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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(duì)物理規(guī)律的一種表達(dá)形式。通過大量的觀察、實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)歸納出結(jié)論,或在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)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(shí)驗(yàn)的教法,回顧“運(yùn)動(dòng)和力”的歷史。消除學(xué)生對(duì)力的作用效果的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí);培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)研究的一種方法——理想實(shí)驗(yàn)加外推法。教學(xué)時(shí)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(jiǎn)單地按字面意義用實(shí)驗(yàn)直接加以驗(yàn)證。但大量客觀事實(shí)證實(shí)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(gè)力學(xué)的出發(fā)點(diǎn),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(yùn)動(dòng)狀態(tài)和運(yùn)動(dòng)過程而改變。在應(yīng)用牛頓第一定律解決實(shí)際問題時(shí),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(yùn)動(dòng)狀態(tài),所以……”。教師還應(yīng)該明確,牛頓第一定律相對(duì)于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當(dāng)我們?cè)谝欢屋^短的時(shí)間內(nèi)研究力學(xué)問題時(shí),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(shí)驗(yàn)方法歸納出物體在單個(gè)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(dá):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(shí)還應(yīng)請(qǐng)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(shí)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(yùn)動(dòng)學(xué)、動(dòng)量、功和能等知識(shí)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(shí)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(cè)定萬有引力恒量的實(shí)驗(yàn),海王星、冥王星的發(fā)現(xiàn)等物理學(xué)史料,對(duì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)方法的教育。②要強(qiáng)調(diào)萬有引力跟質(zhì)點(diǎn)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(cuò)誤。③明確是萬有引力基本的、簡(jiǎn)單的表式,只適用于計(jì)算質(zhì)點(diǎn)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(jī)械能守恒定律這個(gè)定律一般不用實(shí)驗(yàn)總結(jié)出來,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)誤差太大。實(shí)驗(yàn)可作為驗(yàn)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(shí)例總結(jié)出來再加以推廣。若不同形式的機(jī)械能之間不發(fā)生相互轉(zhuǎn)化,就沒有守恒問題。機(jī)械能守恒定律表式中各項(xiàng)都是狀態(tài)量,用它來解決問題時(shí),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(jiǎn)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(gè)定律不適用的問題,可以利用動(dòng)能定理或功能原理解決。(5)動(dòng)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(dòng)量守恒定律不能從牛頓運(yùn)動(dòng)定律推導(dǎo)出來,主張從實(shí)驗(yàn)直接總結(jié)。但是實(shí)驗(yàn)要用到氣墊導(dǎo)軌和閃光照相,就目前中學(xué)的實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)并總結(jié)出規(guī)律也非易事。故一般教材還是從牛頓運(yùn)動(dòng)定律導(dǎo)出,再安排一節(jié)“動(dòng)量和牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)量的問題,相互作用的物體的所有動(dòng)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(shí)最容易發(fā)生符號(hào)的錯(cuò)誤,應(yīng)該使他們明確,在同一個(gè)式子中必須規(guī)定統(tǒng)一的正方向。動(dòng)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(xiàng)是過程始、末的動(dòng)量。用它來解決問題可以不過程物理量,使問題大大地簡(jiǎn)化。若物體不發(fā)生相互作用,就沒有守恒問題。在解決實(shí)際問題時(shí),如果質(zhì)點(diǎn)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(dòng)量守恒定律來處理。動(dòng)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(dòng)量守恒定律都是適用的。
【關(guān)鍵詞】物理;歐姆定律;問題;解題思路
歐姆定律是高中物理電學(xué)部分的核心內(nèi)容,也是高考的重難點(diǎn)內(nèi)容,同時(shí)歐姆定律掌握的好壞會(huì)直接影響我們的考試成績(jī),因此要多用時(shí)間將這塊知識(shí)進(jìn)行鞏固,以取得更高的分?jǐn)?shù)。
1在歐姆定律的學(xué)習(xí)中常遇到的問題
1.1歐姆定律的使用范圍問題
在電路的實(shí)驗(yàn)過程中,我會(huì)出現(xiàn)忽略導(dǎo)線,電子元件與電源自身的電阻,將整個(gè)電路視為純電阻電路的問題。而歐姆定律通常只適用于導(dǎo)電金屬和導(dǎo)電液體,對(duì)于氣體、半導(dǎo)體、超導(dǎo)體等特殊電路元器件不適用,但我們知道,白熾燈泡的燈絲是金屬材料鎢制成的,也就是說線性材料鎢制成的燈絲應(yīng)是線性元件,但實(shí)踐告訴我們燈絲顯然不是線性元件,因此這里的表述就不正確,本人為了弄清這里的問題,向老師進(jìn)行了請(qǐng)教并查閱了相關(guān)資料,許多資料上說歐姆定律的應(yīng)用有“同時(shí)性”與“歐姆定律不適用于非線性元件,但對(duì)于各狀態(tài)下是適合的”。但我自身總覺得這樣的解釋難以接受,有牽強(qiáng)之意,即個(gè)人理解為既然各個(gè)狀態(tài)下都是適合的,那就是適合整個(gè)過程。
1.2線性元件的存在問題
通過物理學(xué)習(xí)我們會(huì)發(fā)現(xiàn)材料的電阻率ρ會(huì)隨其它因素的變化而變化(如溫度),從而導(dǎo)致導(dǎo)體的電阻實(shí)際上不可能是穩(wěn)定不變的,也就是說理想的線性元件并不存在。而在實(shí)際問題中,當(dāng)通電導(dǎo)體的電阻隨工作條件變化很小時(shí),可以近似看作線性元件,但這也是在電壓變化范圍較小的情況下才成立,例如常用的炭膜定值電阻,其額定電流一般較小,功率變化范圍較小。
1.3電流,電壓與電阻使用的問題
電流、電壓、電阻的概念及單位,電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器的使用,是最基礎(chǔ)的概念,也是我最容易混淆的內(nèi)容。電流表測(cè)量電流、電壓表測(cè)量電壓、變阻器調(diào)節(jié)電路中的電流,而電流、電壓、電阻的概念是基本的電學(xué)測(cè)量?jī)x器,另外,歐姆定律只是用來研究電路內(nèi)部系統(tǒng),不包括電源內(nèi)部的電阻、電流等,在學(xué)習(xí)歐姆定律的過程中,電流表、電壓表、導(dǎo)線等電子元器件的影響常常是不考慮在內(nèi)的,而對(duì)于歐姆定律的公式I=UR,I、U、R這三個(gè)物理量,則要求必須是在同一電路系統(tǒng)中,且是同一時(shí)刻的數(shù)值。
2歐姆定律學(xué)習(xí)中需要掌握的內(nèi)容
本人在基于電學(xué)的基礎(chǔ)之上,通過對(duì)歐姆定律的解題方式進(jìn)行分析,個(gè)人認(rèn)為我們需掌握以下內(nèi)容:了解產(chǎn)生電流的條件;理解電流的概念和定義式I=q/t,并能進(jìn)行相關(guān)的計(jì)算;熟練掌握歐姆定律的表達(dá)式I=U/R,明確歐姆定律的適用條件范圍,并能用歐姆定律解決相關(guān)的電路問題;知道什么是導(dǎo)體的伏安特性,什么是線性元件與非線性元件;知道電阻的定義和定義式R=U/I;能綜合運(yùn)用歐姆定律分析、計(jì)算實(shí)際問題;需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),能根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、計(jì)算、統(tǒng)計(jì)物理規(guī)律,并能運(yùn)用公式法和圖像法相結(jié)合的方法解決問題。
3歐姆定律的解題思路及技巧
3.1加深對(duì)歐姆定律內(nèi)容的理解
在歐姆定律例題分析中,我們比較常見的問題是多個(gè)變量的問題,以我自身為例,由于物理理解水平有限,且電壓、電流、電阻的概念比較抽象,所以學(xué)習(xí)難度較大,但我通過相關(guān)教學(xué)短片的學(xué)習(xí),將電阻比喻成“阻礙電流通行的路障,電阻越大路越不好走,電阻越小通過速度則快”的方式,明白了電阻是導(dǎo)體自身的特有屬性,其大小是受溫度、導(dǎo)體的材料、長度等各方面因素影響的,與其兩端的電壓跟電流的大小無關(guān),并且明白了電阻不會(huì)隨著電流或者電壓的大小改變而改變。同時(shí)我們每一個(gè)人都知道對(duì)于不同的習(xí)題,解決步驟都是不相同的,雖同一問題會(huì)有不同的解題方法,但總是離不開歐姆定律這個(gè)框架。因此對(duì)于一些與電學(xué)有關(guān)的知識(shí),我一般會(huì)利用歐姆定律解決電生磁現(xiàn)象與電功率計(jì)算問題。例如:某人做驗(yàn)時(shí)把兩盞電燈串聯(lián)起來,燈絲電阻分別為R1=30Ω,R2=24Ω,電流表的讀數(shù)為0.2A,那么加在R1和R2兩端的電壓各是多少?我可以根據(jù)兩燈串聯(lián)這一關(guān)建條件,與U=IR得出:U1=IR1=0.2A×30Ω=6V,U2=IR2=0.2A×24Ω=4.8V,故R1和R2兩端電壓分別為6V、4.8V的結(jié)論。
3.2利用電路圖進(jìn)行進(jìn)行計(jì)算
在解有關(guān)歐姆定律的題時(shí),以前直接把不同導(dǎo)體上的電流、電壓和電阻代入表達(dá)式I=U/R及導(dǎo)出式U=IR和R=U/I進(jìn)行計(jì)算,并把同一導(dǎo)體不同時(shí)刻、不同情況下的電流、電壓和電阻都代入歐姆定律的表達(dá)式及導(dǎo)出式進(jìn)行計(jì)算,因此經(jīng)?;煜?,不便于分析問題。通過后期老師給予我的建議,在解題前我都會(huì)先根據(jù)題意畫出電路圖,并在圖上標(biāo)明已知量、數(shù)值和未知量的符號(hào),明確需分析的是哪一部分電路,這部分電路的連接方式是串聯(lián)還是并聯(lián),以抓住電流、電壓、電阻在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的特征進(jìn)行解題。同時(shí),我還會(huì)注意開關(guān)通斷引起電路結(jié)構(gòu)的變化情況,并且回給“同一段電路”同一時(shí)刻的I、U、R加上同一種腳標(biāo),其中需注意單位的統(tǒng)一與電流表、電壓表在電路中的連接情況,以及滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)時(shí)電流、電壓、電阻的變化情況。
3.3利用電阻進(jìn)行知識(shí)拓展
本著從易到難的原則,我們可從一個(gè)電阻的問題進(jìn)行計(jì)算,再擴(kuò)展到兩個(gè)電阻、三個(gè)電阻,逐漸拓寬我們的思路,讓自己找到學(xué)習(xí)的目標(biāo)以及方法。比如遇到當(dāng)定值電阻接在電源兩端后電壓由U1變?yōu)閁2,電路中的電流由I1增大到I2,這個(gè)定值電阻是多少的問題時(shí),我們可利用歐姆定律的概念ΔU=ΔI?R得到電阻的值,而當(dāng)難度增加由一個(gè)電阻變?yōu)閮蓚€(gè)電阻時(shí),定值電阻與滑動(dòng)變阻器串聯(lián)在電壓恒定的電源兩端,電壓表V1的變化量為ΔU1,電壓表V2的變化量為ΔU2,電流表的示數(shù)為ΔI,在這樣的問題上可將變化的問題轉(zhuǎn)化為固定的關(guān)系之間的數(shù)值,就可簡(jiǎn)化許多變量問題的計(jì)算。當(dāng)變量變?yōu)槿齻€(gè)電阻時(shí)難度會(huì)進(jìn)一步的增大,我起初認(rèn)為這是一項(xiàng)不可能完成的任務(wù),所以放棄了這類題,而在經(jīng)過詢問成績(jī)優(yōu)秀的同學(xué)時(shí),才知道可將三個(gè)電阻盡量化為兩個(gè)電阻,通過電壓表與電流表的位置將電阻進(jìn)行合并,以此簡(jiǎn)化題目。
4總結(jié)
簡(jiǎn)言之,歐姆定律是物理教材中最為重要的電學(xué)定律之一,是電學(xué)內(nèi)容的重要知識(shí),也是我們學(xué)習(xí)電磁學(xué)最基礎(chǔ)的知識(shí)。當(dāng)然,對(duì)于歐姆定律的學(xué)習(xí)與解題方法,自然不止以上所述方法,因而在具體的學(xué)習(xí)中,我們要立足于自身實(shí)際學(xué)習(xí)情況來進(jìn)行方法的選取,突破重難點(diǎn)知識(shí),以找到更好的解題思路。
參考文獻(xiàn):
[1]高飛.歐姆定律在串并聯(lián)電路中的應(yīng)用技巧[J].才智,2009(27)
《歐姆定律》一課,學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過,高中必修本(下冊(cè))安排這節(jié)課的目的,主要是讓學(xué)生通過課堂演示實(shí)驗(yàn)再次增加感性認(rèn)識(shí);體會(huì)物理學(xué)的基本研究方法(即通過實(shí)驗(yàn)來探索物理規(guī)律);學(xué)習(xí)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的兩種常用方法——列表對(duì)比法和圖象法;再次領(lǐng)會(huì)定義物理量的一種常用方法——比值法.這就決定了本節(jié)課的教學(xué)目的和教學(xué)要求.這節(jié)課不全是為了讓學(xué)生知道實(shí)驗(yàn)結(jié)論及定律的內(nèi)容,重點(diǎn)在于要讓學(xué)生知道結(jié)論是如何得出的;在得出結(jié)論時(shí)用了什么樣的科學(xué)方法和手段;在實(shí)驗(yàn)過程中是如何控制實(shí)驗(yàn)條件和物理變量的,從而讓學(xué)生沿著科學(xué)家發(fā)現(xiàn)物理定律的歷史足跡體會(huì)科學(xué)家的思維方法.
本節(jié)課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識(shí)的作用,另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定基礎(chǔ).本節(jié)課分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法,也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用.因此也可以說,本節(jié)課是后續(xù)課程的知識(shí)準(zhǔn)備階段.
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要讓學(xué)生記住歐姆定律的內(nèi)容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學(xué)會(huì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運(yùn)用.
本節(jié)課的重點(diǎn)是成功進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)和對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析.這是本節(jié)課的核心,是本節(jié)課成敗的關(guān)鍵,是實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)的基礎(chǔ).
本節(jié)課的難點(diǎn)是電阻的定義及其物理意義.盡管用比值法定義物理量在高一物理和高二電場(chǎng)一章中已經(jīng)接觸過,但學(xué)生由于缺乏較多的感性認(rèn)識(shí),對(duì)此還是比較生疏.從數(shù)學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)識(shí)其代表一個(gè)新的物理量,還是存在著不小的思維臺(tái)階和思維難度.對(duì)于電阻的定義式和歐姆定律表達(dá)式,從數(shù)學(xué)角度看只不過略有變形,但它們卻具有完全不同的物理意義.有些學(xué)生常將兩種表達(dá)式相混,對(duì)公式中哪個(gè)是常量哪個(gè)是變量分辨不清,要注意提醒和糾正.
根據(jù)本節(jié)課有演示實(shí)驗(yàn)的特點(diǎn),本節(jié)課采用以演示實(shí)驗(yàn)為主的啟發(fā)式綜合教學(xué)法.教師邊演示、邊提問,讓學(xué)生邊觀察、邊思考,最大限度地調(diào)動(dòng)學(xué)生積極參與教學(xué)活動(dòng).在教材難點(diǎn)處適當(dāng)放慢節(jié)奏,給學(xué)生充分的時(shí)間進(jìn)行思考和討論,教師可給予恰當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥,必要時(shí)可進(jìn)行大面積課堂提問,讓學(xué)生充分發(fā)表意見.這樣既有利于化解難點(diǎn),也有利于充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍.
通過本節(jié)課的學(xué)習(xí),要使學(xué)生領(lǐng)會(huì)物理學(xué)的研究方法,領(lǐng)會(huì)怎樣提出研究課題,怎樣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì),怎樣合理選用實(shí)驗(yàn)器材,怎樣進(jìn)行實(shí)際操作,怎樣對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及通過分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論和總結(jié)出物理規(guī)律.同時(shí)要讓學(xué)生知道,物理規(guī)律必須經(jīng)過實(shí)驗(yàn)的檢驗(yàn),不能任意外推,從而養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和良好的思維習(xí)慣.
為了達(dá)成上述教學(xué)目標(biāo),充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用,最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和自覺性,對(duì)一些主要教學(xué)環(huán)節(jié),有以下構(gòu)想:1.在引入新課提出課題后,啟發(fā)學(xué)生思考:物理學(xué)的基本研究方法是什么(不一定讓學(xué)生回答)?這樣既對(duì)學(xué)生進(jìn)行了方法論教育,也為過渡到演示實(shí)驗(yàn)起承上啟下作用.2.對(duì)演示實(shí)驗(yàn)所需器材及電路的設(shè)計(jì)可先啟發(fā)學(xué)生思考回答.這樣使他們既鞏固了實(shí)驗(yàn)知識(shí),也調(diào)動(dòng)他們盡早投入積極參與.3.在進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)時(shí)可請(qǐng)兩位同學(xué)上臺(tái)協(xié)助,同時(shí)讓其余同學(xué)注意觀察,也可調(diào)動(dòng)全體學(xué)生都來參與,積極進(jìn)行觀察和思考.4.在用列表對(duì)比法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后,提出下面的問題讓學(xué)生思考回答:為了更直觀地顯示物理規(guī)律,還可以用什么方法對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?目的是更加突出方法教育,使學(xué)生對(duì)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的兩種最常用的基本方法有更清醒更深刻的認(rèn)識(shí).到此應(yīng)該達(dá)到本節(jié)課的第一次,通過提問和畫圖象使學(xué)生的學(xué)習(xí)情緒轉(zhuǎn)向高漲.5.在得出電阻概念時(shí),要引導(dǎo)學(xué)生從分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)入手來理解電壓與電流比值的物理意義.此時(shí)不要急于告訴學(xué)生結(jié)論,而應(yīng)給予充分的時(shí)間,啟發(fā)學(xué)生積極思考,并給予適當(dāng)?shù)乃季S點(diǎn)撥.此處節(jié)奏應(yīng)放慢,可提請(qǐng)學(xué)生回答或展開討論,讓學(xué)生的主體作用得到充分發(fā)揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學(xué)生對(duì)電阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論的基礎(chǔ)上,進(jìn)一步總結(jié)出歐姆定律,這實(shí)際上是認(rèn)識(shí)上的又一次升華.要注意闡述實(shí)驗(yàn)結(jié)論的普遍性,在此基礎(chǔ)上可讓學(xué)生先行總結(jié),以鍛煉學(xué)生的語言表達(dá)能力.教師重申時(shí)語氣要加重,不能輕描淡寫.要隨即強(qiáng)調(diào)歐姆定律是實(shí)驗(yàn)定律,必有一定的適用范圍,不能任意外推.7.為檢驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)是否達(dá)成,可自編若干概念題、辨析題進(jìn)行反饋練習(xí),達(dá)到鞏固之目的.然后結(jié)合課本練習(xí)題,熟悉歐姆定律的應(yīng)用,但占時(shí)不宜過長,以免沖淡前面主題.
1.注意在實(shí)驗(yàn)演示前對(duì)儀表的量程、分度和讀數(shù)規(guī)則進(jìn)行介紹.
2.注意正確規(guī)范地進(jìn)行演示操作,數(shù)據(jù)不能虛假拼湊.
3.注意演示實(shí)驗(yàn)的可視度.可預(yù)先制作電路板,演示時(shí)注意位置要加高.有條件的地方可利用投影儀將電表表盤投影在墻上,使全體學(xué)生都能清晰地看見.
4.定義電阻及總結(jié)歐姆定律時(shí),要注意層次清楚,避免節(jié)奏混亂.可把電阻的概念及定義在歸納實(shí)驗(yàn)結(jié)論時(shí)提出,而歐姆定律在歸納完實(shí)驗(yàn)結(jié)論后總結(jié).這樣學(xué)生就不易將二者混淆.
模塊一
電路安全計(jì)算分析
例題精講
【例1】
如圖所示,電源電壓保持不變,R0為定值電阻.閉合開關(guān),當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片在某兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí),電流表的示數(shù)變化范圍為0.5A~1.5A之間,電壓表的示數(shù)變化范圍為3V~6V之間.則定值電阻R0的阻值及電源電壓分別為(
)
A.
3Ω,3V
B.
3Ω,7.5V
C.
6Ω,6V
D.
6Ω,9V
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電路的動(dòng)態(tài)分析.
解析:
由電路圖可知,電阻R0與滑動(dòng)變阻器串聯(lián),電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流;
當(dāng)電路中的電流為0.5A時(shí),電壓表的示數(shù)為6V,
串聯(lián)電路中各處的電流相等,且總電壓等于各分電壓之和,
電源的電壓U=I1R0+U滑=0.5A×R0+6V,
當(dāng)電路中的電流為1.5A時(shí),電壓表的示數(shù)為3V,
電源的電壓:
U=I2R0+U滑′=1.5A×R0+3V,
電源的電壓不變,
0.5A×R0+6V=1.5A×R0+3V,
解得:R0=3Ω,
電源的電壓U=1.5A×R0+3V=1.5A×3Ω+3V=7.5V.
答案:
B
【測(cè)試題】
如圖所示,滑動(dòng)變阻器的滑片在某兩點(diǎn)間移動(dòng)時(shí),電流表的示數(shù)范圍在1A至2A之間,電壓表的示數(shù)范圍在6V至9V之間.則定值電阻R的阻值及電源電壓分別是(
)
A.
3Ω
15
V
B.
6Ω
15
V
C.
3Ω
12
V
D.
6Ω
12
V
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律.
解析:
由電路圖可知,電阻R與滑動(dòng)變阻器R′串聯(lián),電壓表測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流;
當(dāng)電路中的電流為1A時(shí),電壓表的示數(shù)為9V,
串聯(lián)電路中各處的電流相等,且總電壓等于各分電壓之和,
電源的電壓U=I1R+U滑=1A×R+9V,
當(dāng)電路中的電流為2A時(shí),電壓表的示數(shù)為6V,
電源的電壓:
U=I2R+U滑′=2A×R+6V,
電源的電壓不變,
1A×R+9V=2A×R+6V,
解得:R=3Ω,
電源的電壓U=1A×R+9V=1A×3Ω+9V=12V.
答案:
C
【例2】
如圖所示電路中,電源電壓U=4.5V,且保持不變,定值電阻R1=5Ω,變阻器R2最大阻值為20Ω,電流表量程為0~0.6A,電壓表量程為0~3V.為保護(hù)電表,變阻器接入電路的阻值范圍是(
)
A.
0Ω~10Ω
B.
0Ω~20Ω
C.
5Ω~20Ω
D.
2.5Ω~10Ω
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電阻的串聯(lián).
解析:
由電路圖可知,滑動(dòng)變阻器R2與電阻R1串聯(lián),電壓表測(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,電流表測(cè)量電路總電流,
當(dāng)電流表示數(shù)為I1=0.6A時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最小,
根據(jù)歐姆定律可得,電阻R1兩端電壓:
U1=I1R1=0.6A×5Ω=3V,
因串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,
所以,滑動(dòng)變阻器兩端的電壓:
U2=U-U1=4.5V-3V=1.5V,
因串聯(lián)電路中各處的電流相等,
所以,滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻最?。?/p>
Rmin==2.5Ω;
當(dāng)電壓表示數(shù)最大為U大=3V時(shí),滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大,
此時(shí)R1兩端電壓:
U1′=U-U2max=4.5V-3V=1.5V,
電路電流為:
I2==0.3A,
滑動(dòng)變阻器接入電路的最大電阻:
Rmax==10Ω,
變阻器接入電路的阻值范圍為2.5Ω~10Ω.
答案:
D
【測(cè)試題】
如圖所示電路中,電源電壓U=4.5V,且保持不變,電阻R1=4Ω,變阻器R2的最大阻值為20Ω,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V,為了保護(hù)電表不被損壞,變阻器接入電路的阻值范圍是(
)
A.
3.5Ω~8Ω
B.
0~8Ω
C.
2Ω~3.5Ω
D.
0Ω~3.5Ω
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
⑴當(dāng)電流表示數(shù)為I1=0.6A時(shí),
電阻R1兩端電壓為U1=I1R1=0.6A×4Ω=2.4V,
滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U2=U-U1=4.5V-2.4V=2.1V,
所以滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻最小為R?。剑?/p>
⑵當(dāng)電壓表示數(shù)最大為U大=3V時(shí),
R1兩端電壓為U3=U-U大=4.5V-3V=1.5V,
電路電流為I==0.375A,
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大為R大==8Ω.
所以變阻器接入電路中的阻值范圍是3.5Ω~8Ω.
答案:
A
【例3】
如圖所示電路,已知電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V,定值電阻R1阻值為6Ω,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為24Ω,電源電壓為6V,開關(guān)S閉合后,在滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)過程中,保證電流表、電壓表不被燒壞的情況下(
)
A.
滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為5Ω~24Ω
B.
電壓表的示數(shù)變化范圍是1.2V~3V
C.
電路中允許通過的最大電流是0.6A
D.
電流表的示數(shù)變化范圍是0.2A~0.5A
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;電阻的串聯(lián);電路的動(dòng)態(tài)分析.
解析:
由電路圖可知,R1與R2串聯(lián),電壓表測(cè)R1兩端的電壓,電流表測(cè)電路中的電流.
⑴根據(jù)歐姆定律可得,電壓表的示數(shù)為3V時(shí),電路中的電流:
I==0.5A,
電流表的量程為0~0.6A,
電路中的最大電流為0.5A,故C不正確;
此時(shí)滑動(dòng)變阻器接入電路中的電阻最小,
電路中的總電阻:
R==12Ω,
串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
變阻器接入電路中的最小阻值:
R2=R-R1=12Ω-6Ω=6Ω,即滑動(dòng)變阻器的阻值變化范圍為6Ω~24Ω,故A不正確;
⑵當(dāng)滑動(dòng)變阻器的最大阻值和定值電阻串聯(lián)時(shí),電路中的電流最小,電壓表的示數(shù)最小,此時(shí)電路中的最小電流:
I′==0.2A,
則電流表的示數(shù)變化范圍是0.2A~0.5A,故D正確;
電壓表的最小示數(shù):
U1′=I′R1=0.2A×6Ω=1.2V,
則電壓表的示數(shù)變化范圍是1.2V~3V,故B正確.
答案:
BD
【測(cè)試題】
如圖所示電路,已知電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V,定值電阻R1阻值為10Ω,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為50Ω,電源電壓為6V.開關(guān)S閉合后,在滑動(dòng)變阻器滑片滑動(dòng)過程中,保證電流表、電壓表不被燒壞的情況下,下列說法中錯(cuò)誤的是(
)
A.
電路中通過的最大電流是0.6A
B.
電壓表最小示數(shù)是1V
C.
滑動(dòng)變阻器滑片不允許滑到最左端
D.
滑動(dòng)變阻器滑片移動(dòng)過程中,電壓表先達(dá)到最大量程
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;電阻的串聯(lián).
解析:
⑴由電路圖可知,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片位于最左端時(shí),電路為R1的簡(jiǎn)單電路,電壓表測(cè)電源的電壓,
電源的電壓6V大于電壓表的最大量程3V,
滑動(dòng)變阻器的滑片不能移到最左端;
根據(jù)歐姆定律可得,此時(shí)電路中的電流:
I==0.6A,故電路中的最大電流不能為0.6A,且兩電表中電壓表先達(dá)到最大量程;
⑵根據(jù)串聯(lián)電路的分壓特點(diǎn)可知,滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大時(shí)電壓表的示數(shù)最小,
串聯(lián)電路中的總電阻等于各分電阻之和,
電路中的最小電流Imin==0.1A,
電壓表的最小示數(shù)Umin=IminR1=0.1A×10Ω=1V.
答案:
A
【例4】
如圖,電源電壓U=30V且保持不變,電阻R1=40Ω,滑動(dòng)變阻器R2的最大阻值為60Ω,電流表的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~15V,為了電表的安全,R2接入電路的電阻值范圍為_____Ω到_____Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電流規(guī)律;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律.
解析:
⑴當(dāng)電流表示數(shù)為I1=0.6A時(shí),
電阻R1兩端電壓為U1=I1R1=0.6A×40Ω=24V,
滑動(dòng)變阻器兩端的電壓U2=U-U1=30V-24V=6V,
所以滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻最小為R?。剑?0Ω.
⑵當(dāng)電壓表示數(shù)最大為U大=15V時(shí),
R1兩端電壓為U3=U-U大=30V-15V=15V,
電路電流為I==0.375A,
滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻最大為R大==40Ω.
所以變阻器接入電路中的阻值范圍是10Ω~40Ω.
答案:
10;40.
【測(cè)試題】
如圖電路中,電源電壓為6V不變,滑動(dòng)變阻器R2的阻值變化范圍是0~20Ω,兩只電流表的量程均為0.6A.當(dāng)開關(guān)S閉合,滑動(dòng)變阻器的滑片P置于最左端時(shí),電流表A1的示數(shù)是0.4A.此時(shí)電流表A2的示數(shù)為______A;R1的阻值______Ω;在保證電流表安全的條件下,滑動(dòng)變阻器連入電路的電阻不得小于_______.
考點(diǎn):
電流表的使用;并聯(lián)電路的電流規(guī)律;滑動(dòng)變阻器的使用;歐姆定律;電路的動(dòng)態(tài)分析.
解析:
當(dāng)開關(guān)S閉合,滑動(dòng)變阻器的滑片P置于最左端時(shí),R2中電流I2==0.3A,
則R1中的電流I1=I-I2=0.4A-0.3A=0.1A,R1==60Ω;
當(dāng)滑片向左移動(dòng)時(shí),總電阻變大,總電流變小,由于電流表最大可為0.6A,且R1中的電流不變,
則R2中的最大電流I2′=I′-I1=0.6A-0.1A=0.5A,此時(shí)滑動(dòng)變阻器的電阻R2′=
=12Ω.
答案:
0.3;60;12Ω.
模塊二
電路動(dòng)態(tài)分析之范圍計(jì)算
例題精講
【例5】
在如圖所示的電路中,設(shè)電源電壓不變,燈L電阻不變.閉合開關(guān)S,在變阻器滑片P移動(dòng)過程中,電流表的最小示數(shù)為0.2A,電壓表V的最大示數(shù)為4V,電壓表V1的最大示數(shù)ULmax與最小示數(shù)ULmin之比為3:2.則根據(jù)以上條件能求出的物理量有(
)
A.
只有電源電壓和L的阻值
B.
只有L的阻值和滑動(dòng)變阻器的最大阻值
C.
只有滑動(dòng)變阻器的最大阻值
D.
電源電壓、L的阻值和滑動(dòng)變阻器的最大阻值
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
由電路圖可知,電燈L與滑動(dòng)變阻器串聯(lián),電流表測(cè)電路電流,電壓表V測(cè)滑動(dòng)變阻器兩端的電壓,電壓表V1測(cè)小燈泡L兩端的電壓.
⑴當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值最大時(shí),電路中的電流最小I=0.2A;
此時(shí)電壓表V的最大U2=4V,電壓表V1的示數(shù)最小為ULmin;
滑動(dòng)變阻器最大阻值:R==20Ω,
燈泡L兩端電壓:ULmin=IRL,
電源電壓:U=I(R2+RL)=0.2A×(20Ω+RL)=4+0.2RL.
⑵當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的阻值為零時(shí),電路中的電流最大為I′,
此時(shí)燈泡L兩端的電壓ULmax最大,等于電源電壓,
則ULmax=I′RL.
①電壓表V1的最大示數(shù)與最小示數(shù)之比為3:2;
,
I′=I=×0.2A=0.3A,
電源電壓U=I′RL=0.3RL,
②電源兩端電壓不變,燈L的電阻不隨溫度變化,
4+0.2RL=0.3RL,
解得:燈泡電阻RL=40Ω,電源電壓U=12V,
因此可以求出電源電壓、燈泡電阻、滑動(dòng)變阻器的最大阻值.
答案:
D
【測(cè)試題】
在如圖所示電路中,已知電源電壓6V且不變,R1=10Ω,R2最大阻值為20Ω,那么閉合開關(guān),移動(dòng)滑動(dòng)變阻器,電壓表的示數(shù)變化范圍是(
)
A.
0~6V
B.
2V~6V
C.
0~2V
D.
3V~6V
考點(diǎn):
電路的動(dòng)態(tài)分析.
解析:
當(dāng)滑片滑到左端時(shí),滑動(dòng)變阻器短路,此時(shí)電壓表測(cè)量電源電壓,示數(shù)為6V;
當(dāng)滑片滑到右端時(shí),滑動(dòng)變阻器全部接入,此時(shí)電路中電流最小,
最小電流為:I最小==0.2A;
此時(shí)電壓表示數(shù)最小,U最?。絀最小R1=0.2A×10Ω=2V;
因此電壓表示數(shù)范圍為2V~6V.
答案:
B
【例6】
如圖所示的電路中,R為滑動(dòng)變阻器,R1、R2為定值電阻,且R1>R2,E為電壓恒定的電源,當(dāng)滑動(dòng)變阻器的滑片滑動(dòng)時(shí),通過R、R1、R2的電流將發(fā)生變化,電流變化值分別為I、I1、I2表示,則(
)
A.
當(dāng)滑動(dòng)片向右滑動(dòng)時(shí),有I1<I<I2
B.
當(dāng)滑動(dòng)片向左滑動(dòng)時(shí),有I<I1<I2
C.
無論滑動(dòng)片向左還是向右滑動(dòng),總有I=I1=I2
D.
無論滑動(dòng)片向左還是向右滑動(dòng),總有I>I2>I1
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
由電路圖可知,R與R2并聯(lián)后與R1串聯(lián),且R1>R2,
設(shè)R1=2Ω,R2=1Ω,U=1V,
電路中的總電阻R總=R1+,
電路中的電流I1=,
并聯(lián)部分得的電壓U并=I1×R并=,
因R與R2并聯(lián),
所以I=,
I2=;
當(dāng)滑動(dòng)變阻器接入電路的電阻變?yōu)镽′時(shí)
I1=|I1-I1′|=,
I=|I-I′|=,
I2=|I2-I2′|=;
所以無論滑動(dòng)片向左還是向右滑動(dòng),總有I>I2>I1.
答案:
D
【測(cè)試題】
如圖所示的電路圖,R1大于R2,閉合開關(guān)后,在滑動(dòng)變阻器的滑片P從b向a滑動(dòng)的過程中,滑動(dòng)變阻器電流的變化量______R2電流的變化量;通過R1電流的變化量______R2電流的變化量.(填“<”“>”“=”)
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;串聯(lián)電路的電壓規(guī)律;并聯(lián)電路的電壓規(guī)律.
解析:
由電路圖可知,滑動(dòng)變阻器與R2并聯(lián)后與R1串聯(lián),
串聯(lián)電路中總電壓等于各分電壓之和,且并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,
R1兩端電壓變化與并聯(lián)部分電壓的變化量相等,
I=,且R1大于R2,
通過R1的電流變化量小于通過R2的電流變化量;
由歐姆定律可知,通過R1的電流減小,通過滑動(dòng)變阻器的電流變小,通過R2的電流變大,
總電流減小時(shí),R2支路的電流變大,則滑動(dòng)變阻器支路的減小量大于總電流減小量,
即滑動(dòng)變阻器電流的變化量大于R2電流的變化量.
答案:
>;<.
【例7】
在圖甲所示電路中,電源電壓保持不變,R0、R2為定值電阻,電流表、電壓表都是理想電表.閉合開關(guān),調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,電壓表V1、V2和電流表A的示數(shù)均要發(fā)生變化.兩電壓表示數(shù)隨電路中電流的變化的圖線如圖乙所示.根據(jù)圖象的信息可知:_____(填“a”或“b”)是電壓表V1示數(shù)變化的圖線,電源電壓為_______V,電阻R0的阻值為______Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用.
解析:
由電路圖可知,滑動(dòng)變阻器R1、電阻R2、電阻R0串聯(lián)在電路中,電壓表V1測(cè)量R1和R2兩端的總電壓,電壓表V2測(cè)量R2兩端的電壓,電流表測(cè)量電路中的電流.
⑴當(dāng)滑片P向左移動(dòng)時(shí),滑動(dòng)變阻器R1連入的電阻變小,從而使電路中的總電阻變小,根據(jù)歐姆定律可知,電路中的電流變大,R0兩端的電壓變大,R2兩端的電壓變大,由串聯(lián)電路電壓的特點(diǎn)可知,R1和R2兩端的總電壓變小,據(jù)此判斷:圖象中上半部分b為電壓表V1示數(shù)變化圖線,下半部分a為電壓表V2示數(shù)變化圖線;
⑵由圖象可知:當(dāng)R1和R2兩端的電壓為10V時(shí),R2兩端的電壓為1V,電路中的電流為1A,
串聯(lián)電路的總電壓等于各分電壓之和,
電源的電壓U=U1+U0=10V+I(xiàn)R0=10V+1A×R0
---------①
當(dāng)滑片P移至最左端,滑動(dòng)變阻器連入電阻為0,兩電壓表都測(cè)量電阻R1兩端的電壓,示數(shù)都為4V,電路中的電流最大為4A,
電源的電壓U=U2′+U0′=4V+4A×R0
---------------②
由①②得:10V+1A×R0=4V+4A×R0
解得:R0=2Ω;
電源電壓為:U=U1+U0=10V+I(xiàn)R0=10V+1A×2Ω=12V.
答案:
b;12;2.
【測(cè)試題】
如圖所示的電路,電源電壓保持不變.閉合開關(guān)S,調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器,兩電壓表的示數(shù)隨電路中電流變化的圖線如圖所示.根據(jù)圖線的信息可知:________(甲/乙)是電壓表V2示數(shù)變化的圖象,電源電壓為_______V,電阻R1的阻值為_______Ω.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;電壓表的使用;滑動(dòng)變阻器的使用.
解析:
圖示電路為串聯(lián)電路,電壓表V1測(cè)量R1兩端的電壓,電壓表V2測(cè)量滑動(dòng)變阻器兩端的電壓;
當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值為0時(shí),電壓表V2示數(shù)為0,此時(shí)電壓表V1的示數(shù)等于電源電壓,因此與橫坐標(biāo)相交的圖象是電壓表V2示數(shù)變化的圖象,即乙圖;此時(shí)電壓表V1的示數(shù)等于6V,通過電路中的電流為0.6A,故電源電壓為6V,.
答案:
乙,6,10.
模塊三
滑動(dòng)變阻器的部分串聯(lián)、部分并聯(lián)問題
【例8】
如圖所示的電路中,AB間電壓為10伏,R0=100歐,滑動(dòng)變阻器R的最大阻值也為100歐,當(dāng)E、F兩點(diǎn)間斷開時(shí),C、D間的電壓變化范圍是________;當(dāng)E、F兩點(diǎn)間接通時(shí),C、D間的電壓變化范圍是________.
考點(diǎn):
歐姆定律的應(yīng)用;電阻的串聯(lián).
解析:
⑴當(dāng)E、F兩點(diǎn)間斷開,滑片位于最上端時(shí)為R0的簡(jiǎn)單電路,此時(shí)CD間的電壓最大,
并聯(lián)電路中各支路兩端的電壓相等,
電壓表的最大示數(shù)為10V,
滑片位于下端時(shí),R與R0串聯(lián),CD間的電壓最小,
串聯(lián)電路中總電阻等于各分電阻之和,
根據(jù)歐姆定律可得,電路中的電流:
I==0.05A,
CD間的最小電壓:
UCD=IR0=0.05A×100Ω=5V,
則C、D間的電壓變化范圍是5V~10V;
⑵當(dāng)E、F兩點(diǎn)間接通時(shí),滑片位于最上端時(shí)R0與R并聯(lián),此時(shí)CD間的電壓最大為10V,
滑片位于下端時(shí),R0被短路,示數(shù)最小為0,
則CD間電壓的變化范圍為0V~10V.
答案:
5V~10V;0V~10V.
【測(cè)試題】
如圖中,AB間的電壓為30V,改變滑動(dòng)變阻器觸頭的位置,可以改變CD間的電壓,則UCD的變化范圍是(
)
A.
0~10V
B.
0~20V
C.
10~20V
D.
20~30V
考點(diǎn):
串聯(lián)電路和并聯(lián)電路.
解析:
當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸頭置于變阻器的最上端時(shí),UCD最大,最大值為Umax=
=20V;當(dāng)滑動(dòng)變阻器觸頭置于變阻器的最下端時(shí),UCD最小,最小值為Umin
=,所以UCD的變化范圍是10~20V.
答案:
C
【例9】
如圖所示,電路中R0為定值電阻,R為滑動(dòng)變阻器,總阻值為R,當(dāng)在電路兩端加上恒定電壓U,移動(dòng)R的滑片,可以改變電流表的讀數(shù)范圍為多少?
考點(diǎn):
伏安法測(cè)電阻.
解析:
設(shè)滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)觸頭左邊部分的電阻為Rx.電路連接為R0與Rx并聯(lián),再與滑動(dòng)變阻器右邊部分的電阻R-Rx串聯(lián),
干路中的電流:I=
,
電流表示數(shù):I′==
,
由上式可知:當(dāng)Rx=時(shí),I最小為:Imin=;當(dāng)Rx=R或Rx=0時(shí),I有最大值,Imax=;
即電流表示數(shù)變化范圍為:~;
答案:
~
【測(cè)試題】
如圖所示的電路通常稱為分壓電路,當(dāng)ab間的電壓為U時(shí),R0兩端可以獲得的電壓范圍是___-___;滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P處于如圖所示位置時(shí),ab間的電阻值將______該滑動(dòng)變阻器的最大阻值.(填“大于”“小于”“等于”)
考點(diǎn):
彈性碰撞和非彈性碰撞.
解析:
根據(jù)串聯(lián)電路分壓特點(diǎn)可知,當(dāng)變阻器滑片滑到最下端時(shí),R0被短路,獲得的電壓最小,為0;當(dāng)變阻器滑片滑到最上端時(shí),獲得的電壓最大,為U,所以R0兩端可以獲得的電壓范圍是0~U.
由于并聯(lián)電路的總電阻小于任何一個(gè)支路的電阻.所以滑動(dòng)變阻器滑動(dòng)頭P處于如圖所示位置時(shí),ab間的電阻值將小于該滑動(dòng)變阻器的最大阻值.
在“閉合電路歐姆定律”一節(jié)教學(xué)的導(dǎo)課中,我憑借上節(jié)課學(xué)習(xí)的電源及其特性等知識(shí),運(yùn)用演示實(shí)驗(yàn),并在演示實(shí)驗(yàn)的前后以及過程中揭示矛盾、提出疑問,以激發(fā)學(xué)生思維的積極性,誘發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維。
1.如何方便地測(cè)定電源的電動(dòng)勢(shì)?
演示:用伏特表按圖(1)電路直接測(cè)電源的電動(dòng)勢(shì),測(cè)得伏特表示數(shù)為2.9伏。
2.若電路中加接電阻R,閉合開關(guān)S,觀察此時(shí)伏特表的讀數(shù)。
演示:按圖(2)電路,測(cè)得伏特表的示數(shù)為2.1伏。
此時(shí)教師及時(shí)把握實(shí)驗(yàn)造成的認(rèn)識(shí)沖突進(jìn)行設(shè)問:此時(shí)電源電動(dòng)勢(shì)變化了嗎?為何第二次伏特表示數(shù)變小了呢?你能知道此時(shí)電源的內(nèi)電壓是多大嗎?
通過上述的問題情境,使學(xué)生的思維進(jìn)入專注的學(xué)習(xí)狀態(tài),隨之,通過學(xué)生的思維,有利于理解E=U外+U內(nèi)的關(guān)系式以及伏特表測(cè)量的物理意義,為閉合電路歐姆定律的教學(xué)埋下了伏筆。
3.若上述電路中再串聯(lián)一個(gè)安培表(圖3),當(dāng)電阻R發(fā)生變化時(shí),伏特表和安培表的示數(shù)將如何變化?
先讓學(xué)生進(jìn)行猜想,后演示,并運(yùn)用歐姆定律I=U/R進(jìn)行分析。猜想與實(shí)驗(yàn)結(jié)論形成了矛盾,使學(xué)生的認(rèn)知再次發(fā)生了沖突。接著,在教師的引導(dǎo)下,讓學(xué)生在矛盾的思索中,以直觀的形象進(jìn)入理性的頓悟,從而得出某部分電路R的變化對(duì)電路的影響,只用某部分電路的歐姆定律來分析已不適用,因而必須對(duì)整個(gè)電路進(jìn)行認(rèn)識(shí)把握。教師由此把握契機(jī),導(dǎo)出本堂課的研究課題。
接著,我通過設(shè)計(jì)以下教學(xué)程序,讓學(xué)生主動(dòng)參與探索規(guī)律的活動(dòng),使之身臨其境,再現(xiàn)了當(dāng)年科學(xué)家研究的思維方法和發(fā)現(xiàn)的過程。
1.鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行大膽猜想。
設(shè)問:閉合電路中的電流強(qiáng)度可能與哪些因素有關(guān)?
教師可啟發(fā)學(xué)生在歐姆定律中決定電流強(qiáng)度I的有關(guān)要素,從而通過思維方法的遷移、猜想得到:I與R、與E、與r、等因素有關(guān)。
2.引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證上述猜想。
設(shè)問:你能用什么方法驗(yàn)證上述猜想呢?(教師提示:物理學(xué)中最有說服力的武器――科學(xué)實(shí)驗(yàn)。)
設(shè)問:那么多變量之間的關(guān)系又如何處理?(教師啟發(fā)學(xué)生:探索牛頓第二定律時(shí)對(duì)那么多變量問題的處理――控制變量的方法。)
3.實(shí)驗(yàn)的具體設(shè)計(jì)及演示驗(yàn)證。
通過逐個(gè)控制變量的方法,討論、設(shè)計(jì)并演示如下實(shí)驗(yàn):
(1)用手搖直流發(fā)電機(jī)M作電源(圖4)。通過改變轉(zhuǎn)速來改變電動(dòng)勢(shì)的大小。(當(dāng)R、r一定時(shí),I與E關(guān)系?)
(2)選用可調(diào)電源(圖5),改變外電阻R,觀察安培表示數(shù)變化。(當(dāng)E、r一定時(shí),I與R的關(guān)系?)
(3)選用可調(diào)電源(圖6),改變電源內(nèi)阻,觀察安培表示數(shù)變化。(當(dāng)E、R一定時(shí),I與r的關(guān)系?)
通過上述教學(xué)程序,學(xué)生的思維實(shí)現(xiàn)了從猜想到實(shí)驗(yàn)性驗(yàn)證的探索過程。
4.引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有知識(shí)進(jìn)行科學(xué)推理,使之由定性升華到定量。
設(shè)問:由E=U外+U內(nèi)能得出I與上述各量的定量關(guān)系嗎?
對(duì)于外電路U外=IR,那么內(nèi)電路U內(nèi)=Ir亦成立嗎?
再次引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)手段驗(yàn)證。如圖(6)所示,用探針接伏特表,可測(cè)得內(nèi)電壓,安培表可測(cè)得內(nèi)電路的電流。通過改變R,測(cè)得伏特表和安培表的示數(shù)如下:
分析上表所得的數(shù)據(jù),觀察得到U內(nèi)/I=定值,得出歐姆定律也同樣適用于內(nèi)電路,即U內(nèi)=Ir。由此,學(xué)生可推導(dǎo)出:E=IR+Ir。討論I的決定因素,將公式變換得I=E/(R+r),即閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式。
對(duì)閉合電路歐姆定律進(jìn)行剖析、運(yùn)用時(shí),好讓學(xué)生思考、觀察、分析、討論,增強(qiáng)課堂思維量,加深對(duì)規(guī)律的進(jìn)一步理解,我通過設(shè)計(jì)以下問題的思維階梯來拓展思維層次:
設(shè)問:1.請(qǐng)大家運(yùn)用此規(guī)律解釋前面導(dǎo)課中、的示數(shù)如何變化?
2.當(dāng)外電路處于斷路狀態(tài)時(shí),=E,為什么?
3.若電源兩端連接一根導(dǎo)線(即電路處于短路狀態(tài)),I=?短路狀態(tài)有何危害?(學(xué)生思考后,教師演示短路狀態(tài)時(shí)保險(xiǎn)絲熔斷實(shí)驗(yàn)。)
4.請(qǐng)大家根據(jù)U=E-I r關(guān)系式,畫出U-I函數(shù)圖線,并說明物理意義。
5.先通過實(shí)驗(yàn)演示,然后提出問題。
如圖(7)電路,已知電阻R1=5Ω,當(dāng)S閉合時(shí),讀出的讀數(shù)(I1=0.35A),據(jù)此數(shù)據(jù)能否求電源的E和r?
(2)如何想法求得?(提示:若再給一只R2 =10Ω的電阻,行嗎?)演示實(shí)驗(yàn)并測(cè)得的示數(shù)(I2 =0.22A),請(qǐng)學(xué)生列式求得(E=3V,r=3.5Ω)。
然后小結(jié),此題告訴了我們一種測(cè)量E、r的重要方法,即課本中例題解決的問題,并進(jìn)一步設(shè)問(留給學(xué)生課外思考):
①若把改成一只,如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量E、r?
②若只給一只和一只及一只可變電阻,又如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)量E、r?
6.先給實(shí)物電路,讓學(xué)生運(yùn)用規(guī)律計(jì)算求解,后讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn),在發(fā)生認(rèn)知沖突中,使學(xué)生自悟自解,深化思維層次。
(1)圖(8)電路中,若把電阻R換成一只內(nèi)阻為1.5Ω的電動(dòng)機(jī),當(dāng)閉合開關(guān)S,的示數(shù)多大?(請(qǐng)學(xué)生求解。)
(2)演示實(shí)驗(yàn):閉合S,讓學(xué)生觀察電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)以及電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng),兩種情況下的示數(shù)。