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關鍵詞:物理定律;教學方法;多種多樣
關鍵詞:是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(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),且要弄清相關的物理定律之間的關系,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。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,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,是研究整個力學的出發點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質量不是狀態量,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和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學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,所以……”。教師還應該明確,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,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。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,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學時應注意:①要充分利用牛頓總結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、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學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,也發現了它的局限性。
(4)機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來,因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理,在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化,就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量,用它來解決問題時,就可以不涉及狀態變化的復雜過程(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(只有系統內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。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來,主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相,就目前中學的實驗條件來說,多數難以做到。即使做得到,要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出,再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律,也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題,相互作用的物體的所有動量都在一條直線上,所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤,應該使他們明確,在同一個式子中必須規定統一的正方向。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。若物體不發生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實際問題時,如果質點系內部的相互作用力遠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、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用,系統中有多少物體在相互作用,相互作用的形式如何,只要系統不受外力的作用(或某一方向上不受外力的作用),動量守恒定律都是適用的。
關鍵詞:物理;規律教學;思維
物理規律(包括定律、定理、原理、公式等)反映了物理現象、物理過程在一定條件下必然發生、發展和變化的規律,反映了物質運動變化的各個因素之間的本質聯系,揭示了物理事物本質屬性之間的內在聯系,是物理學科結構的核心。整個中學物理是以為數不多的基本概念和基本規律為主干的一個完整體系,物理基本概念是基石,基本規律是中心,基本方法是紐帶。要使學生掌握學科的基本結構,就必須讓學生學好基本規律。
縱觀整個初中物理,可以將物理規律分為以下三類:
1.實驗規律
物理學中的很多規律都是在觀察和實驗的基礎上,通過分析歸納總結出來的。我們把它們叫做實驗規律。如杠杠平衡原理、歐姆定律、阿基米德原理等。
2.理想規律
有些物理規律不能直接用實驗來證明,但是具有足夠數量的經驗事實。如果把這些經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,總結出來的規律,這樣的規律我們把它叫做理想規律,如牛頓第一定律、真空不能傳聲等。
3.理論規律
有些物理規律是以已知的事實為根據,通過推理總結出來的,我們把它叫做理論規律。如并聯電路中電阻大小的計算等。
怎樣才能搞好規律教學呢?
1 聯系新舊知識、收集事實依據,學會研究物理規律的方法
物理規律本身反映了物理現象中的相互聯系、因果關系和有關物理量間的嚴格數量關系。因此在物理規律的教學中必須將原來分散學習的有關概念綜合起來。只有用聯系的觀點來引導學生研究新課題提出新問題才能激發學生新的求知欲與新的興趣。另一方面物理規律本身總是以一定的物理事實為依據的。因此學生學習物理規律也必須在認識、分析和研究有關的物理事實的基礎上來進行。尤其是初中學生他們的抽象思維能力不強理解和掌握物理規律更需要有充分的感性材料為基礎。
2 建立思維方法,理解物理規律
初中階段所研究的物理規律一般著重于用文字語言加以表達即用一段話把某一規律的物理意義表述出來,有些規律還用公式加以表達。對于物理規律的文字表述要認真加以分析,使學生真正理解它的含義而不是讓學生去死記結論。例如牛頓第一定律這一理想規律的教學就可采用“合理推理法”,即在實驗的基礎上進行推理想象,由有摩擦的情況推想到無摩擦時的運動情況,最后把這一規律的內容表述出來。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有時保持靜止狀態,而是指如果物體原來是靜止它就保持靜止狀態,如果物體原來是運動的它就保持勻速直線運動狀態;許多理論物理規律的內容可以用數學形式表達出來就是公式。要使學生從物理意義上去理解公式中所表示的物理量之間的數量關系而不能從純數學的角度加以理解。例如:對于歐姆定律的表達式應當使學生理解這一公式表達了電流的強弱決定于加在導體兩端電壓的大小和導體本身電阻的大小,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”這一錯誤的結論。
3 明確物理規律的適用條件和范圍
每一個物理規律都是在一定的條件下反映某個物理現象或物理過程的變化規律,而規律的成立是有條件的。因此每一規律的適用條件和范圍也是一定的。學生只有明確規律的適用條件和范圍才能正確地運用規律來解決問題才能避免亂用規律、亂套公式的現象。例如,歐姆定律I=U/R,適用于金屬導體,不適用于高電壓的液體導電,不適用于氣體導電,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 認清關系,加以區別
物理規律總是與許多物理概念緊密聯系在一起的,與某些物理規律也是互相關聯的,應當使學生把物理規律與同它相關的物理概念和物理規律之間的關系搞清楚。如:牛頓第一定律與物體的慣性雖有聯系但二者有本質的區別不能混為一談。在教學中經常發現學生把慣性與運動狀態等同起來,把物體不受外力作用保持原來的運動狀態說成是“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律,兩者不能混為一談。
5 聯系實際應用,掌握物理規律
(一)知識目標
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、外電路上電勢降落之和.
4、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系,知道這種關系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關問題.
5、理解閉合電路的功率表達式.
6、理解閉合電路中能量轉化的情況.
(二)能力目標
1、培養學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律
2、理解路端電壓與電流(或外電阻)的關系,知道這種關系的公式表達和圖線表達,并能用來分析、計算有關問題.
3、通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律,培養學生用多種方式分析問題能力.
(三)情感目標
1、通過外電阻改變引起電流、電壓的變化,樹立學生普遍聯系觀點
2、通過分析外電壓變化原因,了解內因與外因關系
3、通過對閉合電路的分析計算,培養學生能量守恒思想
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鍵和基礎,在處理電動勢的概念時,可以根據教材,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生電勢差的大小,反映了電源做功的本領,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、外電路上電勢降落之和的結論.教學中不要求論證這個結論.教材中給出一個比喻(兒童滑梯),幫助學生接受這個結論.
需要強調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,是由電源本生的特性決定的.
電動勢是標量,沒有方向,這要給學生說明,如果學生程度較好,可以向學生說明,做為電源,由正負極之分,在電源內部,電流從負極流向正極,為了說明問題方便,也給電動勢一個方向,人們規定電源電動勢的方向為內電路的電流方向,即從負極指向正極.
2、路端電壓與電流(或外電阻)的關系,是一個難點.希望作好演示實驗,使學生有明確的感性認識,然后用公式加以解釋.路端電壓與電流的關系圖線,可以直觀地表示出路端電壓與電流的關系,務必使學生熟悉這個圖線.
學生應該知道,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.在考慮電壓表的內阻時,希望通過第五節的“思考與討論”,讓學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,.要從能量轉化的觀點說明,公式左方的表示單位時間內電源提供的電能.理解了這一點,就容易理解上式的意義:電源提供的電能,一部分消耗在內阻上,其余部分輸出到外電路中.
教學設計方案
閉合電路的歐姆定律
一、教學目標
1、在物理知識方面的要求:
(1)鞏固產生恒定電流的條件;
(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、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律.
2、在物理方法上的要求:
(1)通過電動勢等于電路上內、外電壓之和的教學,使學生學會運用實驗探索物理規律的方法.
(2)從能量和能量轉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律的討論培養學生的推理能力.
(4)通過用公式、圖像分析外電壓隨外電阻改變規律,培養學生用多種方式分析
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容;
(3)應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律.
2、難點:
(1)閉合回路中電源電動勢等于電路上內、外電壓之和.
(2)短路、斷路特征
(3)應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系
三、教學過程設計
引入新課:
教師:同學們都知道,電荷的定向移動形成電流.那么,導體中形成電流的條件是什么呢?(學生答:導體兩端有電勢差.)
演示:將小燈泡接在充滿電的電容器兩端,會看到什么現象?(小燈泡閃亮一下就熄滅.)為什么會出現這種現象呢?
分析:當電容器充完電后,其上下兩極板分別帶上正負電荷,如圖1所示,兩板間形成電勢差.當用導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線產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電流的.
教師:為了形成持續的電源,必須有一種本質上完全不同于靜電性的力,能夠不斷地分離正負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變為電能的裝置.它并不創造能量,也不創造電荷.例如:干電池是把化學能轉化為電能,發電機是把機械能、核能等轉化為電能的裝置.
教師:電源能夠不斷地把其他形式的能量轉變為電能,并且能夠提供恒定的電壓,那么不同的電源,兩極間的電壓相同嗎?展示各種干電池(1號、2號、5號、7號),請幾個同學觀察電池上面寫的規格,發現盡管電池的型號不同,但是都標有“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,發現結果確實是1.5V.講臺上還擺放有手搖發電機、蓄電池、紐扣電池,它們兩端的電壓是否也是1.5V呢?(學生回答:不是)那么如何知道它們兩端的電壓呢?(學生:用電壓表直接測量)·
結論:電源兩極間的電壓完全由電源本身的性質(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,結論:開關閉合前,電壓表示數是1.5V,開關閉合后,電壓表示數變為1.4V.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、外電路兩部分,電源內部的叫內電路,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.在電源內部電極附近的探針A、B上連接的電壓表測得的電壓叫內電壓.我們現在就通過實驗來研究閉合電路中電動勢和內、外電壓之間的關系.
板書:3、內電壓和外電壓
教師:向學生介紹實驗裝置及電路連接方法,重點說明內電壓的測量.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、外電壓和的值.再斷開電鍵,由電壓表測出電動勢.分析實驗結果可以發現什么規律呢?
學生:在誤差許可的范圍內,內、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、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.
結論:把開關撥到2后,發現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象呢?這就要用到我們將要學習的內容——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,設電流為,根據歐姆定律,,,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,和電路的內外電阻之和成反比.表達式為.
同學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.
教師:同學們能否用閉合電路的歐姆定律來解釋上一個實驗現象呢?
學生:9V的電源如果內電阻很大,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,那么就出現了剛才的實驗現象了.
教師:很好.一般電源的電動勢和內電阻在短時間內可以認為是不變的.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律
板書:5幾個重要推論
(l)路端電壓隨外電阻變化的規律演示實驗,圖3所示電路,
4節1號電池和1個10Ω的定值電阻串聯組成電源(因為通常電源內阻很小,的變化也很小,現象不明顯)移動滑動變阻器的滑動片,觀察電流表和電壓表的示數是如何隨變化?
教師:從實驗出發,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象嗎?
學生:因為變大,閉合電路的總電阻增大,根據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.一般認為電動勢和內電阻在短時間內是不變的,初中我們認為電路兩端電壓是不變的,應該是有條件的,當無窮大時,0,外電路可視為斷路,0,根據,則,即當外電路斷開時,用電壓表直接測量電源兩極電壓,數值等于電源的電動勢;當減小為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律.
教師:在純電阻電路中,當用一個固定的電源(設、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律
教師:在電路中電源的總功率為,輸出的功率為,內電路損耗的功率為,則電源的效率為,當變大,也變大.而當時,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
探究活動
1、調查各種不同電源的性能特點。
(包括電動勢、內阻、能量轉化情況、工作原理、可否充電)
2、考察目前對廢舊電池的回收情況。
(1)化學電池的工作原理;
(2)廢舊電池對環境的污染主要表現在哪些方面;
(3)當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
1.鞏固串聯電路的電流和電壓特點.
2.理解串聯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
1.培養學生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2.培養學生理論聯系實際的能力.
情感目標
激發學生興趣及嚴謹的科學態度,加強思想品德教育.
教學建議
教材分析
本節從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題,從實驗得出結論.串聯電路總電阻的計算公式是本節的重點,用等效的觀點分析串聯電路是本書的難點,協調好實驗法和理論推導法的關系是本書教學的關鍵.
教法建議
本節擬采用猜想、實驗和理論證明相結合的方式進行學習.
實驗法和理論推導法并舉,不僅可以使學生對串聯電路的總電阻的認識更充分一些,而且能使學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.對于理論推導法,應先明確兩點:一是串聯電路電流和電壓的特點.二是對歐姆定律的應用范圍要從一個導體擴展到幾個導體(或某段電路)計算串聯電路的電流、電壓和電阻時,常出現一個“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.
教學設計方案
1.引入課題
復習鞏固,要求學生思考,計算回答
如圖所示,已知,電流表的示數為1A,那么
電流表的示數是多少?
電壓表的示數是多少?
電壓表的示數是多少?
電壓表V的示數是多少?
通過這道題目,使學生回憶并答出串聯電路中電流、電壓的關系
(1)串聯電路中各處的電流相等.
(2)串聯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體組成電路,幾個導體串聯以后總電阻是多少?與分電阻有什么關系?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?
電阻的串聯知識可以幫助我們解決這個問題.
2.串聯電阻實驗
讓學生確認待測串聯的三個電阻的阻值,然后通過實驗加以驗證.指導學生實驗.按圖所示,連接電路,首先將電阻串聯入電路,調節滑動變阻器使電壓表的讀數為一整數(如3V),電流表的讀數為0.6A,根據伏安法測出.
然后分別用代替,分別測出.
將與串聯起來接在電路的a、b兩點之間,提示學生,把已串聯的電阻與當作一個整體(一個電阻)閉合開關,調節滑動變阻器使電壓示數為一整數(如3V)電流表此時讀數為0.2A,根據伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結果得出總電阻與、的關系.
再串入電阻,把已串聯的電阻當作一個整體,閉合開關,調節滑動變阻器,使電壓表的示數為一整數(如3V)電流表此時示數為0.1A,根據伏安法測出總電阻.
引導學生比較測量結果,得出總電阻與的關系:.
3.應用歐姆定律推導串聯電路的總電阻與分電阻的關系:
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯電路中
所以
這表明串聯電路的總電阻等于各串聯導體的電阻之和.
4.運用公式進行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯起來接在6V的電源上,求這串聯
電路中的電流
讓學生仔細讀題,根據題意畫出電路圖并標出已知量的符號及數值,未知量的符號.
引導學生找出求電路中電流的三種方法
(1)(2)(3)
經比較得出第(3)種方法簡便,找學生回答出串聯電路的電阻計算
解題過程
已知V,求I
解
根據得
答這個串聯電路中的電流為0.3A.
強調歐姆定律中的I、U、R必須對應同一段電路.
例二有一小燈泡,它正常發光時燈絲電阻為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,需要串聯一個多大的電阻?
讓學生根據題意畫出電路圖,并標明已知量的符號及數值,未知量的符號.
引導學生分析得出
(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,那么串聯的電阻要分擔的電壓為
(2)的大小根據歐姆定律求出
(3)因為與串聯,通過的電流與通過的電流相等.
(4)通過的電流根據求出.
解題過程
已知,求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
教學策略作為教學設計的中心環節,其設計科學與否直接關系到教學的效率,甚至教學的成敗。作為現代教育思潮典型代表,建構主義理論對新課程教學策略的設計具有重要的指導意義。建構主義理論針對教學策略設計這一環節強調指出:“我們不是僅僅為了選擇教學策略,而是要創設學習者積極學習的現實環境。”為此,建構主義理論主張在教學設計中應注意“擴展學生對自己學習的責任感,包括允許學生決定自己想學什么,讓學生能管理自己的學習活動,讓學生在學習時能得到互相幫助,創設非威脅性的學習氣氛,使得學習富有意義,包括最大限度地利用現有知識,在現實情境中使教學有固著點,提供學習內容的多種方式,促進積極的知識建構,包括利用活動促進高層次思維,鼓勵審視不同的觀點,鼓勵創造性,靈活地解決實際問題,提供學生呈現學習過程與結果的機制”。根據建構主義的理論,物理課堂教學策略的設計應遵循以下原則。
1.堅持“以學生為本、以學生發展為本”的課堂教學設計策略,重視學生主動參與和內心體驗;重視知識形成和應用的過程。
2.堅持“搭建平臺、營造氛圍”的課堂教學設計策略,重視教學情景和教學問題的設計,重視啟發引導和協調交流。
3.堅持“以知識為載體、揭示知識內涵”的課堂教學設計策略,重視對知識內涵的把握;重視潛移默化再現知識內涵的手段和方法。
4.堅持“聯系實際應用、激發學習激情”的課堂教學設計策略,重視教學過程中STS的拓展;重視教學過程中新技術的應用。
教學策略是實現教學目標的重要手段,是教學設計研究的重點。教學策略的設計包括許多方面,主要有:采用何種經濟而有效的教與學的形式,安排什么樣的教師教的活動和學習者學的活動,設計何種教的方法和學的方法,進行什么樣的教學媒體及怎樣進行設計,怎樣利用現有的教學資源及挖掘潛在的教學資源,設計怎樣的教學環節和步驟等一系列問題。下面我通過具體的案例設計與比較,探究新課程理念下物理課堂教學策略的設計的特點與規律。
[案例1]運用歸納教學策略設計《電流跟電壓、電阻的關系歐姆定律》。
1.導入
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歷,激勵學生的學習欲望。
2.演示實驗
步驟1:研究電流與導體兩端電壓的關系,記錄有關數據。
步聚2:研究電流強度與導體電阻的關系,記錄有關數據。
以上步驟由教師與學生共同活動完成。
3.對實驗結果進行歸納推理
當導體的電阻不變時,增大導體兩端的電壓,電壓越高,通過導體的電流越大,電壓增大幾倍,電流強度就隨之增大幾倍;當加在導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:導體的電阻一定時,導體中的電流與導體兩端的電壓成正比例關系;電壓一定時,導體中的電流與導體的電阻成反比例關系。
4.驗證推理
設計兩組實驗數據表,每一組中留有適量的空白,請學生根據推理的結果在空白處填上適當的數據,教師通過演示實驗與學生一道驗證所得結論的正確性。
5.歸納得出結論
導體中的電流強度與導體兩端的電壓成正比,與導體的電阻成反比,這個結論叫做歐姆定律。
[案例2]運用探究策略設計《電流跟電壓、電阻的關系歐姆定律》。
1.提出問題
教師指出:我們曾通過實驗發現,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系呢?
2.形成假說
學生通過議論認為有可能電流與電壓成正比,與電阻成反比(學生通過學過的有關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、研究電流與導體兩端電壓的關系,換用不同的電阻,重復上述步驟,研究電流與電阻的關系,教師與學生共同研討,確定最佳方案。
4.實施方案
學生分組進行實驗,并將實驗結果填入自己設計的表格中。
5.分析與論證
分析實驗結果,驗證與假說是否相符,得出結論。
6.評價
檢驗實驗過程的操作是否規范,實驗結果是否可靠。
7.交流
各小組形成實驗報告,交流實驗結果,形成最終結論。
運用歸納策略設計的案例中,教師通過演示實驗向學生展示了歐姆定律的形成過程,并經過歸納推理得出歐姆定律。通過師生雙方的互動,學生不但能對定律的來龍去脈有清晰的了解,能夠系統地理解和掌握知識,而且能受到科學方法的訓練,發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,而運用探究策略設計的案例中,則是學生通過自己的探究活動得出結論的。由于學生親自參與科學探究的全過程,因此,不但能發展發現問題、解決問題等多種能力,而且通過對探究樂趣的體驗,能激發創新意識與欲望。同時,由于探究過程是以組為單位進行的,并且需要對結論進行交流與評價,因此,對培養學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,運用歸納策略設計的課堂教學,由于教師的作用比較突出,相對地限制了學生的思維,不利于學生創新能力的培養,同時,對學生的合作、交流與評價等能力的培養也是不利的。而運用探究策略設計的課堂教學,探究過程的冗長而比較費時,由于能力的差別,容易導致部分學生不能較好地掌握學習內容。
那么,在進行課堂教學策略的設計時,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越的教學策略,也就是說,不存在能滿足各種教學目標的最好的教學策略。最好地教學策略是在一定情況下達到特定目標的最有效的策略,只有教師對于教學內容的類型、學生的現狀、現有的條件等各方面因素都能做到心中有數,才能考慮為達到某個特定目標的“最好”的教學策略。