時間:2023-08-07 17:05:37
導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇歐姆定律的性質,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內容能為您提供靈感和參考。
1、歐姆定律是指在同一電路中,通過某段導體的電流跟這段導體兩端的電壓成正比,跟這段導體的電阻成反比。該定律是由德國物理學家喬治·西蒙·歐姆1826年4月發(fā)表的《金屬導電定律的測定》論文提出的。
2、隨研究電路工作的進展,人們逐漸認識到歐姆定律的重要性,歐姆本人的聲譽也大大提高。為了紀念歐姆對電磁學的貢獻,物理學界將電阻的單位命名為歐姆,以符號Ω表示。
3、歐姆定律成立時,以導體兩端電壓為橫坐標,導體中的電流I為縱坐標,所做出的曲線,稱為伏安特性曲線。這是一條通過坐標原點的直線,它的斜率為電阻的倒數(shù)。具有這種性質的電器元件叫線性元件,其電阻叫線性電阻或歐姆電阻。
(來源:文章屋網 )
3、電壓有正,負之分,它與標志的參考電壓方向有關。
4、沿電路中任一閉合回路行走一圈,各段電壓的和恒為零。
5、電壓的單位是伏特(V),根據不同的需要,也用千伏(KV),毫伏(mV)和微伏(μV)為單位。1KV=1000V1V=000 mV1mV=1000μV
6、電阻的概念是什么?導體對電流起阻礙作用的能力稱為電阻,用符號R表示,當電壓為1伏,電流為1安時,導體的電阻即為1歐姆(Ω),常用的單位千歐(KΩ),兆歐(MΩ)。
7、1 MΩ=1000 KΩ
8、1 KΩ=1000Ω
9、什麼是部分電路的歐姆定律?
流過電路的電流與電路兩端的電壓成正比,而與該電路的電阻成反比,這個關系叫做歐姆定律。用公式表示為I=U/R。
式中:I——電流(A);U——電壓(V);R——電阻(Ω)。
部分電路的歐姆定律反映了部分電路中電壓,電流和電阻的相互關系,它是分析和計算部分電路的主要依據。
中圖分類號:G712 文獻標識碼:A 文章編號:1672-5727(2012)08-0098-02
歐姆定律是《電工基礎》中最常用的基本定律之一,技工院?,F(xiàn)在使用的《電工基礎》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,由于中學物理課本已作詳細介紹,學生容易接受,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系復雜,再加上教材未附相應的實驗,學生缺乏感性認識。因此,學生很難理解和接受,也是其成為教師教學中重點和難點的原因。筆者針對學生在學習過程中容易產生的困惑和疑問,借助實驗來幫助學生理解,收到了較好的效果。
明確教學目標是教師組織
全電路歐姆定律教學的關鍵
掌握全電路歐姆定律對于學好《電工基礎》這門課程來說至關重要。因為后續(xù)章節(jié)中多處電路的分析和計算要應用到這一定律。教學是一個教師與學生雙向互動的過程,作為教師,要組織好全電路歐姆定律教學,必須先明確教學目標,做到心中有數(shù),才能更好地開展教學。
知識目標:(1)理解電動勢、內電阻、外電阻、內電壓、外電壓、端電壓、內壓降等物理量的物理意義;(2)掌握全電路歐姆定律的表達形式,明確在閉合電路中電動勢等于內、外電壓之和;(3)掌握端電壓與外電阻、端電壓與內電阻之間的變化規(guī)律;(4)掌握全電路歐姆定律的應用。
能力目標:(1)通過實驗教學,培養(yǎng)學生的觀察和分析能力,使學生學會運用實驗探索科學規(guī)律的方法;(2)通過對端電壓與外電阻、端電壓與內電阻之間的變化規(guī)律的討論,培養(yǎng)學生的思維能力和推理能力。
理解各物理量的物理意義是
學生掌握全電路歐姆定律的基礎
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系復雜。因此,首先,應讓學生準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代表負載(即用電器,為簡化電路,只畫一個),r代表電源的內電阻(存在于電源內部),E代表電源的電動勢。整個閉合電路可分為內、外兩部分,電源外部的叫外電路(圖1中方框以外的部分),電源內部的叫內電路。外電路上的電阻叫外電阻,內電路上的電阻叫內電阻。當開關S閉合時,電路中就會有電流產生,I=,該式表明:在一個閉合電路中,電流強度與電源的電動勢成正比,與電路中內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,它是指在電源內部,電源力將單位正電荷從電源負極移到正極所做的功。這個概念比較抽象,涉及知識面較廣,要使學生全面、深刻地理解它是有困難的??紤]到學生的接受能力和滿足后續(xù)知識的需要,需向學生講清兩個問題: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化為電能的本領,是由電源本身的性質決定的。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。第三個是內壓降,它是指當電流流過電源內部時,在內電阻上產生的電壓降。全電路歐姆定律也可表示為:“在閉合電路中,電動勢等于內、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,也是學生容易產生疑惑的地方??梢岳醚菔緦嶒瀬眚炞C各物理量之間的變化規(guī)律,以增加學生的感性認識,提高學生的邏輯推理能力。
第一,驗證電源內電阻的存在并計算其大小。對于電源的內電阻,由于存在于電源的內部,既看不見,也摸不著,學生對此存在質疑。為此,可用圖2進行實驗,不但可以證明內電阻的存在,還可測出內電阻的大小。在圖2中,用1節(jié)1號干電池作電源,電阻R為已知值(可根據實際情況選定)。開關閉合前,記下電壓表的讀數(shù)U1(此值即為干電池的電動勢),開關閉合后,記下電壓表的讀數(shù)U2,發(fā)現(xiàn)U2比U1?。ㄒ姳?),就是因為電源內部存在內電阻的緣故。
根據公式r=R可算出該電池的內電阻。再用不同型號的干電池(如5號干電池、7號干電池)進行重復實驗,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),但內電阻不一定相同。
第二,端電壓U跟外電阻R的關系。
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):當滑動片從左向右移動時(為保證實驗設備安全,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。由此得出結論:端電壓隨外電阻上升而上升,隨外電阻下降而下降。根據表2中的數(shù)據可繪成曲線(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,當電路接小電阻時,電流增大,端電壓就下降;當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,端電壓與內電阻r的關系。
根據公式U=E-Ir分析可知:當電流I 不變時,內阻下降,端電壓就上升;內阻上升,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),上述結論即可得到驗證。
應用規(guī)律,解決實際問題
首先向學生提出問題: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,先將開關全合上,使燈泡發(fā)光,再逐個斷開開關,發(fā)現(xiàn)燈泡逐漸變亮,原因分析:隨著開關的斷開,外電阻增大,導致干路電流減小,使得內壓降下降,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)據并指導學生得出規(guī)律,提高感性認識,不但可以提高學生的學習興趣,也會提高教學效果。
參考文獻:
[1]李書堂.電工基礎(第4版)[M].北京:中國勞動社會保障出版社,2001.
[2]畢淑娥.電工與電子技術基礎(第2版)[M].哈爾濱:哈爾濱工業(yè)大學出版社,2004.
重點考點
歐姆定律是通過“探究導體的電流跟哪些因素有關”的實驗得出的實驗結論.應注意以下考點:(1)公式()說明導體中的電流大小與導體兩端的電壓和導體的電阻兩個因素有關,其中I、U、R必須對應于同一電路和同一時刻.(2)變形式()說明電阻R的大小可以由()計算得出,但與U、I無關.因為電阻是導體本身的一種性質,由自身的材料、長度和橫截面積決定.由此提醒我們,物理公式中各量都有自身的物理含義,不能單獨從數(shù)學角度理解.(3)串聯(lián)電路具有分壓作用,并聯(lián)電路具有分流作用.
中考常見題型
中考一般會從兩方面考查歐姆定律的應用,一是對歐姆定律及變形公式的理解和簡單計算,一般不加生活背景,以純知識性的題目出現(xiàn)在填空題或選擇題中:二是應用歐姆定律進行簡單的串并聯(lián)的相關計算.
例1 (2014.南京)如圖1所示,電源電壓恒定,R1=20Ω,閉合開關S,斷開開關S1,電流表示數(shù)是0.3 A;若再閉合開關S1,發(fā)現(xiàn)電流表示數(shù)變化了0.2 A.則電源電壓為____V,R2的阻值為____ Ω.
思路分析:閉合s,斷開S1時,電路為只有R1的簡單電路,可知電源電壓U=U1=I1R1=0.3 Ax20 Ω=6 V;若再閉合S1時,兩電阻并聯(lián),則U2=U=6 V,因為R1支路兩端的電壓沒有變化,所以通過該支路的電流仍為0.3 A,電流表示數(shù)的變化量即為通過R2支路的電流,則I2=().
答案:6 30
小結:本題考查了并聯(lián)電路的特點和歐姆定律的靈活運用,關鍵是能判斷出閉合開關S1時電流表示數(shù)的變化即為通過R2支路的電流.每年的中招都有一個2分的這樣的純計算題目,以考查同學們對基礎知識的理解和掌握程度.
例2(2013.鄂州)如圖2甲所示的電路,電源電壓保持不變.閉合開關S,調節(jié)滑動變阻器,兩電壓表的示數(shù)隨電路中電流變化的圖象如圖、2乙所示.根據圖象的信息可知____.(填“α”或“b”)足電壓表V2示數(shù)變化的圖象,電源電壓為____V,電阻R1____的阻值為____ Ω.
思路分析:國先分析電路的連接情況和電表的作用:電阻R1和滑動變阻器R2串聯(lián),電壓表V1測的是R1兩端的電壓,電壓表V2測的是滑動變阻器(左側)兩端的電壓.因為R1是定值電阻,通過它的電流與電壓成正比,所以它對應的圖象應是α,那么圖象b應是電壓表V2的變化圖象,觀察圖象可知:當電流都是0.3 A(找出任一個電流相等的點,兩圖線對應的電壓之和就是電源電壓)時,U1=U2=3 V,根據串聯(lián)電路中電壓的關系可知,電源電壓為6V,由于R1是定值電阻,所以在圖象α上任找一點,代入歐姆定律可知()
答案:b 6 10
小結:歐姆定律提示了電流、電壓、電阻三者之間的數(shù)量關系和比例關系,三個比例關系分別為:(1)電阻一定時,導體中的電流與導體兩端的電壓成正比,即()(2)電流一定時,導體兩端的電壓和它的電阻成正比,即().該規(guī)律又可描述為:串聯(lián)分壓,電壓的分配和電阻成正比,即電阻大的分壓多.(3)電壓一定時,導體中的電流和導體的電阻成反比,即(),該規(guī)律又可描述為:并聯(lián)分流,電流的分配和電阻成反比,即電阻大的分流小.圖象可以很直觀地呈現(xiàn)這種關系,學會從圖象中找出特殊點足解決歐姆定律問題的一大技巧,
第2節(jié) 動態(tài)電路中物理量的變化
重點考點
由于滑動變阻器滑片的移動或開關所處狀態(tài)的不同,使電路中電流和電壓發(fā)生改變,這樣的電路稱之為動態(tài)電路.這類題目涉及電路的分析、電表位置的確定、歐姆定律的計算、串并聯(lián)電路中電流和電壓分配的規(guī)律等眾多知識,因此同學們在分析過程中容易顧此失彼,下面我們通過例題梳理一下解決這類問題的一般思路,
中考常見題型
題日常聯(lián)系生活實際,以尾氣監(jiān)控、超重監(jiān)控、溫度監(jiān)控、風速監(jiān)控、身高測量等為背景,考查該部分知識的掌握情況,存中考題中常以選擇題的方式呈現(xiàn),注意:如果題目中沒有特別說明,可認為電源電壓和定值電阻的阻值是不變的.
例3(2014.濟寧)小夢為濟寧市2014年5月份的體育測試設計了一個電子身高測量儀.圖3所示的四個電路中,Ro是定值電阻,R是滑動變阻器,電源電壓不變,滑片會隨身高上下平移.能夠實現(xiàn)身高越高,電壓表或電流表示數(shù)越大的電路是().
思路分析:圖A中兩個電阻R。和R串聯(lián),電流表測量的是整個電路中的電流,當身高越高時,滑動變阻器接入電路中的阻值越大,電路中的電流越小,電流表的示數(shù)越小,圖B中身高越高時,滑動變阻器連人電路中的阻值越大,電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓,根據串聯(lián)電路分壓的規(guī)律知道,R越大電壓表的示數(shù)越大,符合題意.圖B與圖C中滑動變阻器的接法不同,圖C中身高越高,滑動變阻器連入電路中的阻值越小,同理知道電壓表的示數(shù)越小.圖D是并聯(lián)電路,電流表測的是支路電流,根據并聯(lián)電路各支路互不影響的特點知道,不論人的身高如何變化,電流表的示數(shù)都不會發(fā)生變化,選B.
小結:分析這類問題依據的物理知識是:(1)無論串并聯(lián)電路,部分電阻增大,總電阻隨之增大,而電源電壓不變,總電流與總電阻成反比.(2)分配關系:串聯(lián)分壓(電阻大的分壓多),并聯(lián)分流(電阻大的分流少).(3)在并聯(lián)電路中,各支路上的用電器互不影響,滑動變阻器只影響所在支路電流的變化,從而引起干路電流的變化.解決這類問題的一般思維程序是:(1)識別電路的連接方式并確定電表位置.(2)判斷部分電阻的變化.(3)判斷總電阻及總電流的變化.(4)根據串并聯(lián)電路的分壓或分流特點進行局部判斷.
例4如圖4所示電路,電源電壓不變,開關S處于閉合狀態(tài).當開關S.由閉合到斷開時,電流表示數(shù)將____.電壓表示數(shù)將 ________ .(均填“變大”“不變”或“變小”)
思路分析:當開關S.閉合時,電燈L被短路,電路如圖5所示,電壓表測的是電阻R兩端的電壓(同時也是電源電壓),電流表測的是通過電阻R的電流.當開關S1斷開時,電燈L和電阻R串聯(lián),電路如圖6所示,此時電壓表測電阻R兩端的電壓,它是總電壓的一部分,所以電壓表的示數(shù)變??;電流表測的是總電流,但跟S,閉合相比,這個電路的總電阻變大,總電壓不變,故電流表的示數(shù)變小.
答案:變小 變小
小結:本題引起電表示數(shù)變化的原因是開關處于不同狀態(tài),解決本題的突破口是弄清楚當開關處于不同狀態(tài)時,電路的連接情況和電表的位置.
第3節(jié) 歐姆定律的探究及電阻的測量
重點考點
電學實驗探究題的考查比較常規(guī),有以下幾方面:(1)選取器材及連接電路:根據題目要求,分析或計算出電表的量程和滑動變阻器的規(guī)格,連接電路時開關應斷開,滑動變阻器要“一上一下”接入,且滑片要放在阻值最大的位置.電表的量程和正負接線柱要正確.(2)滑動變阻器的作用:保護電路,改變電路中的電流或用電器兩端的電壓,實現(xiàn)多次測量.(3)分析實驗數(shù)據得出結論.怎樣分析數(shù)據才能得出結論是近年來考試的側重點,要注意結論成立的條件和物理量的順序.(4)多次測量的目的有兩個,如定值電阻的阻值不變,多次測量是為了求平均值減小誤差:燈絲電阻是變化的,多次測量是為了觀察在不同電壓下,電阻隨溫度變化的規(guī)律.難點是單表測電阻和創(chuàng)新型實驗的探究與設計.
中考常見題型 中考常以“探究電流與電壓或電阻的關系”“測小燈泡的電阻”和“測定值電阻的阻值”這三類題型,以實驗探究的方式考查同學們的動手能力和解決實際問題的能力,在常規(guī)的考查基礎上,近幾年又融人器材的選取、電路故障的處理、單表測電阻及如何分析數(shù)據才能得出結論等探究內容的考查.
例5用“伏安法”測電阻,小華實驗時的電路如圖7所示.
(1)正確連接電路后,閉合開關前滑片P應置于滑動變阻器的________(填“左”或“右”)端.
(2)測量時,當電壓表的示數(shù)為2.4V時,電流表的示數(shù)如圖7乙所示,則,_____A,根據實驗數(shù)據可得R2=____Ω.小華在電路中使用滑動變阻器的目的除了保護電路外,還有____.
(3)如果身邊只有一只電流表或電壓表,利用一已知阻值為Ro的定值電阻、開關、導線、電源等器材也可以測出未知電阻Rx請仿照表1中示例,設計出測量Rx阻值的其他方法.
人類很早就認識了磁現(xiàn)象和電現(xiàn)象,我國在戰(zhàn)國末期就發(fā)現(xiàn)了磁鐵礦吸引鐵的現(xiàn)象,在東漢初期就有帶電的琥珀吸引輕小物體的記載。但是,人類對電磁現(xiàn)象的系統(tǒng)研究,卻是在歐洲文藝復興之后開展起來的,到19世紀才建立了完整的電磁學理論。在電磁學發(fā)展過程中,涌現(xiàn)了無數(shù)科學家通過科學假說、實驗驗證、理論分析等研究過程,一步步對自然規(guī)律進行揭示。其中比較典型的有:1785年庫侖定律的發(fā)現(xiàn),使電學進入了定量研究階段,真正成為一門科學;1820年奧斯特電流磁效應的發(fā)現(xiàn),揭示了電流能夠產生磁場;1821年安培的分子電流假說,揭示了磁現(xiàn)象的電本質;1831年法拉第電磁感應定律的發(fā)現(xiàn),進一步揭示了電和磁的密切聯(lián)系;19世紀60年代,英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現(xiàn)象成果的基礎上,建立了完整的電磁場理論,并成功預言了電磁波的存在,1888年赫茲的實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論,從而電磁學發(fā)展到了頂峰。
二、電磁學的知識結構和知識規(guī)律
1.知識結構
2.知識規(guī)律
“電場”一章是學好電磁學的基礎和關鍵,基本概念多,且抽象,如電場強度、電場線、電勢和電勢能等。教材從電荷在電場中受力和電場力做功兩個角度研究電場的基本性質,許多知識要在力學知識的基礎上學習。
“恒定電流”一章是在初中基礎上的充實、擴展和提高,重要的物理規(guī)律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律,電路的等效處理方法和實驗的設計是本章的重點。
“磁場”一章闡明了磁與電的統(tǒng)一性,用研究電場的方法進行類比,可較好地解決磁場和磁感強度的概念。由安培力導出洛侖茲力,由洛侖茲力導出帶電粒子在勻強磁場中的運動規(guī)律等,因此,分析推理是本章的特點。
“電磁感應”一章的重要物理規(guī)律是法拉第電磁感應定律和愣次定理,這部分知識中,能量守恒定律是將各知識點串起來的主線。由于楞次定律較抽象,要通過實驗進行分析、歸納,需加強學生的抽象思維能力。
“交變電流”和“電磁波”是在電場和磁場基礎上結合電磁感應的理論和實踐。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規(guī)律,同時也把波動理論從機械波推到電磁波,從而對物質的波動性的認識提高了一步。
三、電磁學的研究方式:“場”和“路”
電荷周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著,運動電荷的周圍除了電場還存在磁場,磁體的周圍也存在磁場?,F(xiàn)在的科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明了電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形式,是物質相互作用的特殊方式,也是電磁運動的實質。教材中以場為主線,主要有電場、磁場和電磁場。電場強度和電勢是描述電場性質的兩個重要物理量。磁感強度是描述磁場性質的重要物理量。電磁感應規(guī)律是反映電場和磁場間密切聯(lián)系的一種物理現(xiàn)象。麥克斯韋從理論上指出了變化的電場和磁場總是相互聯(lián)系的,一個不可分割的統(tǒng)一體,這就是電磁場。庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律為建立麥克斯韋理論,提供了基礎和實驗規(guī)律。
電路知識具有廣泛的實用價值,以路為主線,主要有直流電路、交流電路(包括振蕩電路)。歐姆定律是從實驗中總結出來的一條重要規(guī)律,是解決電路問題的重要依據。要會分析電路的連接方式(串聯(lián)或并聯(lián))及等效處理方法,電功和電功率的計算,不僅能解決直流電路問題,還可以解決交流電路的問題。
嚴格地說,萬有引力定律的公式只適用于計算質點間的相互作用。質點本身就是一個理想化的模型,當兩個物體間的距離比物體本身大得多時,可以認為是質點。認為當r0時,F(xiàn)∞的錯誤原因就在于實際情況中根本不可能出現(xiàn)r=0的情況,也就是說,在r0時,有質量的物體也就不能再看成質點了。
對于萬有引力定律的適用還可以有下面兩種情況:一是當兩物體距離很近時,如果質量都是分布均勻的球體,此時r應是兩球體球心間的距離,二者間距離最小也是在它們接觸時,r為兩球半徑之和,而不是0。二是若為一均勻球體與球外一質點的萬有引力也可用此公式,式中r是球心到質點的距離,此距離最小是球的半徑,也不是0。
(2)對于庫侖定律公式:F=KQ1Q1/r2僅適用于真空中(空氣中近似成立)的兩個點電荷間的相互作用,在理解庫侖定律時,常有同學認為:r0時,得出庫侖力F∞。
從數(shù)學的角度分析,這是正確的結論,但從物理學的角度分析,這一結論是錯誤的,錯誤的原因和對萬有引力錯誤認識是類似的,原因在于當r0時,兩電荷已經失去了點電荷成立的條件,何況實際電荷都有一定的大小,根本不會出現(xiàn)r=0的情況,也就是說,在r0時電荷已經不能再看成點電荷了,違背了庫侖定律的適用條件(真空、點電荷),不能再運用庫侖定律計算兩電荷間的相互作用了。
(3)對于閉合電路歐姆定律,根據歐姆定律及串、并聯(lián)電路的性質來分析電路中某一電阻變化而引起的整個電路中各部分電學量的變化情況,在分析這一動態(tài)電路的基本方法中,可以用極限方法。極限法:因變阻器滑片滑動引起電路變化的問題,可將變阻器的滑動端分別滑至兩個極端去討論。
先用兩個例題來分析:
例1 如右圖所示電路中,已知電源電動勢E=3V,內電阻r=1Ω,R1=2Ω,滑動變阻器R的阻值可連續(xù)增大,求:當R多大時,R1將消耗的功率最大,且為多少?
解析 由P=I2R知,對于R1消耗的功率
P1=I2R1當I最大時,P1最大,要使I最大則由I=E/(r+R1+R)可知應使R=0,當R=0時R1將消耗的功率最大:Pm= R1E2/(r+ R1)2 =2W
例2 分析閉合電路路端電壓與電流關系:U=E-Ir ;I=E/(r+R)。(E、r不變)
用極限法來分析是很容易理解的。
在電學復習課中,筆者認為應以電學中基本的電路為基礎,打破章節(jié)的束縛,采用問題教學法,引領學生系統(tǒng)梳理本章所涉及的物理概念,重溫重要的物理實驗,強化重要物理規(guī)律的探究方法與過程,同時,以基本電路為原型,設計重要題型,注重變式教學,舉一反三,提高學生分析問題解決問題的能力.
蘇科版九年級物理第十四章《歐姆定律》中的基本電路如圖1所示.以此電學基本電路為主線,進行整個章節(jié)的系統(tǒng)復習教學,可以讓學生感覺到重點突出,思路清晰,耳目一新,還可以調動學生學習的積極性,活躍課堂氣氛,提高復習效果.
1利用基本電路,進行物理概念和規(guī)律的復習
物理概念和規(guī)律是物理學的基礎,在物理的復習課中加強對物理概念和規(guī)律的再次重溫與梳理,應是復習課的重要內容之一.在對《歐姆定律》復習時,筆者以此基本電路為基礎,采用問題教學法,突出學生主體地位,引導學生梳理相關電學概念.
問題1此基本電路由電阻元件組成,請問電阻的定義、單位和影響因素各是什么?在研究影響電阻大小因素時采用了什么物理方法?
學生:電阻是導體對電流的阻礙作用,電阻的單位是歐姆(Ω),影響電阻的大小的因素有導體的長度、橫截面積、材料和外界的溫度,電阻是導體本身的一種性質;在研究影響電阻大小因素時采用了控制變量法.
問題2你能為滑動變阻器寫一份說明書嗎?
學生:滑動變阻器的工作原理是靠改變連入電路的電阻的長度來改變電阻的大小,它在電路中的主要作用是控制電路中的電流大小,起到保護電路的作用,它的正確接法是采用“一上一下”的接法,它的銘牌告訴我們它連入電路的最大阻值和允許通過的最大電流值.
問題3此基本電路中,電路的總電阻應如何計算?電壓的分配與電阻值大小存在怎樣的關系?
學生:串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)電阻阻值之和,公式R總=R1+R2;串聯(lián)電路電壓的分配與電阻成正比,公式U1/U2=R1/R2.
2利用基本電路,加強電學實驗的復習
在第十四章《歐姆定律》中,探究電流與電壓、電阻的關系和伏安法測電阻是本章的兩個重要實驗.運用控制變量法,讓學生再次重溫實驗探究過程,探究電流與電壓、電阻的關系,從而得出歐姆定律,這對提高學生實驗探究能力具有十分重要的意義;會依據歐姆定律測出定值電阻的阻值,在此基礎上通過變式教學,讓學生設計出測電阻的多種方法,在提高學生的實驗操作技能的同時,可以培養(yǎng)學生的的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維.對上述兩個實驗的復習與重溫應是本章復習的重點.但兩個實驗的實驗電路圖是相同的,這為兩個實驗的復習提供了良好的基礎.筆者在復習這兩個實驗時,通過一系列的問題設計,由表及里,層層推進,引導學生思考,從而進一步促進學生加深對這兩個實驗的理解與掌握.
2.1問題:利用這個基本電路,可以完成本章的哪些實驗
學生:探究電流與電壓、電阻的關系;伏安法測電阻.
2.2利用這個基本電路,復習探究電流與電壓、電阻關系實驗的問題設計
問題1:本實驗所采用的實驗方法是什么?
學生:控制變量法.
問題2:本實驗的操作要點是什么?
學生:手移動滑動變阻器的滑片,眼睛觀察電壓表的示數(shù).
問題3:本實驗滑動變阻器有什么作用?
學生:在探究電流與電壓關系的實驗中,滑動變阻器的作用是改變定值電阻電壓;在探究電流與電阻關系的實驗中,滑動變阻器的作用是控制電壓不變;保護電路.
問題4:本實驗數(shù)據記錄表格怎樣設計?(略)
問題5:本實驗得到的實驗結論是什么?怎樣用圖像表示?
學生:導體中的電流與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,這就是歐姆定律的內容.(圖像略)
問題6:歐姆定律的公式是什么?運用歐姆定律計算時,應注意什么問題?
學生:歐姆定律公式是I=U/R,運用歐姆定律計算時,應注意電流、電壓、電阻是同一時刻同一用電器三個物理量,且該用電器是純電阻用電器.
問題7:歐姆定律實驗探究過程中具體問題的設計:在利用這個基本電路探究電流和電阻關系時:
(1)小明先將5 Ω的電阻接入電路讀出電流I,再換10 Ω的定值電阻讀出電流,發(fā)現(xiàn)并不等于I 的一半,請你分析產生這一現(xiàn)象的原因.(沒有調節(jié)滑動變阻器保持電阻兩端的電壓不變)
(2)了解原因后,小明重新進行實驗,實驗過程中他控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5 V.他先用5 Ω的定值電阻進行實驗,再換用10 Ω的定值電阻,合上開關后,你認為電壓表的示數(shù)將(大于)1.5 V,此時應向(右)調節(jié)滑片,使電壓表的示數(shù)仍為1.5 V.
(3)若在這個電路中,電源電壓是3 V,滑動變阻器的最大阻值是15 Ω.實驗過程中小明控制定值電阻兩端的電壓恒為1.5 V,最后用20 Ω的電阻替換10 Ω的電阻接入電路中進行實驗,發(fā)現(xiàn)無法讀取與20 Ω的電阻對應的電流值.經檢查,電路連接無誤,且元件完好,請你幫他找出兩種可能的原因.(原因1:滑動變阻器的最大阻值偏?。辉?:控制定值電阻兩端電壓偏?。?/p>
2.3利用這個電路進行伏安法測電阻實驗的問題設計
問題1:伏安法測電阻的原理是什么?
學生:根據歐姆定律I=U/R.
問題2:在電路連接過程中應注意哪些問題?
學生:連接電路時,開關應斷開.開關閉合前,應將滑動變阻器的滑片移到最大阻值位置.
問題3:在連接電路時,電流表與電壓表的量程應怎樣選擇?
學生:電壓表根據電源電壓來選擇量程;電流表根據電路中所估測的最大電流來選擇量程.
問題4:此實驗中滑動變阻器的作用是什么?表格應怎樣設計?
學生:保護電路;多次測量取平均值,以減小實驗誤差.(表格略)
問題5:若用這個電路測小燈泡電阻,測出的小燈泡電阻不同,是由于實驗誤差的原因嗎?
學生:不是,燈泡電阻受溫度影響.
問題6:在伏安法測電阻的實驗和探究電流和電壓、電阻關系的實驗中都做了三次實驗,它們的目的相同嗎?
學生:不同,前者是多次測量求平均值以減少誤差,后者是排除實驗偶然性.
問題7:在利用這個電路測量定值電阻阻值時,若電流表損壞,如何利用余下的實驗器材測出定值電阻的阻值?
(1)方法1:如圖2甲所示,閉合開關,先用電壓表測出待測電阻Rx兩端電壓為U1,再用電壓表測出滑動變阻器R兩端電壓為U2,變阻器一直處于最大阻值位置,則Rx=U1R/U2.
(2)方法2:如圖2乙所示,閉合開關,將滑動變阻器滑片P滑到a端讀出電壓表示數(shù)為U1,滑片P滑到b端讀出電壓表示數(shù)為U2,則Rx=U2RU1-U2.
(3)方法3:若再提供一個電阻箱,如圖2丙所示,保持滑動變阻器的滑片P不動,只閉合開關S1讀出電壓表示數(shù)為U;只閉合開關S2,并調節(jié)電阻箱R0使電壓表示數(shù)仍為U,則電阻箱R0的阻值為此時待測電阻的阻值.此方法為等效替代法.
問題8:在利用這個電路測量定值電阻阻值時,若電壓表損壞,又如何利用余下的實驗器材測出定值電阻的阻值?
實驗設計總體思路:電路并聯(lián).
3利用基本電路,提高學生解題能力
筆者認為,本章習題繁多,教師在復習時,若不注重總結、歸納和引導,容易使學生陷于題海中.本章雖題目繁多,但通過《義務教育物理課程標準》的學習和對大量題型的認真分析與總結,許多題目設計總是圍繞筆者所提供的基本電路展開.在一節(jié)課復習時間有限的前提下,以此電路為基礎,注重對重要知識點和重點題型的設計就顯得尤為重要.通過對此電路相關問題的精心設計,在師生共同討論與分析前提下,可提高學生分析問題和解決問題的能力,還能使學生觸類旁通,起到事半功倍的效果.
問題1根據表1數(shù)據回答:在這個基本電路中,連接電路需用導線,應從銅線和鐵線中,選用.制作滑動變阻器選擇電阻線材料時,應從錳銅合金和鎳鉻合金中,選用.
表1導線電阻R/Ω導線電阻R/Ω銅0.017錳銅合金0.44鐵0.096鎳鉻合金1.1(導線長1 m,橫截面積1 mm2,溫度20 ℃)
問題2當滑動變阻器的滑片向右移動時,電流表的示數(shù),電壓表的示數(shù),電壓表與電
流表的示數(shù)之比.
問題3當滑動變阻器的滑片向右移動時,若電流表示數(shù)不變且為零,但電壓表的示數(shù)較大,可能的電路故障是;若電流表有示數(shù),但電壓表沒有示數(shù),可能的電路故障是.
問題4在這個電路中,若電源電壓為6 V且保持不變,定值電阻阻值為8 Ω,滑動變阻器R的最大阻值為10 Ω.小明所選用的電壓表量程為0~3 V,電流表量程為0~0.6 A.為了保證電路安全,實驗中滑動變阻器接入電路的阻值范圍是
“伏安法”測電阻可以加深理解歐姆定律,在實踐教學中,通過把教材中的電阻替換為小燈泡來進行實驗,有助于學生構建知識,重在質疑能力。達到電學中教學中的以下目的。
一、可以弄清各物理量之間的關系。
認識定律中的“電壓”、“電流”、“電阻”這三個物理量是對同一導體(或同一部分電路),在同一狀態(tài)下的三個物理量。這就是歐姆定律的“同一性”和“同時性”。歐姆定律的數(shù)學表達式可寫成I=U/R,其物理意義是:導體中的電流跟這段導體兩端的電壓在正比,跟這段導體的電阻成反比。
在學習中,由于學生的數(shù)學經驗,把公式變形U=IR,會錯誤認為導體兩端的電壓跟導體中的電流、導體的電阻成正比,理論上電壓是形成電流的原因,給電阻R加上電壓U,在電阻中就有電流I=U/R,如果電阻R改變了,會引起R中的電流I改變,但不會引起電壓U的變化。公式還可以變形為R=U/I,同樣,又能否認為導體的電阻跟它兩端的電壓成正比,跟其中的電流成反比呢?當然不可以,因為電阻是由導體本身的性質決定的。
二、建立電路的圖景。
根據要求,學生可以畫出等效電路圖,在圖上標出已知量的符號、數(shù)值和未知量的符號,其中標注的各物理量符號,應該是SI制中統(tǒng)一規(guī)定的字母,加深對物理SI制物理量的理解。
三、更好地理解串聯(lián)電路中電壓與電流的關系,認識滑動變阻器的作用。
在實驗中,把滑動變阻器與作為研究對象的小燈泡串聯(lián),總電壓就等于小燈泡兩端的電壓和變阻器兩端的電壓之和。小燈泡兩端的電壓和變阻器兩端的電壓的大小與它們的阻值的大小有關,當滑動片移動時,不僅改變了串聯(lián)電路中的電流,同時也改變了各電阻兩端的電壓。這樣,當改變定值電阻R的大小時,調節(jié)R′可使R兩端的電壓發(fā)生變化。所以,在實驗中,滑動變阻器的作用是改變或控制定值電阻R兩端的電壓。
四、對于計算得到的結果,應該用學過的物理概念和規(guī)律去評估是否合理,然后作出答案,對結果的物理意義加以討論。
在學生的分組實驗中,根據歐姆定律的數(shù)學表達式I=U/R,假定小燈泡的電阻R不變,逐步調節(jié)滑動變阻器,使小燈泡兩端的電壓增大,小燈泡的電流會隨著電壓增大而增大,它們的值應該是定值。這樣做是基于學生對控制變量法的掌握和理解,并采用物理學方法中減少誤差的方法多測幾次來求平均。在實驗中注意要求觀察實驗現(xiàn)象,學生發(fā)現(xiàn)電壓發(fā)生變化時,小燈泡的亮度也發(fā)生變化這個現(xiàn)象。
1.1 貼近生活。各種家用電器的大量使用,為物理教學提供了豐富的感性材料。如電壓、電流、電磁爐等,學生在日常生活中,觀察和接觸的電現(xiàn)象和應用電的知識的事例,恰當?shù)乩脤W生已有的感性認識及生活經驗,通過舉例引導學生提取儲存在頭腦中的印象。教師在課堂上應密切聯(lián)系生活實際,注意身邊的科學,如學生普遍對現(xiàn)代電子信息技術比較感興趣,教師可以針對這一問題,有意識地講述物理知識在電子信息技術中的重要作用等。以日常生活中的電學概念教學,可以增加學生學習的主動性。
1.2 注重實驗。物理學是一門以實驗為基礎的自然學科,物理規(guī)律和理論是以實驗為基礎并驗正的。在物理學里,某些性質不同的物理現(xiàn)象都是要通過實驗來驗證的,運用演示實驗或學生親自做實驗來獲得感性認識,容易更好的集中學生的注意力,培養(yǎng)學生的觀察力,激發(fā)學生的學習興趣。新穎的實驗往往更能吸引學生注意,恰當?shù)貙⒔滩闹械膶嶒灱右园l(fā)展、變化,可以增加學生的好奇心和求知欲。采用演示教學法,在整個教學過程中,教師邊演示、邊提問、邊解答,學生邊觀察,邊考慮問題,把抽象的理論變得具體、生動。使學生在愉悅的教學環(huán)境中,深深感受到學習的趣味性和有用性。
1.3 利用多媒體課件模擬演示。物理概念和原理是比較抽象的,有些現(xiàn)象在傳統(tǒng)的實驗中也是無法展示的,所以僅靠形象、表象和想象對初學者來說是不容易理解和掌握的。但是,利用多媒體課件可以較好地解決這一難點。例如“電流”概念比較抽象,可以利用多媒體模擬電路中電流的流動,看到正電荷從正極向負極運動,這樣將電流轉換成電荷的流動,讓本來看不見的電流變成動態(tài)的畫面,將課本中不動的圖形變?yōu)殡姾刹粩嗔鲃拥膭赢?。遵循學生的思維由淺入深、由表及里,從具體到抽象,由現(xiàn)象到本質的循序漸進的思維過程,可以比較容易地解決這一教學難點。加深學生對電流的感觀認識,從而為建立電流概念打下基礎。
1.4 在公式分析。講解公式時,注重公式推理、得出過程,注重公式的使用條件,主要學習公式的如何使用。這是物理式正確使用的前提,前期學不好,后期無法正確應用。中職學生在初中物理中已學過的部分電路歐姆定律,它只適用于電路中某個導體或某一部分電路的電壓、電流和電阻三者之間的關系?!峨姽せA》中引入了全電路歐姆定律新知識,進一步完善電路中內、外電路的電流、電壓(電動勢)和電阻間的關系,使知識由“部分電路”向“全電路”深化和發(fā)展。教學中可以充分利用部分電路歐姆定律的概念和相關知識,引入全電路歐姆定律的概念。如在課本電路中,將全電路分解為外電路和內電路兩部分,在外電路中,根據部分電路歐姆定律可知負載R兩端的電壓降為:U=IR.在內電路中,電源電動勢E與內阻r的電壓降Ur和電源端電壓的關系是:U=E-Ir。在全電路中,負載兩端電壓U與電源端電壓U相等,且內外電路電流相等,則可得:I=E/R+r即為全電路歐姆定律。通過實例的講解,注意強調部分電路歐姆定律和全電路歐姆定律兩種概念的共同點、不同點以及相互聯(lián)系,使學生對新知識能進一步理解和掌握。
2 提高基礎學力,促進科學素養(yǎng)可持續(xù)發(fā)展
學力,是指通過學習獲得的能力。物理教育在提高學生科學素養(yǎng)的同時,還要提高學生的學力水平,并使更多的學生對物理產生興趣。學力是教育的內核,是學校課程設計的前提。任何一門學科教學的目標大體有四個組成部分:①知識、理解;②技能;③思考力、判斷力;④關系、動機、態(tài)度。前兩部分為顯性學力,后兩部分為隱形學力。就猶如浮在水面上的冰山,浮出水面的僅僅只是冰山一角,而更多的、隱匿在水面下的才是支撐浮出水面部分的基礎,四部分做為一個整體反映了一種學力觀。
在物理教學中,重視對學生“物理思維方法”的培養(yǎng),對學生整體思維素質的提高起著積極的作用。在初中物理教學中,應著重應培養(yǎng)以下幾種思維方法:
1、理想化的思維方法
人們?yōu)榱丝茖W研究,通常需要建立一種理想化的模型,拋開具體事物中的無關因素和次要因素,抓住影響事物的主要因素,從而使物理問題得到簡化。理想化的方法是科學家們常用的一種思維方法。教學中我們應充分利用好教材,向學生滲透這種思維方法,從而使學生逐步認識科學家們?yōu)楹喕瘜嶋H問題所采用的這種思維方法。
2、類比思維方法
許多物理規(guī)律的建立,都采用了類比的思維方法。在物理教學中,我們也應重視對學生進行類比思維方法的訓練,使學生逐步領會這一思維方法。
例如,在功率、電功率的教學中,為了反映做功快慢的情況,我們均可采用類比方法,仿照速度的概念建立,能較容易地引導學生形成功率、電功率的概念。又如在慣性的教學中,為了幫助學生認識慣性是物體的固有屬性這一知識,我也采用了類比方法進行教學:一個正常健康人具有勞動能力(假定成立),正常健康人在參加勞動時具有勞動能力,在休息時也具有勞動能力。物體的慣性正如正常健康人的勞動能力,物體無論是否處于靜止或勻速直線運動狀態(tài),都具有保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)的性質,也就是一切物體任何時候都具有慣性。運用類比方法能幫助學生深刻理解慣性概念,起到較好的效果。
3、分析與綜合的思維方法
任何事物和現(xiàn)象,都是由許多要素、許多屬性組成的統(tǒng)一體。分析就是以事物的整體與部分為客觀基礎,為了從總體上把握事物的性質以及運動規(guī)律,就必須了解其各個組成部份和要素的性質、特點和相互聯(lián)系。綜合是把事物各個部分、側面做為基礎,分析以綜合為前提。分析與綜合所關心和強調的面不同,但都是重要的思維方法。掌握分析與綜合的方法,訓練分析與綜合的思維方法,提高分析與綜合的能力,是中學物理科學方法教育的最主要內容。因此,教師應充分重視對學生進行分析與綜合思維方法的訓練。
例如,《歐姆定律》的教學中、為了探索電流、電壓、電阻這三個相互關聯(lián)的物理量之間的關系,就采取了先分析后綜合的思維方法。先保持其中一個物理量不變,研究其余兩個物理量之間的變化關系;再保持另外一個物理量不變,研究剩余的兩個物理量之間的變化關系。通過實驗在得出:“保持電阻不變時,電流跟電壓成正比;保持電壓不變時,電流跟電阻成反比”結論的基礎上,再綜合得出了歐姆定律。在教學中,教師因充分認識到引導學生領會探索電流、電壓、電阻三者變化關系的思維方法,這比學生知道歐姆定律的結論更為重要。
又如,在《電阻》一節(jié)的教學中,我也采用了分析與綜合的思維進行教學。由于導體可以用不同的材料制成長度不同或橫截面積不同的導體。教師首先提出問題;導體的電阻是否跟材料、長度、橫截面積都有關呢?接著引導學生思考如何探索上述問題,通過討論學生較容易想到采用如同探究《歐姆定律》類似的控制變量的方法進行探索。再通過實驗在分別得出結論的基礎上,再綜合得出導體的電阻跟材料、長度、橫截面積的關系。采取上述方法進行教學,以便學生有更多機會接受分析與與綜合思維的訓練。
4、抽象與概括的思維方法
抽象是在人腦中把事物的本質屬性抽出來的過程。概括是在人腦中把抽象出來的事物的本質屬性加以綜合,推廣到同類事物的過程。抽象與概括也是形成概念與規(guī)律的常用思維方法。例如,慣性概念的形成,為了使學生在感性認識的基礎上進行分析,我們首先精選了如下兩個典型事例:
(1)玻璃杯盛半杯水,上面蓋一塊塑料板,板上放一只雞蛋。當用小棒猛擊塑料板,塑料板離杯飛出,雞蛋卻穩(wěn)穩(wěn)地落入杯中。以此引導學生認識靜止的物體(雞蛋)具有保持靜止的性質,我們把這種性質叫做慣性。
(2)兩塊長方體木塊A、B一起沿著水平面向右作勻速直線運動,當木塊B突然停止時,能觀察到木塊A仍能繼續(xù)向前運動致使出現(xiàn)滑離木塊B。 引導學生認識運動的物體(木塊A)具有保持原來運動狀態(tài)的性質, 我們把這種性質也叫做慣性。