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關(guān)鍵詞:歐姆定律;適用范圍;微觀機(jī)理;導(dǎo)電材料;能量轉(zhuǎn)化
中圖分類(lèi)號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2016)12-0039-2
人教版《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-1》《歐姆定律》一節(jié)內(nèi)容圍繞電阻的定義式、歐姆定律和伏安特性曲線三部分展開(kāi),圖1為教材的兩段文字,意思是當(dāng)金屬導(dǎo)體的電阻不變時(shí),伏安特性曲線是一條直線,叫做線性元件,滿足歐姆定律;“這些情況”的電流與電壓不成正比,是非線性元件,歐姆定律不適用[1]。隨后,教材舉例小燈泡和二極管的伏安特性曲線,指出兩個(gè)元件都是非線性元件。在遇到歐姆定律時(shí),不論是年輕教師還是學(xué)生常常感到疑惑:歐姆定律適用范圍究竟是金屬和電解質(zhì)溶液還是線性元件?小燈泡是金屬,又是非線性元件,究竟是否滿足歐姆定律?
[導(dǎo)體的伏安特性曲線 在實(shí)際應(yīng)用中,常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U,這樣畫(huà)出的I-U圖象叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線。對(duì)于金屬導(dǎo)體,在溫度沒(méi)有顯著變化時(shí),電阻幾乎是不變的(不隨電流、電壓改變),它的伏安特性曲線是一條直線,具有這種伏安特性的電學(xué)元件叫做線性元件。圖2.3-2中導(dǎo)體A、B的伏安特性曲線如圖2.3-3所示。
歐姆定律是個(gè)實(shí)驗(yàn)定律,實(shí)驗(yàn)中用的都是金屬導(dǎo)體。這個(gè)結(jié)論對(duì)其他導(dǎo)體是否適用,仍然需要實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明,除金屬外,歐姆定律對(duì)電解質(zhì)溶液也適用,但對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導(dǎo)體元件并不適用。也就是說(shuō),在這些情況下電流與電壓不成正比,這類(lèi)電學(xué)元件叫做非線性元件。]
1 歐姆定律的由來(lái)
1826年4月,德國(guó)物理學(xué)家歐姆《由伽伐尼電力產(chǎn)生的電現(xiàn)象的理論》,提出歐姆定律:在同一電路中,通過(guò)某段導(dǎo)體中的電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比。歐姆實(shí)驗(yàn)中用八根粗細(xì)相同、長(zhǎng)度不同的板狀銅絲分別接入電路,推導(dǎo)出 ,其中s為金屬導(dǎo)線的橫截面積,k為電導(dǎo)率,l為導(dǎo)線的長(zhǎng)度,x為通過(guò)導(dǎo)線l的電流強(qiáng)度,a為導(dǎo)線兩端的電勢(shì)差[2]。當(dāng)時(shí)只有電導(dǎo)率的概念,后來(lái)歐姆又提出 為導(dǎo)體的電阻,并將歐姆定律表述為“導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比?!?/p>
關(guān)于歐姆定律的m用范圍,一直存在爭(zhēng)議,筆者認(rèn)為可以從不同角度進(jìn)行陳述。
2 歐姆定律的適用范圍
2.1 從導(dǎo)電材料看適用范圍
歐姆當(dāng)年通過(guò)對(duì)金屬導(dǎo)體研究得出歐姆定律,后來(lái)實(shí)驗(yàn)得出歐姆定律也適用于電解質(zhì)溶液,但不適用于氣體導(dǎo)電和半導(dǎo)體元件。
從微觀角度分析金屬導(dǎo)體中的電流問(wèn)題,金屬導(dǎo)體中的自由電子無(wú)規(guī)則熱運(yùn)動(dòng)的速度矢量平均為零,不能形成電流。有外電場(chǎng)時(shí),自由電子在電場(chǎng)力的作用下定向移動(dòng),定向漂移形成電流,定向漂移速度的平均值稱為漂移速度。電子在電場(chǎng)力作用下加速運(yùn)動(dòng),與金屬晶格碰撞后向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的可能性都有,因此失去定向運(yùn)動(dòng)的特征,又回歸無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng),在電場(chǎng)力的作用下再做定向漂移。如果在一段長(zhǎng)為L(zhǎng)、橫截面積為S的長(zhǎng)直導(dǎo)線,兩端加上電壓U,自由電子相繼兩次碰撞的間隔有長(zhǎng)有短,設(shè)平均時(shí)間為τ,則自由電子在下次碰撞前的定向移動(dòng)為勻加速運(yùn)動(dòng),
2.2 從能量轉(zhuǎn)化看適用范圍
在純電阻電路中,導(dǎo)體消耗的電能全部轉(zhuǎn)化為電熱,由UIt=I2Rt,得出 在非純電阻電路中,導(dǎo)體消耗的電能只有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,其余部分轉(zhuǎn)化為其他形式的能(機(jī)械能、化學(xué)能等), 因此,歐姆定律適用于純電阻電路,不適用于非純電阻電路。
金屬導(dǎo)體通電,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,是純電阻元件,滿足歐姆定律。小燈泡通電后,電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,燈絲溫度升高導(dǎo)致發(fā)光,部分內(nèi)能再轉(zhuǎn)化為光能,因此小燈泡也是純電阻,滿足歐姆定律。電解質(zhì)溶液,在不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)時(shí),電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,也遵守歐姆定律。氣體導(dǎo)電是因?yàn)闅怏w分子在其他因素(宇宙射線或高電壓等條件)作用下,產(chǎn)生電離,能量轉(zhuǎn)化情況復(fù)雜,不滿足歐姆定律。半導(dǎo)體通電時(shí)內(nèi)部發(fā)生化學(xué)反應(yīng),電能少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,不滿足歐姆定律。電動(dòng)機(jī)通電但轉(zhuǎn)子不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,遵從歐姆定律;轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),電能主要轉(zhuǎn)化為機(jī)械能,少量轉(zhuǎn)化為內(nèi)能,為非純電阻元件,也不滿足歐姆定律。
2.3 從I-U圖線看適用范圍
線性元件指一個(gè)量與另一個(gè)量按比例、成直線關(guān)系,非線性元件指兩個(gè)量不按比例、不成直線的關(guān)系。在電流與電壓關(guān)系問(wèn)題上,線性元件阻值保持不變,非線性元件的阻值隨外界情況的變化而改變,在求解含有非線性元件的電路問(wèn)題時(shí)通常借助其I-U圖像。
從 知導(dǎo)體的電阻與自由電子連續(xù)兩次碰撞的平均時(shí)間有關(guān),自由電子和晶格碰撞將動(dòng)能傳遞給金屬離子,導(dǎo)致金屬離子的熱運(yùn)動(dòng)加劇,產(chǎn)生電熱。由 知導(dǎo)體的溫度升高,τ減小,電阻增大。因此,導(dǎo)體的電阻不可能穩(wěn)定不變。當(dāng)金屬導(dǎo)體的溫度沒(méi)有顯著變化時(shí),伏安特性曲線是直線,滿足“電阻不變時(shí),導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比”。理想的線性元件是不存在的,溫度降低時(shí),金屬導(dǎo)體的電阻減小,當(dāng)溫度接近絕對(duì)零度時(shí),電阻幾乎為零。小燈泡的伏安特性曲線是曲線,是非線性元件,當(dāng)燈泡電阻變化時(shí),仍有I、U、R瞬時(shí)對(duì)應(yīng),滿足歐姆定律 如同滑動(dòng)變阻器電阻變化時(shí)也滿足歐姆定律[3]。
2.4 結(jié)論
綜上所述,從導(dǎo)電材料的角度看,歐姆定律適用于金屬和電解質(zhì)溶液(無(wú)化學(xué)反應(yīng));從能量轉(zhuǎn)化的角度看,歐姆定律適用于純電阻元件。對(duì)于線性元件,電阻保持不變,導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,歐姆定律適用。從物理學(xué)史推想,歐姆當(dāng)年用八根不同銅絲進(jìn)行實(shí)驗(yàn),應(yīng)該是研究了電壓保持不變時(shí),電流與電阻的關(guān)系,以及電阻保持不變時(shí),電流與電壓的關(guān)系。雖然都是非線性元件,小燈泡是金屬材料,是純電阻元件,滿足歐姆定律,二極管是半導(dǎo)體材料,卻不滿足歐姆定律。因此,線性非線性不能作為歐姆定律是否適用的標(biāo)準(zhǔn)。
3 教材編寫(xiě)建議
“有了電阻的概念,我們可以把電壓、電流、電阻的關(guān)系寫(xiě)成 上式可以表述為:導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比,跟導(dǎo)體的電阻R成反比。這就是我們?cè)诔踔袑W(xué)過(guò)的歐姆定律?!盵1]筆者以為,歐姆定律的內(nèi)容是 這個(gè)表達(dá)式最重要的意義是明確了電流、電壓、電阻三個(gè)量的關(guān)系,而不是其中的正比關(guān)系和反比關(guān)系,教材沒(méi)必要對(duì)歐姆定律進(jìn)行正比反比的表述。
“實(shí)驗(yàn)表明,除金屬外,歐姆定律對(duì)電解質(zhì)溶液也適用,但對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體(如日光燈管、霓虹燈管中的氣體)和半導(dǎo)體元件并不適用。”教材已明確歐姆定律的適用范圍,建議教材將線性元件和非線性元件的概念與歐姆定律的適用范圍分開(kāi),同時(shí)明確線性、非線性不能作為歐姆定律是否適用的標(biāo)準(zhǔn)。
參考文獻(xiàn):
[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書(shū)物理選修3-1[M].北京:人民教育出版社,2010.
知識(shí)目標(biāo)
1.理解歐姆定律及其表達(dá)式.
2.能初步運(yùn)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)問(wèn)題.
能力目標(biāo)
培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力.
情感目標(biāo)
介紹歐姆的故事,對(duì)學(xué)生進(jìn)行熱愛(ài)科學(xué)、獻(xiàn)身科學(xué)的品格教育.
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)教學(xué)的課型屬于習(xí)題課,以計(jì)算為主.習(xí)題訓(xùn)練是歐姆定律的延續(xù)和具體化.它有助于學(xué)生進(jìn)一步理解歐姆定律的物理意義,并使學(xué)生初步明確理論和實(shí)際相結(jié)合的重要性.
教法建議
教學(xué)過(guò)程中要引導(dǎo)學(xué)生明確題設(shè)條件,正確地選擇物理公式,按照要求規(guī)范地解題,注意突破從算術(shù)法向公式法的過(guò)渡這個(gè)教學(xué)中的難點(diǎn).特別需強(qiáng)調(diào)歐姆定律公式中各物理量的同一性,即同一導(dǎo)體,同一時(shí)刻的I、U、R之間的數(shù)量關(guān)系.得出歐姆定律的公式后,要變形出另外兩個(gè)變換式,學(xué)生應(yīng)該是運(yùn)用自如的,需要注意的是,對(duì)另外兩個(gè)公式的物理含義要特別注意向?qū)W生解釋清楚,尤其是歐姆定律公式.
教學(xué)設(shè)計(jì)方案
引入新課
1.找學(xué)生回答第一節(jié)實(shí)驗(yàn)得到的兩個(gè)結(jié)論.在導(dǎo)體電阻一定的情況下,導(dǎo)體中的電流
跟加在這段導(dǎo)體兩端的電壓成正比;在加在導(dǎo)體兩端電壓保持不變的情況下,導(dǎo)體中的電
流跟導(dǎo)體的電阻成反比.
2.有一個(gè)電阻,在它兩端加上4V電壓時(shí),通過(guò)電阻的電流為2A,如果將電壓變?yōu)?0V,通過(guò)電阻的電流變?yōu)槎嗌??為什么?/p>
要求學(xué)生答出,通過(guò)電阻的電流為5A,因?yàn)殡娮枰欢〞r(shí)通過(guò)電阻的電流與加在電阻兩
端的電壓成正比.
3.在一個(gè)10的電阻兩端加上某一電壓U時(shí),通過(guò)它的電流為2A,如果把這個(gè)電壓加在20的電阻兩端,電流應(yīng)為多大?為什么?
要求學(xué)生答出,通過(guò)20電阻的電流為1A,因?yàn)樵陔妷阂欢〞r(shí),通過(guò)電阻的電流與
電阻大小成反比,我們已經(jīng)知道了導(dǎo)體中電流跟這段導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系,導(dǎo)體中電流跟這段導(dǎo)體電阻的關(guān)系,這兩個(gè)關(guān)系能否用一句話來(lái)概括呢?
啟發(fā)學(xué)生討論回答,教師復(fù)述,指出這個(gè)結(jié)論就叫歐姆定律.
(-)歐姆定律導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.
1.此定律正是第一節(jié)兩個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的綜合,電流、電壓、電阻的這種關(guān)系首先由德國(guó)
物理學(xué)家歐姆得出,所以叫做歐姆定,全國(guó)公務(wù)員共同天地律,它是電學(xué)中的一個(gè)基本定律.
2.介紹《歐姆堅(jiān)持不懈的精神》一文.
3.歐姆定律中的電流是通過(guò)導(dǎo)體的電流,電壓是指加在這段導(dǎo)體兩端的電壓,電
阻是指這段導(dǎo)體所具有的電阻值.
如果用字母U表示導(dǎo)體兩端的電壓,用字母R表示導(dǎo)體的電阻,字母I表示導(dǎo)體中的電流,那么歐姆定律能否用一個(gè)式子表示呢?
(二)歐姆定律公式
教師強(qiáng)調(diào)
(l)公式中的I、U、R必須針對(duì)同一段電路.
(2)單位要統(tǒng)一I的單位是安(A)U的單位是伏(V)R的單位是歐()
教師明確本節(jié)教學(xué)目標(biāo)
1.理解歐姆定律內(nèi)容及其表達(dá)式
2.能初步運(yùn)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)電學(xué)問(wèn)題.
3.培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用物理知識(shí)分析和解決問(wèn)題的能力.
4.學(xué)習(xí)歐姆為科學(xué)獻(xiàn)身的精神
(三)運(yùn)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)問(wèn)題
【例1】一盞白熾電燈,其電阻為807,接在220V的電源上,求通過(guò)這盞電燈的電流.
教師啟發(fā)指導(dǎo)
(1)要求學(xué)生讀題.
(2)讓學(xué)生根據(jù)題意畫(huà)出簡(jiǎn)明電路圖,并在圖上標(biāo)明已知量的符號(hào)及數(shù)值和未知量的
符號(hào).
(3)找學(xué)生在黑板上板書(shū)電路圖.
(4)大家討論補(bǔ)充,最后的簡(jiǎn)明電路圖如下圖
(5)找學(xué)生回答根據(jù)的公式.
已知V,求I
解根據(jù)得
(板書(shū))
鞏固練習(xí)
練習(xí)1有一種指示燈,其電阻為6.3,通過(guò)的電流為0.45A時(shí)才能正常發(fā)光,要使這種指示燈正常發(fā)光,應(yīng)加多大的電壓?
練習(xí)2用電壓表測(cè)導(dǎo)體兩端的電壓是7.2V,用電流表測(cè)通過(guò)導(dǎo)體的電流為0.4A,求這段導(dǎo)體的電阻,
通過(guò)練習(xí)2引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)出測(cè)電阻的方法.由于用電流表測(cè)電流,用電壓表測(cè)電壓,
利用歐姆定律就可以求出電阻大小.所以歐姆定律為我們提供了一種則定電阻的方法這種
方法,叫伏安法.
【例2】并聯(lián)在電源上的紅、綠兩盞電燈,它們兩端的電壓都是220V,電阻分別為
1210、484.
求通過(guò)各燈的電流.
教師啟發(fā)引導(dǎo)
(1)學(xué)生讀題后根據(jù)題意畫(huà)出電路圖.
(2)I、U、R必須對(duì)應(yīng)同一段電路,電路中有兩個(gè)電阻時(shí),要給“同一段電路”的I、U、R加上“同一腳標(biāo)”,如本題中的紅燈用來(lái)表示,綠燈用來(lái)表示.
(3)找一位學(xué)生在黑板上畫(huà)出簡(jiǎn)明電路圖.
(4)大家討論補(bǔ)充,最后的簡(jiǎn)明電路圖如下
學(xué)生答出根據(jù)的公式引導(dǎo)學(xué)生答出
通過(guò)紅燈的電流為
通過(guò)綠燈的電流為
解題步驟
已知求.
解根據(jù)得
通過(guò)紅燈的電流為
通過(guò)綠燈的電流為
答通過(guò)紅燈和綠燈的電流分別為0.18A和0.45A.
板書(shū)設(shè)計(jì)
2.歐姆定律
一、歐姆定律
導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比,跟導(dǎo)體的電阻成反比.
二、歐姆定律表達(dá)式
三、歐姆定律計(jì)算
1.已知V,求I
解根據(jù)得
答通過(guò)這盞電燈的電流是0.27A
2.已知求.
解根據(jù)得
通過(guò)的電流為
通過(guò)的電流為
答通過(guò)紅燈的電流是0.18A,通過(guò)綠燈的電流是0.45A
探究活動(dòng)
【課題】歐姆定律的發(fā)現(xiàn)過(guò)程
【組織形式】個(gè)人和學(xué)習(xí)小組
【活動(dòng)方式】
1.制定子課題.
《閉合電路歐姆定律》是高中物理電學(xué)部分中各種電路的基礎(chǔ)內(nèi)容,同時(shí)也是高中物理電路部分的重點(diǎn)內(nèi)容,深刻理解并掌握本節(jié)內(nèi)容對(duì)今后電路學(xué)習(xí)具有極大的幫助。在高中物理課堂教學(xué)活動(dòng)開(kāi)展中,為了有效提高《閉合電路歐姆定律》教學(xué)設(shè)計(jì)的有效性,下面本文首先簡(jiǎn)單分析了《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo),并在此基礎(chǔ)上提出創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)為方法的課堂教學(xué)實(shí)踐,以供參考。
高中物理《閉合電路歐姆定律》教學(xué)主要是圍繞定律的推導(dǎo)和定律的應(yīng)用這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)的。教材在設(shè)計(jì)中意在從能量守恒的觀點(diǎn)推導(dǎo)出閉合電路歐姆定律,從理論上推出路端電壓隨外電阻變化規(guī)律及斷路短路現(xiàn)象,將實(shí)驗(yàn)放在學(xué)生思考與討論之中。為了有效提高課堂教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)效果,我們特提出在《閉合電路歐姆定律》教學(xué)中創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)。
1.《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo)分析
《閉合電路歐姆定律》教學(xué)目標(biāo)主要有以下幾個(gè)方面:一是,經(jīng)進(jìn)閉合電路歐姆定律的理論推導(dǎo)過(guò)程,體驗(yàn)?zāi)芰哭D(zhuǎn)化和守恒定律在電路中的具體應(yīng)用,培養(yǎng)學(xué)生推理能力;二是,了解路端電壓與電流的U-I圖像,培養(yǎng)學(xué)生利用圖像方法分析電學(xué)問(wèn)題的能力;三是,通過(guò)路端電壓與負(fù)載的關(guān)系實(shí)驗(yàn),培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)探究物理規(guī)律的科學(xué)思路和方法;四是,利用閉合電路歐姆定律解決一些簡(jiǎn)單的實(shí)際問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。高中物理《閉合電路歐姆定律》教學(xué)主要是圍繞定律的推導(dǎo)和定律的應(yīng)用這兩個(gè)問(wèn)題展開(kāi)的,其中涉及到了“電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻”、“用電勢(shì)推導(dǎo)電壓關(guān)系”、“焦耳定律”以及“歐姆定律”等諸多內(nèi)容,這些內(nèi)容之間具有一定的聯(lián)系, 只要能夠?yàn)槠錁?gòu)建一個(gè)完善的體系,將這些知識(shí)有機(jī)的結(jié)合起來(lái),就能夠得出閉合電路的歐姆定律。以建構(gòu)主義教學(xué)思想為基礎(chǔ),采用創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì),對(duì)于提高課堂教學(xué)有效性具有積極意義。
2.創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題情境”的教學(xué)設(shè)計(jì)具體實(shí)踐
首先,通過(guò)問(wèn)題的提出激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如:將一個(gè)小燈泡接在已充電的電容器兩極,另一個(gè)小燈泡在干電池兩端,會(huì)觀察到什么現(xiàn)象?并展示生活中的一些電源,演示手搖發(fā)電機(jī)使小燈泡發(fā)光和利用紐扣電池發(fā)聲的音樂(lè)卡片實(shí)驗(yàn),使學(xué)生進(jìn)行思考這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。通過(guò)觀察學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)手搖發(fā)電機(jī)是將機(jī)械能轉(zhuǎn)化成電能的過(guò)程,停止搖動(dòng)就沒(méi)有電能,燈泡就不會(huì)亮,而干電池、蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能,其化學(xué)能能夠?yàn)楦呻姵靥峁┏掷m(xù)供電的功能,因此小燈泡能夠持續(xù)發(fā)光。然后教師再在這個(gè)基礎(chǔ)上提出問(wèn)題:什么是電源的電動(dòng)勢(shì)?之后指出電源電動(dòng)勢(shì)的概念,幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)電源的正負(fù)極,并畫(huà)出等效的電路圖,利用學(xué)生已知的知識(shí),如電勢(shì)相當(dāng)于高度,電勢(shì)差則相當(dāng)于高度差,這樣學(xué)生就能夠很好的對(duì)電勢(shì)差以及電源電動(dòng)勢(shì)的內(nèi)電壓和外電壓等概念進(jìn)行理解了。
其次,在教學(xué)中可采用類(lèi)比、啟發(fā)、多媒體等多種方法進(jìn)行教學(xué)。教師在課堂教學(xué)匯總可借助于多媒體播放flash課件, 借助于升降機(jī)舉起的高度差或者兒童滑梯兩端的高度差,幫助學(xué)生更好的理解電源電動(dòng)勢(shì)。另外還可以從能量的角度引導(dǎo)學(xué)生對(duì)其進(jìn)行理解,例如小花去買(mǎi)衣服,共有100元,其中10元用于打車(chē),90元用于買(mǎi)衣服,在這里,100元就相當(dāng)于電源的電動(dòng)勢(shì),車(chē)費(fèi)相當(dāng)于內(nèi)電壓(必要的無(wú)用功),買(mǎi)衣服的費(fèi)用就相當(dāng)于外電壓(有用功),從而使學(xué)生掌握內(nèi)外電壓的本質(zhì)屬性。
最后,要通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。物理學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué),觀察和實(shí)驗(yàn)是提出問(wèn)題的基礎(chǔ),在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中應(yīng)鼓勵(lì)學(xué)生觀察要細(xì)致人微,要善于從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,直觀、形象的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能激發(fā)學(xué)生思考??梢宰寣W(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)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,再?gòu)睦碚撋线M(jìn)行分析。然后演示電動(dòng)勢(shì)分別為3V和9V(舊)的電源向一個(gè)燈泡供電實(shí)驗(yàn),引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣,讓學(xué)習(xí)進(jìn)行討論,解釋現(xiàn)象原因。通過(guò)這種方式能夠讓學(xué)生很容易就明白流過(guò)燈泡的實(shí)際電流不僅與電源的電動(dòng)勢(shì)有關(guān),還與電路中的總電阻有關(guān),從而順理成章的得出閉合電路歐姆定律,完成課堂教學(xué)任務(wù)。
3.總結(jié)語(yǔ)
班級(jí):
姓名:
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1、掌握歐姆定律,能熟練地運(yùn)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)電壓、電流和電阻的簡(jiǎn)單問(wèn)題。
2、培養(yǎng)學(xué)生解答電學(xué)問(wèn)題的良好習(xí)慣。
【學(xué)習(xí)重、難點(diǎn)】
歐姆定律的內(nèi)容、數(shù)學(xué)表達(dá)式及其應(yīng)用。
【自主預(yù)習(xí)】
1、歐姆定律的內(nèi)容:
2、公式:
【課堂導(dǎo)學(xué)】
上一節(jié)課的實(shí)驗(yàn)得出的實(shí)驗(yàn)結(jié)論是什么?把上一節(jié)課的實(shí)驗(yàn)結(jié)果綜合起來(lái),即為歐姆定律:
1、歐姆定律的內(nèi)容:
2、公式:
公式中符號(hào)的意義及單位:
U—
—
R—
—
I—
——
說(shuō)明:
歐姆定律中的電流、電壓和電阻這三個(gè)量是對(duì)同一段導(dǎo)體而言的。
3、應(yīng)用歐姆定律計(jì)算有關(guān)電流、電壓和電阻的簡(jiǎn)單問(wèn)題。
(1)、利用歐姆定律求電流:應(yīng)用公式:
例1:一條電阻絲的電阻是97Ω,接在220V的電壓上,通過(guò)它的電流是多少?
(2)、利用歐姆定律求電路的電壓:由公式
變形得
例2、一個(gè)電熨斗的電阻是0.1KΩ,使用時(shí)流過(guò)的電流是2.1A,則加在電熨斗兩端的電壓是多少?
(3)、利用歐姆定律求導(dǎo)體的電阻:由公式
變形得
例3、在一個(gè)電阻的兩端加的電壓是20V,用電流表測(cè)得流過(guò)它的電流是1A,,則這個(gè)電阻的阻值是多少?
4、通過(guò)以上的簡(jiǎn)單電學(xué)題目的計(jì)算,提出以下要求:
(1)、要畫(huà)好電路圖,在圖上標(biāo)明已知量的符號(hào)、數(shù)值和未知量的符號(hào)。
(2)、要有必要的文字說(shuō)明,物理公式再數(shù)值計(jì)算,答題敘述要完整。
我的收獲:
課后反思:
課堂練習(xí)
1、對(duì)歐姆定律公式I=U/R的理解,下面哪一句話是錯(cuò)誤的:(
)
A.對(duì)某一段導(dǎo)體來(lái)說(shuō),導(dǎo)體中的電流跟它兩端的電壓成正比;
B.在相同電壓的條件下,不同導(dǎo)體中的電流跟電阻成反比;
C.導(dǎo)體中的電流既與導(dǎo)體兩端的電壓有關(guān)也與導(dǎo)體電阻有關(guān);
D.因?yàn)殡娮枋菍?dǎo)體本身的屬性,所以導(dǎo)體中的電流只與導(dǎo)體兩端電壓有關(guān),與電阻無(wú)關(guān)。
2、如果某人的身體電阻約在3000Ω到4000Ω之間,為了安全,要求通過(guò)人體的電流不能大于
5mA,那么此人身體接觸的電壓不能大于:(
)
A.5V
B.15V
C.30V
D.36V
3、甲、乙兩導(dǎo)體通過(guò)相同的電流,甲所需的電壓比乙所需的電壓大,則它們的阻值大小關(guān)系是:(
)
A.R甲>R乙;
B.R甲=R乙;
C.R甲
D.無(wú)法比較
4、有一電阻兩端加上
6
V電壓時(shí),通過(guò)的電流為
0.5A,可知它的電阻為
Ω,若給它加上
18
V電壓,導(dǎo)線中電流為
A,此時(shí)導(dǎo)線電阻為
Ω,若導(dǎo)線兩端電壓為零,導(dǎo)線中電流為
A,導(dǎo)線電阻為
Ω。
5、要想使1000Ω的定值電阻通過(guò)8mA的電流,那么應(yīng)給它加________V的電壓;如果該定值電阻所允許通過(guò)的最大電流是25
mA,那么它兩端所能加的最大電壓是_________V。
6、一個(gè)定值電阻接在某段電路中,當(dāng)電壓為1.5V時(shí),通過(guò)的電流為0.15A,當(dāng)電壓增大為原來(lái)的2倍時(shí),則下列說(shuō)法正確的是(
)
A.電流為原來(lái)的2倍
B.電阻為原來(lái)的2倍
C.電流為原來(lái)的1/2
D.電阻為原來(lái)的1/2
7、將2Ω和4Ω的電阻串聯(lián)后接人電路,已知2Ω電阻通過(guò)的電流是0.5A,則4Ω電阻上的電壓和電流分別為:(
)
A.1
V、0.5
A;
B.2
V、0.5
A;
C.2
V、1
A;
D.0.5
V、1
A。
8.一個(gè)20Ω的電阻,接在由4節(jié)干電池串聯(lián)的電源上,要測(cè)這個(gè)電阻中的電流和兩端的電壓,電流表,電壓表選的量程應(yīng)為
(
)
A.0~0.6A,0~3V
B.0~0.6A,0~15V
C.0~3A,0~3V
D.0~3A,0~15V
9.如圖所示電路,當(dāng)圖中的開(kāi)關(guān)S閉合時(shí),電流表的示數(shù)為1.2A,電阻R的阻值
是2.6Ω,電壓表有“+”、“3V”、“15V”三個(gè)接線柱,問(wèn)電壓表應(yīng)使用的是哪兩
個(gè)接線柱?
10、如圖所示的電路中,A、B兩端的電壓是6V,燈L1的電阻是8Ω,通過(guò)
的電流是0.2
A,求:
(1)
通過(guò)燈L2的電流;
一、物理電學(xué)相關(guān)公式及形象記憶法
初中物理電學(xué)相關(guān)公式和定理雖然表面看比較抽象難懂,但是因?yàn)殡娏魇菍?shí)際存在的,并且其特點(diǎn)和存在形式可以類(lèi)比現(xiàn)實(shí)中許多形象易懂的實(shí)物和現(xiàn)象,因此結(jié)合實(shí)際對(duì)相關(guān)定理定律進(jìn)行理解和記憶會(huì)收到很好的效果.
1.歐姆定律
歐姆定律解釋的是電學(xué)中電壓、電流、電阻三者之間的關(guān)系,是電學(xué)最基本的定律.
電流×電阻=電壓,即I×R=U;其他的變形式可以由此公式導(dǎo)出.
可以用水流演示電流,用水壓解釋電壓,以現(xiàn)實(shí)中形象的實(shí)物來(lái)解釋電學(xué)相關(guān)內(nèi)容.
2.電功公式
電功公式是講電力做工的計(jì)算方法,電流流過(guò)導(dǎo)線會(huì)產(chǎn)熱,有能量產(chǎn)生,能量可以做功,電功公式就是計(jì)算電力做工能力的公式.
電流×電流×電阻×?xí)r間=電功,即I2Rt=P;
將I=UR代入,就能成為電功公式的另一形式.
3.電功率公式
電功率就是形容電流做功快慢的公式.
電流×電流×電阻=電功率,即P=I2R.
電功和電功率可以用電燈發(fā)光發(fā)熱解釋?zhuān)娏髟酱螅姛粼搅?,時(shí)間越長(zhǎng),電燈散失的熱量越多,就是電流做功的道理.
二、物理電學(xué)題目解題技巧
1.歐姆定律方程解題
熟記歐姆定律,只要是給出電路解電學(xué)未知量并且題目中沒(méi)有涉及功率內(nèi)容的題目,結(jié)合整個(gè)電路列出歐姆定律的基本方程,肯定可以得到答案,即使最初看題時(shí)沒(méi)有頭緒,在列出歐姆定律方程之后也能從方程中看出解題方法.靜態(tài)電路圖列寫(xiě)一個(gè)歐姆定律方程,動(dòng)態(tài)電路圖根據(jù)變化次數(shù)列出相應(yīng)數(shù)目的歐姆定律方程即可.
例電路圖如圖1所示,閉合開(kāi)關(guān)S,當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片在R2上某兩點(diǎn)之間來(lái)回滑動(dòng)時(shí),電流表的讀數(shù)變化范圍是2 A~5 A,電壓表的讀數(shù)變化范圍是5 V~8 V,問(wèn)電源電壓及電阻R1的值分別是多少?
乍一看此題確實(shí)無(wú)從下手,但是可以看出這是一個(gè)動(dòng)態(tài)電路題,隨著滑動(dòng)變阻器阻值的不同電路相關(guān)參量產(chǎn)生了變化,因此需要列兩個(gè)歐姆定律方程,方程列出,題目便迎刃而解.
解根據(jù)題意列歐姆定律方程,首先滑動(dòng)變阻器在題意中阻值最小時(shí),電流最大為5 A,電壓表度示數(shù)最小為5 V,此時(shí)滑動(dòng)變阻器電阻值為5 V÷5 A=1 Ω.
可以列出一個(gè)方程:
U÷(R1+1)=5 A(1)
同理,滑動(dòng)變阻器阻值最大時(shí)為8 V÷2 A=4 Ω.
列另一個(gè)歐姆定律方程
U÷(R1+4)=2 A(2)
用簡(jiǎn)單的解方程法解方程(1)和(2),很容易得出結(jié)果U=10 V;R1=1 Ω.
2.等效電路解含功率動(dòng)態(tài)題
解含有功率內(nèi)容的動(dòng)態(tài)題的一個(gè)很好的方法就是將其各種狀態(tài)獨(dú)立出來(lái),簡(jiǎn)化成等效電路,每種狀態(tài)單獨(dú)分析,之后綜合考慮并求解.
例如圖2所示,R2與R3的電阻比為R2∶R3=1∶4,最初所有開(kāi)關(guān)處于斷開(kāi)狀態(tài),同時(shí)閉合S1與S2,S3保持?jǐn)嚅_(kāi),電流表示數(shù)為0.3 A,R2消耗功率P2;之后閉合S1、S3,S2斷開(kāi),R1消耗功率為0.4 W,R3消耗功率為P3,P2∶P3=9∶4,求電源電壓和R1阻值.
雖然此題表面看是動(dòng)態(tài)且較為復(fù)雜,但是將動(dòng)態(tài)電路的兩個(gè)狀態(tài)拆分成靜態(tài)簡(jiǎn)單電路,題目便會(huì)簡(jiǎn)單明了,之后列寫(xiě)歐姆定律和功率方程,解方程即可.
當(dāng)閉合S2后電路可簡(jiǎn)化成如圖3形式,可列方程如下:
(R1+R2)×0.3=U(1)
R2×0.3×0.3=P2(2)
打開(kāi)S2閉合S3后電路變成圖4,設(shè)此時(shí)電流為I3,結(jié)合等量關(guān)系R3=4R2,將R3用R2代替,后列方程
(R1+4R2)×I3=U(3)
R1×I3×I3=0.4(4)
4R2×I3×I3=49P2(5)
5個(gè)方程,5個(gè)未知數(shù),此題可解.由(2)式和(5)式可解出I3=0.1 A,其他未知數(shù)便順利得出.最終結(jié)果:U=36 V,R1=80 Ω.