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題目 提供:一節(jié)新干電池、一只未知電壓電源、一只已知阻值電阻、一只未知阻值的電阻Rx、一只電流表、一只電壓表、一只有銘牌的滑動(dòng)變阻器、三只開關(guān)、導(dǎo)線若干、你能用哪些方法測(cè)出未知電阻Rx的阻值?
方法一:使用未知阻值電阻、一節(jié)新干電池、一只電流表、一只開關(guān)、導(dǎo)線,如圖1連接,測(cè)出電流值I,則:Rx=。
評(píng)論:本法電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單,復(fù)習(xí)了干電池電壓值,練習(xí)使用了歐姆定律。
方法二:使用未知阻值電阻、電源、一只電流表、一只電壓表、一只開關(guān),導(dǎo)線若干,如圖2連接,讀出電流表的讀數(shù)I和電壓表的讀數(shù)U,則Rx=。
評(píng)論:本法復(fù)習(xí)歐姆定律,電流表、電壓表的連接方法和讀數(shù)。
方法三:在方法二的前提下增加滑動(dòng)變阻器,如圖3連接,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器分別讀出滑片在幾個(gè)位置時(shí)相應(yīng)的電流表讀數(shù)和電壓表讀數(shù)。
評(píng)論:本法復(fù)習(xí)了滑動(dòng)變阻器原理和使用。多次測(cè)量求平均值,提高了準(zhǔn)確率。
方法四:使用未知阻值電阻Rx、已知阻值電阻Ro、電源、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線,如圖4連接。讀出電流表讀數(shù)為Io。移動(dòng)電流表,使電流表與Rx串聯(lián),讀出電流表讀數(shù)為Ix
評(píng)論:本法復(fù)習(xí)鞏固了并聯(lián)電路電壓特點(diǎn)。
方法五:用方法四的元件,作如圖5連接,閉合S、S1,讀出電流表讀數(shù)I總,閉合S斷開S1,讀出電流表讀數(shù)I。
評(píng)論:本法只需連接一次電路,綜合復(fù)習(xí)了歐姆定律,并聯(lián)電路電流、電壓特點(diǎn),并聯(lián)電路分流規(guī)律,并聯(lián)電路總電阻跟各并聯(lián)電阻的關(guān)系。
方法六:使用未知阻值電阻Rx、已知阻值電阻Ro、電源、電壓表,一只開關(guān)、導(dǎo)線,如圖6連接,讀出電壓表讀數(shù)Uo。移動(dòng)電壓表,使電流表與Rx并聯(lián),讀出電壓表讀數(shù)Ux。
評(píng)論:本法復(fù)習(xí)歐姆定律,串聯(lián)電路電流特點(diǎn)及串聯(lián)分壓規(guī)律。
方法七:使用未知阻值電阻Rx,滑動(dòng)變阻器(最大值值Ro)電源、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線。如圖7連接,讀出滑片P在b端時(shí)電流表讀數(shù)Ib,將滑片P滑到a端讀出讀數(shù)Ia。
評(píng)論:本法靈活地將滑動(dòng)變阻器改為定值電阻使用,復(fù)習(xí)了歐姆定律,電源電壓保持不變,串聯(lián)電路電阻特點(diǎn)。
方法八:將方法七中的電流表?yè)Q成電壓表,如圖8連接,分別讀出P在a點(diǎn)和b點(diǎn)的讀數(shù)Ua、Ub則:Ux=Ua,Uo=Ub-Ua
串聯(lián)電路電流不變
評(píng)論:本法復(fù)習(xí)了串聯(lián)電路電流特點(diǎn)及串聯(lián)分壓規(guī)律。
歐姆定律在初中物理電學(xué)知識(shí)體系中占有極其重要的地位。作為一個(gè)實(shí)驗(yàn)定律,它的得出依賴于實(shí)驗(yàn)探究。初中階段對(duì)歐姆定律的探究主要是針對(duì)部分導(dǎo)體的歐姆定律。
蘇科版物理教材中歐姆定律處在一章的第三節(jié),在探究歐姆定律之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)的電學(xué)內(nèi)容有:初始家用電器和電路,電路連接的基本方式(串并聯(lián)電路的認(rèn)識(shí)),電流和與電流表的使用,電壓和電壓表的使用,電阻,變阻器。通過這些內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)知道改變電流大小的兩種方法:1. 改變電路中的電源電壓;2. 改變電路中的電阻。帶著這樣的知識(shí)基礎(chǔ),進(jìn)行歐姆定律的探究學(xué)習(xí)。
教學(xué)過程中,按照教科書上實(shí)驗(yàn)電路圖,采用控制變量的方法,根據(jù)實(shí)驗(yàn)探究的一般過程進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。因此在利用教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行教學(xué)的過程中遇到了一些有待商榷的問題。
問題1:“移動(dòng)變阻器的滑片,改變滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻,可以改變電路中的電流,但為什么就可以改變加在電阻兩端電壓呢?”
問題2:“調(diào)節(jié)變阻器,使電阻R兩端電壓改變,為什么同樣是調(diào)節(jié)變阻器,卻又是使加在R兩端的電壓不變呢?”
分析:學(xué)生對(duì)電流的認(rèn)知是通過教材中用水流做類比,從而知道電壓是形成電流的原因。從認(rèn)知的過程來看,正是因?yàn)橛辛穗妷海艜?huì)有電流的產(chǎn)生。
而在本書歐姆定律的探究實(shí)驗(yàn)中,二次實(shí)驗(yàn)都是通過移動(dòng)滑動(dòng)變阻器來改變電流的大小,利用歐姆定律的原理,從而改變了電阻兩端的電壓或使不同電阻兩端的電壓不變。這樣就會(huì)給學(xué)生有一個(gè)錯(cuò)誤的印象:“電阻改變電流,電流改變電壓”。使學(xué)生認(rèn)知電流、電壓的因果關(guān)系上容易出現(xiàn)倒置,認(rèn)為電壓的改變是由于電流的變化而引起的。因此在未探究出歐姆定律之前,根本不可能向?qū)W生解釋他們提出的這兩個(gè)問題。更嚴(yán)重的是在課后的作業(yè)反饋中,有學(xué)生對(duì)于這個(gè)的實(shí)驗(yàn)做出了錯(cuò)誤的總結(jié):在電阻一定時(shí),電壓和電流成正比。所以這個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)在學(xué)生探究學(xué)習(xí)歐姆定律的思維邏輯上存在著錯(cuò)誤的引導(dǎo),必須加以改進(jìn)。
本人認(rèn)為問題產(chǎn)生的根本原因就出在滑動(dòng)變阻器在實(shí)驗(yàn)中的引入。
雖然滑動(dòng)變阻器的聯(lián)入使實(shí)驗(yàn)操作更為方便更為簡(jiǎn)單,但產(chǎn)生的負(fù)面影響是巨大的,導(dǎo)致了學(xué)生知識(shí)認(rèn)知邏輯上的混亂,迷惑,弊大于利。本人提出的改進(jìn)建議是舍去滑動(dòng)變阻器:
電阻不變時(shí),探究電流與電壓的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中,完全可以舍去滑動(dòng)變阻器,直接把電阻接入電路,通過直接改變電源電壓的方法來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
電壓不變時(shí),探究電流與電阻的關(guān)系。而舍去滑動(dòng)變阻器后,通過固定的電池?cái)?shù)目的方法很難實(shí)現(xiàn)電阻兩端的電壓不變。其原因在于電池組存在一定的內(nèi)阻,就會(huì)導(dǎo)致路端電壓隨外電路電阻的變化而變化(外電路電阻變大路端電壓也變大),而不能達(dá)到控制電壓不變的目的。同時(shí)電壓表示數(shù)的變化也會(huì)引起學(xué)生的質(zhì)疑。初中階段,由于電池的內(nèi)阻不作要求,因此最合適的方法就是采用輸出電壓恒定的學(xué)生電源進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
綜上分析,本人設(shè)計(jì)這樣的探究實(shí)驗(yàn):
實(shí)驗(yàn)器材:學(xué)生電源,電阻箱(或若干已知阻值電阻),電壓表,電流表,導(dǎo)線,開關(guān)
實(shí)驗(yàn)步驟:按實(shí)物圖連接好電路:
實(shí)驗(yàn)一,先保持電阻R不變,通過調(diào)節(jié)學(xué)生電源的輸出電壓(電壓取值要?。?,研究電流跟電壓的關(guān)系。將所測(cè)數(shù)值填入表格,分析數(shù)據(jù),得出結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)二,保持學(xué)生電源輸出電壓不變,調(diào)節(jié)電阻箱的阻值,研究電流和電阻的關(guān)系。將所測(cè)數(shù)值填入表格,分析數(shù)據(jù),得出結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)總結(jié):將兩方面結(jié)論綜合,歸納出歐姆定律。
關(guān)鍵詞:高中物理;閉合電路;歐姆定律;難點(diǎn)教學(xué)
雖然高中生的抽象思維能力較之初中生而言要強(qiáng)一些,但是由于閉合電路的歐姆定律的相關(guān)知識(shí)較為抽象,學(xué)生理解起來仍然存在很大的難度。因而,在進(jìn)行這一定律的教學(xué)時(shí),教師應(yīng)立足于學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)及能力水平,采用多種教學(xué)方法幫助學(xué)生切實(shí)掌握相關(guān)知識(shí),尤其將之與之前所學(xué)的歐姆定律的知識(shí)區(qū)別開來,避免混淆。那么,在高中閉合電路的歐姆定律教學(xué)中,教師如何具體完成這一難點(diǎn)的教學(xué)呢?
一、巧妙導(dǎo)入,激發(fā)興趣
在進(jìn)行這一定律的教學(xué)時(shí),教師首先要通過有效的導(dǎo)入來充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,從而順利將學(xué)生引入新知識(shí)的學(xué)習(xí)中。
針對(duì)于此,教師可以通過一個(gè)小實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行導(dǎo)入。教師先準(zhǔn)備好幾節(jié)日常生活中常用的不同型號(hào)的干電池及蓄電池,然后在干電池上標(biāo)明1.5V,蓄電池上標(biāo)明2.0V,然后準(zhǔn)備15V的電源及一個(gè)小電筒燈泡,然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn):先將小燈泡接到2V的蓄電池上,學(xué)生觀察到小燈泡發(fā)出很亮的光。之后讓學(xué)生猜想,如果將小燈泡接到15V的電源上,會(huì)發(fā)生什么情況?結(jié)合生活經(jīng)驗(yàn),學(xué)生們通常會(huì)以為小燈泡會(huì)被燒壞。接著教師就進(jìn)行這一實(shí)驗(yàn),卻發(fā)現(xiàn)小燈泡安然無(wú)恙,而且發(fā)出光的亮度反而比之前2V的還要暗。這就有效地激起了學(xué)生的求知欲,為什么會(huì)這樣呢?教師就可以順利導(dǎo)入新課的學(xué)習(xí)——閉合電路的歐姆定律。這樣,學(xué)生必定興趣大增,積極投入之后的教學(xué)中,為這一難點(diǎn)的教學(xué)奠定了良好的基礎(chǔ)。
二、借助實(shí)驗(yàn),突破難點(diǎn)
上文說到,這一內(nèi)容的知識(shí)較為抽象,因而在教學(xué)中教師如果單靠講解的話,學(xué)生理解起來難度較大,因而筆者認(rèn)為教師可以借助實(shí)驗(yàn)進(jìn)行相關(guān)知識(shí)的講解,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)獲得知識(shí),從而有效地突破這一教學(xué)難點(diǎn)。
首先,教師可以通過讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)電路來確切了解閉合電路以及分電路、內(nèi)電路、外電路等知識(shí),并且掌握電源的外部電流流向及內(nèi)部電流流向,從而為之后的學(xué)習(xí)掃除一定的障礙。之后組織學(xué)生進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),并在實(shí)驗(yàn)過程中通過記錄改變電阻值、
閉合開關(guān)后電動(dòng)勢(shì)、電流以及電阻的關(guān)系,認(rèn)真分析后,獲得閉合電路的歐姆定律。
三、積極拓展,學(xué)以致用
在學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)有了一定的掌握后,教師可以進(jìn)行及時(shí)的知識(shí)拓展,幫助學(xué)生更深地理解并掌握這一定律,從而達(dá)到學(xué)以致用的目的。比如,讓學(xué)生結(jié)合所學(xué)知識(shí)討論兩種較為特殊的情況(短路及斷路)并進(jìn)行解決:如,教師應(yīng)讓學(xué)生明確如果發(fā)生短路現(xiàn)象,常會(huì)導(dǎo)致電源被燒壞甚至引起火災(zāi),因而為了避免這一問題,可以安裝保險(xiǎn)絲等。通過這種方式,有效地拓展了知識(shí),培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)以致用的能力。
當(dāng)然,對(duì)于閉合電路的歐姆定律這一難點(diǎn)的教學(xué),自然不止這一方法,并且難點(diǎn)是相對(duì)的。因而在具體教學(xué)中,教師要立足于學(xué)生實(shí)際進(jìn)行教學(xué),這樣方能有效突破難點(diǎn),最終幫助學(xué)生掌握相關(guān)知識(shí)并能靈活運(yùn)用。
參考文獻(xiàn):
[1]孫殿喬.閉合電路歐姆定律的教學(xué)難點(diǎn)突破[J].新課程學(xué)習(xí):中,2010(8).
[2]呵泓.閉合電路的歐姆定律教學(xué)難點(diǎn)的分析與突破[J].物理通報(bào),2000(5).
一.明確復(fù)習(xí)目標(biāo),形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。
既然是復(fù)習(xí),學(xué)生對(duì)每一部分的知識(shí)還都是有一定的認(rèn)識(shí)的。所以我們?cè)诿鞔_復(fù)習(xí)目標(biāo)時(shí),學(xué)生并不會(huì)覺得空洞,而會(huì)幫著他們知識(shí)系統(tǒng)化,這也是新課與復(fù)習(xí)課的不同之處。我們不僅要有一個(gè)知識(shí)板塊的目標(biāo),還要有每一節(jié)的目標(biāo)。讓學(xué)生做到心中有數(shù)。
案例:電學(xué)部分的復(fù)習(xí)目標(biāo)
1.電流、電壓、電阻及電流表、電壓表的使用。
2.串、并電路的特點(diǎn)及規(guī)律
3.歐姆定律及應(yīng)用
4.電壓表、電流表示數(shù)變化問題和電路故障分析專題
5.測(cè)電阻(定值電阻、小燈泡燈絲電阻、及簡(jiǎn)單的單表測(cè)量)
6.電功率
7.家庭電路、安全用電
8.電與磁
二.讓學(xué)生成為課堂的主體
課堂是學(xué)生的課堂,學(xué)生是課堂的主體,而老師是課堂的主導(dǎo)。我們要騰出時(shí)間和空間,讓學(xué)生去說、去做。像原來的“教學(xué)目標(biāo)”,而今要改成“學(xué)習(xí)目標(biāo)”,也許兩者的內(nèi)容沒有發(fā)生改變,但是卻體現(xiàn)出了教學(xué)理念的改變,課堂主人的改變。
說一個(gè)我的親身經(jīng)歷。幾年前,我教的三個(gè)班成績(jī)一直不太好,我就很郁悶,有一次向史校長(zhǎng)請(qǐng)教,我還憤憤不平,我說“我教的很好呀,我已經(jīng)講的相當(dāng)?shù)轿涣?,怎么就學(xué)不會(huì)呢?”,史校長(zhǎng)說:“這個(gè)我信,但是你更應(yīng)該看學(xué)生學(xué)的是不是很到位”。這句話讓我思考了很久,在物理復(fù)習(xí)課上,我們應(yīng)該關(guān)注“教”,但是我們更應(yīng)該關(guān)注“學(xué)”。觀念的改變才能促進(jìn)課堂的改變。
案例:歐姆定律及應(yīng)用課堂設(shè)計(jì)
本節(jié)課共分四部分:
1.熟悉串、并電路的規(guī)律2.理解歐姆定律
3.歐姆定律的應(yīng)用4.拓展延伸
設(shè)計(jì)思路:
1.串、并聯(lián)電路規(guī)律:
熟悉串、并聯(lián)電路規(guī)律是利用歐姆定律解題的基礎(chǔ)。需要再次強(qiáng)化。
具體操作:
⑴和學(xué)生一起復(fù)習(xí)串、并聯(lián)電路的規(guī)律。
⑵學(xué)生完成針對(duì)性練習(xí)。
⑶同桌交換對(duì)改。(要求:語(yǔ)言必須準(zhǔn)確)
⑷找學(xué)生說出自己的錯(cuò)誤之處。
2.理解歐姆定律
歐姆定律就是要研究電流、電壓、電阻這三個(gè)物理量的關(guān)系。通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)完成研究: ⑴探究電流與電壓的關(guān)系。 ⑵探究電流與電阻的關(guān)系。
具體操作:
⑴和學(xué)生一起理解歐姆定律。
⑵學(xué)生完成針對(duì)性習(xí)題。
(兩個(gè)實(shí)驗(yàn)探究題:①探究電流與電阻的關(guān)系(2007年第21題)。
②探究電流與電壓的關(guān)系。)
目的:讓學(xué)生覺得,聽了老師的分析立即就可以輕松做題,提高課堂的吸引力。讓學(xué)生樂于參與到課堂中。
3.歐姆定律的應(yīng)用
應(yīng)用歐姆定律完成簡(jiǎn)單計(jì)算是河南中考填空題的經(jīng)典題型。從2005—2012年間,只有2011年沒有出現(xiàn)此題型。所以,幾乎是確定要考的題型。
具體操作:
⑴學(xué)生完成針對(duì)性練習(xí)題。
⑵和學(xué)生一起總結(jié)解題思路、方法。
目的:學(xué)生不僅得到了解題方法,也讓學(xué)生學(xué)會(huì)了反思,學(xué)會(huì)了總結(jié)。正所謂授之以魚,不如授之以漁。
4.拓展延伸
讓學(xué)生搶答兩道與本節(jié)課密切相關(guān)但有一定難度的題目。對(duì)于最先完成題目的學(xué)生予以表?yè)P(yáng)或簡(jiǎn)單的獎(jiǎng)勵(lì)。
目的:給好學(xué)生展示的機(jī)會(huì)。復(fù)習(xí)時(shí),我們需要照顧到成績(jī)一般的學(xué)生,所以強(qiáng)調(diào)基礎(chǔ),但是這樣又會(huì)“傷害”到好學(xué)生,他們會(huì)覺得沒意思。該環(huán)節(jié)給他們以展示自己的機(jī)會(huì),同時(shí)解決該部分的難點(diǎn),完成知識(shí)的拓展。
三.課堂中強(qiáng)調(diào)做題規(guī)范,不要讓做題規(guī)范變成一句口號(hào)。
一、重視實(shí)驗(yàn)探究過程,發(fā)現(xiàn)新問題
歐姆定律的探究過程把科學(xué)探究的七個(gè)環(huán)節(jié)表現(xiàn)得淋漓盡致,從最初了解基本電路中電流、電壓和導(dǎo)體電阻的定性關(guān)系,從而提出“導(dǎo)體兩端的電壓和導(dǎo)體的電阻是怎樣影響導(dǎo)體中電流大小的,電流與電壓和電阻究竟存在什么關(guān)系”的問題,到最后處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和討論交流,得出電流、電壓和導(dǎo)體電阻的定量關(guān)系,即歐姆定律,其數(shù)學(xué)表達(dá)式為I=U/R.探究的過程還是一個(gè)發(fā)現(xiàn)問題并解決問題的過程,使同學(xué)們加深了對(duì)歐姆定律的理解.
例1某同學(xué)按如圖1所示的電路,研究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端的電壓、導(dǎo)體電阻間的關(guān)系,若保持電源電壓的大小和電阻箱R1的阻值不變,移動(dòng)滑動(dòng)變阻器R2的金屬滑片P,可測(cè)得不同的電流、電壓值,如表1;然后,他又改變電阻箱R1的阻值,測(cè)得相應(yīng)的電流值,如表2.請(qǐng)回答:
(1)分析表1中數(shù)據(jù)可知:_____________________________;
(2)分析表2中數(shù)據(jù)可知:電流與電阻_____.(填“成”或“不成”)反比,這與歐姆定律_______(填“相符”或“不符”),其原因是________.
解析這是一個(gè)典型的歐姆定律實(shí)驗(yàn)探究題,重點(diǎn)考查的是歐姆定律的結(jié)論.一個(gè)要注意的細(xì)節(jié)問題是,歐姆定律的整個(gè)探究過程運(yùn)用了控制變量的思想.因此,在處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出正確結(jié)論時(shí),一定要體現(xiàn)這種思想.所以分析表1中數(shù)據(jù)可知:在電阻不變條件下,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比(因?yàn)閷?dǎo)體兩端的電壓成倍增加時(shí),流過導(dǎo)體的電流也隨著成倍增加).但分析表2中數(shù)據(jù)卻發(fā)現(xiàn),電流和導(dǎo)體電阻的乘積不是一個(gè)定值,即電流與導(dǎo)體的電阻不成反比,這個(gè)結(jié)論顯然不符合歐姆定律.那么,為什么得不出正確結(jié)論呢?這是我們?cè)谔骄窟^程中經(jīng)常碰到的一個(gè)問題,這個(gè)問題的解決,本身與這個(gè)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思想連接在一起,因?yàn)樵谔骄侩娏髋c電阻關(guān)系時(shí),應(yīng)保持電壓不變.因此當(dāng)電阻箱R1的阻值改變時(shí),一定要調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P,使R1兩端的電壓保持不變,再讀出相應(yīng)的電流值,然后分析數(shù)據(jù).那么,當(dāng)R1的阻值成倍增加時(shí),如何調(diào)節(jié)滑片P才能使它兩端的電壓保持不變呢?如上圖,應(yīng)將滑片P向右調(diào)節(jié)到適當(dāng)?shù)奈恢?,想想看,為什么呢?/p>
二、創(chuàng)設(shè)新情景,解決新問題
近年來,從中考試題來看,在歐姆定律實(shí)驗(yàn)題方面,不僅僅考查了歐姆定律的實(shí)驗(yàn)探究過程和伏安法測(cè)電阻,也出現(xiàn)了一些創(chuàng)設(shè)新情景,運(yùn)用歐姆定律去解決一些新問題的實(shí)驗(yàn)題.這類試題的解答一定要抓住“歐姆定律是電路中的交通規(guī)則”這一點(diǎn),運(yùn)用公式I=U/R和電路的特點(diǎn)來解答.
例2“曹沖稱象”的故事流傳至今,最為人稱道的是曹沖采用的方法,他把船上的大象換成石頭,而其他條件保持不變,使兩次的效果(船體浸入水中的深度)相同,于是得出大象的重就等于石頭的重.人們把這種方法叫“等效替代法”.請(qǐng)嘗試?yán)谩暗刃娲ā苯鉀Q下面的問題.
【探究目的】粗略測(cè)量待測(cè)電阻Rx的值
【探究器材】待測(cè)電阻Rx、一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的電阻箱(元件符號(hào)_______),一個(gè)單刀雙擲開關(guān)、干電池、導(dǎo)線和一個(gè)刻度不準(zhǔn)確但靈敏度良好的電流表(電流表量程足夠大).
【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)】
(1)在右邊的方框內(nèi)畫出你設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)電路圖;
(2)將下面的實(shí)驗(yàn)步驟補(bǔ)充完整,并用字母表示需要測(cè)出的物理量.
第一步:開關(guān)斷開,并按設(shè)計(jì)的電路圖連接電路;
第二步:____________________________;
第三步:____________________________.
(3)寫出Rx的表達(dá)式:Rx=____________.
解析這是測(cè)未知電阻的另一種方法――“等效替代法”.這種實(shí)驗(yàn)題對(duì)同學(xué)們的要求比較高,它創(chuàng)設(shè)了一個(gè)新的情景(“曹沖稱象”),讓你從這個(gè)新情景中受到啟發(fā),來解決一個(gè)新問題.它不是歐姆定律探究過程的簡(jiǎn)單重現(xiàn),而是要求同學(xué)們真正理解歐姆定律中電流、電壓、電阻的關(guān)系,即電壓一定時(shí),電流相等,則電阻相等.因此,我們可以按圖3的實(shí)驗(yàn)電路來完成待測(cè)電阻Rx的粗略測(cè)量.連接好電路后,將開關(guān)S與a相接,使電流表的示數(shù)指示在某一刻度(因?yàn)殡娏鞅淼目潭炔粶?zhǔn)確,因此不能準(zhǔn)確讀數(shù));接著將開關(guān)S與b相接,這個(gè)時(shí)候需要調(diào)節(jié)電阻箱,使電流表的示數(shù)指示在同一刻度處,讀出電阻箱上電阻值為R,這一步充分利用了歐姆定律的結(jié)論,當(dāng)電壓相等時(shí),電流相同,則電阻相等.即Rx=R.
同學(xué)們想想看,本題為什么說只是粗略測(cè)量呢?S接a和接b的順序能顛倒嗎?如果電流表的刻度準(zhǔn)確且靈敏度良好,那么可不可以較準(zhǔn)確地進(jìn)行測(cè)量呢?(這個(gè)時(shí)候,我們可以直接根據(jù)歐姆定律來解決這個(gè)問題,即分別讀出S接a和b時(shí),電流表的示數(shù)為I1和I2,則通過計(jì)算我們可以得到待測(cè)電阻Rx=RI2/I1,且這個(gè)時(shí)候與S先接a還是先接b沒有關(guān)系.)
三、尋找實(shí)驗(yàn)規(guī)律,滲透數(shù)理思想
歐姆定律的實(shí)驗(yàn)探究過程本身就體現(xiàn)了一種數(shù)理思想,要求從定性的結(jié)論,運(yùn)用數(shù)學(xué)方法得出定量的關(guān)系式.因此,在以后的中考命題上,這種思想的體現(xiàn)可能是命題者關(guān)注的一個(gè)焦點(diǎn).
例4某同學(xué)想探究導(dǎo)電溶液的電阻是否與金屬一樣,也與長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān).于是他設(shè)計(jì)了實(shí)驗(yàn)方案:首先他找來幾根粗細(xì)不同的乳膠管,按要求剪下長(zhǎng)短不同的幾段.并在其中灌滿質(zhì)量分?jǐn)?shù)相同的鹽水,兩端用粗銅絲塞住管口,形成一段封閉的鹽水柱.將鹽水柱分別接入電路中的A、B之間.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器滑片P,讀出電流表和電壓表的示數(shù),并記錄在表格中,如下表:
根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),請(qǐng)解答下列問題.
(1)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)序號(hào)_______或_______的數(shù)據(jù)處理,我們可以看出導(dǎo)電溶液的電阻與金屬一樣,電阻的大小與導(dǎo)電溶液柱的橫截面積成_______.(填“正比”或“反比”)
(2)通過對(duì)實(shí)驗(yàn)序號(hào)1、4的數(shù)據(jù)處理,我們可以看出導(dǎo)電溶液的電阻與金屬一樣,電阻的大小與導(dǎo)電溶液柱的長(zhǎng)度成_______.(填“正比”、“反比”)
(3)請(qǐng)?zhí)顚懕砀裰形从涗浀膬蓚€(gè)數(shù)據(jù).
(4)對(duì)于實(shí)驗(yàn)序號(hào)6,開關(guān)閉合,若保持滑動(dòng)變阻器滑片P不動(dòng),將乳膠管拉長(zhǎng),則電流表的示數(shù)將_______;電壓表示數(shù)將_______.(填“變大”、“變小”或“不變”)
解析這是典型運(yùn)用自己探究得到的結(jié)論解答相關(guān)問題的一類題型,要求同學(xué)們對(duì)整個(gè)知識(shí)點(diǎn)有一定的駕御能力.實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的是電流和電壓,而問題是與電阻有關(guān),因此我們先應(yīng)運(yùn)用歐姆定律求出相應(yīng)的電阻值,再進(jìn)行分析(這是試題的一種創(chuàng)新).
我們對(duì)1、3、4、5組數(shù)據(jù)的處理得出R1=3Ω,R3=1.5Ω,R4=6Ω,R5=4Ω.運(yùn)用控制變量的思想,由實(shí)驗(yàn)1和3,或4和5,很容易得出導(dǎo)電溶液的電阻與導(dǎo)電溶液柱的橫截面積成反比;由實(shí)驗(yàn)1和4可以看出,導(dǎo)電溶液的電阻與導(dǎo)電溶液柱的長(zhǎng)度成正比.
在深化教育改革、全面推進(jìn)素質(zhì)教育的今天,各學(xué)科都在實(shí)施新課改,目的是培養(yǎng)高素質(zhì)的人才。新課改促使我們教育工作者的教育思想發(fā)生革命性轉(zhuǎn)變,從應(yīng)試教育向素質(zhì)教育轉(zhuǎn)軌,這是中國(guó)教育發(fā)展的必然趨勢(shì)。初中物理作為培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的一門重要課程,其教學(xué)現(xiàn)狀與素質(zhì)教育的要求有一定的差距。相當(dāng)一部分學(xué)生對(duì)物理知識(shí)的學(xué)習(xí)及分析問題和解決問題的能力也還存在一定的問題,這也是當(dāng)前物理教學(xué)中開展素質(zhì)教育的一個(gè)障礙。新課程標(biāo)準(zhǔn)下的物理教學(xué),作為教師應(yīng)樹立一切為學(xué)生的發(fā)展的教育思想。在教學(xué)中要關(guān)注每一個(gè)學(xué)生,注重學(xué)生的全面發(fā)展,提倡學(xué)習(xí)方式的多樣化。在教學(xué)中教師要充分調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)生的積極性、主動(dòng)性和創(chuàng)造性,激勵(lì)學(xué)生最大限度地參與到教學(xué)中去,全面提高學(xué)生的素質(zhì)。
二:班級(jí)基本情況分析
本學(xué)期的幾個(gè)班通過上學(xué)期期末考試看,每個(gè)班的學(xué)生成績(jī) 差距大,好成績(jī)的學(xué)生少,學(xué)空生較多,上課時(shí)學(xué)生的積極性不高,不夠靈活,有極個(gè)別學(xué)生上課不聽課,課后不做作業(yè),沒有形成良好的生活和學(xué)習(xí)習(xí)慣。這就需要在以后的教學(xué)中進(jìn)一步改進(jìn)教學(xué)方法,優(yōu)化課堂教學(xué),激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,創(chuàng)新學(xué)生的思維,圓滿完成教學(xué)任務(wù)。
三:教學(xué)內(nèi)容分析
本學(xué)期教學(xué)時(shí)間共計(jì)二十二周,除去節(jié)假日,實(shí)際授課二十一周,教學(xué)時(shí)間緊張,教學(xué)任務(wù)繁重。本學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容從第十三章到第十八章共計(jì)六章,前兩章為熱學(xué)內(nèi)容,后四為電學(xué)內(nèi)容,這些內(nèi)容比較抽象,特別是電路圖分析對(duì)學(xué)生更是困難。
第十三章和第十四章內(nèi)容有:分子熱運(yùn)動(dòng)、內(nèi)能、比熱容、熱機(jī)、熱機(jī)的效率、能量守恒定律。這些內(nèi)容是在學(xué)習(xí)了機(jī)械能的基礎(chǔ)上,把能量的研究擴(kuò)展到內(nèi)能。教材首先介紹物質(zhì)是由分子組成的,通過擴(kuò)散現(xiàn)象引出熱運(yùn)動(dòng)的概念,在分子動(dòng)理論的基礎(chǔ)上說明內(nèi)能是所有分子熱運(yùn)動(dòng)動(dòng)能和勢(shì)能的總和,通過實(shí)驗(yàn)說明熱傳遞和做功都可以改變物體內(nèi)能,并引出熱量和比熱容的概念。通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)加深對(duì)比熱容是物質(zhì)的一種特性的理解,教材列出比熱容表,讓同學(xué)們知道水的比熱容最大在實(shí)際生活中的應(yīng)用,要求同學(xué)們能進(jìn)行簡(jiǎn)單的熱量計(jì)算。內(nèi)能的利用教材中重點(diǎn)講了熱機(jī)的例子介紹熱機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理。最后給出了能量守恒定律,這一節(jié)是對(duì)本章及以前所有的物理知識(shí)從能量觀點(diǎn)進(jìn)行的一次綜合。
第十五章的教學(xué)內(nèi)容是學(xué)習(xí)電學(xué)概念和規(guī)律的基礎(chǔ),生活中又經(jīng)常用到,所以在講解知識(shí)技能的同時(shí),特別應(yīng)該強(qiáng)調(diào)過程與方法的學(xué)習(xí)。教材盡可能多的聯(lián)系是實(shí)際,提倡多動(dòng)手,由學(xué)生經(jīng)歷與科學(xué)工作者進(jìn)行科學(xué)探究相似的過程,體驗(yàn)科學(xué)探究的樂趣,領(lǐng)悟科學(xué)思想和精神?!半娏骱碗娐贰钡幕靖拍詈退鼈?cè)陔娐分械幕疽?guī)律是本章的核心。
第十六章主要學(xué)習(xí)電壓和電阻?!半妷骸㈦娮琛笔浅踔须妼W(xué)的重要內(nèi)容,是學(xué)習(xí)電學(xué)基本規(guī)律的必備知識(shí)。本章是在學(xué)習(xí)“電流和電路”知識(shí)的基礎(chǔ)上對(duì)電學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的深入,是進(jìn)一步落實(shí)課標(biāo)標(biāo)準(zhǔn),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)的必然要求。電壓是電學(xué)三大基本概念之一,是學(xué)習(xí)歐姆定律的前提和基礎(chǔ),電壓表的使用和變阻器的使用又是學(xué)生探究電學(xué)基本規(guī)律,進(jìn)行后續(xù)電學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)的保障。
第十七章主要學(xué)習(xí)歐姆定律。歐姆定律是初中電學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)和重點(diǎn),處于電學(xué)的核心地位。歐姆定律是電流、電壓和電阻之間關(guān)系的體現(xiàn),也是學(xué)習(xí)下一章“電功率”的基礎(chǔ),同時(shí)也是學(xué)習(xí)高中物理中的閉合電路歐姆定律、電磁感應(yīng)定律、交流電等內(nèi)容的基礎(chǔ)。本章通過探究電阻上電流跟電壓的關(guān)系,明確電流、電壓、電阻的關(guān)系,在探究結(jié)果的基礎(chǔ)上得出歐姆定律。并利用歐姆定律對(duì)串、并聯(lián)電阻的規(guī)律進(jìn)行定性的分析。通過測(cè)量小燈泡的電阻的方法,探究測(cè)量導(dǎo)體的方法,這是歐姆定律在解決實(shí)際問題中很好的應(yīng)用。通過這些探究活動(dòng),讓學(xué)生領(lǐng)悟探究的全過程,特別是對(duì)實(shí)驗(yàn)的評(píng)估和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析,進(jìn)一步學(xué)習(xí)利用控制變量法。
第十八章主要學(xué)習(xí)電功率。本章是在學(xué)習(xí)歐姆定律的基礎(chǔ)上,把電學(xué)的研究擴(kuò)展到電能和電功率,是對(duì)電學(xué)基本規(guī)律學(xué)習(xí)的深入,是電學(xué)規(guī)律的大綜合,是初中電學(xué)知識(shí)的終極目標(biāo)和核心。本章包括“電能”和“電功率”這兩個(gè)重要的物理規(guī)律。同時(shí)介紹了電熱的作用和有關(guān)安全用電方面的知識(shí)。從課程標(biāo)準(zhǔn)要求上看,這些內(nèi)容都是初中電學(xué)的重要內(nèi)容,同時(shí)電功率也是初中電學(xué)中最復(fù)雜的內(nèi)容,是電學(xué)中的重點(diǎn)、難點(diǎn)。
四:教學(xué)措施
1:加強(qiáng)師生情感的交流,建立和諧平等的師生關(guān)系。“教”的目的是為了學(xué)生能夠主動(dòng),積極地“學(xué)”。只有教師熱愛學(xué)生,才會(huì)主動(dòng)了解、關(guān)心學(xué)生。而學(xué)生又會(huì)從內(nèi)心感激老師的幫助和指導(dǎo),這樣激發(fā)了學(xué)生奮發(fā)學(xué)習(xí)的精神,讓學(xué)生主動(dòng)地學(xué),高興地學(xué),愉快的學(xué)。
2:運(yùn)用多樣化的教學(xué)方法,增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。新課程物理教學(xué)方法多樣化是時(shí)代的需要,在物理教學(xué)中可采用實(shí)驗(yàn)探究法,問題討論法,調(diào)查事實(shí)法等。尤其實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)突出實(shí)驗(yàn)、觀察與操作的趣味性,進(jìn)而轉(zhuǎn)化為學(xué)生的積極求知欲。
3:開展多樣化的課外活動(dòng),鞏固課堂學(xué)習(xí)內(nèi)容。教學(xué)的空間不要只局限于課堂,教學(xué)模式也不再是那種上課由老師灌,課下圍著習(xí)題轉(zhuǎn)的傳統(tǒng)的教學(xué)模式。中學(xué)生有一定的自主性,他們樂意按照自己的思維行事,解決問題。教師應(yīng)盡量滿足他們的要求如建立航模組、板報(bào)組、無(wú)線電小組、小制作組等讓物理走進(jìn)生活。使學(xué)生在實(shí)踐中受到鍛煉,增長(zhǎng)才干,讓物理愛好者充分發(fā)揮特長(zhǎng)。
4:對(duì)學(xué)困生給予特別的照顧和關(guān)心,努力做好后進(jìn)生轉(zhuǎn)化工作。在教學(xué)中努力與中差生多相互交流如提問時(shí)容易回答的問題讓他們回答,及時(shí)表?yè)P(yáng),鼓勵(lì)。為中差生多創(chuàng)造一些與好生參與學(xué)習(xí)的機(jī)會(huì)。
五:附教學(xué)進(jìn)度表
周次 起訖時(shí)間教學(xué)內(nèi)容課時(shí)備注
19.1---9.713.1分子熱運(yùn)動(dòng)
13.2內(nèi)能1
實(shí)驗(yàn)
29.8---9.1413.3比熱容
復(fù)習(xí)及測(cè)試2
1中秋節(jié)
39.15---9.2114.1熱機(jī)
14.2熱機(jī)的效率1
49.22—9.2814.3能量的轉(zhuǎn)化和守恒
復(fù)習(xí)第十四章及測(cè)試1
59.29---10.5國(guó)慶長(zhǎng)假
610.6--- 10.1215.1兩種電荷
15.2電流和電路
710.13---10.1915.3串聯(lián)和并聯(lián)
15.4電流的測(cè)量1
1月考
810.20-10.2615.5串、并電路中電流的規(guī)律
復(fù)習(xí)第十五章測(cè)試1
1+1
910.27—11.216.1電壓
16.2串、并電路中電壓的規(guī)律1
1011.3—11.916.3電阻X 16.4變阻器1
1111.10-11.16復(fù)習(xí)第十六章測(cè)試1+1
1211.17-11.2317.1電流與電壓和電阻關(guān)系
17.2歐姆定律1
1311.24---
11.3017.3電阻的測(cè)量
17.4歐姆定律應(yīng)用1
2月考
1412.1—12.7復(fù)習(xí)第十七章測(cè)試1+1
1512.8-12.1418.1電能、電功
18.2電功率 1
1612.15—
12.2118.3測(cè)量小燈泡的電功率
18.4焦耳定律
1712.22-12.28復(fù)習(xí)第十八章測(cè)試1+1
1812.29—1.4復(fù)習(xí)熱學(xué)內(nèi)容 元旦
191.5—1.11復(fù)習(xí)電學(xué)內(nèi)容
關(guān)鍵詞:探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué); 閉合電路歐姆定律; 模擬實(shí)驗(yàn); 學(xué)生實(shí)驗(yàn)
中圖分類號(hào):G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A文章編號(hào):1006-3315(2014)05-155-002
在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展的今天,實(shí)施以創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力為重點(diǎn)的素質(zhì)教育,重要的著眼點(diǎn)是轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣和學(xué)習(xí)方式。大多數(shù)民考民預(yù)科生模仿性學(xué)習(xí)心理是構(gòu)成接受知識(shí)的主要因素。這種依賴性強(qiáng),靠模仿去接受知識(shí)的習(xí)慣,是一種較為簡(jiǎn)單的學(xué)習(xí)心理,民考民預(yù)科生普遍認(rèn)為物理難學(xué)。究其原因難在學(xué)生各方面能力與預(yù)科物理學(xué)習(xí)要求的差距大。預(yù)科階段,乃至大學(xué)階段,要求自主學(xué)習(xí)物理。不同于自學(xué),它是指學(xué)生在教師的指導(dǎo)下,以學(xué)生自己的體驗(yàn)、參與和探究為主,從自身社會(huì)生活實(shí)踐中獲取物理知識(shí),并創(chuàng)造性地解決生活中的問題的一種學(xué)習(xí)方法。怎樣才能把課堂教學(xué)與探究性學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)性學(xué)習(xí)和自主性學(xué)習(xí)相結(jié)合?在大力倡導(dǎo)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)的今天,迫切需要大量?jī)?yōu)秀的、具有創(chuàng)新性的探究實(shí)驗(yàn)來豐富我們的課堂教學(xué)。為此,我們立足民考民預(yù)科生學(xué)習(xí)特點(diǎn),對(duì)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)作一些有益的嘗試,希望能夠引領(lǐng)學(xué)生較為深入地學(xué)習(xí)物理的相關(guān)理論、方法、技能;提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的興趣;增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí);培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是,嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度;養(yǎng)成交流與合作的良好習(xí)慣;發(fā)展學(xué)生的實(shí)踐能力。本文就《閉合電路歐姆定律》一節(jié)做探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)。
一、教材和教學(xué)對(duì)象分析
閉合電路的歐姆定律主要分為電動(dòng)勢(shì)和閉合電路的歐姆定律兩部分。電動(dòng)勢(shì)的概念是閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。其基本內(nèi)容有兩個(gè)方面:電源電動(dòng)勢(shì)由電源本身性質(zhì)決定的,它表征了電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能本領(lǐng)的大小。電源電動(dòng)勢(shì)等于電源沒有接入電路時(shí)兩極間的電壓,在閉合電路里電源電動(dòng)勢(shì)等于內(nèi)外電壓之和。本節(jié)難點(diǎn)是路端電壓和外電阻之間的關(guān)系。學(xué)生通過多媒體的仿真實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù),導(dǎo)出規(guī)律,使學(xué)生有感性的認(rèn)識(shí),課后讓學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室,在做好仿真實(shí)驗(yàn)的前提下,進(jìn)行實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證結(jié)論,減少盲目性。
二、教學(xué)目標(biāo)
1.知識(shí)目標(biāo)
理解電動(dòng)勢(shì)的定義。理解閉合電路歐姆定律及其公式,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題。理解路端電壓隨電流(或外電阻)關(guān)系的公式表達(dá)和圖象表達(dá),并能用來分析、計(jì)算有關(guān)問題。知道閉合電路中能量的轉(zhuǎn)化。
2.能力目標(biāo)
通過路端電壓與外電阻的關(guān)系實(shí)驗(yàn)探究,培養(yǎng)學(xué)生利用“實(shí)驗(yàn)研究,得出結(jié)論”的科學(xué)思路和方法。研究路端電壓與電流的關(guān)系公式、圖象及圖象的物理意義,培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)工具解決物理學(xué)問題的能力,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。
3.情感態(tài)度與價(jià)值觀
通過多媒體仿真探究實(shí)驗(yàn)和課后的學(xué)生探究實(shí)驗(yàn),激發(fā)學(xué)生求知欲和學(xué)習(xí)興趣,享受成功的樂趣,體會(huì)物理學(xué)研究的科學(xué)性。通過分析路端電壓與電流(外電阻)的關(guān)系,培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,感受物理之美。通過學(xué)生之間的討論、交流與協(xié)作探究,培養(yǎng)團(tuán)隊(duì)合作精神。
三、教學(xué)重點(diǎn)
閉合電路歐姆定律。路端電壓與電流(外電阻)關(guān)系的公式表示及圖象表示。
四、教學(xué)難點(diǎn)
電動(dòng)勢(shì)的概念。路端電壓與電流(外電阻)關(guān)系。
五、教學(xué)思路
《閉合電路歐姆定律》是學(xué)生感到較為難以理解的知識(shí)點(diǎn),電動(dòng)勢(shì)的物理意義的理解是掌握閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ)。首先讓學(xué)生課前感受生活中的一些電源,初步明確電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的裝置,讓學(xué)生自己用電壓表測(cè)量不同類型的電源兩極間的電壓,為引入電動(dòng)勢(shì)的概念作鋪墊。再讓學(xué)生在電腦上進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),學(xué)生通過連接不同的開關(guān),改變外電阻阻值,內(nèi)電阻阻值,記錄電流、電壓,分析數(shù)據(jù),探究路端電壓與外電阻(電流)的關(guān)系,得出路端電壓與外電阻(電流)的關(guān)系。然后在課堂仿真實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)入實(shí)驗(yàn)室實(shí)驗(yàn)。避免了盲目性,引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,再進(jìn)行討論,解釋現(xiàn)象原因。講授閉合電路中的功率,進(jìn)一步從能量的轉(zhuǎn)化角度說明電源是將其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的裝置。最后,利用兩道例題來應(yīng)用閉合電路歐姆定律,并適當(dāng)?shù)匮由焱卣?,通過課外思考題,使學(xué)生對(duì)電動(dòng)勢(shì)的概念有更深刻的理解。
六、教學(xué)方法:探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)法、多媒體仿真實(shí)驗(yàn)探究,實(shí)驗(yàn)室驗(yàn)證、實(shí)驗(yàn)分析、討論等方法
(一)電源。展示不同型號(hào)、種類電池、手搖發(fā)電機(jī),對(duì)小燈泡供電。電源不同,結(jié)構(gòu)不同,但有相同的規(guī)律。演示:1用小燈泡點(diǎn)觸干電池,點(diǎn)觸蓄電池,小燈泡發(fā)光。2將小燈泡與手機(jī)電池相接,小燈泡發(fā)光。3手搖發(fā)電機(jī),同樣能夠使小燈泡發(fā)光。學(xué)生得出結(jié)論:干電池、蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能;手搖發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能。
(二)電源的電動(dòng)勢(shì):模擬實(shí)驗(yàn),介紹電路圖(如圖1),介紹實(shí)驗(yàn)儀器。得出內(nèi)、外電路,內(nèi)、外電壓的概念,指出電源內(nèi)部有電阻。看電池內(nèi)部(如圖2),電荷定向移動(dòng)形成電流,電荷電勢(shì)能減小.從能量轉(zhuǎn)化的角度初步理解電動(dòng)勢(shì)的物理意義。觀察仿真實(shí)驗(yàn):電場(chǎng)中兩點(diǎn)間電勢(shì)差在數(shù)值上等于什么?利用計(jì)算機(jī)課件進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)(如圖3)【模擬實(shí)驗(yàn)一】:不閉合S2、S3,只閉合S1,觀察V1的大小。問題思考:(1)閉合開關(guān)S1后,此時(shí)伏特表V1測(cè)得的電壓?(2)此時(shí)外電阻多大?學(xué)生回答:電動(dòng)勢(shì)越大,電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)越強(qiáng)。學(xué)生模擬實(shí)驗(yàn),分析得出(1)伏特表測(cè)電源電動(dòng)勢(shì);(2)外電路電阻無(wú)窮大。E在數(shù)值上等于外電路斷開時(shí)電源兩端點(diǎn)壓。
圖1 圖2圖3
關(guān)鍵詞:教育游戲;初中物理;多媒體技術(shù)
德國(guó)學(xué)者沃爾夫?qū)?#8226;克萊默將游戲定義為一種由道具和規(guī)則構(gòu)建的,游戲者主動(dòng)參與并且在整個(gè)過程中包含競(jìng)爭(zhēng),充滿變化的娛樂活動(dòng)[1]。將游戲運(yùn)用到教育中,主要是借助游戲的娛樂性和趣味性,使學(xué)習(xí)者可以在輕松的氛圍中獲得知識(shí)[2]。在游戲設(shè)計(jì)開發(fā)環(huán)節(jié)加入各種先進(jìn)的電子、媒體技術(shù),可以使游戲在表現(xiàn)形式上更加多樣化,用戶體驗(yàn)更加真實(shí)。使用多種媒體技術(shù)對(duì)游戲進(jìn)行開發(fā)設(shè)計(jì),可以讓學(xué)習(xí)變得輕松愉快,可以實(shí)現(xiàn)“寓教于樂”的教育目標(biāo)[3]。如學(xué)生學(xué)習(xí)歐姆定律這一內(nèi)容時(shí),傳統(tǒng)的教學(xué)方法中,大多數(shù)教師都是照本宣科地進(jìn)行理論講解,容易使教學(xué)變得枯燥乏味。而使用多媒體技術(shù)可以把枯燥乏味的知識(shí)融入到游戲中,讓學(xué)生在放松的情況下掌握相關(guān)的知識(shí),因此研究教育游戲具有重要意義。
一、國(guó)內(nèi)外教育游戲的研究現(xiàn)狀
(一)國(guó)外研究現(xiàn)
狀國(guó)外學(xué)者對(duì)教育游戲的研究開始于20世紀(jì)80年代初,初代教育游戲是將教學(xué)和電視游戲相結(jié)合,學(xué)習(xí)者在電視上進(jìn)行游戲的同時(shí)掌握知識(shí)技能。隨著計(jì)算機(jī)的普及和多媒體技術(shù)的發(fā)展,教育游戲的載體也逐步從電視發(fā)展為計(jì)算機(jī),教育游戲軟件的種類也更加豐富多樣。國(guó)外教育游戲在理論方面也有一套完整的設(shè)計(jì)開發(fā)模式。如KRISTIAN將已有教育理論與游戲設(shè)計(jì)整合提出了體驗(yàn)式游戲模型,強(qiáng)調(diào)在教育游戲設(shè)計(jì)中加入即時(shí)反饋,以及根據(jù)學(xué)習(xí)者的技能水平為其提供相應(yīng)的挑戰(zhàn)的內(nèi)容[4]。
(二)國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
我國(guó)學(xué)者最開始是致力于挖掘游戲的教育價(jià)值,之后有學(xué)者提出了娛教技術(shù),才正式確定了游戲的教育地位。通過娛教技術(shù),可以使學(xué)校教育在時(shí)空上得到擴(kuò)展,將學(xué)習(xí)者日常生活的一些有趣的體驗(yàn)融入到傳統(tǒng)的學(xué)校教育中,為學(xué)習(xí)者提供系統(tǒng)的學(xué)習(xí)生活情境[5]。目前我國(guó)物理游戲大多是以零散的單機(jī)游戲?yàn)橹鳎枰婕覔碛幸欢ǖ奈锢沓WR(shí)和體驗(yàn)才能過關(guān)。如在某個(gè)光學(xué)游戲中,玩家需要靈活運(yùn)用入射角等于反射角這一光學(xué)物理知識(shí),才能完成游戲任務(wù),這些游戲雖然沒有系統(tǒng)的對(duì)某個(gè)知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行教學(xué),但深受學(xué)習(xí)者的喜愛。這也表明教育游戲終將成為未來教學(xué)新的突破口,游戲與教育相結(jié)合會(huì)逐步成為一種發(fā)展趨勢(shì),因此制作出更多、更好的教育游戲已經(jīng)是教育的一個(gè)潮流[6]?;谝陨戏治?,在《超級(jí)電工》游戲的設(shè)計(jì)制作中,要充分結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn),使用娛教技術(shù)的相關(guān)理論進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā),在發(fā)揮游戲娛樂性的基礎(chǔ)上,更要注意對(duì)學(xué)習(xí)效果的檢測(cè),不然就會(huì)本末倒置[7]。
二、《超級(jí)電工》教學(xué)游戲開發(fā)設(shè)想
(一)課程內(nèi)容
本游戲的教學(xué)內(nèi)容是初中物理中的歐姆定律,所以在設(shè)計(jì)游戲時(shí),考慮了如何將歐姆定律體現(xiàn)在游戲過程中,使游戲設(shè)計(jì)既符合歐姆定律的相關(guān)原理,又能與日常生活中的一些現(xiàn)象聯(lián)系起來,使游戲既貼合課程標(biāo)準(zhǔn),又具有趣味性。
(二)游戲內(nèi)容
游戲設(shè)定為超級(jí)電工,任務(wù)是幫助主人修好電路點(diǎn)亮電燈。游戲給定電壓值和電流值,選擇適當(dāng)?shù)碾娮柽B接,將電壓減小到電燈的額定電壓。電阻選擇完成后拉下電閘,如果電壓達(dá)到電燈額定值燈亮;如果電壓小于額定值燈閃爍;如果電壓大于額定值電燈爆炸。游戲過關(guān)可獲得金幣獎(jiǎng)勵(lì),如果到游戲結(jié)束時(shí)間還沒有選好電阻并拉下電閘主人會(huì)生氣。
(三)游戲結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
游戲的結(jié)構(gòu)初步設(shè)計(jì)為四個(gè)部分:主界面、游戲幫助、游戲關(guān)卡小提示。主界面:用一個(gè)簡(jiǎn)單的動(dòng)畫效果吸引學(xué)生眼球。介紹游戲規(guī)則,讓學(xué)生了解游戲怎么玩,明白獎(jiǎng)勵(lì)制度。游戲關(guān)卡:設(shè)置游戲關(guān)卡主要目的是讓學(xué)生通過游戲方式快速學(xué)習(xí)、記憶電阻和歐姆定律的相關(guān)公式,學(xué)生完成關(guān)卡會(huì)得到相應(yīng)的金幣獎(jiǎng)勵(lì)。小提示:用于輔助學(xué)生完成游戲任務(wù),在學(xué)生忘記相關(guān)公式時(shí)可以點(diǎn)擊小提示查看公式表,但是在點(diǎn)擊小提示時(shí)會(huì)扣除一定的金幣,如果金幣數(shù)量不夠則無(wú)法開啟小提示。具體的游戲界面如圖1所示。教育游戲的實(shí)質(zhì)是利用游戲來激發(fā)學(xué)習(xí)者的興趣,達(dá)到特定的教育目標(biāo)[8]。針對(duì)于教育游戲的特性,筆者認(rèn)為在游戲設(shè)計(jì)中應(yīng)該注意兩個(gè)環(huán)節(jié),首先游戲設(shè)計(jì)必須按照相關(guān)課程標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)計(jì),不可脫離理論知識(shí);其次需要將教學(xué)目標(biāo)完美融合到游戲場(chǎng)景、任務(wù)要素中[9]。
三、應(yīng)用價(jià)值
本研究把初中二年級(jí)物理中的歐姆定律作為研究?jī)?nèi)容進(jìn)行分析,根據(jù)國(guó)家課程標(biāo)準(zhǔn)的理論指導(dǎo)和技術(shù)手段及開發(fā)平臺(tái)將其設(shè)計(jì)并制作成教育教學(xué)游戲,可體現(xiàn)出以下應(yīng)用價(jià)值。首先,可以增強(qiáng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)物理的主動(dòng)性。教學(xué)內(nèi)容以游戲的方式呈現(xiàn),設(shè)置多種難度不同的關(guān)卡,學(xué)習(xí)者可以通過體驗(yàn)游戲的不同關(guān)卡,來理解歐姆定律的基本內(nèi)容,學(xué)習(xí)串并聯(lián)情況下電阻總值的計(jì)算方法,在一種輕松的游戲氛圍下自主學(xué)習(xí),并且能通過玩游戲的方式來掌握歐姆定律。通過游戲探究閉合電路中電壓和電阻之間的關(guān)系,并將所學(xué)的知識(shí)應(yīng)用到生活中。其次,可以加強(qiáng)學(xué)習(xí)者學(xué)習(xí)效果。眾所周知,人們對(duì)自己感興趣的事物學(xué)習(xí)的主動(dòng)性更強(qiáng),學(xué)習(xí)效果會(huì)更明顯。而把這些繁雜和抽象的物理電學(xué)方程式融入在游戲中,能使學(xué)生在體驗(yàn)游戲的過程中充分理解并掌握知識(shí)點(diǎn),有效提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。
四、結(jié)語(yǔ)
在物理學(xué)習(xí)中繁多的定律公式學(xué)習(xí)起來是非??菰锓ξ兜?,但是如果在游戲中加入了教學(xué)內(nèi)容,根據(jù)學(xué)生的心理特征設(shè)計(jì)制作出貼合科學(xué)教育目標(biāo)的教育游戲,不僅能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)興趣,還能提高學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)效果。另外教育游戲是結(jié)合學(xué)習(xí)者的特點(diǎn)設(shè)計(jì)的,有一定的獎(jiǎng)懲措施,能激發(fā)學(xué)習(xí)者的學(xué)習(xí)動(dòng)力及學(xué)習(xí)的積極性和自主探索能力。
作者:曾思遙 單位:云南師范大學(xué)
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例1如圖1所示電路中,當(dāng)開關(guān)S閉合,甲、乙兩表是電壓表時(shí),示數(shù)之比U甲:U乙=3:2,當(dāng)開關(guān)S斷開,甲、乙兩表都是電流表時(shí),則兩表的示數(shù)之比I甲:I乙為().
A.2:1B.3:1C.2:3D.1:3
解析(1)當(dāng)開關(guān)S閉合,甲乙兩表是電壓表時(shí),根據(jù)電流流向法可知,電流的流徑是:電源的正極R1R2電源的負(fù)極.甲電壓表測(cè)的是電源電壓,乙電壓表測(cè)R2的電壓,其電流流向圖如圖2所示,
根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的分壓原理可得
====.
(2)當(dāng)S斷開,甲乙兩表都是電流表時(shí),電流的流徑是:
電源的正極 乙電流
表電源的負(fù)極.
其電流流向圖如圖3所示,
根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路的分流原理可得
==;===.
故本題通過電流流向圖可以得到解決,答案應(yīng)選D.
例2如圖4所示,3個(gè)電阻值均為10Ω的電阻R1、R2、R3串聯(lián)后接在電壓恒定為U的電路中,某同學(xué)誤將一只電流表并聯(lián)在電阻R2兩端,發(fā)現(xiàn)電流表的示數(shù)為1.5A,據(jù)此可推知電源電壓U為V;若用一只電壓表代替電流表并聯(lián)在R2兩端,則電壓表的示數(shù)為V.
解析(1)當(dāng)誤將電流表并聯(lián)在R2兩端時(shí),根據(jù)電流流向法可知,R2被電流表短路,電流的流徑是:電源正極R1電流表R3電源負(fù)極.其電流流向圖如圖5所示.根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn)有:
U總=I總R總=I總(R1+R2)
=1.5A×(10Ω+10Ω)=30V.
(2)當(dāng)電壓表并聯(lián)在R2兩端時(shí),電流的流徑是:
電源正極R1R2R3電源負(fù)極.
其電流流向圖如圖6所示,
根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn),
U2=IR2=×R2
=×10Ω=10V.
例3如圖7所示的電路,電源電壓保持不變,R3=10Ω,當(dāng)S1閉合S2斷開時(shí),電流表示數(shù)為0.6A;當(dāng)S2閉合S1斷開時(shí),電流表示數(shù)為0.3A;當(dāng)S1、S2均閉合時(shí),電流表示數(shù)為1.1A;試求:
(1)電源電壓;
(2)電阻R2和R3的阻值.
解析(1)當(dāng)S1閉合S2斷開時(shí),R1與R2被短路,電流的流徑是:電源的正極R3電源的負(fù)極.其電流流向圖如圖8所示,
根據(jù)歐姆定律:U=IR3=0.6A×10Ω=6V.
(2)當(dāng)S2閉合S1斷開時(shí),R2與R3被短路,電流的流徑是:電源的正極R1電源的負(fù)極.其電流流向圖如圖9所示,
根據(jù)歐姆定律:R1===20Ω.
(3)當(dāng)S1、S2均閉合時(shí),根據(jù)“節(jié)點(diǎn)法”不論導(dǎo)線有多長(zhǎng),電路中
有直接用導(dǎo)線(或理想電流表)連接的兩點(diǎn),應(yīng)視為同一個(gè)點(diǎn)(即等位點(diǎn)).
可知電路中的三個(gè)電阻是并聯(lián),電流的流徑是:電源正極R1、R2、R3電流表電源負(fù)極.其電流流向圖如圖10所示,
根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路的特點(diǎn),
I2=I-I1-I3=I--
=1.1A--=0.5A,
R2==12Ω.
例4在今年5月份助殘活動(dòng)中,某校初三同學(xué)為傷殘軍人買了一輛電動(dòng)輪椅.同學(xué)們對(duì)這輛車的工作原理產(chǎn)生了興趣.他們對(duì)照說明書的電路原理圖(如圖11所示)了解到,操縱桿可操縱雙刀雙擲開關(guān)K以及滑動(dòng)變阻器R1的滑片P.前推操縱桿時(shí)輪椅前進(jìn),再向前推時(shí)快速前進(jìn);后拉操縱桿時(shí)輪椅慢慢后退.又知蓄電池的電壓U=24V(保持不變)、定值電阻R2=10Ω,電動(dòng)機(jī)的額定功率P0=72W、額定電壓U0=24V.
⑴從原理圖可知,當(dāng)開關(guān)S接到哪兩個(gè)接線柱時(shí),輪椅前進(jìn)?
⑵當(dāng)輪椅后退時(shí),電流表示數(shù)為I=1A,此時(shí)電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率為多少?
⑶當(dāng)電動(dòng)機(jī)以額定功率工作時(shí),輪椅勻速前進(jìn)的速度為1.5m/s,電動(dòng)機(jī)線圈電阻損耗的功率為18W,求此時(shí)輪椅受到的阻力大小.
解析(1)當(dāng)開關(guān)S接1、2兩個(gè)接線柱時(shí),電流的流徑是:電源正極電動(dòng)機(jī)R2電流表電源負(fù)極.
其電流流向圖如圖12所示.
根據(jù)歐姆定律可知,電路中的電流恒定,電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不能改變,所以,此時(shí)輪椅不是前進(jìn)而是后退的狀態(tài).
當(dāng)開關(guān)S接3、4兩個(gè)接線柱時(shí),電流的流徑是:電源正極滑動(dòng)變阻器R1電動(dòng)機(jī)電流表電源負(fù)極.其電流流向圖如圖13所示,
根據(jù)歐姆定律可知,當(dāng)P向右滑動(dòng)時(shí),R總減小I總增大電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速加快.所以,開關(guān)S接3、4兩個(gè)接線柱時(shí)輪椅是前進(jìn)的.
(2)當(dāng)輪椅后退時(shí)電流流向圖如圖12所示,根據(jù)歐姆定律和串聯(lián)電路的特點(diǎn),
電阻R2的電壓為
U2=IR2=1A×10Ω=10V;
電動(dòng)機(jī)兩端的電壓
U電=U一U2=24V一10V=14V,
電動(dòng)機(jī)的實(shí)際功率
P實(shí)=U電I=1A×14V=14W.
(3)當(dāng)電動(dòng)機(jī)以額定功率工作時(shí),由電流流向圖13可知此時(shí)P滑到變阻器的右端,
電動(dòng)機(jī)的機(jī)械功率為
P機(jī)=P0-P線=72W-18W=54W,