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“欧姆定律及其应用”的教学目标是让学生理解欧姆定律,并应用欧姆定律进行简单计算;能根据欧姆定律及其电路的特点,更深刻理解串、并联电路的特点;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,观察、实验能力以及分析问题、概括问题、解决问题的能力,并养成学生解答电学问题的良好习惯。通过实验探究等学习方法,激发和培养学生学习科学的兴趣,培养学生实事求是的科学态度以及认真谨慎的学习习惯。
近几年,中考对“欧姆定律及其应用”的考查非常多,归纳一下,主要是从这么几方面进行考查的。
1、以欧姆定律为基础,结合串、并联电路的电压、电流、电阻特点,解决一些简单的计算。
例1、如图3所示, ,A的示数为2.5A,V的示数为6V;若R1,R2串联在同一电源上,通过R1的电流为0.6A,求R1和R2的电阻值。
图3
解析:此题考查了学生对并联电路特点的掌握和对欧姆定律公式的理解。在解物理题中,数学工具的应用很重要。本题可先根据并联电路的特点,找出R1、R2和总电阻的关系。
2、结合伏安法测电阻的相关知识,更深刻的理解欧姆定律的生成,强化电学实验操作技能的考查。
例2、给出下列器材:电流表(0~0.6A,0~3A)一只,电压表(0~3V,0~15V)一只,滑动变阻器(0~10 )一只,电源(4V)一个,待测电阻的小灯泡(额定电压2.5V,电阻约10 )一个,开关一只,导线若干,要求用伏安法测定正常发光时小灯泡灯丝的电阻,测量时,两表的指针要求偏过表面刻度的中线。
(1)画出电路图;
(2)电流表的量程选 ,电压表的量程选 ;
(3)下列必要的实验步骤中,合理顺序是 。
A. 闭合开关 B. 将测出的数据填入表格中
C. 计算被测小灯泡的灯丝电阻 D. 读出电压表,电流表的数值
E. 断开开关 F. 将滑动变阻器的阻值调到最大
G. 对照电路图连好电路 H. 调节滑动变阻器,使电压表的示数为2.5V
解析:欧姆定律的得出是根据伏安法测电阻的电路图来进行探究的,而伏安法测电阻同时也是欧姆定律的一个应用。所以伏安法测电阻与欧姆定律的应用其实是相辅相成的。对伏安法测电阻的相关知识的考查,其实更能帮助学生理解欧姆定律的生成。并且通过自己画电路图的过程,考查了学生对电路连接的作图能力和实验设计能力。
3、应用“欧姆定律”判断电路中各电表的示数变化
例3、如图1所示,电源电压保持不变,当滑动变阻器滑片P由左端向右移到中点的过程中,下列判断正确的是( )
A. 电压表和电压表A1,A2和示数变大
B. 电流表A1示数变大,电流表A2和电压表示数不变
C. 电流表A2示数变大,电流表A1,电压表示数不变
D. 条件不足,无法判断
解析:本题考查了利用欧姆定中电压、电流、电阻的关系来判断电流表、电压表示数变化的同时,也考查了学生对复杂电路的判断能力,电表测哪个用电器的电压,测通过哪个用电器的电流等。R1和R2是并联关系, 测电源电压; 测干路电流, 测R2的电流。
答案: B
4、通过解方程的方法结合欧姆定律,解决由于电阻变化而引起电压、电流变化的题。
例4、 如图2所示,变阻器R0的滑片P在移动过程中电压表的示数变化范围是0~4V,电流表的示数变化范围是1A~0.5A,求电阻器R的阻值、变阻器R0的最大阻值和电源电压U。
图2
解析:在电路中由于电阻发生变化引起的电流、电压变化的题,如不能直接用欧姆定律和串、并联电路特点直接求解,可考虑用方程解题。在设未知数时,尽量设电源电压、定值电阻等电路中不会变化的量。首先分析一下电路图,弄清电流表测量对象,同时可看出电压表示数为0V时,电流表示数最大为1A,电压表示数为4V时,电流表示数最小为0.5A。但根据已知,用欧姆定律和串联电路的特点能直接求出的量只有R0的最大电阻值,别的再无法直接求出,因此这里必须要列方程来解。
5、“欧姆定律”和生活实际的结合,提高学生观察生活的能力和解决实际问题的能力。
例5、下图是新型节能应急台灯电路示意图,台灯充好电后,使用时可通过调节滑动变阻器接入电路的阻值R改变灯泡的亮度,假定电源电压、灯泡电阻不变,则灯泡两端电压U随R变化的图象是( )
解析:灯L和滑动变阻器串联,电源电压U、灯泡电阻 不变。当滑片向左移动时,滑动变阻器的电阻变大,即电路中的总电阻变大,由 知,电路中的电流I会变小,则灯泡两端电压 也会变小。
答案:选C。
结论:授之以鱼不如授之以渔,以上总结的题目类型可能并不完全,但只要学生能掌握并真正理解欧姆定律的内涵,就能很好的应用它来解决生活实际中真正出现的问题,把理论转化为实践才是学习的真正目的。
参考文献
[1] 谢妮.欧姆定律教学的优化设计[J]. 职业
《欧姆定律及其应用》这一节在学生学习了电流表、电压表、滑动变阻器的使用方法及电流与电压、电阻的关系之后才编排的。通过这一节的学习,要求学生初步掌握和运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法,了解运用“控制变量法”研究物理问题的实验方法,为进一步学习电学内容打下一定的基础。
2.教学目标
(1)知识目标
理解掌握欧姆定律及其表达式,能用欧姆定律进行简单计算;根据欧姆定律得出串并联电路中电阻的关系;通过计算,学会解答电学计算题的一般方法,培养学生的逻辑思维能力。
(2)技能目标
学习用“控制变量法”研究问题的方法,培养学生运用欧姆定律解决问题的能力。
(3)情感目标
通过介绍欧姆的生平,培养学生严谨细致的科学态度和探索精神,学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神。通过欧姆定律的运用,帮助学生树立物理知识普遍联系的观点以及科学知识在实际中的价值意识。
3.重点和难点
重点:理解欧姆定律的内容及其表达式和变换式的意义,并且能运用欧姆定律进行简单的电学计算。
难点:运用欧姆定律探究串、并联电路中电阻的关系。
二、说学生
1.学生学情分析
在学习这节之前学生已经了解了电流、电压、电阻的概念,并且还初步学会了电压表、电流表、滑动变阻器的使用,具备了学习欧姆定律基础知识的基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系的认识是肤浅的、不完整的,没有上升到理性认识,需要具体的形象来支持。所以在本节学习中应结合实验法和定量、定性分析法。
2.知识基础
要想学好本节,需要学生应具备的知识有:电流、电压、电阻的概念,电流表、电压表、滑动变阻器使用方法,电流与电压、电阻的关系。
三、说教法
结合学生情况和本节特点本人采取以下几个教法:采用归纳总结法、采用控制变量法、采用定性分析法和定量分析法。
四、说教学过程
1.课题导入(采用复习设置疑问的方式,时间3分钟)
复习:电流是如何形成的?导体的电阻对电流有什么作用?
设疑思考:电压、电阻和电流这三个量之间有什么样的关系呢?通过简单的回顾、分析,使学生很快回忆起这三个量的有关概念,通过猜想使学生对这三个量的关系研究产生了兴趣,达到引入新课的目的。
2.展开探究活动,自主总结结论(时间37分钟)
根据上节探究数据的基础,让学生自主总结出两个结论:导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比;导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。
为了进一步得出欧姆定律的内容,可采用以下几点做法:各小组在教师指导下,对实验数据进行数学处理,理解数学上“成正比关系”“成反比关系”的意思,从而引入欧姆定律的内容;让学生思考用一个什么样的式子可以将这两个结论所包含的意思表示出来,从而引入欧姆定律的表达式。
3.说明事项
在欧姆定律中有两处用到“这段导体”,其意思是电流、电压、电阻应就同一导体而言,即同一性和同时性。
向学生介绍欧姆的生平,以达成教学目标中的情感目标。学习科学家献身科学、勇于探索真理的精神,激发学生的学习积极性。
欧姆定律应用之一:通过课本第26页例题和第29页习题2和习题3,让学生自己先试做,然后教师再加以点评和补充,使学生理解掌握欧姆定律表达式及变形式的应用,达成教学目标的知识目标,充分体现了课堂上学生的自主地位。
应用欧姆定律解题时应注意以下几点问题:
(1)同一性
即公式中的U、I,必须针对同一段导体而言,不许张冠李戴。
(2)统一性
即公式中的U、I、R的单位要求统一(都用国际主单位)。
(3)同时性
即公式中的U、I,必须是同一时刻的数值。
(4)规范性
解题时一定要注意解题的规范性(即按照已知、求、解、答四个步骤解题)。
欧姆定律应用之二:探究串并联电路中电阻的关系。
(1)实验分析
在演示实验之前,要鼓励学生进行各种大胆的猜想,当学生的猜想与实验结果相同时,他会在实验中体验到快乐与兴奋,有利于激发学生的学习兴趣。
①演示实验
将两个电阻串联起来,让学生观察灯泡的亮度情况(变暗了),并说出原因(电路中的电流变小了,说明总电阻变大了)。
得出结论:串联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都大。
②演示实验
将两个电阻并联起来,同样让学生观察灯泡的亮度情况(变亮了),并说出原因(路中的电流变大了,说明总电阻变小了)。
得出结论:并联电阻的总电阻比任何一个分电阻的阻值都小。
(2)定性分析
(提出问题)为什么串联后总电阻会变大?并联后总电阻会变小?
得出结论:电阻串联相当于导体的长度变长了,所以串联电阻的个数越多总电阻就越大;电阻并联相当于导体的横截面积变粗了,所以并联电阻的个数越多总电阻就越小。
(3)定量分析
利用欧姆定律公式以及前面学过的串并联电路中电流和电压的特点推导串并联电路中总电阻的关系得出结论:(1)电阻串联后的总电阻R串=R1+R2+…+Rn;(2)电阻并联后的总电阻=+…+。
4.小结(4分钟)
(1)理解掌握欧姆定律的内容及其表达式
(2)运用欧姆定律解决有关电学的计算题以及探究串、并联电路中电阻的关系
5.布置作业(1分钟)
本节作业的布置主要是针对欧姆定律表达式及其变形公式的运用,并结合前面学习过的串并联电路中电流、电压的特点的一些常见题型加以知识的巩固。
作业:《课堂点睛》17页至18页的习题。
五、说板书设计
欧姆定律的内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。
欧姆定律的表达式:I
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: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。
欧姆定律是电力计算的基础,在初中阶段我们只是简单地对欧姆定律做一些介绍,但是许多同学还是对于基本概念问题感到疑惑,如果学生在欧姆定律的基本概念上犯了错误的话,将会对于今后的学习生活带来更大的错误.欧姆定律的内容是,在同一段电路中,通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与电阻成反比.随着社会快速的发展,欧姆定律逐渐被人们看重,世人也逐渐明白欧姆定律的重要性.在初中物理中,老师主要建立学生对于欧姆定律的根本认知,让学生了解定律中的内涵,在变换知识重点时也可以迎刃而解.欧姆定律只适用于最简单的纯电阻电路,但是这在初中范围内已经十分实用了,不考虑在工作时的损耗,电能直接转化为内能.在解决欧姆定律的问题时要使用标准的国际单位制,单位使用伏(V)、安(A)、欧(Ω).例如在题目中对于欧姆定律的公式进行进一步的理解,在电流流过时改变长短、改变横截面积、改变导线的材质等方法,这些因素是否会改变导线的电流变成了学生和老师进行探讨的课题.根据公式,改变横截面积与改变导线的材质会使电流的大小改变.电阻的概念问题是学生学习的重点与难点,很多同学不知道电阻其实是导体本身的属性,取决于导体本身的材质与属性,电阻值只是为了计算时方便使用的一种计量单位与外加的电压与电流并没有什么关联,所以要改正学生所想的电阻随着电压改变的错误观点,要及时在学生的脑中建立正确的物理概念.
2.基本概念的应用问题
欧姆定律中的基础元件其实很简单就是导线中的电阻,欧姆定律中主要讨论的就是电压、电流与电阻三者之间的关系,要理解他们之间的关系,让学生理解电流随着电压与电阻的变化而变化,对于多个变量的问题要尽量将变量统一成为一个,这样方便学生对于事物的处理能力,在初中学习生活中要使学生尽量掌握这种方法帮助解决其他的物理问题,当学生掌握这些知识时,可以进一步地学习电学知识和简单的电力计算,这也是初中物理的重点知识.在基本元件使用时,学生要注意电阻在电路中是串联还是并联,在使用情况不同的场景下,电阻所起到的作用是一样的,但是电流与电压的关系却恰恰相反.在并联的情况下,每条支路的电流总和为从电源出来的电流,这条定律在现在大学的知识中依旧使用,只是变得更加高级———在一个节点流入和流出的电流之和为零;并联电路的电压都是相同的.在串联的情况下,回路中的电阻的电流都是相同的,电压根据电阻进行分压.在使用基础式子时,学生要理清串联与并联之间的关系,通过变量之间的关系才可以记住繁琐的知识点.在题目中我们经常看到通过改变支路的个数或者电阻的个数来讨论电流与电压的大小,经过这样的问题,我们要时刻保持警惕,清楚准确地了解并联与串联的关系导致电流电压的不同.
3.基本元件的使用问题
在初中物理知识中,主要使用的基本元件是电流表、电压表和变阻器,这些元件是最基本的,不仅仅要在题目中能分辨出它们,还要在现实生活中可以自在地使用这些元器件.这些内容是学生无法立即掌握的知识,要经过长时间的演示才可以让学生明白这些仪器的使用与操作.这项工作要直接将学习的内容建立在学生的头脑中,不要让学生对于这项实验有误解,不带有一丝疑问地学习下去,认真地做好演示.在研究方法上我们将选择在上述中说过的控制变量法,对于所拥有的三个变量进行限制:如固定电阻不改变,研究电流与电压的关系;固定电压不变,研究电流与电阻的关系,在这样的情况下我们才可以看清变量之间的实验关系.要直接在电源的正极开始,按照正极入、负极出的原则进行接线,要将线路连接起来形成一个闭合回路,电压表要并联在电阻上,这样不会使线路断路,不要忘掉电源和滑动变阻器在线路中的重要作用,可以根据真实的题目来进行连线.这时候电流表所显示出来的数为所接线路上的电流值,电压表所显现出来的数字为所并线路上的电压数值.
4.欧姆定律的变量问题
在初中物理的欧姆定律的讲解中,变化量的问题往往是难住学生与老师的一类的题型,难住学生使学生无法在知识中找到有效解决这类问题的方法,难住教师是因为教师因为这类题目过于繁琐,无法将这类知识有效地、系统地将学生教会,所以找出有效的方法教给学生是解决变量问题得分少的方法.本着从易到难的原则,先从一个电阻的问题讲起,再扩展到两个电阻、三个电阻的情况,在此基础上逐渐拓宽学生的思路,逐渐掌握所学知识,让学生找到学习的目标以及方法.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呢?很简单利用欧姆定律的概念就可以解出ΔU=ΔI•R,通过这个公式可以得到电阻的值.当难度增加时,由一个电阻变为两个电阻,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,在这样的问题上将变化电阻上的电压与电流之比转化为定值电阻上电压与电流之间的关系就可以了,将变化的问题转化为固定的关系之间的数值,明显地简化了许多变量问题的计算.当变量变为三个电阻时,难度进一步的增大,大部分学生认为这是一项不可能完成的任务,大部分学生放弃了这类题,在遇到这类问题时我们要将三个电阻尽量化为两个电阻的问题,在这个问题上学生可以恢复自信心,跨过思维障碍.通过电压表与电流表的位置,将电阻进行合并,这样不管有多少电阻都可以化简为两个电阻,这样学生会感觉题目简单多了.
5.实验中遇到的问题
在教学中笔者发现借助Excel电子表格软件处理实验数据,我们可以迅速、准确地根据大量数据作出相应地图像,或计算出按某一规律变化的实验数据的结果,从而帮助我们找到蕴涵地规律,改善教学效果。本文根据笔者在《欧姆定律》的课堂教学实际,用实例来说明Excel电子表格软件在物理教学中地具体应用。
欧姆定律一节教学的重点是正确理解欧姆定律及其适应条件;难点是对电阻的定义的理解,对伏安特性曲线的理解。为了使学生更好地理解欧姆定律及线性元件和非线性元件的特点,本节课做好两个演示实验,通过实验探究得到结论,引导学生获得新知。
一、根据实验数据做电阻的U-I图像。
演示实验一如图所示:通过研究电阻R两端电压U电流I变化关系得到R、U、I三者关系。教学当中应用Excel电子表格l软件处理实验数据。引导学生得到实验结论。
操作步骤
1.打开Excel电子表格工作簿,建立下图所示的表格,并将实验数据填写在表格中。
2.在D5单元格中输入=D3/D4,在向右拖动,将会得到七组实验数据中的U/I比值,如上图所示。
3.也可以选中这些数据后用鼠标左键单击窗口"插入"按钮,再选中图表栏,屏幕上会出现"图表向导-4步骤之1-图表类型"对话框。
4.在“图表类型”菜单中选择“XY散点图”,然后点击“下一步”,出现对话框(这时注意在系列中选择X轴的数据和Y轴的数据)继续点击“下一步”。
5、在图表向导-4步骤之2-图表源数据“对话框中点击”下一步“屏幕上会出现”图表向导-4步骤之3-图标选项对话框。在“标题下”的“图标标题”中输入“U-I图像”;在“数值(x)轴”中输入“I/A”在数值(y)轴中输入“U/V”,然后点击“下一步”,再点击“完成”即可。
6.用鼠标右键点击绘图区中的任何一个数据点,出现下拉式菜单,选“添加趋势线”,弹出“添加趋势线”窗口。点击“类型”在菜单中选择“线性”(由于我们这个实验的数据所描绘的点几乎分布在一条直线上,所以应该选择“线性”);然后点击“确定”。在Excel电子表格图表区中会出现由Excel电子表格根据数据自动作出的“U-I”图像,如下图所示。
二、做电阻R的伏安特性曲线(I-U图像)。
A.电阻一定时,电流随着电压的增大而增大
B.电阻一定时,电压随着电流的增大而增大
C.电压一定时,电流随着电阻的增大而减小
D.电压一定时,电阻随着电流的增大而减小
分析:(1)图像的横坐标表示电阻,纵坐标表示电流,因此得到的是电流和电压的关系;(2)图像是个反比例函数图像,因此说明电流与电阻成反比,即电流随电阻的增大而减小;(3)在探究电流与电阻的关系时,应控制电压不变.
综上,由图像可得出的结论是:电压一定时,电流随电阻的增大而减小.
答案:C
例2.在如图所示的电路中,电阻R1的阻值为10欧.闭合电键S,电流表Al的示数为0.3安,电流表A的示数为0.5安,试求:
(1)通过电阻R2的电流是多少?
(2)电阻R2的阻值是多少?
分析:(1)分析电路图可知,两电阻并联,电流表A1测流过R1的电流,电流表A2测总电流.则由并联电路的特点可求得流过R2的电流.
I2=I-I1=0.5A-0.3A=0.2A.
(2)对于R1,由欧姆定律可求得电路两端的电压.对于R2,由欧姆定律可求得R2的阻值.由欧姆定律得:U1=I1R1=0.3A×10Ω=3V,因两电阻并联,故U2=U1,则R2=U2/I2=3V/0.2A=15Ω.
答案:(1)通过R2的电流是0.2A;
(2)电阻R2的阻值为15Ω.
例3.如图所示为伏安法测量小灯泡电阻的电路图.
(1)在电路图甲中的“”内填上电表符号;
(2)闭合开关S,电流表示数如图乙所示.向A端移动滑片P,小灯泡的亮度会变_____;
分析:(1)根据电压表与灯泡并联,电流表与灯泡串联的连接方式,可以判断空圈内填什么电表.
(2)滑动变阻器接左半段,滑片向A端移动,左半段变短,电阻变小,总电阻变小,电路电流变大,灯泡变亮.
答案:(1)
(2)亮
【小试牛刀】
在探究“电流与电压、电阻的关系”的过程中,两小组同学提出了以下猜想:
小组1猜想:电流可能跟电压成正比;小组2猜想:电流可能跟电阻成反比.
( 1)小组1的做法是:按图1所示连接电路,此时开关应处于_____状态(填“断开”或“闭合”).保持定值电阻R=10Ω不变,闭合开关S后,调节滑动变阻器R′,得到多组数据.在分析数据的基础上得出正确结论.
(2)小组2也连接了如图1所示的电路图.
正确的实验步骤为:
①将5Ω电阻接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数为1.5 V,记录电流表示数;
②将5Ω电阻换成10Ω电阻,闭合开关后发现电压表示数大于1.5 V,应将滑动变阻器的滑片向______(填“左”或“右”)移动,当观察到电压表示数变为_________ V时,记录电流表示数;
③将10Ω电阻换成15Ω电阻,闭合开关后发现:当滑动变阻器的滑片移动到最右端时,电流表和电压表的示数如图2所示.出现上述情况的原因可能是()
A.滑动变阻器最大阻值太大
B.滑动变阻器最大阻值太小
C.滑动变阻器断路
Several ways for measuring the resistance through the voltammetry
He Hongkai
【Abstract】Measuring resistance through the voltammetry is one of important experiments in junior physics experiment. Because the equipment is used differently, we can adopt several different ways to measure. In this paper, the writer has introduced the routine way as well as several kinds of transformative way of this experiment, which has enriched teaching and also aroused students’ learning interest and exploring appetite.
【Keywords】Measuring resistance through the voltammetry Routine way Transformative way
伏安法测电阻是初中物理实验的重要实验之一,该实验综合检查了学生对电流表、电压表、滑动变阻器等的正确使用。实验的原理是利用欧姆定律 ,将公式变形得 ,只要测出导体两端的电压及通过导体的电流,就能算出待测电阻的阻值。该实验由于使用的器材不同,可用几种不同的方法来测量。
1.常规方法。
实验器材:待测电阻1只、电压表1只、电流表1只、开关1只、电源1个、滑动变阻器1只、导线若干根。
实验电路图:
实验步骤:
①根据电路图,连接实物(注意电流表、电压表、滑动变阻器连入的方法要正确)。
②闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,从电流表、电压表分别读出一组电流、电压值,计算出电阻值。
③改变滑动变阻器滑片的位置,再测出两组电流、电压值,分别算出相应的电阻值。
④计算出三次电阻值的平均值,即待测电阻的阻值。
2.变形方法。
2.1 变形一。
实验器材:待测电阻1只、电压表1只、阻值已知的电阻1只、开关1只、电源1个、滑动变阻器1只、导线若干根。
实验电路图(电压表在测量具体物理量时再连入):
实验原理:欧姆定律、串联电路电流、电压关系。
方法一、用电压表分别测出R0、Rx两端的电压U0、Ux,待测电阻的阻值Rx:
方法二、用电压表测出R0两端的电压U0,及R0、Rx两端的总电压U,待测电阻的阻值Rx:
方法三、用电压表分别测出R0、Rx两端的总电压U,Rx两端的电压Ux,待测电阻的阻值Rx:
2.2 变形二。
实验器材:待测电阻1只、电流表1只、阻值已知的电阻1只、开关1只、电源1个、滑动变阻器1只、导线若干根。
实验电路图(电流表在测量具体物理量时再连入):
实验原理:欧姆定律、并联电路电流、电压关系。
方法一、用电流表分别测出R0、Rx的电流I0、Ix,待测电阻的阻值Rx:
方法二、用电流表测出R0支路电流I0,干路电流I,待测电阻的阻值Rx:
方法三、用电流表测出Rx支路电流I x,干路电流I,待测电阻的阻值Rx:
2.3 变形三。
实验器材:电流表1只、阻值已知的电阻1只、开关2只、电源1个、导线若干根。
实验电路图:
实验原理:欧姆定律、并联电路电流、电压关系。
测量数据:
①闭合S1,断开S2,读出电流表的读数I1。
②同时闭合S1、S2,读出电流表的读数I,则Rx支路电流Ix:Ix=I-I1
结论:
2.4 变形四。
实验器材:电压表1只、阻值已知的电阻1只、开关3只、电源1个、导线若干根。
实验电路图:
实验原理:欧姆定律、串联电路电流、电压关系。
测量的数据:
①闭合S、S2,断开S1,读出电压值U。
②闭合S、S1,断开S2,读出电压值U1,则Rx两端的电压Ux:Ux=U-U1。
1、知识与技能
(1)能说出欧姆定律的内容、公式及其涉及的单位;
(2)理解欧姆定律,能进行欧姆定律公式的变形,理解应用公式时要注意“同体性”和“同时性”,会在新的问题情境中,应用欧姆定律进行解释、推断和计算。
2、过程与方法
(1)经历探究通过导体的电流与电压、电阻的关系的实验研究过程,从而能较熟练地运用图像处理实验数据,了解电流与电压、电阻间的正比、反比关系。
(2)初步学会在实验探究的基础上交流讨论,互相合作。
(3)学习用数学公式来表达物理规律的方法,体会这样做的优势。
3、情感态度与价值观:
结合欧姆当年研究电流、电压和电阻三者关系的简史,培养学生刻苦钻研、大胆探索的科学精神,同时让学生在自我实现中增强成功体会。
二、教学重点:
欧姆定律所揭示的物理意义及其数学表达式;
三、教学难点:
欧姆定律的实验设计及学生对实验数据的分析、归纳以及结论的得出。
四、教学器材:
调光灯、小灯泡、电池组、滑动变阻器、电流表、电压表、阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω的电阻各一个、导线数根等。
五、教学过程
(一)设置物理情境进行讨论,提出问题。
如图的电路,你有哪些方法可以改变小灯泡的亮度?小组内讨论,然后进行交流。
学生的方法:①改变电源的电压,②改变定值电阻的阻值③串联一个滑动变阻器等。
实验验证,学生观察灯的亮度的变化
师:灯时亮时暗说明什么?
生:电路中的电流有大有小。
师:电路中电流的大小由哪些因素决定?
(二)大胆猜想,激活思维
鼓励学生大胆猜测:你猜电流的大小究竟由哪些因素决定呢?
学生分组讨论,教师适当提示。学生联系已学内容以及刚才的实验现象,猜想:电流与电压的大小有关,因为电压是形成电流的原因;电流与导体的电阻有关,因为电阻对电流有阻碍作用——教师针对学生的回答,给予肯定:最后,根据猜想师生共同得出结论:电路中的电流与电压、电阻两者有关:
过渡:到底有怎样的关系呢?
“创设情景——提出问题——猜想”这两步引起学生极大的兴趣,学生注意力高度集中,急切盼望问题的解决,产生主动探索的动机,
(三)设计实验
1、课件出示思考题
(1)根据研究电阻大小影响因素的方法,这个问题应采用什么方法研究?
(2)选择使用哪些器材?
(3)该实验应分几步,具体步骤怎样?
2、学生激烈讨论,明确本问题的研究方法:必须设法控制其中一个量不变,才能研究另外两个物理量之间的变化关系,即控制变量法。
学生讨论,提出本实验必须分两步来完成:第一步,保持R不变(确定应该用定值电阻而不用灯泡),研究I与U的关系;第二步,保持U不变,研究I与R的关系。对于第一步,改变U(用电压表测),观察I(用电流表测量),且电压的调节可通过:改变电池节数来实现(阻值为R的电阻直接接在电源两端),或者通过电阻与滑动变阻器串联,移动变阻器滑片来实现。
师生共同讨论:通过改变滑动变阻器的滑片改变电阻两端的电压比通过改变电池节数方案要好。
(四)分组合作,深入探究
在此环节中,学生以小组为单位,像科学家那样兴趣盎然地开始按拟定的方案实验,边做边想边记。教师巡视,注意他们的设计是否合理,仪器使用是否得当,数据记录是否正确,作个别辅导。
学生在教师的指导下,自觉、主动地和教师、教材、同学、教具相互作用,进行信息交流,自我调节,形成了一种和谐亲密、积极参与的教学气氛和一个思维活跃、鼓励创新的环境。学生的思维在开放、发散中涨落,在求异、探索中又趋于有序,这培养了学生的独立操作能力,发展了学生的思维能力、创造能力:
(五)综合分析,归纳总结
例2、家庭中使用的是交流电,当人体通过交流电的电流达到50mA时,就会导致人体呼吸麻痹、心室颤动。假定某人身体的电阻为2kΩ,算一算,当通过50mA电流时的电压是多大?
初次应用欧姆定律进行计算的计算题,规范解题的要求。
(七)课堂教学小结与延展:
一、物理教学策略设计案例
我们来分析针对《欧姆定律》一节课分别用归纳教学策略和探究教学策略设计的两则案例:
【案例1】 运用归纳教学策略设计的教案
1.导入:讲述欧姆为探索真理,十年呕心沥血,坚持不懈地研究,最终得出欧姆定律的感人经历,激励学生的学习欲望。
2.演示实验
步骤1:研究导体中的电流与导体两端电压的关系,记录有关数据。
步聚2:研究导体中的电流与导体电阻的关系,记录有关数据。
以上步骤由教师与学生共同活动完成。
3.对实验结果进行归纳推理:当导体的电阻不变时,增大导体两端的电压,电压越高,通过导体的电流越大,电压增大几倍,电流强度就随之增大几倍;当加在导体两端的电压不变时,随着电阻的增大,流过电阻的电流强度就减小,电阻增大到原来的几倍,电流强度就减小为原来的几分之一。通过以上推理得出:导体的电阻一定时,导体中的电流与导体两端的电压成正比例关系;电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比例关系。
4.验证推理:设计两组实验数据表,每一组中留有适量的空白,请学生根据推理的结果在空白处填上适当的数据,教师通过演示实验同学生一道验证所得结论的正确性。
5.归纳得出结论:导体中的电流强度与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,这个结论叫做欧姆定律。
【案例2】 运用探究策略设计的教案
1.提出问题:教师指出,我们曾通过实验发现,灯泡两端的电压越高,灯就越亮,流过灯的电流就越大。电流与电压、电阻之间究竟有什么关系呢?
2.形成假设:学生通过讨论认为有可能电流与电压成正比,与电阻成反比(学生通过学过的有关电压与电阻的知识能够比较顺利的提出假设)
3.制订方案:固定电阻、改变电压、研究电流与导体两端电压的关系,换用不同的电阻,保持电压不变,重复上述步骤,研究电流与电阻的关系,教师与学生共同研讨,确定最佳方案。
4.实施方案:学生分组进行实验,并将实验结果填入自己设计的表格中。
5.分析与论证:分析实验结果,验证与假设是否相符,得出结论。
6.评价:检验实验过程的操作是否规范,实验结果是否可靠。
7.交流:各小组形成实验报告,交流实验结果,形成最终结论(有关作业与反馈,保持与迁移等环节在两案例中略)。
二、物理教学策略设计案例分析
二、基于信息技术的物理探究教学案例
闭合电路欧姆定律的传统教学是:利用电池借助两个电压表,分别测量内外电路电压,然后相加看其总和是否不变。学生可能会想:为什么会想到测量内、外电路电压并求其和?此外,这个实验由于电极势垒造成实验误差不好解释。为此,可以借助信息技术设计探究教学方式。
用视频展台投影图2的实物线路图,并记录电压表示数,2.9V。然后将电路改为按图3连接。事先调节滑动变阻器到适当电阻值,然后再闭合开关S,测量电源两端的电压,电压表示数为1.8V。此到学生产生了疑惑:两次测量“电源”两端为何不等?
教师引导学生猜想可能的原因,多数学生认为是由于实验误差引起的。教学过程中先不要判断学生猜想的正误,先让学生观察图4电路中电表示数变化情况,结果发现电压表示数变化,电流示数变小,反之,电压表示数变小,电流示数变小,学生无法用用欧姆定律I = U/R来解释,产生认知矛盾。这显然不是实验误差引起的?问题出在何处?
对此现象,教学过程中不要硬性要求学生进行猜想与假设,要另设教学环境,因为对这个现象的假设是比较困难的(除非学生已经知道电池有内电阻)。
教学过程中指出:平常我们做实验需要测量数据,然后对数据进行分析处理,并得出相应的结论。那么针对图4所示的实验我们可以做些什么呢?
测量几组I、U数据后,可分析产生上述现象的原因。
接着测量图4电路,得到如上表所示的几组数据。将表中数据利用Excel处理作出图像,如图5所示。(本文写作时已经将Excel图改画为bmp图)
引导探究:I-U图线是一条倾斜直线说明了什么? (学生:说明电压表示数随电流表示数增大而均匀减小)
问题:该图像与我们学过的哪些图像相似。
学生:匀减速直线运动的速度图像,v = v0 + at(a < 0)。
问题:图5的图线能否用同样的方式表示。
学生:可以写成U = U0- kI形式,其中k为常数,本实验中U = 3.0- 4.0I(注:单位为SI制)。
问题:通过电脑动画将图5的图线向两边延长(图5中虚线部),提出交点(0,3.0 )、(0.75,0),分别表示什么意义?
学生:3.0V表示电路断开时电压表读数(学生还未思考图2示数为2.9V,教学中可以暂时不点破),0.75A表示电源被短路时的电流。
问题:电源被短路,还有电流?不是无穷大吗?
学生猜想:电源内部可能有电阻。
教师:为什么?
学生分析:由U = U0- kI可知在U = 0时,电流为I0,则k = U0/I0,则k单位应是V/A,即欧姆,故猜测电源内部有电阻,本实验中电源内电阻为4.0Ω。
学生在处理实验数据过程中,通过联想与类比,认识到电源存在内阻,实现了认识的飞跃。