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關(guān)鍵詞:物理定律;教學(xué)方法;多種多樣
關(guān)鍵詞:是對物理規(guī)律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結(jié)論。反映物理現(xiàn)象在一定條件下發(fā)生變化過程的必然關(guān)系。物理定律的教學(xué)應(yīng)注意:首先要明確、掌握有關(guān)物理概念,再通過實驗歸納出結(jié)論,或在實驗的基礎(chǔ)上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區(qū)別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關(guān)的物理定律之間的關(guān)系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學(xué)生對力的作用效果的錯誤認(rèn)識;培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學(xué)時應(yīng)明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態(tài),不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學(xué)的出發(fā)點,不能把它當(dāng)作第二定律的特例;慣性質(zhì)量不是狀態(tài)量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態(tài)和運動過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實際問題時,應(yīng)使學(xué)生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們在一段較短的時間內(nèi)研究力學(xué)問題時,常??梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈?dāng)好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎(chǔ)上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質(zhì)量存在什么關(guān)系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結(jié)論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質(zhì)量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學(xué)時還應(yīng)請注意:公式F=Kma中,比例系數(shù)K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關(guān)系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關(guān)系,以及與運動學(xué)、動量、功和能等知識的聯(lián)系。教師應(yīng)明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學(xué)時應(yīng)注意:①要充分利用牛頓總結(jié)萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對學(xué)生進行科學(xué)方法的教育。②要強調(diào)萬有引力跟質(zhì)點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學(xué)生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質(zhì)點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發(fā)現(xiàn)了它的局限性。
(4)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結(jié)出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據(jù)功能原理,在外力和非保守內(nèi)力都不作功或所作的總功為零的條件下推導(dǎo)出來。高中教材是用實例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態(tài)量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態(tài)變化的復(fù)雜過程(過程量被消去),使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件(只有系統(tǒng)內(nèi)部的重力和彈力做功)。這個定律不適用的問題,可以利用動能定理或功能原理解決。
(5)動量守恒定律歷史上,牛頓第二定律是以F=dP/dt的形式提出來的。所以有人認(rèn)為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導(dǎo)出來,主張從實驗直接總結(jié)。但是實驗要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實驗條件來說,多數(shù)難以做到。即使做得到,要在課堂里準(zhǔn)確完成實驗并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學(xué)規(guī)律,也不違反科學(xué)規(guī)律。中學(xué)階段有關(guān)動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數(shù)式替代矢量式。學(xué)生在解題時最容易發(fā)生符號的錯誤,應(yīng)該使他們明確,在同一個式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態(tài)變化,表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質(zhì)點系內(nèi)部的相互作用力遠(yuǎn)比它們所受的外力大,就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規(guī)律之一。無論是宏觀系統(tǒng)或微觀粒子的相互作用,系統(tǒng)中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統(tǒng)不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
關(guān)鍵詞:物理;規(guī)律教學(xué);思維
物理規(guī)律(包括定律、定理、原理、公式等)反映了物理現(xiàn)象、物理過程在一定條件下必然發(fā)生、發(fā)展和變化的規(guī)律,反映了物質(zhì)運動變化的各個因素之間的本質(zhì)聯(lián)系,揭示了物理事物本質(zhì)屬性之間的內(nèi)在聯(lián)系,是物理學(xué)科結(jié)構(gòu)的核心。整個中學(xué)物理是以為數(shù)不多的基本概念和基本規(guī)律為主干的一個完整體系,物理基本概念是基石,基本規(guī)律是中心,基本方法是紐帶。要使學(xué)生掌握學(xué)科的基本結(jié)構(gòu),就必須讓學(xué)生學(xué)好基本規(guī)律。
縱觀整個初中物理,可以將物理規(guī)律分為以下三類:
1.實驗規(guī)律
物理學(xué)中的很多規(guī)律都是在觀察和實驗的基礎(chǔ)上,通過分析歸納總結(jié)出來的。我們把它們叫做實驗規(guī)律。如杠杠平衡原理、歐姆定律、阿基米德原理等。
2.理想規(guī)律
有些物理規(guī)律不能直接用實驗來證明,但是具有足夠數(shù)量的經(jīng)驗事實。如果把這些經(jīng)驗事實進行整理分析,抓住主要因素,忽略次要因素,推理到理想的情況下,總結(jié)出來的規(guī)律,這樣的規(guī)律我們把它叫做理想規(guī)律,如牛頓第一定律、真空不能傳聲等。
3.理論規(guī)律
有些物理規(guī)律是以已知的事實為根據(jù),通過推理總結(jié)出來的,我們把它叫做理論規(guī)律。如并聯(lián)電路中電阻大小的計算等。
怎樣才能搞好規(guī)律教學(xué)呢?
1 聯(lián)系新舊知識、收集事實依據(jù),學(xué)會研究物理規(guī)律的方法
物理規(guī)律本身反映了物理現(xiàn)象中的相互聯(lián)系、因果關(guān)系和有關(guān)物理量間的嚴(yán)格數(shù)量關(guān)系。因此在物理規(guī)律的教學(xué)中必須將原來分散學(xué)習(xí)的有關(guān)概念綜合起來。只有用聯(lián)系的觀點來引導(dǎo)學(xué)生研究新課題提出新問題才能激發(fā)學(xué)生新的求知欲與新的興趣。另一方面物理規(guī)律本身總是以一定的物理事實為依據(jù)的。因此學(xué)生學(xué)習(xí)物理規(guī)律也必須在認(rèn)識、分析和研究有關(guān)的物理事實的基礎(chǔ)上來進行。尤其是初中學(xué)生他們的抽象思維能力不強理解和掌握物理規(guī)律更需要有充分的感性材料為基礎(chǔ)。
2 建立思維方法,理解物理規(guī)律
初中階段所研究的物理規(guī)律一般著重于用文字語言加以表達即用一段話把某一規(guī)律的物理意義表述出來,有些規(guī)律還用公式加以表達。對于物理規(guī)律的文字表述要認(rèn)真加以分析,使學(xué)生真正理解它的含義而不是讓學(xué)生去死記結(jié)論。例如牛頓第一定律這一理想規(guī)律的教學(xué)就可采用“合理推理法”,即在實驗的基礎(chǔ)上進行推理想象,由有摩擦的情況推想到無摩擦?xí)r的運動情況,最后把這一規(guī)律的內(nèi)容表述出來。在理解時要弄清定律的條件是“物體沒有受到外力作用”。還要正確理解“或”這個字的含義,“或”不是指物體有時保持勻速直線運動狀態(tài)有時保持靜止?fàn)顟B(tài),而是指如果物體原來是靜止它就保持靜止?fàn)顟B(tài),如果物體原來是運動的它就保持勻速直線運動狀態(tài);許多理論物理規(guī)律的內(nèi)容可以用數(shù)學(xué)形式表達出來就是公式。要使學(xué)生從物理意義上去理解公式中所表示的物理量之間的數(shù)量關(guān)系而不能從純數(shù)學(xué)的角度加以理解。例如:對于歐姆定律的表達式應(yīng)當(dāng)使學(xué)生理解這一公式表達了電流的強弱決定于加在導(dǎo)體兩端電壓的大小和導(dǎo)體本身電阻的大小,即某段電路中電流的大小與這段電路兩端的電壓成正比與這段電路中的電阻成反比,公式中的I、U、R三個物理量是對同一段電路而言的。把公式進行變換得到電阻的定義式R=U/I。如果不理解公式的物理意義就可能得出“電阻與電壓成正比”這一錯誤的結(jié)論。
3 明確物理規(guī)律的適用條件和范圍
每一個物理規(guī)律都是在一定的條件下反映某個物理現(xiàn)象或物理過程的變化規(guī)律,而規(guī)律的成立是有條件的。因此每一規(guī)律的適用條件和范圍也是一定的。學(xué)生只有明確規(guī)律的適用條件和范圍才能正確地運用規(guī)律來解決問題才能避免亂用規(guī)律、亂套公式的現(xiàn)象。例如,歐姆定律I=U/R,適用于金屬導(dǎo)體,不適用于高電壓的液體導(dǎo)電,不適用于氣體導(dǎo)電,不適用于含源電路或含有非線性元件的電路。而且I、U、R必須是同一段電路上的三個物理量。
4 認(rèn)清關(guān)系,加以區(qū)別
物理規(guī)律總是與許多物理概念緊密聯(lián)系在一起的,與某些物理規(guī)律也是互相關(guān)聯(lián)的,應(yīng)當(dāng)使學(xué)生把物理規(guī)律與同它相關(guān)的物理概念和物理規(guī)律之間的關(guān)系搞清楚。如:牛頓第一定律與物體的慣性雖有聯(lián)系但二者有本質(zhì)的區(qū)別不能混為一談。在教學(xué)中經(jīng)常發(fā)現(xiàn)學(xué)生把慣性與運動狀態(tài)等同起來,把物體不受外力作用保持原來的運動狀態(tài)說成是“保持物體的慣性”。我們知道慣性是物體的固有屬性,物體無論是靜止還是運動、是否受力,任何時候都有慣性。而牛頓第一定律是一個反映這些客觀事實的物理規(guī)律,兩者不能混為一談。
5 聯(lián)系實際應(yīng)用,掌握物理規(guī)律
(一)知識目標(biāo)
1、知道電動勢的定義.
2、理解閉合電路歐姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意義,并能熟練地用來解決有關(guān)的電路問題.
3、知道電源的電動勢等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓,電源的電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和.
4、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關(guān)問題.
5、理解閉合電路的功率表達式.
6、理解閉合電路中能量轉(zhuǎn)化的情況.
(二)能力目標(biāo)
1、培養(yǎng)學(xué)生分析解決問題能力,會用閉合電路歐姆定律分析外電壓隨外電阻變化的規(guī)律
2、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,知道這種關(guān)系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關(guān)問題.
3、通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析問題能力.
(三)情感目標(biāo)
1、通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學(xué)生普遍聯(lián)系觀點
2、通過分析外電壓變化原因,了解內(nèi)因與外因關(guān)系
3、通過對閉合電路的分析計算,培養(yǎng)學(xué)生能量守恒思想
4、知道用能量的觀點說明電動勢的意義
教學(xué)建議
1、電源電動勢的概念在高中是個難點,是掌握閉合電路歐姆定律的關(guān)鍵和基礎(chǔ),在處理電動勢的概念時,可以根據(jù)教材,采用不同的講法.從理論上分析電源中非靜電力做功從電源的負(fù)極將正電荷運送到正極,克服電場力做功,非靜電力搬運電荷在兩極之間產(chǎn)生電勢差的大小,反映了電源做功的本領(lǐng),由此引出電動勢的概念;也可以按本書采取討論閉合電路中電勢升降的方法,給出電動勢等于內(nèi)、外電路上電勢降落之和的結(jié)論.教學(xué)中不要求論證這個結(jié)論.教材中給出一個比喻(兒童滑梯),幫助學(xué)生接受這個結(jié)論.
需要強調(diào)的是電源的電動勢反映的電源做功的能力,它與外電路無關(guān),是由電源本生的特性決定的.
電動勢是標(biāo)量,沒有方向,這要給學(xué)生說明,如果學(xué)生程度較好,可以向?qū)W生說明,做為電源,由正負(fù)極之分,在電源內(nèi)部,電流從負(fù)極流向正極,為了說明問題方便,也給電動勢一個方向,人們規(guī)定電源電動勢的方向為內(nèi)電路的電流方向,即從負(fù)極指向正極.
2、路端電壓與電流(或外電阻)的關(guān)系,是一個難點.希望作好演示實驗,使學(xué)生有明確的感性認(rèn)識,然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關(guān)系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關(guān)系,務(wù)必使學(xué)生熟悉這個圖線.
學(xué)生應(yīng)該知道,斷路時的路端電壓等于電源的電動勢.因此,用電壓表測出斷路時的路端電壓就可以得到電源的電動勢.在考慮電壓表的內(nèi)阻時,希望通過第五節(jié)的“思考與討論”,讓學(xué)生自己解決這個問題.
3、最后講述閉合電路中的功率,得出公式,.要從能量轉(zhuǎn)化的觀點說明,公式左方的表示單位時間內(nèi)電源提供的電能.理解了這一點,就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內(nèi)阻上,其余部分輸出到外電路中.
教學(xué)設(shè)計方案
閉合電路的歐姆定律
一、教學(xué)目標(biāo)
1、在物理知識方面的要求:
(1)鞏固產(chǎn)生恒定電流的條件;
(2)知道電動勢是表征電源特性的物理量,它在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時兩極間的電壓.
(3)明確在閉合回路中電動勢等于電路上內(nèi)、外電壓之和.
(4)掌握閉合電路的歐姆定律,理解各物理量及公式的物理意義
(5)掌握路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律.
2、在物理方法上的要求:
(1)通過電動勢等于電路上內(nèi)、外電壓之和的教學(xué),使學(xué)生學(xué)會運用實驗探索物理規(guī)律的方法.
(2)從能量和能量轉(zhuǎn)化的角度理解電動勢的物理意義.
(3)通過對路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律的討論培養(yǎng)學(xué)生的推理能力.
(4)通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規(guī)律,培養(yǎng)學(xué)生用多種方式分析
二、重點、難點分析
1、重點:
(1)電動勢是表示電源特性的物理量
(2)閉合電路歐姆定律的內(nèi)容;
(3)應(yīng)用定律討論路端電壓、輸出功率、電源效率隨外電阻變化的規(guī)律.
2、難點:
(1)閉合回路中電源電動勢等于電路上內(nèi)、外電壓之和.
(2)短路、斷路特征
(3)應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流強度隨外電阻變化的關(guān)系
三、教學(xué)過程設(shè)計
引入新課:
教師:同學(xué)們都知道,電荷的定向移動形成電流.那么,導(dǎo)體中形成電流的條件是什么呢?(學(xué)生答:導(dǎo)體兩端有電勢差.)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會看到什么現(xiàn)象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會出現(xiàn)這種現(xiàn)象呢?
分析:當(dāng)電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負(fù)電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差.當(dāng)用導(dǎo)線把小燈泡和電容器兩極板連通后,電子就在電場力的作用下通過導(dǎo)線產(chǎn)生定向移動而形成電流,但這是一瞬間的電流.因為兩極板上正負(fù)電荷逐漸中和而減少,兩極板間電勢差也逐漸減少為零,所以電流減小為零,因此只有電場力的作用是不能形成持續(xù)電流的.
教師:為了形成持續(xù)的電源,必須有一種本質(zhì)上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負(fù)電荷來補充兩極板上減少的電荷.這才能使兩極板保持恒定的電勢差,從而在導(dǎo)線中維持恒定的電流,能夠提供這種非靜電力的裝置叫電源.電源在維持恒定電流時,電源中的非靜電力將不斷做功,從而把已經(jīng)流到低電勢處的正電荷不斷地送回到高電勢處.使它的電勢能增加.
板書:1、電源:電源是一種能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔艿难b置.它并不創(chuàng)造能量,也不創(chuàng)造電荷.例如:干電池是把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,發(fā)電機是把機械能、核能等轉(zhuǎn)化為電能的裝置.
教師:電源能夠不斷地把其他形式的能量轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔埽⑶夷軌蛱峁┖愣ǖ碾妷海敲床煌碾娫?,兩極間的電壓相同嗎?展示各種干電池(1號、2號、5號、7號),請幾個同學(xué)觀察電池上面寫的規(guī)格,發(fā)現(xiàn)盡管電池的型號不同,但是都標(biāo)有“1.5V”字樣.我們把示教電壓表直接接在干電池的兩端進行測量,發(fā)現(xiàn)結(jié)果確實是1.5V.講臺上還擺放有手搖發(fā)電機、蓄電池、紐扣電池,它們兩端的電壓是否也是1.5V呢?(學(xué)生回答:不是)那么如何知道它們兩端的電壓呢?(學(xué)生:用電壓表直接測量)·
結(jié)論:電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質(zhì)(如材料、工作方式等)決定,同種電池用電壓表測量其兩極間的電壓是相同的,不同種類的電池用電壓表測量其兩極間的電壓是不同的.為了表示電源本身的這種特性,物理學(xué)中引入了電動勢的概念.
板書:2、電源電動勢
教師:從上面的演示和分析可知,電源的電動勢在數(shù)值上等于電源未接入電路時兩極間的電壓.
板書:電源的電動勢在數(shù)值上等于電源沒有接入電路時其兩極間的電壓.
例如,各種型號的干電池的電動勢都是1.5V.那么把一節(jié)1號電池接入電路中,它兩極間的電壓是否還是1.5V呢?用示教板演示
,電路如圖所示,結(jié)論:開關(guān)閉合前,電壓表示數(shù)是1.5V,開關(guān)閉合后,電壓表示數(shù)變?yōu)?.4V.實驗表明,電路中有了電流后,電源兩極間的電壓減少了.
教師:上面的實驗中,開關(guān)閉合后,電源兩極間的電壓降為1.4V,那么減少的電壓哪去了呢?用投影儀展示實驗電路,介紹閉合電路可分為內(nèi)、外電路兩部分,電源內(nèi)部的叫內(nèi)電路,電源外部的叫外電路.接在電源外電路兩端的電壓表測得的電壓叫外電壓.在電源內(nèi)部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測得的電壓叫內(nèi)電壓.我們現(xiàn)在就通過實驗來研究閉合電路中電動勢和內(nèi)、外電壓之間的關(guān)系.
板書:3、內(nèi)電壓和外電壓
教師:向?qū)W生介紹實驗裝置及電路連接方法,重點說明內(nèi)電壓的測量.實驗中接通電鍵,移動滑動變阻器的滑動頭使其阻值減小,由兩個電壓表讀出若干組內(nèi)、外電壓和的值.再斷開電鍵,由電壓表測出電動勢.分析實驗結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律呢?
學(xué)生:在誤差許可的范圍內(nèi),內(nèi)、外電壓之和等于電源電動勢.
板書:在閉合電路中,電源的電動勢等于內(nèi)、外電壓之和,即.
下面我們來分析在整個電路中電壓、電流、電阻之間的關(guān)系.
教師:我們來做一個實驗,電路圖如圖所示
觀察電鍵S先后接通1和2時小燈泡的亮度.
結(jié)論:把開關(guān)撥到2后,發(fā)現(xiàn)小燈泡的亮度比剛才接3V的電源時還稍暗些.怎么解釋這個實驗現(xiàn)象呢?這就要用到我們將要學(xué)習(xí)的內(nèi)容——閉合電路的歐姆定律.
板書:閉合電路的歐姆定律
教師:在圖1所示電路圖中,設(shè)電流為,根據(jù)歐姆定律,,,那么,電流強度,這就是閉合電路的歐姆定律.
板書:4、閉合電路的歐姆定律的內(nèi)容:閉合電路中的電流強度和電源電動勢成正比,和電路的內(nèi)外電阻之和成反比.表達式為.
同學(xué)們從這個表達式可以看出,在電源恒定時,電路中的電流強度隨電路的外電阻變化而變化;當(dāng)外電路中的電阻是定值電阻時,電路中的電流強度和電源有關(guān).
教師:同學(xué)們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋上一個實驗現(xiàn)象呢?
學(xué)生:9V的電源如果內(nèi)電阻很大,由閉合電路的歐姆定律可知,用它做電源,電路中的電流I可能較小;而電動勢3V的電源內(nèi)阻如果很小,電路中的電流可能比大,用這兩個電源分別給相同的小燈泡供電,燈泡的亮度取決于,那么就出現(xiàn)了剛才的實驗現(xiàn)象了.
教師:很好.一般電源的電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)可以認(rèn)為是不變的.那么外電阻的變化,就會引起電路中電流的變化,繼而引起路端電壓、輸出功率、電源效率等的變化.
幾個重要推論
(1)路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律
板書:5幾個重要推論
(l)路端電壓隨外電阻變化的規(guī)律演示實驗,圖3所示電路,
4節(jié)1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯(lián)組成電源(因為通常電源內(nèi)阻很小,的變化也很小,現(xiàn)象不明顯)移動滑動變阻器的滑動片,觀察電流表和電壓表的示數(shù)是如何隨變化?
教師:從實驗出發(fā),隨著電阻的增大,電流逐漸減小,路端電壓逐漸增大.大家能用閉合電路的歐姆定律來解釋這個實驗現(xiàn)象嗎?
學(xué)生:因為變大,閉合電路的總電阻增大,根據(jù)閉合電路的歐姆定律,,電路中的總電流減小,又因為,則路端電壓增大.
教師:正確.我們得出結(jié)論,路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小.一般認(rèn)為電動勢和內(nèi)電阻在短時間內(nèi)是不變的,初中我們認(rèn)為電路兩端電壓是不變的,應(yīng)該是有條件的,當(dāng)無窮大時,0,外電路可視為斷路,0,根據(jù),則,即當(dāng)外電路斷開時,用電壓表直接測量電源兩極電壓,數(shù)值等于電源的電動勢;當(dāng)減小為0時,電路可視為短路,為短路電流,路端電壓.
板書5:路端電壓隨外電阻增大而增大,隨外電阻減小而減小.斷路時,∞,0,;短路時,,.
電路的路端電壓與電流的關(guān)系可以用圖像表示如下
(2)電源的輸出功率隨外電阻變化的規(guī)律.
教師:在純電阻電路中,當(dāng)用一個固定的電源(設(shè)、r是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率,
又因為,
所以,
當(dāng)時,電源有最大的輸出功率.我們可以畫出輸出功率隨外電阻變化的圖線,如圖所示.
板書6:在純電阻電路中,當(dāng)用一個固定的電源(即、是定值)向變化的外電阻供電時,輸出的功率有最大值.
教師:當(dāng)輸出功率最大時,電源的效率是否也最大呢?
板書7:電源的效率隨外電阻變化的規(guī)律
教師:在電路中電源的總功率為,輸出的功率為,內(nèi)電路損耗的功率為,則電源的效率為,當(dāng)變大,也變大.而當(dāng)時,即輸出功率最大時,電源的效率=50%.
板書8:電源的效率隨外電阻的增大而增大.
四、講解例題
五、總結(jié)
探究活動
1、調(diào)查各種不同電源的性能特點。
(包括電動勢、內(nèi)阻、能量轉(zhuǎn)化情況、工作原理、可否充電)
2、考察目前對廢舊電池的回收情況。
(1)化學(xué)電池的工作原理;
(2)廢舊電池對環(huán)境的污染主要表現(xiàn)在哪些方面;
(3)當(dāng)前社會對廢舊電池的重視程度;
(4)廢舊電池的回收由哪些主要的途徑和利用方式;
知識目標(biāo)
1.鞏固串聯(lián)電路的電流和電壓特點.
2.理解串聯(lián)電路的等效電阻和計算公式.
3.會用公式進行簡單計算.
能力目標(biāo)
1.培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力.
情感目標(biāo)
激發(fā)學(xué)生興趣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,加強思想品德教育.
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題,從實驗得出結(jié)論.串聯(lián)電路總電阻的計算公式是本節(jié)的重點,用等效的觀點分析串聯(lián)電路是本書的難點,協(xié)調(diào)好實驗法和理論推導(dǎo)法的關(guān)系是本書教學(xué)的關(guān)鍵.
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實驗和理論證明相結(jié)合的方式進行學(xué)習(xí).
實驗法和理論推導(dǎo)法并舉,不僅可以使學(xué)生對串聯(lián)電路的總電阻的認(rèn)識更充分一些,而且能使學(xué)生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些.
由于實驗法放在理論推導(dǎo)法之前,因此該實驗就屬于探索性實驗,是伏安法測電阻的繼續(xù).對于理論推導(dǎo)法,應(yīng)先明確兩點:一是串聯(lián)電路電流和電壓的特點.二是對歐姆定律的應(yīng)用范圍要從一個導(dǎo)體擴展到幾個導(dǎo)體(或某段電路)計算串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻時,常出現(xiàn)一個“總”字,對“總”字不能單純理解總和,而是“總代替”,即“等效”性,用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路.
教學(xué)設(shè)計方案
1.引入課題
復(fù)習(xí)鞏固,要求學(xué)生思考,計算回答
如圖所示,已知,電流表的示數(shù)為1A,那么
電流表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表的示數(shù)是多少?
電壓表V的示數(shù)是多少?
通過這道題目,使學(xué)生回憶并答出串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系
(1)串聯(lián)電路中各處的電流相等.
(2)串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和.
在實際電路中通常有幾個或多個導(dǎo)體組成電路,幾個導(dǎo)體串聯(lián)以后總電阻是多少?與分電阻有什么關(guān)系?例如在修理某電子儀器時,需要一個10的電阻,但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻,而只有一些5的電阻,那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢?
電阻的串聯(lián)知識可以幫助我們解決這個問題.
2.串聯(lián)電阻實驗
讓學(xué)生確認(rèn)待測串聯(lián)的三個電阻的阻值,然后通過實驗加以驗證.指導(dǎo)學(xué)生實驗.按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯(lián)入電路,調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的讀數(shù)為一整數(shù)(如3V),電流表的讀數(shù)為0.6A,根據(jù)伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯(lián)起來接在電路的a、b兩點之間,提示學(xué)生,把已串聯(lián)的電阻與當(dāng)作一個整體(一個電阻)閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時讀數(shù)為0.2A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果得出總電阻與、的關(guān)系.
再串入電阻,把已串聯(lián)的電阻當(dāng)作一個整體,閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動變阻器,使電壓表的示數(shù)為一整數(shù)(如3V)電流表此時示數(shù)為0.1A,根據(jù)伏安法測出總電阻.
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果,得出總電阻與的關(guān)系:.
3.應(yīng)用歐姆定律推導(dǎo)串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯(lián)電路中
所以
這表明串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體的電阻之和.
4.運用公式進行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯(lián)起來接在6V的電源上,求這串聯(lián)
電路中的電流
讓學(xué)生仔細(xì)讀題,根據(jù)題意畫出電路圖并標(biāo)出已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經(jīng)比較得出第(3)種方法簡便,找學(xué)生回答出串聯(lián)電路的電阻計算
解題過程
已知V,求I
解
根據(jù)得
答這個串聯(lián)電路中的電流為0.3A.
強調(diào)歐姆定律中的I、U、R必須對應(yīng)同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發(fā)光時燈絲電阻為8.3,兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源,要使燈泡正常工作,需要串聯(lián)一個多大的電阻?
讓學(xué)生根據(jù)題意畫出電路圖,并標(biāo)明已知量的符號及數(shù)值,未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生分析得出
(1)這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V,而電源電壓是6V,那么串聯(lián)的電阻要分擔(dān)的電壓為
(2)的大小根據(jù)歐姆定律求出
(3)因為與串聯(lián),通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據(jù)求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
教學(xué)策略作為教學(xué)設(shè)計的中心環(huán)節(jié),其設(shè)計科學(xué)與否直接關(guān)系到教學(xué)的效率,甚至教學(xué)的成敗。作為現(xiàn)代教育思潮典型代表,建構(gòu)主義理論對新課程教學(xué)策略的設(shè)計具有重要的指導(dǎo)意義。建構(gòu)主義理論針對教學(xué)策略設(shè)計這一環(huán)節(jié)強調(diào)指出:“我們不是僅僅為了選擇教學(xué)策略,而是要創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)者積極學(xué)習(xí)的現(xiàn)實環(huán)境?!睘榇?建構(gòu)主義理論主張在教學(xué)設(shè)計中應(yīng)注意“擴展學(xué)生對自己學(xué)習(xí)的責(zé)任感,包括允許學(xué)生決定自己想學(xué)什么,讓學(xué)生能管理自己的學(xué)習(xí)活動,讓學(xué)生在學(xué)習(xí)時能得到互相幫助,創(chuàng)設(shè)非威脅性的學(xué)習(xí)氣氛,使得學(xué)習(xí)富有意義,包括最大限度地利用現(xiàn)有知識,在現(xiàn)實情境中使教學(xué)有固著點,提供學(xué)習(xí)內(nèi)容的多種方式,促進積極的知識建構(gòu),包括利用活動促進高層次思維,鼓勵審視不同的觀點,鼓勵創(chuàng)造性,靈活地解決實際問題,提供學(xué)生呈現(xiàn)學(xué)習(xí)過程與結(jié)果的機制”。根據(jù)建構(gòu)主義的理論,物理課堂教學(xué)策略的設(shè)計應(yīng)遵循以下原則。
1.堅持“以學(xué)生為本、以學(xué)生發(fā)展為本”的課堂教學(xué)設(shè)計策略,重視學(xué)生主動參與和內(nèi)心體驗;重視知識形成和應(yīng)用的過程。
2.堅持“搭建平臺、營造氛圍”的課堂教學(xué)設(shè)計策略,重視教學(xué)情景和教學(xué)問題的設(shè)計,重視啟發(fā)引導(dǎo)和協(xié)調(diào)交流。
3.堅持“以知識為載體、揭示知識內(nèi)涵”的課堂教學(xué)設(shè)計策略,重視對知識內(nèi)涵的把握;重視潛移默化再現(xiàn)知識內(nèi)涵的手段和方法。
4.堅持“聯(lián)系實際應(yīng)用、激發(fā)學(xué)習(xí)激情”的課堂教學(xué)設(shè)計策略,重視教學(xué)過程中STS的拓展;重視教學(xué)過程中新技術(shù)的應(yīng)用。
教學(xué)策略是實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的重要手段,是教學(xué)設(shè)計研究的重點。教學(xué)策略的設(shè)計包括許多方面,主要有:采用何種經(jīng)濟而有效的教與學(xué)的形式,安排什么樣的教師教的活動和學(xué)習(xí)者學(xué)的活動,設(shè)計何種教的方法和學(xué)的方法,進行什么樣的教學(xué)媒體及怎樣進行設(shè)計,怎樣利用現(xiàn)有的教學(xué)資源及挖掘潛在的教學(xué)資源,設(shè)計怎樣的教學(xué)環(huán)節(jié)和步驟等一系列問題。下面我通過具體的案例設(shè)計與比較,探究新課程理念下物理課堂教學(xué)策略的設(shè)計的特點與規(guī)律。
[案例1]運用歸納教學(xué)策略設(shè)計《電流跟電壓、電阻的關(guān)系歐姆定律》。
1.導(dǎo)入
講述歐姆為探索真理,十年嘔心瀝血,堅持不懈地研究,最終得出歐姆定律的感人經(jīng)歷,激勵學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。
2.演示實驗
步驟1:研究電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系,記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。
步聚2:研究電流強度與導(dǎo)體電阻的關(guān)系,記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。
以上步驟由教師與學(xué)生共同活動完成。
3.對實驗結(jié)果進行歸納推理
當(dāng)導(dǎo)體的電阻不變時,增大導(dǎo)體兩端的電壓,電壓越高,通過導(dǎo)體的電流越大,電壓增大幾倍,電流強度就隨之增大幾倍;當(dāng)加在導(dǎo)體兩端的電壓不變時,隨著電阻的增大,流過電阻的電流強度就越小,電阻增大到原來的幾倍,電流強度就減小為原來的幾分之一。
通過以上推理,我們得出:導(dǎo)體的電阻一定時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓成正比例關(guān)系;電壓一定時,導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體的電阻成反比例關(guān)系。
4.驗證推理
設(shè)計兩組實驗數(shù)據(jù)表,每一組中留有適量的空白,請學(xué)生根據(jù)推理的結(jié)果在空白處填上適當(dāng)?shù)臄?shù)據(jù),教師通過演示實驗與學(xué)生一道驗證所得結(jié)論的正確性。
5.歸納得出結(jié)論
導(dǎo)體中的電流強度與導(dǎo)體兩端的電壓成正比,與導(dǎo)體的電阻成反比,這個結(jié)論叫做歐姆定律。
[案例2]運用探究策略設(shè)計《電流跟電壓、電阻的關(guān)系歐姆定律》。
1.提出問題
教師指出:我們曾通過實驗發(fā)現(xiàn),燈炮兩端的電壓越高,燈就越亮,流過燈的電流就越大。電流、電壓與電流之間有什么關(guān)系呢?
2.形成假說
學(xué)生通過議論認(rèn)為有可能電流與電壓成正比,與電阻成反比(學(xué)生通過學(xué)過的有關(guān)電壓與電阻的知識能夠比較順利地提出假說)。
3.制訂方案
固定電阻、改變電壓、研究電流與導(dǎo)體兩端電壓的關(guān)系,換用不同的電阻,重復(fù)上述步驟,研究電流與電阻的關(guān)系,教師與學(xué)生共同研討,確定最佳方案。
4.實施方案
學(xué)生分組進行實驗,并將實驗結(jié)果填入自己設(shè)計的表格中。
5.分析與論證
分析實驗結(jié)果,驗證與假說是否相符,得出結(jié)論。
6.評價
檢驗實驗過程的操作是否規(guī)范,實驗結(jié)果是否可靠。
7.交流
各小組形成實驗報告,交流實驗結(jié)果,形成最終結(jié)論。
運用歸納策略設(shè)計的案例中,教師通過演示實驗向?qū)W生展示了歐姆定律的形成過程,并經(jīng)過歸納推理得出歐姆定律。通過師生雙方的互動,學(xué)生不但能對定律的來龍去脈有清晰的了解,能夠系統(tǒng)地理解和掌握知識,而且能受到科學(xué)方法的訓(xùn)練,發(fā)展觀察能力和邏輯思維能力。同時,相對于探究策略而言,歸納策略是比較省時的,而運用探究策略設(shè)計的案例中,則是學(xué)生通過自己的探究活動得出結(jié)論的。由于學(xué)生親自參與科學(xué)探究的全過程,因此,不但能發(fā)展發(fā)現(xiàn)問題、解決問題等多種能力,而且通過對探究樂趣的體驗,能激發(fā)創(chuàng)新意識與欲望。同時,由于探究過程是以組為單位進行的,并且需要對結(jié)論進行交流與評價,因此,對培養(yǎng)學(xué)生的合作精神及反思和評價能力也是十分有利的。
以上是運用歸納策略和探究策略的特點,但它們也各有不足之處,運用歸納策略設(shè)計的課堂教學(xué),由于教師的作用比較突出,相對地限制了學(xué)生的思維,不利于學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng),同時,對學(xué)生的合作、交流與評價等能力的培養(yǎng)也是不利的。而運用探究策略設(shè)計的課堂教學(xué),探究過程的冗長而比較費時,由于能力的差別,容易導(dǎo)致部分學(xué)生不能較好地掌握學(xué)習(xí)內(nèi)容。
那么,在進行課堂教學(xué)策略的設(shè)計時,如何使這一工作更富有成效呢?沒有適合于各種情況的惟一優(yōu)越的教學(xué)策略,也就是說,不存在能滿足各種教學(xué)目標(biāo)的最好的教學(xué)策略。最好地教學(xué)策略是在一定情況下達到特定目標(biāo)的最有效的策略,只有教師對于教學(xué)內(nèi)容的類型、學(xué)生的現(xiàn)狀、現(xiàn)有的條件等各方面因素都能做到心中有數(shù),才能考慮為達到某個特定目標(biāo)的“最好”的教學(xué)策略。