前言:我们精心挑选了数篇优质欧姆定律的应用文章,供您阅读参考。期待这些文章能为您带来启发,助您在写作的道路上更上一层楼。
一、电源
1.电源仅起搬运电荷的作用,其本身不能创造电荷;电源是将其他形式的能量转化为电能的装置。
2.图l示意了非静电力使正电荷在电源内部由负极移至正极。
我们知道,在外电路中正电荷在恒定电场的作用下由电源正极移向电源负极,静电力做正功。作为电源只是将由外电路到达电源负极的正电荷及时运送到电源正极;电源内部的电场力对移动的正电荷是做负功的,因此,需要存在非静电力,且需要非静电力做正功。电源是通过非静电力做功把其他形式的能转化为电势能的装置。
3.不同的电源,非静电力做功的本领不相同,物理学中用电动势来表明电源的这种特性。
对电源电动势E存在以下两种理解。
(1)电势的“跃升”:以一节电池为例,电池内部的正极和负极附近分别存在化学反应层。反应层中的非静电力(化学作用)把正电荷从电势低处移至电势高处,在这两个地方,沿电流方向电势产生“跃升”。图2深刻、直观地表现出了闭合电路中的电势变化(图中D、C分别表示电池溶液中与两电极靠近的位置)。外电路中的电流由高电势流向低电势(沿图示电流方向由A到B),内电路中的电流由低电势流向高电势(沿图示电流方向由B到A)。
进一步来理解“电势的变化”。如图3所示,探针A与正极板靠得很近(对应图2中的DA),探针B与负极板靠得很近(对应图2中的BC),将这两处升高的总电势取为E,它等于内、外路电势降落(分别为电压表V'、V的示数U内、U外)之和,即E=U内+U外。从电源内部有电流、电压,能体会到电源内部是有电阻的。
(2)非静电力做功:①非静电力做功W非电是非电能转化为电能的量度。若电荷量q通过电源,电源内部电势的“跃升”(即电源电动势)取为E电源.则有W非电=qE电源。②根据能量守恒定律可知,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式能的总和,即W非电一E外+E内。③静电力做正功,电荷的电势能减少,电能转化为其他形式的能:这里非静电力做正功,电荷的电势能增加,其他形式的能转化为电能。
电源电动势E的数值:①由W非电=qE电源可得,电源电动势,即电源的电动势在数值上等于单位正电荷经电源内部从负极板移动到正极板非静电力所做的功。对于确定电源,电源电动势E为比值定义式。②由U内分别为外、内电路电阻上的电压,则,可以得出E=U外+U内,即③U外又称为路端电压U路,故外电路断开时,I=0,Ir=0,则开路路端电压等于电源电动势;当电源内阻可以忽略不计时,r=0,Ir=0.则路端电压等于电源电动势。④电源电动势取决于电源本身的构造,与外电路的变化无关。
侧,将电动势为3.0V的电源接入电路中,测得电源两极间的电压为2.4V,当电路中有6C的电荷通过时,求:
(1)有多少其他形式的能转化为电能?
(2)外电路中有多少电能转化为其他形式的能?
(3)内电路中有多少电能转化为其他形式的能?
解析:(1)Eq=3×6J=18J。
点评:Eq为其他形式的能转化为电能的数值,U外q、U内q分别为外电路、内电路中电能转化为其他形式能的数值。
二、电流
1.恒定电场:导线内的电场是由电源、导线等电路元件所积累的电荷共同形成的。尽管这些电荷也在运动,但有的流走了,另外的又来补充,所以电荷的分布是稳定的,稳定分布的电荷所产生的电场是稳定的电场,称为恒定电场。
在静电场中所讲的电势、电势差及其与电场强度的关系等,在恒定电场中同样适用(如匀强电场中场强,恒定电场中场强,均表示单位长度内的电势变化)。
有同学问:静电平衡的导体内部场强处处为零,为什么流有电流的导线内部的场强却不为零?
释疑:其实,原因就在于静电平衡的导体内不存在电荷的定向移动,而流有电流的导线内却存在电荷的定向移动,不是静电平衡的导体了。
2.电流方向的规定:正电荷定向移动的方向规定为电流的方向。导体中可以自由移动的电荷为自由电子,定向移动的自由电子(载流子)的移动方向与电流的方向相反。
电流虽有方向,但是标量,不是矢量。如图4所示,干路电流I与两支路电流I1、I2间的大小关系是I=,这一关系不会因a值的变化而改变,也就是说I1、I2与I不满足平行四边形定则(满足平行四边形定则的物理量才为矢量)。
3.电流的定义式,其中g为时间t内通过导体横截面的电荷量。
4.电流的微观表达式:如图5所示,设导体中单位体积内的载流子数为n,载流子的电荷量为q,载流子的定向移动速率为v,则,
(l)单位体积内的载流子数n取决于导体的材质。
(2)若单位长度内的载流子数为N,则电流的微观表达式为I=Nqv。
例2(2015年安徽卷)一根长为L,横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为ρ,棒内单位体积内的自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e。在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向移动的平均速率为v,则金属棒内的电场强度大小为()。
解析:如图6所示,金属棒内的场强大小答案为C。
点评:ρnev字面上与电压U无关,实际上,v是与U有关的,故ρnev也就与电压U有关了。
例3 某电解液中,若2s内各有1×1019个二价正离子和2×1019个一价负离子以相反方向通过某截面,那么通过这个截面的电流是()。
A.O
B.0.8A
C.1.6A
D.3.2A
解析:负离子的定向移动可以等效为等量正电荷沿负离子移动的相反方向运动。因此,I=答案为D。
点评:正、负载流子做定向移动时都能形成电流,只要注意负离子定向移动与等量正电荷定向移动形成电流的方向相反即可。
三、用欧姆定律分析电路动态问题
欧姆定律:在同一电路中,导体中的电流与导体两端的电压成正比,与导体的电阻成反比,即。
例4 在如图7所示的电路中,闭合开关S,当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,四个理想电表的示数都发生变化,电表A、V1、V2、V3的示数分别用I、U1、U2和U3表示,电表示数变化量的大小(绝对值)分别用I、U、U2和U3表示,下列比值错误的是()。
解析:分析“电路连接方式”,可以认为电流I从电源正极流出,经电流表A、R1、R2、开关S回到电源负极。
因为U1为定值电阻R1上的电压,定值电阻R1,所以选项A正确。当滑动变阻器的滑动触头P向下滑动时,可变电阻R2接人电路的阻值变大(回路总电路R总变大,电流I变小,U1变小,U2变大,U3变大)。由可知,变大。取Ur为电源内阻电压改变量的大小,由闭合电路欧姆定律可知,初态,末态,对等式两边取改变量后,得,即,则,因此,可见不变.选项B错误.c正确。因为U3为上的电压,又有,可知变大。由闭合电路欧姆定律,得,即,因此见选项D正确。答案为B。
点评:电阻的定义式,表示某一状态下的电阻等于其上电压与电流的比值。对于定值电阻R,有u=RI,即R能等于;但对于变化的电阻R变,有,不满足“”,不满足“”,即变化的电阻不恒等于其上电压变化量与电流变化量的比值。在闭合电路中,对于变化电阻部分的,不是恒等于R变,而是等于回路中除变化电阻以外的所有定值电阻的总和,电源的内阻r等于“路端电压变化量与通过电源电流变化量I的比值”,即
跟踪训练
1.在导体中有电流通过时,下列说法中正确的是()。
A.电子定向移动速率很小
B.电子定向移动速率是电场传导的速率
C.电子定向移动速率是电子热运动速率
D.在金属导体中,自由电子只不过是在速率很大的无规则热运动上附加了一个速率很小的定向移动
2.半径为R的橡胶圆环均匀带正电,总电荷量为Q。现使橡胶圆环绕垂直圆环平面且通过圆心的轴以角速度叫匀速转动,则由圆环产生的等效电流应有()。
A.若ω不变而使电荷量变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
B.若电荷量Q不变而使角速度变为原来的2倍,则电流也将变为原来的2倍
C.若Q、ω均不变,将橡胶网环的横截面积变小,并使圆环半径变大,电流也将变大
D.若Q、ω均不变,将橡胶圆环的横截面积变小,并使圆环半径变大,电流也将变小
3.如图8所示,电压表由灵敏表G与电阻R串联而成,某同学在使用中发现此块电压表的读数总比真实值偏小一点儿,要想使电压表读数准确可采取的措施是()。
A.在电阻R上并联一个比其小得多的电阻
B.在电阻R上并联一个比其大得多的电阻
C.在电阻R上串联一个比其小得多的电阻
D.在电阻R上串联一个比其大得多的电阻
4.如图9所示,直线“是电源的路端电压随输出电流变化的图像,曲线b是一个小灯泡两端电压与电流的关系图像。如果把该小灯泡与电源连接,此时电源效率为0.4,则下列说法正确的是()。
A.小灯泡工作时的电阻大小为4Ω
B.电源电动势为9V
C.电源内阻为3Ω
常见考点知识总结
1.三种表达式:(1)I = ;(2)E = U外+U内;(3)U端 = EIr.
2.路端电压U和外电阻R外关系:R外增大,U端变大,当R外 = ∞(断路)时,U端 = E(最大);R外减小时,U外变小,当R外 = 0(短路)时,U端 = 0(最小).
3.总电流I和外电阻R外关系:R外增大,I变小,当R外 = ∞时,I = 0;R外减小时,I变大,当R外 = 0时,I =(最大). (电源被短路,是不允许的)
4.几种功率:电源总功率P总 = EI(消耗功率);输出功率P输出 = U端I(外电路功率);电源损耗功率P内损 = I2r(内电路功率);线路损耗功率P线损 = I2R线.
一、在图像问题中的应用
例1利用图1所示电路可以测出电压表的内阻.已知电源的内阻可以忽略不计,R为电阻箱.当R取不同阻值时,电压表对应有不同读数U.多次改变电阻箱的阻值,所得到的R图像应该是 ( )
解析设电源电动势为E,电压表内阻为RV,电压表的读数为U,则由闭合电路的欧姆定律可得I = ,则U = EIR = E,由此可得R = RV,由此判断A正确.
二、在非纯电阻电路中的应用
例2如图2所示为汽车蓄电池与车灯(电阻不变)、启动电动机组成的电路,蓄电池内阻为0.05 .电流表和电压表均为理想电表,只接通S1时,电流表示数为10 A,电压表示数为12 V;再接通S2,启动电动机工作时,电流表示数变为8 A,则此时通过启动电动机的电流是( )
A.2 AB.8 AC.50 AD.58 A
解析只接通S1时,由闭合电路欧姆定律得:E = U+Ir = 12 V+10.05 V = 12.5 V,R灯 == = 1.2 ,再接通S2后,流过电动机的电流为:I电动机 = I′= A8 A = 50 A,故选项C正确.
三、在动态电路中的应用
例3为了儿童安全,布绒玩具必须检测其中是否存在金属断针,检测时可以先将玩具放置在强磁场中,若其中有断针,则断针被磁化,用磁报警装置即可检测到断针的存在.图3所示是磁报警装置中的一部分电路示意图,其中RB是磁敏传感器,它的电阻随断针的出现而减小,a、b接报警器,当传感器RB所在处出现断针时,电流表的电流I、ab两端的电压U将 ( )
A.I变大,U变大B.I变小,U变小
C.I变大,U变小D.I变小,U变大
解析由题意知RB的电阻随断针的出现而减小,即外电路的电阻减小,由闭合电路欧姆定律有I总 = ,可知I总必增大,再由U外 = EI总r可知,外电压U减小.而由U1 = I总R1可知,U1增大,U2必减小,由电流表的电流I = I总I2可知,电流表的电流必变大.故选项C正确.
四、在含容电路中的应用
例3如图4所示,电源电动势E = 12 V,内阻r = 1 ,电阻R1 = 3 ,R2 = 2 ,R3 = 5 ,电容器的电容C1 = 4 F,C2 = 1 F,求C1、C2所带电荷量.
解析根据闭合电路欧姆定律,
I == A = 2 A,
U1 = IR1 = 6 V,U2 = IR2 = 4 V,
UC1 = U2 = 4 V,UC2 = U1+U2 = 10 V.
根据电容器的电容的表达式Q = CU可得:
Q1 = C1UC1 = 406 C = 1.605 C
Q2 = C2UC2 = 1060 C = 105 C.
五、在综合类问题中的应用
例6图5甲所示为某电阻R随摄氏温度t变化的关系图像,图中R0表示0℃时的电阻值,k表示图线的斜率.若用该电阻与电池(电动势为E,内阻为r)、电流表(满偏电流为Ig、内阻为Rg)、滑动变阻器R′串联起来,连接成如图5乙所示的电路,用该电阻做测温探头,把电流表的电流刻度改为相应的温度刻度,于是就得到了一个简单的“电阻温度计”.
(1)使用“电阻温度计”前,先要把电流表的刻度改为相应的温度值,若温度t1< t2,其对应的电流分别为I1、I2,则I1、I2谁大?
(2)若该“电阻温度计”的最低适用温度为0℃,即当温度为0℃时,电流表恰好达到满偏电流Ig,则变阻器R′的阻值为多大?
(3)若保持(2)中电阻R′的值不变,将电流表刻度盘换为温度刻度盘,刻度均匀吗?
解析(1)由图5甲可知温度越高,电阻R越大,对应电路中的电流越小,故I1>I2.
(2)由闭合电路欧姆定律得:Ig = ,
得:R′=R0Rgr.
(3)由图(a)得R = R0+kt.
再由闭合电路欧姆定律得:
I = ,解之得:t = (),由t = ()可知,t与I不是一次线性关系,故刻度不均匀.
例7受动画片《四驱兄弟》的影响,越来越多的小朋友喜欢上了玩具赛车.某玩具赛车充电电池的输出功率P随电流I变化的图像如图6所示.
(1)求该电池的电动势E和内阻r;
(2)求该电池的输出功率最大时对应的外电阻R(纯电阻);
(3)由图像可以看出,同一输出功率P可对应两个不同的电流I1、I2,即对应两个不同的外电阻(纯电阻)R1、R2,试确定r、R1、R2三者间的关系.
解析(1)由图像可知I1 = 2 A时,有Pm == 2 W.
I2 = 4A时,输出功率为P=0,此时电源被短路,即:I2 = ,联立解得:E = 2 V,r = 0.5 .
(2) 电池的输出功率最大时有R = r,故 r = R = 0.5 .
(3)由题知:()2R1 = ()2R2,整理得r2 = R1R2.
例8如图7所示的电路中,两平行金属板A、B水平放置,两板间的距离d = 40 cm.电源电动势E = 24 V,内电阻r = 1 ,电阻R = 15 .闭合开关S,待电路稳定后将一带正电的小球从B板小孔以初速度v0 = 4 m/s竖直向上射入板间.若小球带电荷量为q = 102 C,质量为m = 202 kg,不考虑空气阻力.那么,滑动变阻器接入电路的阻值为多大时,小球恰能到达A板?此时,电源的输出功率是多大?(取g = 10 m/s2)
解析小球进入板间后,受重力和电场力作用,且到达A板时速度为零.设两板间电压为UAB,由动能定理得:mgdqUAB = 0mv02,解得UAB = 8 V.
1 课题引入
课前我们已经按照导读单进行了预习,并进行了伏安法测电阻的实验,请大家在组长的带领下,讨论预习中遇到的问题,时间为3分钟.
2 交流讨论
(1)各组长汇报学习提出问题,并板书,学生可能提出的问题有:
电压表的量程选择时是不是一定要先试触大量程?
电流表的量程如何选呢?
为什么要求电阻的平均值?
为什么要用滑动变阻器?
利用一个电流表或一个电压表测电阻的题目不会做.
(2)师生共同解决上述问题.
3 进行实验
(1)课前我们已经学会了测量定值电阻的大小,现在老师要求你们测量小灯泡的电阻,测量定值电阻的实验方案是否需要修改?怎么修改?实验注意点是什么?
(2)老师启发:如果用滑动变阻器改变电流,灯丝的温度是否会改变?电阻是否会改变?那么电阻的差异是否就是误差?
(3)学生得出的修改方案.
在测定小灯泡的电阻时不能求平均值,必须将原来表格的最后一列删除.
(4)教师提问学生还有哪些实验注意点:
(连接电路时开关要断开、注意电流表和电压表的正负接线柱、滑动变阻器用法)
(5)学生进行实验,教师巡回指导.
(6)学生重新设计表格并建立坐标系处理实验数据.
(7)让一个学生将其中的一组数据绘成I—U图像,强调图像不会成一直线.
4 实验拓展
(1)如果小明在实验中,连接好电路后,闭合开关,电流表无示数,电压表有示数,则可能是什么原因?
(2)学生分析,说明原因.
(3)教师要求学生拧下小灯泡,闭合开关,观察现象.
(4)如果小明在实验中,连接好电路后,闭合开关,若电流表有示数,电压表无示数,则可能是什么原因?
(5)学生分析,说明原因.
(6)教师要求学生将小灯泡短路,闭合开关,观察现象.
公开课的前一天,我试上了一下,发现了以下问题:
(1)导读单准备的还不够细,学生课前实验模块中没有给出较为详细的实验步骤,给学生课前小组合作实验带来的较大的障碍.
(2)部分内容难度较大,调查后发现课前导读单有两题很少有学生能正确完成.
(3)课中学生小组汇报课前小组合作学习出现的问题时,给学生的思考时间不是很充分.
(4)学生在分组实验时,耗时过长且实验数据的处理环节不是很好.
(5)由于课前导读单准备时,要求过高,对用单个电流表、电压表测量电阻学生掌握不是很好,课上尽管在这部分内容上花了较多的时间,课堂训练单反应出学生仍然没能真正掌握,而且还淡化了本节课的主题—伏安法测电阻.
③调节变阻器滑片使电压表指针指到合适的位置,读出电压表、电流表的示数,并将测量数据填入记录表格中.
④重复第三步实验步骤两次.
⑤计算出每次测得的电阻值,并求出电阻的平均值.
⑥断开开关.
实验步骤以填空的形式出现,一方面引导学生认真阅读步骤,另一方面在这一部分与原来的比较多了一个电路实物图的连接,这样可以让学生真正掌握伏安法测电阻的原理,同时也复习了电路图与实物图的转换连接.从效果来看,改进后学生对照实验步骤课前更容易完成伏安法测电阻的实验,也为课堂上学生迅速完成测定小灯泡的电阻奠定了基础.
其次,对于导读单上题目难度的设置,将原来难度较大的关于单个电流表或电压表测电阻的题目删去,减轻了学生课前的学习负担,另加了一题有关实验操作的题目,以突出本节课的主题—实验.
(2)关于课堂刚开始时的小组长汇报疑问的形式改进
由于小组长汇报课前小组合作学习出现的问题时,给学生的思考时间不是很充分.我做了如下改进,让6个小组长将课前出现的问题一一写在黑板上,这样全班所有学生对这些问题有了充分的考虑时间,实现了面向全体学生.这些问题可以由全班学生共同解决,有的问题可能刚上课学生无法解决,等本节内容结束时这些问题也就水到渠成了.
(3)关于课堂上的测量小灯泡电阻的教学设计改进
学生课堂分组实验耗时过长,我认真分析了原因:一方面,学生课前尽管做了伏安法测电阻实验,但学生主要的精力可能不是在实验操作上,而是在导读单最后单个电表测量电阻的具体题目上.这也使得学生在课堂上做测量灯泡电阻时不是很熟练.另一方面,学生对于实验数据的处理环节由于要自己画表格,记录数据,再根据实验所获得的数据建立坐标系,描点,最终得到灯泡的I—U图像,这样一整套的数据处理学生费时当然很多.第一个方面我已经在导读单上作了修改,突出了实验的主题,后来班级学生实验明显比前一个班要熟练,也缩短了实验时间.另外一方面对实验数据的处理为了能够让学生能迅速有效地处理好数据我多加了一张学生的课中实验
在完成实验单的同时学生对两个表格的的取舍有进一步巩固了小灯泡的电阻不能测量求平均值,知道小灯泡的电阻是随温度的变化而变化的,通过自己动手实验得出小灯泡的电阻随温度的升高而增大,学生印象深刻.
(4)关于实验拓展的改进
本节课的重点在实验,在课堂教学中,我还设计的电路故障分析这个环节,通过让学生先判断再实验验证的方法取得了很好的效果,不但使得学生有了感性认识,而且还使得学生对实验故障有了深刻的理解.
(5)关于特殊方法测量电阻的教学改进
关于单个电压表测量电阻值的问题,这个学生一开始是很难想出测量方法的,但我设计了一个简单计算题做了铺垫,题目如下:
这样,学生对单个电压表测量电阻的方法就很容易理解了,最后再将单个电流表测量灯泡的电阻留给学生课后思考.
例1. 手电筒的小灯泡上标有“2.5V,0.3A”,表示加2.5V电压时,通过的电流为0.3A,灯泡正常发光。1灯泡发光时的电阻是多少?
2灯泡正常发光时的功率?
3能灯泡正常发光10min消耗的电?
解:1 由欧姆定律得:R=U/I=2.5V/0.3A=8.3Ω
2由功率的公式得:P=UI=2.5V×0.3A=0.75W
3由W=UIt=2.5V×0.3A×10×60S=450J.
下面我们再来看一道题
例2. 某一电动机铭牌上标有“36V,0.5A”。求:
1. 问能否求出电动机正常工作时的电阻吗?
因为上题我们用欧姆定律求出灯泡正常发光时的电阻,同学们回答:能。大部分同学都很熟练的用R=U/I=36V/0.5A=72Ω 计算出电动机的电阻。
2. 问能否求出电动机正常工作时的功率吗?
学生根据功率的公式得:P=UI=36V×0.5A=18W。
3. 问能否求出电动机正常工作10min消耗的电能吗?
由W=UIt=36V×0.5A×10×60S=1.08×10 J
4.问能否求出电动机正常工作10min产生的热量吗/
学生根据焦耳定律,得Q= Rt= ×72 Ω×600S=1.08×10 J
教师首先引导学生比较电机消耗的电能和产生的热量关系发现:W=Q
思考1. 电动机消耗的电能是否全部转化为内能呢?
学生回答:不是。因为电动机消耗的电能主要转化为机械能和还有一部分内能。例如,电风扇消耗的电能主要转化为机械能(风扇转动)和内能(用手摸一摸开关旋钮感觉很热)
思考2.上述求解过程中什么地方出错?
学生发现:电动机的电阻不能用欧姆定律求,那么例1中的灯泡的电阻可以根据欧姆定律计算为什么?
因为灯泡消耗的电能全部转化为内能,是纯电阻电路。以根据欧姆定律计算电动机消耗的电能主要转化为机械能和还有一部分内能,电动机消耗的电能的电路是非纯电阻电路。电动机的电阻不能用欧姆定律求
(1)能根据实验探究得到的电流、电压、电阻的关系得出欧姆定律。
(2)理解欧姆定律,记住欧姆定律的公式,并能利用欧姆定律进行简单的计算。
(3)能根据串联电路中电压及电流的规律,利用欧姆定律得到串联电路中电阻的规律。
2、过程和方法
(1)通过根据实验探究得到欧姆定律,培养学生的分析和概括能力。
(2)通过利用欧姆定律的计算,学会解电学计算题的一般方法,培养学生逻辑思维能力。
(3)通过欧姆定律的应用,使学生学会由旧知识向新问题的转化,培养学生应用知识解决问题的能力。
3、情感、态度与价值观
通过了解科学家发明和发现的过程,学习科学家探求真理的伟大精神和科学态度,激发学生努力学习的积极性和勇于为科学献身的热情。
4、教学重点:欧姆定律及其应用。
教学难点:正确理解欧姆定律。
5、欧姆定律是指在同一电路中,通过某段导体的电流跟这段导体两端的电压成正比,跟这段导体的电阻成反比。该定律是由德国物理学家乔治·西蒙·欧姆1826年4月发表的《金属导电定律的测定》论文提出的。
【关键词】欧姆定律 应用 初中科学 教学策略 探索
“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
[2] 邹冠男.欧姆定律知识梳理[J]. 中学生数理化(八年级物理)(人教版)
关键词:高中物理;闭合电路;欧姆定律;难点教学
虽然高中生的抽象思维能力较之初中生而言要强一些,但是由于闭合电路的欧姆定律的相关知识较为抽象,学生理解起来仍然存在很大的难度。因而,在进行这一定律的教学时,教师应立足于学生的知识结构及能力水平,采用多种教学方法帮助学生切实掌握相关知识,尤其将之与之前所学的欧姆定律的知识区别开来,避免混淆。那么,在高中闭合电路的欧姆定律教学中,教师如何具体完成这一难点的教学呢?
一、巧妙导入,激发兴趣
在进行这一定律的教学时,教师首先要通过有效的导入来充分激发学生的学习兴趣,从而顺利将学生引入新知识的学习中。
针对于此,教师可以通过一个小实验来进行导入。教师先准备好几节日常生活中常用的不同型号的干电池及蓄电池,然后在干电池上标明1.5V,蓄电池上标明2.0V,然后准备15V的电源及一个小电筒灯泡,然后进行实验:先将小灯泡接到2V的蓄电池上,学生观察到小灯泡发出很亮的光。之后让学生猜想,如果将小灯泡接到15V的电源上,会发生什么情况?结合生活经验,学生们通常会以为小灯泡会被烧坏。接着教师就进行这一实验,却发现小灯泡安然无恙,而且发出光的亮度反而比之前2V的还要暗。这就有效地激起了学生的求知欲,为什么会这样呢?教师就可以顺利导入新课的学习——闭合电路的欧姆定律。这样,学生必定兴趣大增,积极投入之后的教学中,为这一难点的教学奠定了良好的基础。
二、借助实验,突破难点
上文说到,这一内容的知识较为抽象,因而在教学中教师如果单靠讲解的话,学生理解起来难度较大,因而笔者认为教师可以借助实验进行相关知识的讲解,让学生通过实验获得知识,从而有效地突破这一教学难点。
首先,教师可以通过让学生观察实验电路来确切了解闭合电路以及分电路、内电路、外电路等知识,并且掌握电源的外部电流流向及内部电流流向,从而为之后的学习扫除一定的障碍。之后组织学生进行仿真实验,并在实验过程中通过记录改变电阻值、
闭合开关后电动势、电流以及电阻的关系,认真分析后,获得闭合电路的欧姆定律。
三、积极拓展,学以致用
在学生对相关知识有了一定的掌握后,教师可以进行及时的知识拓展,帮助学生更深地理解并掌握这一定律,从而达到学以致用的目的。比如,让学生结合所学知识讨论两种较为特殊的情况(短路及断路)并进行解决:如,教师应让学生明确如果发生短路现象,常会导致电源被烧坏甚至引起火灾,因而为了避免这一问题,可以安装保险丝等。通过这种方式,有效地拓展了知识,培养了学生学以致用的能力。
当然,对于闭合电路的欧姆定律这一难点的教学,自然不止这一方法,并且难点是相对的。因而在具体教学中,教师要立足于学生实际进行教学,这样方能有效突破难点,最终帮助学生掌握相关知识并能灵活运用。
参考文献:
[1]孙殿乔.闭合电路欧姆定律的教学难点突破[J].新课程学习:中,2010(8).
[2]呵泓.闭合电路的欧姆定律教学难点的分析与突破[J].物理通报,2000(5).
知识目标
1.理解欧姆定律及其表达式.
2.能初步运用欧姆定律计算有关问题.
能力目标
培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
情感目标
介绍欧姆的故事,对学生进行热爱科学、献身科学的品格教育.
教学建议
教材分析
本节教学的课型属于习题课,以计算为主.习题训练是欧姆定律的延续和具体化.它有助于学生进一步理解欧姆定律的物理意义,并使学生初步明确理论和实际相结合的重要性.
教法建议
教学过程中要引导学生明确题设条件,正确地选择物理公式,按照要求规范地解题,注意突破从算术法向公式法的过渡这个教学中的难点.特别需强调欧姆定律公式中各物理量的同一性,即同一导体,同一时刻的I、U、R之间的数量关系.得出欧姆定律的公式后,要变形出另外两个变换式,学生应该是运用自如的,需要注意的是,对另外两个公式的物理含义要特别注意向学生解释清楚,尤其是欧姆定律公式.
教学设计方案
引入新课
1.找学生回答第一节实验得到的两个结论.在导体电阻一定的情况下,导体中的电流
跟加在这段导体两端的电压成正比;在加在导体两端电压保持不变的情况下,导体中的电
流跟导体的电阻成反比.
2.有一个电阻,在它两端加上4V电压时,通过电阻的电流为2A,如果将电压变为10V,通过电阻的电流变为多少?为什么?
要求学生答出,通过电阻的电流为5A,因为电阻一定时通过电阻的电流与加在电阻两
端的电压成正比.
3.在一个10的电阻两端加上某一电压U时,通过它的电流为2A,如果把这个电压加在20的电阻两端,电流应为多大?为什么?
要求学生答出,通过20电阻的电流为1A,因为在电压一定时,通过电阻的电流与
电阻大小成反比,我们已经知道了导体中电流跟这段导体两端的电压关系,导体中电流跟这段导体电阻的关系,这两个关系能否用一句话来概括呢?
启发学生讨论回答,教师复述,指出这个结论就叫欧姆定律.
(-)欧姆定律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.
1.此定律正是第一节两个实验结果的综合,电流、电压、电阻的这种关系首先由德国
物理学家欧姆得出,所以叫做欧姆定,全国公务员共同天地律,它是电学中的一个基本定律.
2.介绍《欧姆坚持不懈的精神》一文.
3.欧姆定律中的电流是通过导体的电流,电压是指加在这段导体两端的电压,电
阻是指这段导体所具有的电阻值.
如果用字母U表示导体两端的电压,用字母R表示导体的电阻,字母I表示导体中的电流,那么欧姆定律能否用一个式子表示呢?
(二)欧姆定律公式
教师强调
(l)公式中的I、U、R必须针对同一段电路.
(2)单位要统一I的单位是安(A)U的单位是伏(V)R的单位是欧()
教师明确本节教学目标
1.理解欧姆定律内容及其表达式
2.能初步运用欧姆定律计算有关电学问题.
3.培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
4.学习欧姆为科学献身的精神
(三)运用欧姆定律计算有关问题
【例1】一盏白炽电灯,其电阻为807,接在220V的电源上,求通过这盏电灯的电流.
教师启发指导
(1)要求学生读题.
(2)让学生根据题意画出简明电路图,并在图上标明已知量的符号及数值和未知量的
符号.
(3)找学生在黑板上板书电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下图
(5)找学生回答根据的公式.
已知V,求I
解根据得
(板书)
巩固练习
练习1有一种指示灯,其电阻为6.3,通过的电流为0.45A时才能正常发光,要使这种指示灯正常发光,应加多大的电压?
练习2用电压表测导体两端的电压是7.2V,用电流表测通过导体的电流为0.4A,求这段导体的电阻,
通过练习2引导学生总结出测电阻的方法.由于用电流表测电流,用电压表测电压,
利用欧姆定律就可以求出电阻大小.所以欧姆定律为我们提供了一种则定电阻的方法这种
方法,叫伏安法.
【例2】并联在电源上的红、绿两盏电灯,它们两端的电压都是220V,电阻分别为
1210、484.
求通过各灯的电流.
教师启发引导
(1)学生读题后根据题意画出电路图.
(2)I、U、R必须对应同一段电路,电路中有两个电阻时,要给“同一段电路”的I、U、R加上“同一脚标”,如本题中的红灯用来表示,绿灯用来表示.
(3)找一位学生在黑板上画出简明电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下
学生答出根据的公式引导学生答出
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
解题步骤
已知求.
解根据得
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
答通过红灯和绿灯的电流分别为0.18A和0.45A.
板书设计
2.欧姆定律
一、欧姆定律
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.
二、欧姆定律表达式
三、欧姆定律计算
1.已知V,求I
解根据得
答通过这盏电灯的电流是0.27A
2.已知求.
解根据得
通过的电流为
通过的电流为
答通过红灯的电流是0.18A,通过绿灯的电流是0.45A
探究活动
【课题】欧姆定律的发现过程
【组织形式】个人和学习小组
【活动方式】
1.制定子课题.
关键词:初中;物理;欧姆定律;教学问题
中图分类号:G633.7 文献标志码:A 文章编号:1008-3561(2015)09-0056-01
一、在实验探究中让学生学习欧姆定律
欧姆定律是电学重要内容之一,也是中考重点考查内容,所以能否教好欧姆定律关系到之后对中考的重点知识复习,更有可能影响学生对于物理学的热情。在实验探究的过程之中以学生为主,教师起引导作用,让学生通过观察电压表、电流表、滑动变阻器的微量变化发现问题、提出问题,他们对于自己发现的问题会比老师直接教导的印象深刻,从而达到了教学目的。
二、在欧姆定律的学习中最经常遇到的问题
在实际的教学之中,教师要把电路的认识与画电路图、连接电路作为主要的教学任务,开阔学生的思维,加强对电路的认识。物理是一门比较枯燥的课程,只有激发学生的热情,才能更好地完成授课。电流、电压、电阻的概念及单位,电流表、电压表、滑动变阻器的使用,是最基础的概念。电流表测量电流、电压表测量电压、变阻器调节电路中的电流,这部分则比较重要,需要重点讲解。电流、电压、电阻的概念是基本的电学测量仪器,明确这些仪器的使用与操作,是非常重要的,关系到后期实验的正确性与对知识的理解。以上基础知识的理解与运用又是进一步学习欧姆定律的基础。
三、欧姆定律的主要内容是电流、电压、电阻的关系
这部分知识是在实验的基础上概括、归纳出了电路中电压、电流、电阻三者相互关联的关系。教师在实验中要让学生理解电流随电压和电阻的变化而变化,对于多个变量问题的研究是采用固定一个量不变,研究其余两个量的变化的处理方法,从而让学生学会物理学中常用这种方法。欧姆定律在初中只讲部分电路的欧姆定律,是电学中的基本定律,是进一步学习电学知识分析和进行电路计算的基础,是初中电学的重点知识。
欧姆定律是初中物理学电学的重点、也是难点,想要研究欧姆定律必须要建立电流、电压、电阻的关系,并在实验的基础上得出欧姆定律,做好演示实验,归纳、分析、概括实验结果,使学生正确理解欧姆定律的基础。所以,使用电流表、电压表、滑动变阻器是这部分知识中的重点实验的基础。
电流、电压、电阻的概念是学生学习的难点,由于初中学生水平有限,对电流、电压的概念要求较低,并没有下准确的定义。因此,电阻的概念就成了学生理解的难点。教师要多举例子帮助学生理解电阻是导体本身的属性,决定于导体的材料、长度、横截面和温度,它用两端的电压和通过的电流的比值来表示是为了测量的方便,与外加电压、电流无关。同时,教师一定要纠正一些学生经常出现的电阻随电压、电流的变化而变化的错误概念,也就是对欧姆定律的错误理解。欧姆定律在学生头脑的建立过程是十分重要的,认真做好演示实验,用实验来探索一个量随两个量变化的定量关系是第一次。首先要向学生交代清楚实验的研究方法,本实验彩用控制变量法来研究,即“固定电阻不变,研究电流跟电压的关系;固定电压不变,研究电流跟电阻的关系”。在连接如图(图略)所示的实验电路时,要将具体接法演示给学生看。可以先从电源正极开始,按电流方向依次为电池、开关S、滑动变阻器R′、定值电阻R、电流表串联起来组成一个闭合回路,最后将电压表并联在定值电阻R两端。同时提醒学生注意电流必须从电流表和电压表的正接线柱流进电表,负接线柱流出电表及量程选择,电流表与R串联,其示数等于通过R的电流。电压表与R并联其数等于R两端的电压。
运用欧姆定律可以推导串联电路中的总电阻跟各串联电阻之间的关系及电压分配跟导体电阻的关系,具体推导如下:
在串联电路中:I=I1=I2;U=U1+U2;由欧姆定律公式I=U/R,可得U=IR;U1=I1R1;U2=I2R2将这些式子代入上式得:IR=I1R1+I2R2即R=R1+R2;也就是说串联电路的总电阻等于各串联导体的电阻之和。
在串联电路中:I=I1=I2;由欧姆定律公式I=U/R,可得:I1=U1/R1;I2=U2/R2;将这些式子代入上式得:U1/R2=U2/R2 变换一下形式得:U1/U2=R1/R2;即串联电路中,电压分配跟导体电阻成正比。
四、结束语
通过对物理教学内容的分析、思维方法、能力训练的具体研究,对教学内容进行归纳总结,可以使初中物理教师掌握欧姆定律的基本理论方法,更好地驾驶物理教材,提高物理教学质量,把重点真正落实在教学过程中,帮助学生提高实验操作能力、归纳概括能力、演绎推理能力、逻辑推理能力、抽象思维能力及灵活运用知识解决问题的能力,让学生学会控制变量法研究多个变量的问题,学会用等效法分析复杂电路。因此,教师要注重培养学生实事求是的科学态度,从而有效培养学生的物理素质。
参考文献:
班级:
姓名:
【学习目标】
1、掌握欧姆定律,能熟练地运用欧姆定律计算有关电压、电流和电阻的简单问题。
2、培养学生解答电学问题的良好习惯。
【学习重、难点】
欧姆定律的内容、数学表达式及其应用。
【自主预习】
1、欧姆定律的内容:
2、公式:
【课堂导学】
上一节课的实验得出的实验结论是什么?把上一节课的实验结果综合起来,即为欧姆定律:
1、欧姆定律的内容:
2、公式:
公式中符号的意义及单位:
U—
—
R—
—
I—
——
说明:
欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对同一段导体而言的。
3、应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。
(1)、利用欧姆定律求电流:应用公式:
例1:一条电阻丝的电阻是97Ω,接在220V的电压上,通过它的电流是多少?
(2)、利用欧姆定律求电路的电压:由公式
变形得
例2、一个电熨斗的电阻是0.1KΩ,使用时流过的电流是2.1A,则加在电熨斗两端的电压是多少?
(3)、利用欧姆定律求导体的电阻:由公式
变形得
例3、在一个电阻的两端加的电压是20V,用电流表测得流过它的电流是1A,,则这个电阻的阻值是多少?
4、通过以上的简单电学题目的计算,提出以下要求:
(1)、要画好电路图,在图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号。
(2)、要有必要的文字说明,物理公式再数值计算,答题叙述要完整。
我的收获:
课后反思:
课堂练习
1、对欧姆定律公式I=U/R的理解,下面哪一句话是错误的:(
)
A.对某一段导体来说,导体中的电流跟它两端的电压成正比;
B.在相同电压的条件下,不同导体中的电流跟电阻成反比;
C.导体中的电流既与导体两端的电压有关也与导体电阻有关;
D.因为电阻是导体本身的属性,所以导体中的电流只与导体两端电压有关,与电阻无关。
2、如果某人的身体电阻约在3000Ω到4000Ω之间,为了安全,要求通过人体的电流不能大于
5mA,那么此人身体接触的电压不能大于:(
)
A.5V
B.15V
C.30V
D.36V
3、甲、乙两导体通过相同的电流,甲所需的电压比乙所需的电压大,则它们的阻值大小关系是:(
)
A.R甲>R乙;
B.R甲=R乙;
C.R甲
D.无法比较
4、有一电阻两端加上
6
V电压时,通过的电流为
0.5A,可知它的电阻为
Ω,若给它加上
18
V电压,导线中电流为
A,此时导线电阻为
Ω,若导线两端电压为零,导线中电流为
A,导线电阻为
Ω。
5、要想使1000Ω的定值电阻通过8mA的电流,那么应给它加________V的电压;如果该定值电阻所允许通过的最大电流是25
mA,那么它两端所能加的最大电压是_________V。
6、一个定值电阻接在某段电路中,当电压为1.5V时,通过的电流为0.15A,当电压增大为原来的2倍时,则下列说法正确的是(
)
A.电流为原来的2倍
B.电阻为原来的2倍
C.电流为原来的1/2
D.电阻为原来的1/2
7、将2Ω和4Ω的电阻串联后接人电路,已知2Ω电阻通过的电流是0.5A,则4Ω电阻上的电压和电流分别为:(
)
A.1
V、0.5
A;
B.2
V、0.5
A;
C.2
V、1
A;
D.0.5
V、1
A。
8.一个20Ω的电阻,接在由4节干电池串联的电源上,要测这个电阻中的电流和两端的电压,电流表,电压表选的量程应为
(
)
A.0~0.6A,0~3V
B.0~0.6A,0~15V
C.0~3A,0~3V
D.0~3A,0~15V
9.如图所示电路,当图中的开关S闭合时,电流表的示数为1.2A,电阻R的阻值
是2.6Ω,电压表有“+”、“3V”、“15V”三个接线柱,问电压表应使用的是哪两
个接线柱?
10、如图所示的电路中,A、B两端的电压是6V,灯L1的电阻是8Ω,通过
的电流是0.2
A,求:
(1)
通过灯L2的电流;
一、将定值电阻改用电阻箱进行实验
绝大部分老师在进行苏科版欧姆定律实验教学时常常有这样的一个困惑,定值电阻标有10欧姆,在进行实验时定值电阻的阻值却不准确,给欧姆定律实验带来了一些不必要的麻烦。我认为定值电阻不准确的原因是:定值电阻出厂时是很精确的,但是由于学校购置后存放在实验室的条件不好,另一方面定值电阻存放时间过长,现在实验室中的定值电阻还是八十年代的产品。所以有些定值电阻的接线柱上面已氧化,电阻线也发生了化学变化,常见的10欧姆的电阻只有8欧姆左右。学校的实验经费有限,不可能每年都购买新的定值电阻。另外在研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,多次改变所连的电路,浪费了许多实验时间。为此我尝试用电阻箱来代替定值电阻进行实验,效果显著。一方面电阻箱电阻线在箱内,不易氧化。另一方面电阻箱内电阻的精确度高,一般实验室用的J2362-1电阻箱的误差为0.1欧姆,大大高于定值电阻的精确度。另外在进行研究电流与电阻的关系时,要多次改变定值电阻的阻值,利用电阻箱进行实验就不必重复拆线连线,节省了许多实验时间,大大提高了课堂效率,让学生在课堂上有更多的时间来提高自己的知识技能。
二、电源由干电池组改为学生电源
这个探究欧姆定律的实验在书本上用干电池组进行学生实验,但是使用时由于干电池使用时间较长,干电池内部会发生化学变化,干电池的电阻会发生变化,对实验的操作会产生影响。即使用了三节干电池,定值电阻两端的电压不一定达到3伏。另外从环保的角度分析,一学期电学内容的学习,学生至少要进行三次电学学生实验。如果大量使用干电池作为电源进行实验,一个中等规模的初级中学会产生一千多个废旧电池,一方面大量浪费了学校有限的办公经费,另一方面学校对废旧电池处理不当,对周围环境会产生严重影响。综合上述考虑,我认为用学生电源来替代干电池,学生电源干净污染少,还可以避免干电池内阻对实验的影响。当然学生电源并不是没有缺点,学生电源如果使用不当对人身安全有危险。我认为今后物理老师进行电学物理实验时,尽可能使用学生电源,只要安全措施恰当,学生电源是进行欧姆定律和其他电学实验最好的电源选择。
三、导线由接线端带叉口的导线改为两端是鳄鱼夹的导线
学生在进行欧姆定律实验时连七根线,学生在连接电路时,经常不能捏紧螺母,造成接触不良,实验效果较差,为了提高学生做欧姆定律实验的效率,我校在进行欧姆定律实验时,用鳄鱼夹来代替带叉口的导线。可节省连接导线的时间,我做过调查,学生用鳄鱼夹代替带叉口的导线连接电路后,连接欧姆定律实验电路图的时间大大的提高了。另一方面连接电路的成功率由原来的50%提高到80%左右,减少了一些不必要的检修时间。节省了实验操作时间,增加了学生进行探究的时间。另外为了提高实验的精确度鳄鱼夹最好用铜制,导线改用较粗的铜导线,在导线与鳄鱼夹连接处应用锡焊或银焊,这样导线与鳄鱼夹不易脱落。焊接处应加一根橡胶管加以保护,这样同学们在使用时不易折断,尽可能提高实验的成功率和精确度。有些老师认为实验存在误差可以证明实验的真实性,其实这种观点是不科学的,在以前实验环境较差、实验器材精确度不高,在这种情况下误差较大也是正常的。但是现在无锡地区经济基础较好,各校都在进行现代化实验改造或已经完成现代化实验改造。如果此时实验误差较大,这与物理老师的严谨,对科学的一丝不苟的精神是不相符的。
四、数据处理时采用整数
关键词:全电路;欧姆定律;实验教学;感性教学
中图分类号:G712 文献标识码:A 文章编号:1672-5727(2012)08-0098-02
欧姆定律是《电工基础》中最常用的基本定律之一,技工院校现在使用的《电工基础》教材(中国劳动社会保障出版社出版,第四版)中把欧姆定律分为部分电路欧姆定律和全电路欧姆定律两部分。对于部分电路欧姆定律,由于中学物理课本已作详细介绍,学生容易接受,但对于全电路欧姆定律,由于其涉及的概念较多且各物理量之间的关系复杂,再加上教材未附相应的实验,学生缺乏感性认识。因此,学生很难理解和接受,也是其成为教师教学中重点和难点的原因。笔者针对学生在学习过程中容易产生的困惑和疑问,借助实验来帮助学生理解,收到了较好的效果。
明确教学目标是教师组织
全电路欧姆定律教学的关键
掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程来说至关重要。因为后续章节中多处电路的分析和计算要应用到这一定律。教学是一个教师与学生双向互动的过程,作为教师,要组织好全电路欧姆定律教学,必须先明确教学目标,做到心中有数,才能更好地开展教学。
知识目标:(1)理解电动势、内电阻、外电阻、内电压、外电压、端电压、内压降等物理量的物理意义;(2)掌握全电路欧姆定律的表达形式,明确在闭合电路中电动势等于内、外电压之和;(3)掌握端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律;(4)掌握全电路欧姆定律的应用。
能力目标:(1)通过实验教学,培养学生的观察和分析能力,使学生学会运用实验探索科学规律的方法;(2)通过对端电压与外电阻、端电压与内电阻之间的变化规律的讨论,培养学生的思维能力和推理能力。
理解各物理量的物理意义是
学生掌握全电路欧姆定律的基础
全电路欧姆定律的难点在于概念较多,且各物理量之间的关系复杂。因此,首先,应让学生准确理解各物理量的含义。
全电路是指含有电源的闭合电路,如图1所示。其中,R代表负载(即用电器,为简化电路,只画一个),r代表电源的内电阻(存在于电源内部),E代表电源的电动势。整个闭合电路可分为内、外两部分,电源外部的叫外电路(图1中方框以外的部分),电源内部的叫内电路。外电路上的电阻叫外电阻,内电路上的电阻叫内电阻。当开关S闭合时,电路中就会有电流产生,I=,该式表明:在一个闭合电路中,电流强度与电源的电动势成正比,与电路中内电阻和外电阻之和成反比,这个规律称为全电路欧姆定律。
要理解这个定律,要先理解以下几个物理量的物理意义:第一个是电动势,它是指在电源内部,电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功。这个概念比较抽象,涉及知识面较广,要使学生全面、深刻地理解它是有困难的。考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要,需向学生讲清两个问题:一是电动势的值可用电压表测出——电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;二是电动势的物理意义是描述电源把其他形式的能转化为电能的本领,是由电源本身的性质决定的。第二个是电源的端电压(简称端电压),它是指电源两端的电位差(在图1中指A、B两点之间的电压,也等于负载R两端的电压)。需要注意的是,端电压与电动势是两个不同的概念,它们在数值上不一定相等。第三个是内压降,它是指当电流流过电源内部时,在内电阻上产生的电压降。全电路欧姆定律也可表示为:“在闭合电路中,电动势等于内、外电压之和。”
掌握各物理量的变化规律是
掌握全电路欧姆定律的重点
全电路欧姆定律的难点在于各物理量之间的变化规律,也是学生容易产生疑惑的地方。可以利用演示实验来验证各物理量之间的变化规律,以增加学生的感性认识,提高学生的逻辑推理能力。
第一,验证电源内电阻的存在并计算其大小。对于电源的内电阻,由于存在于电源的内部,既看不见,也摸不着,学生对此存在质疑。为此,可用图2进行实验,不但可以证明内电阻的存在,还可测出内电阻的大小。在图2中,用1节1号干电池作电源,电阻R为已知值(可根据实际情况选定)。开关闭合前,记下电压表的读数U1(此值即为干电池的电动势),开关闭合后,记下电压表的读数U2,发现U2比U1小(见表1),就是因为电源内部存在内电阻的缘故。
根据公式r=R可算出该电池的内电阻。再用不同型号的干电池(如5号干电池、7号干电池)进行重复实验,发现它们的电动势虽然相等(为了后面实验的需要,尽量选用电动势相等的电池,并保留这些电池),但内电阻不一定相同。
第二,端电压U跟外电阻R的关系。
实验电路如图3所示,用1节1号干电池作为电源,移动滑动变阻器的滑动片,观察电流表和电压表的读数变化,并将它们的读数记录到表2中。通过观察发现:当滑动片从左向右移动时(为保证实验设备安全,滑动片不要移到最右端),电流表的读数慢慢变大,电压表的读数慢慢变小;当滑动片从右向左移动时,电流表的读数慢慢变小,电压表的读数慢慢变大。由此得出结论:端电压随外电阻上升而上升,随外电阻下降而下降。根据表2中的数据可绘成曲线(如图4所示),即电源的端电压特性曲线。从曲线上可以看出:电源端电压随着电流的大小而变化,当电路接小电阻时,电流增大,端电压就下降;当电路接大电阻时电流减少,端电压就上升。
思考:如果滑动片移到最右端,电压表、电流表的读数将为多少?
第三,端电压与内电阻r的关系。
根据公式U=E-Ir分析可知:当电流I 不变时,内阻下降,端电压就上升;内阻上升,端电压就下降。实验电路同图3,只需将电路中的电源用前面已测过内阻值的不同型号的电池代替即可,观察电流表、电压表的读数,上述结论即可得到验证。
应用规律,解决实际问题
首先向学生提出问题:你是否注意到,电灯在深夜要比晚上七八点钟亮一些?这个现象的原因何在?在回答这个问题之前,可先通过实验验证这一现象的存在,如图5所示。图中5个灯泡完全相同,先将开关全合上,使灯泡发光,再逐个断开开关,发现灯泡逐渐变亮,原因分析:随着开关的断开,外电阻增大,导致干路电流减小,使得内压降下降,从而端电压增大,即灯泡两端的实际电压增大,故灯泡变亮了。上述问题也得到了解决。
在教学过程中,如果尽可能地增加一些实验,通过生活中的实验记录其数据并指导学生得出规律,提高感性认识,不但可以提高学生的学习兴趣,也会提高教学效果。
参考文献:
[1]李书堂.电工基础(第4版)[M].北京:中国劳动社会保障出版社,2001.
[2]毕淑娥.电工与电子技术基础(第2版)[M].哈尔滨:哈尔滨工业大学出版社,2004.
[3]王兆良.关于“全电路欧姆定律”的教学[J].福建轻纺,2007(2).
1.欧姆定律的理解问题
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
在做实验的时候,我们在碰到复杂的电路时,很难将线路在实验台上理清或是自己设计实验电路是没有思路,不了解线路是怎样的,无法在原有的知识上将思维进行发散,让自己的思维投入到更深层次的知识学习中,在每做一步实验步骤时要仔细想一想,这一步会对实验线路有怎样的影响,不要只是照葫芦画瓢,只知其然不知其所以然.学生在实验时会遇到许多他们无法预测的问题,在遇到问题时不要惊慌,仔细分析,当解决一类问题时,学生的激情就会提升上来,会使学生解决问题的能力提升,所以改变这一问题的根本方法就是提升学生的自信心以及对待问题的好奇心和决心.对待问题要举一反三,进行逻辑思维,对于电路要进行不断的猜想,这样得到的结论才是有意义的,学生通过猜想与假设的阶段,即使不成功也会提供给自己不少的经验,在实验中找经验才可以提升自己的能力.学生之间也要有沟通和交流,让彼此的思想互相交流一下,有助于电路的优化,群策群力帮助学生得到更好的学习效果.
关键词:静电场;直流电;电流方向;电压方向;基尔霍夫定律
静电场是电荷周围存在的一种特殊形式的物质,电荷之间的相互作用是通过电场实现的。对电场的任何一点来说,放在这点的电荷所受的电场力跟它的电荷的比值,总是一个常量,可以用来表示电厂的强弱叫做这一点的电场强度。电场强度是矢量,它的方向规定为正电荷所受电场力方向。除了用电场强度来描述电场的强弱及方向外,电场线也用来形象表示电场强弱及方向。电场线是在电场中画出的一系列从正电荷出发到负电荷终止的曲线,并且使曲线上每一点的切线方向都跟该点的电场强度方向一致;电场强度越大的地方,电场线越密,电场强度越小的地方,电场线越疏,沿着电场线的方向是电势降落的方向。
在复杂电路的某一段电路或一个电路元件的分析与计算时,可事先假定一个电流的方向,这个假定的方向叫做电流的“参考方向”。我们规定:若电流的“参考方向”与实际方向相同,则电流值为正值,即I>0;若电流的“参考方向”与实际方向相反,则电流值为负值,即I<0。和分析电流一样,有时很难对电路或元件中电压的实际方向做出判断,必须对电路或元件中两点之间的电压任意假定一个方向为 “参考方向”,在电路中一般用实线箭头表示,箭头所指的方向为参考方向。当电压的“参考方向”与实际方向一致时,电压值为正,即U>0;反之,当电压的“参考方向”与实际方向相反时,电压值为负,即U<0。电流与电压有了参考方向后,电流与电压就有了正负。
电流与电压参考方向,在应用基尔霍夫定律解决复杂电路计算中,贯穿始终。
欧姆定律是分析与计算电路的基础。如果电阻元件上的电压与通过它的电流参考方向相同,欧姆定律可表示为U=IR,如果电阻元件上电压的参考方向与电流的参考方向不同时,则欧姆定律可表示为U=-RI。除了欧姆定律,分析与计算电路还离不开基尔霍夫电流定律和电压定律。基尔霍夫电流定律应用于节点,基尔霍夫电压定律应用于回路。
基尔霍夫电流定律是用来确定连接在同一节点上的各个支路电流之间的关系的。由于电流的连续性,电路中任何一点(包括节点)均不能堆积电荷。因此“任何一瞬时,流入任一节点的支路电流之和恒等于流出该节点的支路电流之和”,这就是基尔霍夫电流定律的基本内容。
基尔霍夫电压定律是用来确定回路中的各段电压之间的关系。“在任一回路中,从任何一点出发以顺时针或逆时针方向沿回路循行一周,回路中各段电压的代数和等于零”,这就是基尔霍夫电压定律的基本内容。为了应用基尔霍夫电压定律,必须选定回路的参考方向,当电压的参考方向与回路的循行方向一致时取正号,反之取负号。列方程时,不论是应用基尔霍夫定律或欧姆定律,首先都要在电路图上标出电流、电压或电动势的参考方向;因为方程式中的正负号是由它们的参考方向决定的,若参考方向选得相反,则会相差一个负号。
如图所示电路中,已知R1=10Ω,R2=5Ω,R3=5Ω,Us1=12v,Us2=6V。
求:R1、R2、R3所在支路电流I1、I2、I3。
解:1.先假定各支路电流的参考方向,如图所示。
2.根据KCL列出节点电流方程,由节点A得到I1+I3-I2=0。
3. 选定回路的绕行方向就是电势降落的方向,如图所示。
4. 根据KVL列出两个网孔的电压方程。
网孔AdcBbA:-I2R2-I3R3+Us2=0;其中I2R2、I3R3为负是因为电流与电压参考方向相反,欧姆定律用负的。
网孔AbBaA:I1R1+I2R2-Us1=0;其中Us1为负是因为它电压的方向与循行方向相反。
代入电路参数,得方程组:
I1+I3-I2=0
-6=-5I2-5I3
12=10I1+5I2
解方程组,得:I1=0.72A,I2=0.96A,I3=0.24A。
从基尔霍夫定律的应用中可以看到,电流、电压的方向问题就是解题的对错问题,足以见证电流、电压方向的重要性。如果没有静电场的电场线的形象讲解,学生就很难看出电流与电压实际方向的一致性,那么,欧姆定律正负公式推出就难讲述,欧姆定律讲不好,基尔霍夫定律就很难讲,更别说应用基尔霍夫定律解决实际问题了。所以,静电场内容是是直流电内容讲解的前提和基础,两章内容密不可分。
参考文献:
1.《大学物理教程》.山东大学出版社.
内容看起来很少,本节还要花不少时间进行电流、电压、电阻以及电流表、电压表、滑动变阻器使用方法的复习。必须具有一定的知识储备才能学好“欧姆定律”。
要做好两次演示实验,这为学生实验“伏安法测电阻”打下基础。并注意两次演示实验的异同,讲清实验过程中电流表、电压表及滑动变阻器的正确连法,以及滑动变阻器在两个实验中作用的异同,以及注意事项。
让学生感知实验探究电流跟电压、电阻的关系,经历科学探究的全过程,使学生感悟:“控制变量”来研究物理多因素问题,是一种有效的科学方法。
第二节“欧姆定律及其应用”继第一节后对数据的分析归纳,通过用列表法、观察法、数学比例法、图象法、类比法、分析、综合与归纳等方法来对实验数据进行研究的一些科学方法。从而分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系——欧姆定律及其表达式。最终培养学生运用这些方法对实验数据进行研究、分析、归纳、概括物理规律的一些能力。
又通过实验探究“串联电路与并联电路中电阻的特点”。欧姆定律是电学中最基本的定律,是分析解决电路问题的关键。
在教学中这一节可分为四课时教学:
第一课时理解欧姆定律,进行简单计算(求电流、电压和电阻的三种书写格式),初步掌握运用欧姆定律解决实际电学问题的思路和方法;可补充:有两个用电器的简单计算(注意强调用不同角码区分不同用电器)。为下节课讲串并联电阻关系作铺垫。
第二课时通过欧姆定律的推导定量研究“串联电路与并联电路中电阻的特点”,得出:
串联电路:R=R1+R2
并联电路:1/R=1/R1+1/R2
第三课时运用欧姆定律及串并联电路的特点练习静态固定电路的相关计算;培养学生分析问题、解决问题的能力,注意教给学生解题思路、规范解题。
串联电路的特点:
①电流:I=I1=I2
②电压:U=U1+U2
③电阻:R=R1+R2
④串联分压成正比,即
U1:U2=R1:R2
电阻变大分得的电压变大,电阻变小分得的电压变小。
并联电路的特点:
①电流:I=I1+I2
②电压:U=U1=U2
③电阻:R=1/R1+1/R2
④并联分流成反比,即
I1:I2=R2:R1
电阻变大通过的电流变小,电阻变小通过的电压变大。
第四课时运用欧姆定律及串并联电路的特点,练习动态电路的相关计算。
动态电路------由于开关的通断、滑动变阻器滑片的移动导致电路中的物理量发生变化的电路。
简化电路的方法:
1、电流表看成导线,电压表看成断路。
2、短路和断路的电路可以去掉。
3、闭合的开关看成导线
解决变化电路问题的关键是把动态电路变成静态电路(电路的识别),可以把电流表简化成导线,将电压表简化成断开的或干脆拿掉。把闭合的开关看成导线,把被局部短路的用电器拿掉;把开关断开的支路去掉,来简化电路。画出每次变化后的等效电路图,标明已知量和未知量,再根据有关的公式和规律去解题。
第三节“测量小灯泡的电阻”是欧姆定律内容的延续,教学过程中以学生为主,本节主体内容是利用电压表、电流表测算出小灯泡的电阻,通过实验探究去发现灯丝电阻变化的规律,并最终找到影响灯丝变化的因素及它们之间的相互关系。注意多测几组数据,指明不能用平均法求电阻值(测量定值电阻的阻值用平均法求电阻值)。
通过本实验,进一步让学生认识到导体的电阻大小是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和导体中的电流无关,只与导体的材料、长度、横截面积有关,此外跟温度有关。这也为电功率中“测量小灯泡的电功率”作了铺垫。
第四节“欧姆定律及其安全用电”:课前安排学生收集安全用电的常识,课堂上进行交流,教师进行补充。再播放《安全用电》视频。
节课从电压的高低、电阻的大小对用电安全的影响入手,让学生学会运用已学的电学知识,解决有关生活中的实际的问题,既增强自我保护意识,又提高在帮助他人时讲安全、讲规则、讲科学的意识。
另外本节涉及电路故障(断路或短路),在教学中应加强练习,注意区分两者对电路造成的影响,以及电路中电流表、电压表的变化。要求学生懂得一些简单的电路故障的问题,学会简单的故障排除方法,目的是为了培养学生基本的生活技能。了解短路的知识,使学生懂得安全用电的基本常识,提高安全用电的意识。
教材中介绍了避雷针,使学生注意防雷的重要性,提高自我保护的意识。
通过学习本节教材的知识,学生能了解日常安全用电常识,规范日常用电行为,了解家庭电路中常见故障,提高了学生利用知识解决实际问题的能力。通过学习,使学生认识到电给人类社会带来了材富,改善了人民的生活。但是,有生产和生活中,如果不注意安全用电,电也会给人类带来灾害。