联电路的电流I=I=0.6 A,
因此,总电阻R== Ω=13.3 Ω。
又因为R=R+R,
所以串联一个电阻为R=R-R=(13.3-10) Ω=3.3 Ω。
易错点三:对控制变量法的误解
例小刚用图1所示电路探究“一段电路中电流跟电阻的关系”。在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了探究上述问题,他应该采取的唯一操作是()
A. 记录电流表和电压表的示数
B. 将变阻器滑片适当向左移动
C. 将变阻器滑片适当向右移动
D. 适当增加电池的节数
典型错误电源电压不变,改变电阻,记录电流大小,从而找出电流跟电阻的关系,选A。
错因分析没有正确理解控制变量法。
正确答案在此实验过程中,当A、B两点间的电阻由5 Ω更换为10 Ω后,为了探究“一段电路中电流跟电阻的关系”,必须保持A、B两点间的电压不变。此时由于总电阻变大,总电流变小,因此滑动变阻器两端的电压变小,由串联电路电压关系可知A、B两点间(一段电路)的电压变大。要想继续实验,接下来应该使A、B两点间的电压减小到原来的值。将变阻器滑片适当向右移动,使变阻器阻值增大,使电路电流减小。由U=IR可知,A、B两点间的电压才会变小,当达到原来的电压值时,停止移动滑片,记录此时的电流值。应选C。
易错点四:对电路连接关系不清
例1如图2所示,电路中的电源电压保持不变。闭合开关后,将滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,电表、、的示数变化正确的是()
A. 的示数减小,的示数减小,的示数增大
B. 的示数增大,的示数减小,的示数增大
C. 的示数增大,的示数减小,的示数减小
D. 的示数减小,的示数增大,的示数减小
典型错误滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值变大,根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小。根据U=IR可知,滑动变阻器两端电压减小,因此的示数减小,灯泡两端的电压增大。选择D。
错因分析电压表测量的是滑动变阻器两端电压U。滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值R变大,但同时电流I变小,根据U=IR无法判断滑动变阻器两端电压大小的变化。
正确答案由图2可知这是一个串联电路,电压表测量滑动变阻器两端的电压U,测量灯泡两端的电压U。滑动变阻器的滑片P由图中位置向a点移动的过程中,滑动变阻器的阻值变大,根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小,因此的示数减小。再根据串联电路中电流处处相等,通过灯泡的电流I=I,又灯泡的电阻R不变,根据U=IR可知,电压U减小,因此的示数减小。由串联电路电压的关系,可知滑动变阻器两端电压U=U-U,因此的示数增大。应选C。
例2如图3所示电路中,闭合开关后,将滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动过程中,图3中电压表和电流表的示数变化正确的是()
A. 电压表示数不变,电流表示数变大
B. 电压表示数变小,电流表示数变大
C. 电压表示数不变,电流表示数变小
D. 电压表示数变大,电流表示数变小
典型错误滑动变阻器滑片P由a端向b端滑动过程中,电阻变大。根据U=IR可知,电压变大,因此电压表示数变大。再根据欧姆定律公式I=,电路中的电流减小,选择D。
错因分析电路连接关系不清,没有注意到滑动变阻器与R串联后再与R并联的关系。
正确答案滑动变阻器与R串联后再与R并联,不管滑动变阻器阻值如何变化,都不会改变支路电压。支路电阻的变化引起总电阻的变化,滑片P由a端向b端滑动过程中,滑动变阻器电阻变大,总电阻变大。根据欧姆定律公式I=,电路中的总电流减小,因此电流表示数减小。应选C。
易错点五:对伏安法测电阻原理的误解
例小刚同学想用电流表、电压表测量一段电阻丝R的电阻,他已连接了部分电路,如图4(a)所示。请你接着完成下列步骤:
(1)当电压表示数为3.6 V时,电流表的示数如图4(b)所示,这时电路中的电流是________A,电阻丝的电阻为_______Ω。并用笔画线代替导线,将电路补画完整。
(2)若将上面实验中的定值电阻R换成小灯泡,在多次测电阻的过程中,发现当电压表的示数增大时,电压表与电流表示数的比值将________。
典型错误(1)题中连接图时,滑动变阻器接线柱连入错误,电压表、电流表正负接线柱及量程选错,串、并联错误。
错因分析不清楚滑动变阻器及电表接入电路的要求。
正确答案滑动变阻器要保证“一上一下”两个接线柱接入电路,有时还要考虑具体是下面哪一个接线柱接入电路。对于电表,要求电流从正接线柱流入负接线柱流出,且选择符合题意的量程,保证电流表与被测对象串联,电压表与被测对象并联。(1)0.3;12;电路图如图5所示。
典型错误(2)由伏安法测电阻原理R=可知,电流与电压成正比,因此电压表与电流表示数的比值不变。
错因分析当电阻不变时,电流与电压才成正比。电阻变化时,这种正比例关系就不成立了。
正确答案当电压增大时,灯丝温度升高,其电阻增大。由R=可知,电压表与电流表示数的比值就是电阻,所以电压表与电流表示数的比值将增大。
易错点六:不关注欧姆定律的适用范围――纯电阻电路
例有一台标有“220 V 1.1 kW”的电动机,线圈电阻为10 Ω,求它正常工作1 min放出的热量。
典型错误由欧姆定律可知,
I== A=22 A,
再由焦耳定律得:
Q=I2Rt=222×10×60 J=2.904×105 J。
错因分析欧姆定律只适用于纯电阻电路。本题是含有电动机的非纯电阻电路,求电流时不能使用I=。