时间:2023-07-19 09:29:38
序论:速发表网结合其深厚的文秘经验,特别为您筛选了11篇欧姆定律的适用范围范文。如果您需要更多原创资料,欢迎随时与我们的客服老师联系,希望您能从中汲取灵感和知识!
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。
(4)机械能守恒定律这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不作功或所作的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(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。
(4)机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(5)动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。
《欧姆定律》一课,学生在初中阶段已经学过,高中必修本(下册)安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基本研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法——列表对比法和图象法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法.这就决定了本节课的教学目的和教学要求.这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法.
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础.本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用.因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段.
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用.
本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析.这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础.
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义.尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏.从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度.对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从数学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义.有些学生常将两种表达式相混,对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清,要注意提醒和纠正.
二、关于教法和学法
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式综合教学法.教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动.在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行大面积课堂提问,让学生充分发表意见.这样既有利于化解难点,也有利于充分发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃.
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实际操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律.同时要让学生知道,物理规律必须经过实验的检验,不能任意外推,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯.
三、对教学过程的构想
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:1.在引入新课提出课题后,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么(不一定让学生回答)?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用.2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答.这样使他们既巩固了实验知识,也调动他们尽早投入积极参与.3.在进行演示实验时可请两位同学上台协助,同时让其余同学注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考.4.在用列表对比法对实验数据进行分析后,提出下面的问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识.到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨.5.在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义.此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨.此处节奏应放慢,可提请学生回答或展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出实验结论的基础上,进一步总结出欧姆定律,这实际上是认识上的又一次升华.要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力.教师重申时语气要加重,不能轻描淡写.要随即强调欧姆定律是实验定律,必有一定的适用范围,不能任意外推.7.为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习,达到巩固之目的.然后结合课本练习题,熟悉欧姆定律的应用,但占时不宜过长,以免冲淡前面主题.
四、授课过程中几点注意事项
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍.
2.注意正确规范地进行演示操作,数据不能虚假拼凑.
3.注意演示实验的可视度.可预先制作电路板,演示时注意位置要加高.有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上,使全体学生都能清晰地看见.
物理规律是物理学知识体系的核心构件,物理规律教学也是中学物理教学成功的关键环节。
1.物理规律是物理学知识体系的核心
物理学的知识体系是以一系列的物理规律凝聚而成的。在物理学发展史上,人们正是以一系列的物理规律为中心而建立了物理学的各个分支体系。例如光的反射定律和折射定律是光学知识的中心,欧姆定律、串并联电路的规律和焦耳定律是电学知识的中心等等。
2.使学生掌握物理规律是物理知识教学的中心任务
学习和研究自然科学,中心任务是掌握自然规律并用来为人类服务。物理学是自然科学中的一门重要学科,学习物理知识的中心任务应该是掌握物理规律并应用于实际。
在物理教学中,要使学生建立概念和掌握规律之间存在着不可分割的、辩证的联系。一方面,形成清晰、准确的概念是掌握规律的基础,如果概念模糊不清,就谈不上准确地掌握规律;另一方面,掌握了物理规律又可以深刻而全面地理解概念。例如,只有理解力的三要素概念(大小、方向、作用点),才能理解同一直线上或互成角度的二力合成的规律(如图1)和二力平衡条件(如2)等;反之,通过掌握力的合成规律和二力平衡条件,又能更深刻地理解力的三要素概念。所以,物理规律的应用比物理概念的应用更为广泛,理解和掌握物理规律才能更有效地利用物理知识去解决实际问题。由此可见,使学生掌握好物理规律是物理知识教学的中心任务。
二、物理规律的特点及其分类
1.物理规律的特点
物理规律反映了在一定条件下某些物理量之间内在的必然联系,它是客观存在的,不以人的主观意志而转移。它具有以下特点:
(1)物理规律只能发现,不能创生。
任何客观规律都只是被发现,而不能被“创生”,但不同学科的规律被认识与发现的途径又是不尽相同的。物理学规律揭示的是物质的结构和物质运动所遵循的规律,因此必然与人们认识物理世界的途径有关,即都与观察、实验、抽象、思维、数学推理等有着密不可分的联系。
(2)物理规律反映了有关物理概念之间的必然联系。
任何一个物理规律,都是由一些概念组成的,这些概念常常表现为物理量,可以用一些数字和测量联系起来,物理规律则把概念之间的一定关系用语言逻辑或数学逻辑表达出来。
例如,欧姆定律是由导体、电流(I)、电压(U)、电阻(R)等概念组成的,研究对象是导体,电流(I)、电压(U)、电阻(R)是3个可测量的物理量。它表明了通过研究对象(导体)的电流与研究对象(导体)的电阻(R是反映研究对象本身的量)和加在研究对象(导体)两端的电压(U)之间的定量关系。
2.物理规律的分类
在大千世界里,物理现象千姿百态,物理运动各有不同的形式,有宏观的、微观的,有机械运动现象、热现象、光现象、电磁现象等,所以物理规律就有多种多样,物理规律也就有不同的表述形式。中学物理规律主要包括以下类型:
(1)物理定律
一般是直接从观察实验的结果中概括总结出来的物理规律,如牛顿运动定律、能量转化与守恒定律、欧姆定律、光的反射定律、焦耳定律等。
(2)定理、原理
定律和原理一般是从已知的物理规律或理论出发,对某特定事物或现象进行演绎、推理,从而得出在一定范围内有关物理量之间的函数关系或新的论断,并经得起实践检验的物理规律。
如阿基米德原理(F浮=G排=ρ液gV)、功的原理等。
(3)方程、公式
这是利用数学式子来描述物理量之间关系的物理规律。
如串联和并联电阻的计算公式:R=R1+R2+…+Rn;
1/R=1/R1+1/R2+…+1/Rn。
(4)法则、定则
即利用特定方法表示的物理规律,如矢量合成的平行四边形法则、右手定则和左手定则等。
(5)其他
如力(包括二力、共点力)的平衡条件、串联电路的分压规律、并联电路的分流规律、平面镜和透镜成像规律、晶体融化和凝固规律、液体压强规律等。
三、物理规律教学的一般过程
人类在研究和探索物理规律的过程中逐步形成了物理学研究的基本方法。学生认识物理规律的过程也相当于一个探索与研究的过程,因此,物理规律的教学方法与物理学的研究方法大体上是一致的。
1.提出问题,创设便于发现规律的物理环境
作为新授课的物理规律的教学,首先要按照导入新课的方法,以提出问题的形式导入学习物理规律的课题。教师要有意识地提供一个便于探索规律、发现规律的物理环境。创设物理环境常用的方法有实验法和举例法。
(1)实验法
教师借助于演示实验或学生实验,使物理现象或过程展示出来,让学生观察。例如讲授牛顿第一定律时所做的小车分别通过毛巾、棉布、木板表面所滑动距离大小的实验(图3)。
(2)举例法
即列举出学生在日常生活中熟悉的、能引导发现规律的物理现象。例如,讲授影响蒸发快慢的因素时,举出以下例子:“同样湿的衣服,晾在树荫下干得慢”;“同样多的水,倒在碟子里干得快,装在瓶子里干得慢”。
2.探索物理事实的内在联系,形成规律
这一教学过程主要是把第一步骤所摆出来的物理事实进行抽象思维,探讨物理规律现象的内在联系,提供建立规律的科学依据。根据不同的物理规律,可以采用下列具体方法:
(1)实验归纳法
例如,用一般水做实验得到“浮力等于物体所排开的水重”,再改用煤油或酒精做实验也得到了同样的结果,而且把物体全部浸入水中或部分浸入水中做实验都得到了同样的结论,最后归纳得到了阿基米德原理。
(2)单因子实验法
对于多因子的物理过程,可运用单因子实验,先分别固定几个物理量而研究其中两个量之间的关系,最后综合为一个完整的物理规律。例如,研究电流与电压、电阻之间的关系,可以先保持电阻不变而改变电压,观察分析电流随电压的改变情况,得到电流与电压之间的关系;再保持电压不变而改变电阻,观察分析电流随电阻的改变情况,得到电流与电阻之间的关系。最后综合成为一条物理规律,即欧姆定律。
(3)先定性后定量推演法
限于中学实验条件,精确测定数据有困难,有些定量的实验不易成功,因此,可以在观察定性实验现象的基础上进行定量推演或分析介绍,最后形成规律。例如焦耳定律,实验时观察通电后煤油温度的高低来定性说明电流产生热量的多少。实验表明,电阻越大,电流强度越大,通电时间越长,电流产生的热量越多。然后介绍科学家焦耳的研究成果,进而得出定量描述,形成焦耳定律:电流通过导体产生的热量跟电流强度的平方成正比,跟导体的电阻成正比,跟通电时间成正比,Q=I2Rt。
3.下定论并对规律进行讨论,加深理解规律
经过第二步的探讨和思维加工,初步形成规律后,要整理成文,用科学而又简明的语言文字或数学工具来表述物理规律。
(1)规律的物理意义
解释规律的内容,说明它表示什么样的物理含义,必要时还要与相近规律进行比较。用数学公式或图像表述规律的,在教学中要引导学生讨论如何根据规律的内容得出公式或图像;反之,又如何从公式或图像来理解其物理意义。例如焦耳定律,其内容是电流通过导体时产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻、通电时间有关,这个关系是正比关系,由此得到焦耳定律的数学表达式为Q=I2Rt。
(2)规律表述中的关键词语和公式中各字母的意义
例如,阿基米德原理的公式F浮=G排=ρ液gV,公式中字母F浮代表物体所受的浮力,G排表示排开液体的重力,ρ液是液体的密度,g是重力加速度,V表示排开液体的体积。这个公式中各字母代表的物理意义,学生必须十分清楚,运用过程中才不至于出现差错。
(3)公式中各物理量的单位
中学阶段,物理单位的教学也不容忽视。
例如公式Q=I2Rt,式中I、R、t的单位分别是安培、欧姆、秒,Q的单位必须是焦耳。
物理规律的公式中各物理量的单位都是确定的,不能随便乱用。
(4)规律的成立条件和适用范围
物理规律本身是反映在一定条件下物理事物内在的必然联系,并且物理规律是在一定条件下和一定范围内总结出来的,因此,也只能在这个条件下、这个范围内才成立。学生学习物理规律时,往往只知道死背条文而忽视了成立条件和适用范围,在实际应用中乱套,在遇到情况变化时就难以下手,所以,在教学中要重视讲清规律的成立条件和适用范围。
在一般物理规律的表述中,前语是成立条件或适用范围,后语是结果,即因果关系基本连结成一个完整的句子。通过分析规律的语句结构,从字里行间就可以知道规律的成立条件和适用范围。例如牛顿第一定律,它的适用范围是“一切物体”,条件是“没有受到外力作用”(原因),结果是“保持静止或匀速直线运动状态”。
有些规律在叙述中只提出成立条件,必要时可以补充说明适用范围。例如阿基米德原理,要指出也适用于气体。有些规律限于学生的基础和认识水平,只强调成立条件,而暂不提适用范围。例如,欧姆定律、焦耳定律,不提及只适用于纯电阻电路。
四、学生学习物理规律中的常见问题
为了有效地引导学生学好物理规律,我们还必须研究和认清学生学习物理规律中的常见问题和心理障碍。在中学阶段,主要存在以下几个方面的问题:
1.感性知识不足
中学物理规律的教学,许多是从事实出发经过分析归纳总结出来的。中学生抽象思维能力不强,他们理解物理规律特别需要有充分的感性材料作基础。如果没有足够的、能够把有关的现象与现象之间的联系鲜明地展示出来的实验或学生日常生活中所熟悉的曾亲身感受过的事例作基础,势必造成学生学习上的困难。
例如,研究电磁感应和自感的有关规律,如果没有足够的、能够逐步揭示现象间本质联系的实验作基础,学生对这些规律就很难理解。
2.学生在日常生活中形成的错误观念的干扰
学生在日常生活中积累了一定的生活经验,对一些问题形成了某些观念。这些观念中,有的比较正确,但往往有一定的表面性和片面性,甚至是错误的观念。这些先入为主的错误观念对学生正确理解物理规律往往起着严重的干扰作用。如:学生在运动和力的关系上往往有“物体受力才能运动,不受外力,物体根本不会运动”的观念,这就给学生正确理解运动和力的关系带来了很大的困难。
3.抽象逻辑思维能力不强
在物理规律的研究和运用中,有时要进行严格的逻辑推理和科学的想象等抽象思维活动;在运用物理规律解决某些问题时,要想取得正确而全面的解答,学生要具有较高水平的思维品质。然而,中学生在心理发展上正处在思维发展过渡期,对于不同年级的学生和不同的学生个体,这个发展在迟早快慢上有差异,有些学生由于没有形成逻辑思维的习惯,抽象思维能力不强,这就使他们在学习和运用物理规律时遇到了较大的困难。
4.不会运用物理规律说明、解释现象和分析解决实际问题
中学阶段,学生在理解物理规律上,经过努力并不会感到很困难,但是运用起来常常会束手无策。形成的原因,除了知识上的欠缺和思维习惯、思维定势的干扰等因素外,最主要的是学生还未掌握运用物理知识去分析、处理、解决问题的思路和方法,因此,学生在完成认识的第二个“飞跃”上困难较大。
物理规律的教学要有阶段性,要有一个逐步深化、提高的过程。对于同一物理规律,初中、高中有不同层次的要求,因此,我们应遵循学生的认知规律,由浅入深,一步步地通过一系列的教学活动,来提高物理规律的教学水平。
参考文献
[1]阎金锋 田世昆 中学物理教学概论[M]。
在物理复习的整个知识体系中,电学知识板块儿尤为重要。一是:它占整个三式合一理化试题物理部分的40%左右,即70分中的近30分属于物理电学试题。二是:电学知识在生产实践中的重要作用已凸显出来。而要学生全面掌握、领会初中阶段电学知识,对于相当一部分初中生来说具有较大的难度。从教以来我听过一些初中电学复习课:有的先把所要用到的电学公式板书在黑板上,再讲典型例题,接着练习;有的则通过学生作题中所反馈的问题对知识进行补充强调,再练习;有的直接强调万变不离其宗,让学生多看教材,然后讲例题等。复习中讲例题没错,但选择的例题过多,又无代表性,既延长了复习时间,又不能使学生的知识得到升华。久而久之,学生疲劳,老师厌烦。要使复习课在短时间内生动、奏效,应选择恰当的例题,在讲例题的基础上,对知识进行归纳和升华。
复习课,一要体现“从生活走向物理,从物理走向社会”,教学方式多样化等新课程理念;二要体现“知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观”三维目标的培养;三要优化学生的认知结构,让学生在教师的引导、帮助下,把学到的知识归纳起来,从而便于提练和记忆。所以对电学的复习要从学生喜闻乐见的小电器起步,从典型例题入手进行归纳总结。
例1:如图-1是一个玩具汽车上的控制电路。小明对其进行测量和研究发现:电动机的线圈电阻为1Ω,保护电阻R为4Ω。当闭合S后,两电压表的示数分别为6V和2V,则电路中的电流为?摇 ?摇?摇?摇A,电动机的功率为?摇?摇 ?摇?摇W。(这是陕西师范大学出版社出版,经陕西省中小学教材审定委员会2008年审定通过的《物理课堂练习册》中的一道题)
学生通常按下列方法计算电路中的电流:
R中的电流:I=U/R=2V/4Ω=0.5A,
电动机中的电流:I=U/R=4V/1Ω=4A,
由此得第一空电路中的电流就有两个值0.5A和4A。
于是第二空的对应值为:P=UI=4V×0.5A=2W与P=UI=4V×4A=16W。这就存在两个问题:
1.根据欧姆定律计算出两个串联元件中的电流不相等,与串联电路中电流的特点相矛盾。
2.由串联分压原理得:U:U=R∶R=1∶4,得:
①当U=2V时,U=8V,得到U+U=2V+8V=10V≠U源;
②当UM′=4V时,U′=1V。U′+U=1V+4V=5V≠U,这与串联电路中的电压关系相矛盾。
对此,应找出题中所涉及的知识点,分析这些知识点间的联系,那上面的矛盾就迎刃而解了。
首先,应对欧姆定律有深入的理解。
例2:如图2所示电路(R≠R≠R)。引导学生分析如下:
1.对电路状态的分析。
(1)当S、S、S都闭合时,R与R并联,并联后作为一个整体再与R串联。A测R中的电流,V测R或R两端电压。
(2)当S、S闭合S断开时,则由图-2演变为图-2(a)到(b)。
R与R串联,R处于断开状态,A测整个电路中的电流。
(3)当S、S闭合S断开时,则由图2演变为图-2(c)到(d)。
R与R串联,R处于断开状态,V测R两端电压。
2.欧姆定律中涉及I、U、R三个量间的关系。
(1)欧姆定律中的I、U、R三个量是针对同一个用电器或者同一部分电路而言的,即必须满足“同一性”。
当图-2中的S、S、S都闭合时,A测R中的电流为I,V测R两端电压为U。此时能否用U与I的比值来计算R或R阻值呢?(即R=U/I)。
如果R=R时,由于R与R并联,所以R两端电压U等于R两端电压U,即U=U=U。根据R=U/I得R=U/I,R=U/I。这样计算出的R2的值虽然是正确的,但属于不正确的方法得出了正确的结果,实属偶然巧合。
若R≠R时,那么R=U/I,若再按R=U/I来计算R的电阻值就没有上述的巧合了。因为电压相等是并联电路电压的特点,R、R中的电流是不相等的。上述中错误地认为R、R中电流相等。这里的电压是R两端电压,而电流是R中的电流,电压与电流是两个不同电阻(或用电器,或电路)的对应量,也就违背了“同一性”。
这就告诉我们,在应用欧姆定律解题时,一定要遵循“同一性”原则,切忌“张冠李戴”,电学中的所有公式都不能违背“同一性”原则。如:W=UIt、Q=IRt、P=UI等。
(2)欧姆定律中的I、U、R三个量必须是同一状态、同一时刻存在的三个物理量,即必须满足“同时性”。
在图-2中,当S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小是否相等?
在图-2中,当S、S闭合S断开时,不难看出,R与R串联:I=I=I则I=U源/(R+R);当S、S闭合S断开时,R与R串联:I=I=I,则I=U/(R+R)。因为R+R≠R+R所以U源/(R+R)≠U源/(R+R),即两次电流不相等。S、S闭合时,R中的电流大小与S、S闭合时R中的电流大小不相等,这是因为S、S闭合时与S、S闭合时电路状态不同,R是在不同的状态下工作,不是同一时间内电流的大小,电流不相等。
在利用公式计算的过程中,不能用第一状态下的量值与第二状态下的量值代入关系式计算。如:要计算R的电阻值,就不能用第一状态下R两端的电压值与第二状态下R中的电流的比值来计算R的电阻值。在计算电流、电压时,也不能这样处理。
因此在利用公式计算时,带值入式的物理量必须是同一状态下的物理量,必须满足“同时性”。
(3)欧姆定律中的I、U、R三个量的单位必须同一到国际单位制,即I―A、U―V、R―Ω。即应满足“统一性”。
除各物理量的主单位外,还应记住常用单位及其单位换算关系,将常用单位换算为国际单位制单位,在利用其它电学公式计算时也要统一单位。
如:电功的公式W=UIt中,各物理量的对应单位:U-V、I-A、t-S;这样W的单位才是J。电热的公式Q=IRt中:I―A、R―Ω、t―S;这样Q的单位才是J。电功率的公式P=UI中:U-V、I-A,这样P的单位才是W。
我们要确定欧姆定律的适用条件。
1.欧姆定律只对一段不含电源的导体成立,即只适用于纯电阻电路。因此,欧姆定律又称为一段不含源电路的欧姆定律。
例1中涉及到电磁转换的知识,电动机工作时实质上也是一个发电机。电动机工作时,其闭合线圈切割磁感线会产生感应电流,所产生的感应电流对流过电动机线圈中的电流有一定影响。
实际上图1相当于一个“RL”串联电路,总电压的有效值不等于各分电压有效值的代数和,即U≠U+U。但得到的电流有效值的关系I=U/Z与直流(或部分)电路的欧姆定律相似,各元件上的分电压与该元件的阻抗(Z)成正比。
虽然电动机工作时产生的阻抗目前初中阶段无法计算出来,但无论电动机工作时产生的阻抗为多少,电路中的电流都等于电阻R中的电流,即I=U/R=2V/4Ω=0.5A。电动机两端的实加电压等于总电压(电源电压)减去电阻R两端的电压,即U=U-U=6V-2V=4V。则电动机的功率为:P=UI=4V×0.5A=2W。
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
上述分析说明,电阻R所在的这部分电路与电动机所在的这部分电路有着本质的不同。从能量转化的角度看:电阻R所在的这部分电路是将电能全部转化为热能;而电动机所在的这部分电路电能只有少部分转化为热能,大部分转化为机械能。前者属于纯电阻电路,后者属于非纯电阻电路。
欧姆定律只适用于纯电阻电路,即用电器工作的时候电能全部转化为内能的电路。例如电熨斗、电暖气、电热毯、电饭锅、热得快等。而电动机、电风扇,等等,除了发热外,还对外做功,所以这些是非纯电阻电路,欧姆定律不再适用。由欧姆定律导出的公式也只适用于纯电阻电路(如:W=IRt W=U/Rt Q=UIt Q=U/Rt P=IR P=U/R等。)
2.欧姆定律适用于金属导体和通常状态下的电解质溶液;但是对于气态导体(如日光灯管中的汞蒸气)和其它一些导电元器件,欧姆定律不成立。欧姆定律对某一导体是否适用,关键是看该导体的电阻是否为常数。当导体的电阻是不随电压、电流变化的常数时,其电阻叫线性电阻或欧姆电阻,欧姆定律对它成立;当导体的电阻随电压、电流变化时,其电阻叫非线性电阻,如:电子管、晶体管、热敏电阻等,欧姆定律对它不成立。
3.欧姆定律只有在等温条件下,即导体温度保持恒定时才能成立。当导体温度变化时,欧姆定律对该导体不成立,因为电阻是温度的函数。
在讲解欧姆定律的应用时,常举白炽灯的例子,实际上白炽灯的钨丝在温度变化很大时电阻具有非线性,随着电流的增大,钨丝的温度升高很多,其电阻也随着变化。对非线性电阻,欧姆定律不成立,但是作为电阻定义的关系式R=U/I仍然成立,只不过对非线性电阻,R不再是常量。
综上所述,例1中第一空电路中的电流有两个值0.5A和4A,一个是在纯电阻电路(电阻R)中用欧姆定律算出的电流0.5A。另一个是用欧姆定律计算在非纯电阻电路(含电动机的电路)中的电流为4A,显然不对。
通过对例1的全面、透彻的分析,我们对电学知识得到了进一步升华:(1)判断电路的连接方式;(2)判断电表的作用;(3)利用欧姆定律解决实际问题时必须注意“三性”;(4)复习了电功率、焦耳定律等相关电学公式;(5)欧姆定律的适用范围。
学生能够领悟到,复习不是为了解题,而是要掌握知识的前后联系,优化知识结构;仔细观察,认真分析;发散思维,以点带面;举一反三,融会贯通。这样,从而体现出知识与技能、过程与方法,以及情感态度和价值观的培养。
参考文献:
[1]王较过.物理教学论.陕西师范大学出版社,2003.
[2]阎金铎,田世坤.初中物理教学通论.高等教育出版社,1989.
[3]梁绍荣等.普通物理学―电磁学高等教育出版社,1988.
一、教材分析
“欧姆定律”一课,学生在初中阶段已经学过,高中选修教材安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基础研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法——列表对比法和图像法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法。这就决定了本节课的教学目的和教学要求。这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法。
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础。本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用。因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段。
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用。本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析,这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础。
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义。尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏。从教学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度。对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从教学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义。
二、关于教法和学法
根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式教学法。教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动。在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行课堂提问,让学生充分发表意见。这样既有利于化解难点,又有利于发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃。
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实验操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律。同时要让学生知道,物理规律必须通过实验的检验,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯。
三、对教学过程的构想
为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:
1. 在引入新课提出课题前,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用。
2. 对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答,这样使学生既巩固实验知识,又调动学生积极参与。
3. 在进行演示实验时可请两位学生上台协助,同时让其余学生注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考。
4. 用列表对比法对实验数据进行分析后,提出问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更深刻的认识。到此应该达到本节课的第一次,通过提问和画图像使学生的学习情绪转向高涨。
5. 在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义。此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨。此处节奏应放慢,可提请学生展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出实验结论的基础上,进一步总结欧姆定律,这实际是认识上的又一次升华。要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力。
7. 为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题进行反馈练习,达到巩固之目的。然后结合教材练习题,熟悉欧姆定律的应用,时间不宜过长,以免冲淡主题。
四、授课过程中注意事项
1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍。
2.注意正确规范地进行演示操作。
3.注意凑示实验的可视度。
4. 定义电阻及总结欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱。
所谓“串反”就是与变化电阻直接或间接串联的电表和用电器的电流、电压及电功率各物理量与变化电阻变化相反,也就是变化电阻阻值变大时,电流、电压、电功率均变小;反之变化电阻阻值变小时,各量均变大。
所谓“并同”,就是与变化电阻直接或间接并联的电表和用电器的电流、电压及电功率各物理量与变化电阻变化相同,也就是变化电阻阻值变大时,电流、电压、电功率各量均变大;反之变化电阻阻值变小时,各量均变小。
二、“串反并同”规律的适用范围和条件
1.如果电源没有内阻或不计内阻,则和电源并联的电压表示数将不变化,显然不能用“串反并同”。除此之外的其他电表和用电器的电流、电压、电功率等物理量的变化还可以应用“串反并同”的规律解题。
2.如果电路中有两个或两个以上的电阻阻值同时变化,就不能用“串反并同”规律了。
3.电路必须是闭合的。若在直流电路中有电容器,而此时电容器所在电路相当于断路,在电路里不会有恒定的电流,这时就不能用“串反并同”规律。
三、“串反并同”规律的应用
对于涉及电阻变化的问题,运用上述“串反并同”规律都能够迅速而准确地进行解答。下面以几道习题为例,说明“串反并同”规律的应用。
例1 (2002年上海高考题) 在如图1所示电路中,当变阻器R2的滑动头P向b端移动时,( )。
A.电压表示数变大,电流表示数变小;
B.电压表示数变小,电流表示数变大;
C.电压表示数变大,电流表示数变大;
D.电压表示数变小,电流表示数变小。
解析:可变电阻R2、电源、R1与电流表A构成串联电路,可变电阻R2、R3与电压表V构成并联电路。当滑片向b点移动时,电阻R2减小。根据电流随电阻变化的“串反并同”规律可知,电流表的示数变大,电压表的示数变小。故选项B正确。
例2(2007年宁夏理综)在如图所示的电路中,E为电源电动势,r为电源内阻,R1和R3均为定值电阻,R2为滑动变阻器。当R2的滑动触点在a端时合上开关S,此时三个电表A1、A2和V的示数分别为I1、I2和U。现将R2的滑动触点向b端移动,则三个电表示数的变化情况是( )。
A.I1增大,I2不变,U增大;
B.I1减小,I2增大,U减小;
C.I1增大,I2减小,U增大;
D.I1减小,I2不变,U减小。
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=。
火箭发动机、火箭箭体的设计 发动机工作原理:与一般的化学动力火箭发动机的工作原理基本相同,模型火箭发动机也是利用自身携带的推进剂在燃烧室燃烧,产生的高温高压燃气流经喷管时不断加速最后以极高速度从喷管出口面喷射出去,从而产生反方向的推力。所不同的是,模型火箭发射机增加了用以实现箭体安全回收的延时剂和开伞剂。
工作过程如下:
a。接通电源点燃点火头,引燃推进剂燃烧产生高温高压燃气,推动模型火箭不断上升。
b。推进剂燃烧完毕后延时剂开始燃烧。
c。延时剂燃烧完毕,开伞剂开始工作,产生大量气体,气体膨胀,冲开火箭箭头,将回收装置连同头锥推出箭体筒段,从而实现箭体分离。
火箭箭体的设计原理及示意图:本火箭为影应《模型火箭安全使用准则》和保障飞行器的飞行不应对人群造成较大的伤害,模型火箭只使用纸张、木材、塑料等轻质非金属材料制作。完全没有使用金属材料制作模型火箭的头锥、尾翼或箭体筒段!因此火箭箭体,通体使用特殊纸材,质量轻,强度高,不易损坏,不易燃易爆;其它部件如头锥、尾翼则采用PP材质,以保证其飞行安全!
本火箭在设计时,充分考虑到,火箭首到底空气流的扰动,破坏其平衡状态的情况下,自动恢复到其原来平衡状态,特把CM(质量中心)设定在CP(压力中心)前,从而自动修正航道,确保其稳定飞行。
[TP12GW89。TIF,X,BP#]
火箭无线电遥控 该无线遥控电子起爆器电路由无线遥控发射电路和无线接收起爆电路两部分组成。无线遥控发射电路由控制按钮S1、电池GBI、无线编码集成电路IC1、无线发射集成电路IC2、电阻器R1、发射天线A1和电容器U1、C2组成,如图所示。 图3是无线遥控发射电路。 图4是无线接收起爆电在下落过程中,圆环受到安培力的方向向哪里。学生在分析这个问题时首先要用楞次定律、右手螺旋定则判断感应电流的方向,而后用左手定则判断安培力的方向,由于这里不是直导体棒用左手定则时还得先在圆环上取一小段来分析,再合成。用常规方法判断出安培力的方向要花费很大的力气。此时教师提出“来拒去留”这个二级结论,通过对比从而使学生产生深刻的印象。
2 WHAT――科学表述二级结论的内容
二级结论不同于物理中常见的概念和规律,很多结论在课本、教师用书等资料中不会有统一的说法。由于缺少统一标准的表述,教师一般会借用一些参考资料或自己归纳出二级结论的内容。这个时候科学表述出二级结论就比较重要。如关于摩擦生热的“Q=f・s相对”的表述,有人将它表述为:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力做的功。表达式f・s相对虽然和功的表达式很相像,但很明显不是功。功的定义式里面的s通常指相对于地面的位移,另外功有负值,而求热量时是不会有负值出现的。所以这种表述是错误的。还有人将它表述为:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力乘以物体相对滑动的位移。这里将s理解为位移就不是很准确,我们知道这种模型中物体有往返运动也是可以的。如果物体相对于另一物体返回到原来位置,则此时相对位移为零。此时由表达式算出热量为零。但是此过程中产生的热量不可能为零。科学的表述是:当一个物体在另一个物体上发生相对滑动时,由于摩擦产生的热量等于滑动摩擦力乘以物体相对滑动的路程。如果一开始二级结论表述就是有问题的,那么学生应用二级结论时会出现各种各样的问题。
3 WHEN――何时提出二级结论
教师需要在恰当的时候提出二级结论。平时教学过程中,有时为了赶教学进度,有教师在某部分内容学习的一开始就给出一些二级结论,然后让学生做题巩固。这种方法看似短时间内提高了学生学习成绩,其实不利于学生能力的培养。例如在学生学习闭合电路欧姆定律后,常常需要对动态电路进行分析。有这样一个常见的问题:
如图2所示的电路中,电源电动势为E,内电阻为r。开关S闭合后,电灯L1、L2均能发光。现将滑动变阻器R的滑片P稍向上移动,下列说法正确的是[TP12GW31。TIF,Y#]
A。电灯L1、L2均变亮
B。电灯L1变亮,L2变暗
C。电流表的示数变小
D。电流表的示数变大
本道题如果用二级结论“串反并同”来分析,则很快可以得出正确的结果。因此有教师主张讲完闭合电路欧姆定律后就立即告诉学生“串反并同”这个二级结论。然而在学生刚学完闭合电路欧姆定律后,练习这道题的的目的更主要的是培养学生对串并联电路的分析能力,加深对闭合电路欧姆定律的理解。学生过早地应用二级结论来解题,会使学生失去练习的机会,会削弱对闭合电路欧姆定律的理解。当然不是说不可以用“串反并同”来解题,我们完全可等学生学完了这一章知识,对闭合电路欧姆定律有着较深的理解后再提出。可见对于这类二级结论,教师需要选择好合适的时机提出,不宜过早也不宜过迟。
4 WHERE――关注二级结论的使用条件[HJ1。55mm]
很多二级结论是在特定的物理情境中推导出来的,因此就有比较严格的适用范围。学生在学级结论时,教师一定要让学生理解其适用范围,否则解题就会出现错误。如下题:
美国《大众科学》月刊网站报道,美国明尼苏达大学的研究人员发现,一种具有独特属性的新型合金能够将热能直接转化为电能。具体而言,只要略微提高温度,这种合金就会变成强磁性合金,从而使环绕它的线圈中产生电流,其简化模型如图3所示。A为圆柱形合金材料,B为线圈,套在圆柱形合金材料上,线圈的半径大于合金材料的半径。现对A进行加热,则A。B中将产生逆时针方向的电流
B。B中将产生顺时针方向的电流
C。B线圈有收缩的趋势
D。B线圈有扩张的趋势
加热后线圈B中磁通量变大,学生如果此时没有仔细思考,依然应用二级结论“增缩减扩”来解题就会选择错误的C选项。事实上由于磁感线是闭合曲线,当线圈B收缩时线圈里的磁通量是变得更大,要阻碍磁通量的变化,线圈有扩大的趋势。所以本道题应该选D。在这种条件下,应用这个二级结论就出现了问题。为此在学生学习这类二级结论时教师就应该限定其使用范围,在哪里、在什么条件下才可以使用此类二级结论。
5 WHO――明确学生的主体地位
建构主义学习理论认为学生学习的过程是学生自我建构知识的过程。学生在学习一般的概念规律时,教师大都能注意到这点。在学级结论的过程中教师也应明确学生的主体地位,重视学生的建构过程。二级结论通常是由概念规律推导出或由一些物理问题在典型的物理情境中归纳推导出来。因此二级结论建立的过程也是学生对概念规律深化理解的过程,是能力得到提升的过程。例如在学习万有引力定律时,有这样一个二级结论:行星绕太阳运动时,轨道半径越大,运动越慢。学生若要理解这个结论中“慢”字,就需要对运动过程中线速度、角速度、周期、频率等物理量,应用万有引力定律分别进行分析,而后归纳出轨道半径越大,运动越慢这个结论。这个过程需要学生自己建构,教师如果直接告诉结论,学生缺少了自我建构的过程,能力无法得到提升,也是无法深刻理解这个结论的。
6 HOW MUCH――有多少二级结论
二级结论究竟有多少个?这个问题恐怕不容易回答。但教师在教学过程中一定要知道准备在这学期或者这个单元中,让学生学习多少个二级结论。哪些要详细讨论,哪些不宜提出。如关于功能关系有这样一个二级结论:克服安培力做的功等于产生的电能。这个结论使用比较复杂,应用时限制条件比较多,对于它的正确与否很多教师还在发表文章进行讨论。因此目前就不宜对全体学生提出。
所谓物理概念是对物理现象和过程的认识,是以精辟的思维形式表现知识的一种手段,是物理现象的特有属性在人脑里的反映。这里讲的物理概念特指无量度公式的物理概念(如:平动、质点、惯性、简谐振动、电场、光的干涉、光的衍射、汽化、蒸发等)。
1.物理概念的教学是物理教学的基础
首先,理论体系的基础都在物理概念,它们占据了物理教学的大半课时。
其次,物理基础知识中的公式、原理、定律都是用概念作为引线,对有关基础知识作有机串联,形成系统化的概念体系。
所以,要重视物理概念教学。学好、掌握并真正理解它们的含义有利于学生掌握基础知识,培养学生学习物理的兴趣。
2.物理概念的教学方法
(1)对物理现象、过程获得必要的感性认识。在教学中,要重视感性认识,为了在感性认识的基础上进行分析,教师必须从有关概念包含的大量事例中,精选那些包括主要类型的、本质联系明显的典型事例进行教学,获得感性认识。
(2)在科学抽象中,突出本质,找出事物的属性。在感性材料认识的基础上,进行分析、比较,找出它们的共同属性,引导学生归纳、总结得出概念。
(3)明确概念,灵活应用。对感性材料进行“科学的抽象”得出结论后,还要了解概念的外延,从概念出发,引导学生拓展,解决一些实际问题,加深对概念的理解和应用。
二、物理定律的教学
物理定律是反映物理量之间的本质联系,因果关系与严格的数量依存关系;凡有关教材中的众多公式,重要推论和原理都可以由它引导与推得。
1.物理定律的教学是物理教学的重点
首先,物理概念,物理量的学习只是一些支离破碎的物理知识,从结构体系上看,这些物理概念,物理量无主心骨,缺乏凝聚中心,所以只有以物理定律作组织的枢纽,物理教学才显得有起有合、能散、能收、内容丰富,形成一个完整的知识体系。
其次,学习的目的不是为了学习而学习,而是为了应用而学习,物理定律就是物理概念,物理量的具体应用。
此外,和物理量的教学一样,物理定律的教学同样能开发学习智力,培养学生思维能力,促进学生个性的发展。
2.物理定律的教学方法
(1)引入新课。在备课中思考,怎样循循善诱,巧妙而有效地向学生交代教学的目的,并转化为学生学习目的,引入新课。
(2)重视实验。物理教学的特点在于突出物理实验。在物理定律的教学上又有特殊性,就是突出定量的演示实验与学生实验,且要做好、做准。以提供学生发现物理规律的必要条件与学习环境。引导学生设计实验装置,学会运用物理实验方法来研究提出的新课题。
(3)弄清物理定律的物理意义与适用范围。学生认识物理定律后,首先要正面理解物理定律的语言表达;其次,要弄清物理定律的数学表达式的真正含义,把和它相邻的公式以及由它导出的公式从物理意义上划清界限,以免混淆不清。例如,就欧姆定律来说,它的数学表达式I=U/R要与电阻的量度公式R=U/I,电阻定律的表达式R=ρL/S和导出公式U=IR的含义都区别开来。此外,还要指明它的适用范围。任何一个物理定律,都是在一定条件下,运用物理的理想过程和理想实验的思想方法得到的。因此,每个定律都有它的适用范围。例如,机械能守恒定律(适用于只有重力和弹力做功的条件下);库仑定律(适用于真空中的点电荷)等。只有知道了它们的物理意义和适用范围,才有利于学生掌握和应用。
三、物理量的教学
物理概念建立量的观念,有量度公式(长度、质量、时间除外,它们是人为规定无量度公式的物理量)的物理概念叫物理量(如:加速度、电场强度、电动势、频率、功、发光强度、折射率等)。
1.物理量的教学是物理教学的关键
(1)物理量是联系关联的概念之间的关系,是物理概念与物理定律的桥梁,有承上启下的作用。
(2)物理量教学可以开发学生智力与培养学生思维能力。心理学讲:“人的思维活动是凭借概念与词汇开展的”。在物理教学中最要紧的是活跃学生头脑里的物理思维活动,无论是物理思维或运用物理思想方法进行研究,都离不开明确的物理里。例如在教电学时,只有学生理解电流强度、电阻、电压三个物理量的基础上,通过演示实验,才能引导学生判断这三个物理量的关系,导出欧姆定律。这样教会学生运用实验与数学相结合的物理科学方法,可以开发学生智力与培养学生思维能力。
(3)物理量教学在发展学生个性上有积极推动作用。历代物理学家的重大发现,都是由他们高度发展的抽象思维能力与兴趣、意志、信念等的智慧结晶。其中促使他们这种个性充分发展的因素,往往都是由于大量实验的物理现象中所形成的新的物理量作导航。例如牛顿的经典力学就是以力、质量、加速度等物理量为出发点,导出牛顿运动定律的结果;法拉第就是由于电动势,磁通量等物理量的提出而导致法拉第电磁感应定律的发现。所以就充分发展学生个性看,要使学生明确物理量。
2.物理量的教学方法
(1)物理量的引入。讲授物理量时,首先要介绍建立物理量的过程,搞清为什么要引入该物理量。新的物理量的引入,不管采取什么方式,为了获得最佳教学效果,所提出的问题必须满足三个条件:一要反映学习这个物理量的客观性与必要性;二要巧妙的把它的教学目的转化为学生的学习目的;三要激起学生的求知欲。例如讲加速度时可以这样引入:“人走路、马拉车、汽车跑、飞机飞,除了运动快慢程度不一样,还有什么不同(速度改变的快慢不同)。不同物体、速度的改变快慢不同,尽管是同一物体(汽车),在不同时间(起动、刹车)速度的改变快慢也不一样,为了描述速度改变的快慢程度而引入加速度这一物理量”。定性的分析引出物理量后,还要定量的研究它的定义式。
(2)建立量的观点,导出量度公式。物理量定量的研究,需要由演示实验、学生实验测出精确的物理量值,运用数学工具来研究它与有关物理量之间的严格数量依存关系,给物理量下定义。例如电场强度,通过实验测出检验电荷在电场中某一固定点所受的电场力跟它本身电量的比值始终是一恒量,不同的点,这一比值不同。
定义:电场中某点检验电荷在该点所受的电场力跟它本身电量的比值叫该点电场的电场强度、方向跟正电荷受力方向相同。(公式:E=F/q方向:跟正电荷受力方向相同,单位:牛顿/库仑)
一、 物理教学中物理量与物理定律之间的关系
物理定律是反映物理量之间的本质联系,因果关系与严格的数量依存关系;凡有关教材中的众多公式,重要推论和原理都可以由它引导与推得。物理概念建立量的观念,有量度公式(长度、质量、时间除外,它们是人为规定无量度公式的物理量)的物理概念叫物理量(如:加速度、电场强度、电动势、频率、功、发光强度、折射率等)。
物理量教学在发展学生个性上有积极推动作用。历代物理学家的重大发现,都是由他们高度发展的抽象思维能力与兴趣、意志、信念等的智慧结晶。其中促使他们这种个性充分发展的因素,往往都是由于大量实验的物理现象中所形成的新的物理量作导航。例如牛顿的经典力学就是以力、质量、加速度等物理量为出发点,导出牛顿运动定律的结果;法拉第就是由于电动势,磁通量等物理量的提出而导致法拉第电磁感应定律的发现。所以就充分发展学生个性看,要明确认识到物理量是师范物理教学的重要一环。此外,和物理量的教学一样,物理定律的教学同样能开发学习智力,培养学生物理思维能力,促进学生个性的发展。
二、 物理定律的教学探究
1、引入新课。物理量的学习只是一些支离破碎的物理知识,从结构体系上看,这些物理概念,物理量无主心骨,缺乏凝聚中心,所以只有以物理定律作组织的枢纽,物理教学才显得有起有合、能散能收、内容丰富,形成一个完整的知识体系。在备课中思考,怎样循循善诱,巧妙而有效地向学生交代教学的目的,并将物理定律的学习转化为学生学习目的,引入新课。
2、重视实验。物理教学的特点在于突出物理实验。在物理定律的教学上又有特殊性,就是突出定律的演示实验与学生实验,且要做好、做准。以提供学生发现物理规律的必要条件与学习环境。引导学生设计实验装置,学会运用物理实验方法来研究提出的新课题。
3、建立量的观念、会用数学公式表示。做定量的演示实验时,要提醒学生,哪个值不变,测哪两个物理量之间变化的对应值,作好实验记录,将其中准确的计算值列入设计好的表格中,运用数学方法,找出确切的数学表达式。一般以运用比例与研究比值的数学工具较多。例如,当m一定时,a∝F;F一定时,a∝1/m,a∝F/m改写成等式a=KF/m(当统一采用国际单位制时,K=1)所以a=F/m或F=ma,这就是牛顿定律的数学表达式。在教学中,应该把这种运用数学研究物理定律的方法交给学生,要求学生学会掌握。
4、弄清物理定律的物理意义与适用范围。学生认识物理定律后,首先要正面理解物理定律的语言表达;其次,要弄清物理定律的数学表达式的真正含义,把和它相邻的公式以及由它导出的公式从物理意义上划清界限,以免混淆不清。例如,就欧姆定律来说,它的数学表达式I=U/R要与电阻的量度公式R=U/I,电阻定律的表达式R=ρL/S和导出公式U=IR的含义都区别开来。此外,还要指明它的适用范围。任何一个物理定律,都是在一定条件下,运用物理的理想过程和理想实验的思想方法得到的,因此,每个定律都有它的适用范围。例如:库仑定律(适用于真空中的点电荷);机械能守恒定律(适用于只有重力和弹力做功的条件下)等。只有知道了它们的物理意义和适用范围,才有利于学生掌握和应用。
三、 物理量的教学方法探究
1、物理量的引入。讲授物理量时,首先要介绍建立物理量的过程,搞清为什么要引入该物理量。新的物理量的引入,不管采取什么方式,为了获得最佳教学效果,所提出的问题必须满足三个条件:一要反映学习这个物理量的客观性与必要性;二要巧妙把它的教学目的转化为学生的学习目的;三要激起学生的求知欲。例如讲加速度时可以这样引入:"人走路、马拉车、汽车跑、飞机飞,除了运动快慢程度不一样,还有什么不同(速度改变的快慢不同)。不同物体、速度的改变快慢不同,尽管是同一物体(汽车),在不同时间(起动、刹车)速度的改变快慢也不一样,为了描述速度改变的快慢程度而引入加速度这一物理量"。定性的分析引出物理量后,还要定量的研究它的定义式。
2、建立量的观点,导出量度公式。物理学中的物理量用数学形式表达成物理公式后,显得特别简单、明确,便于运用它来进行分析、推理、论证。所以数学知识是研究物理问题的工具,用好数学对解决问题是很必要的,但是却不可以单纯从数学角度看待物理问题。例如,根据场强定义式E=F/q,不能单纯从数学角度看,认为E跟分子成正比,跟分母成反比。类似的还有电容C=Q/U电势φ=EP/q电阻R=U/I等。又如,加速度a1= - 8m/a1,a2=5m/a1,不能单纯从数学角度判断a1小于a2。对于物理量,要掌握它的物理意义,理解物理量定义的物理过程与真实的含义。例如电学中电动势的定义式:ε=W/q和电压的表达式:U=W/q,数学符号相同,单位都是伏特,如果学生不理解它们的物理过程与物理含义,就会混淆不清,感到莫名其妙。总之,物理量的学习,不能死记、强背、硬套。要理解性记忆,实质性掌握,灵活性应用。