時(shí)間:2023-07-21 16:49:53
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關(guān)鍵詞:歐姆定律;理解概念;實(shí)際問(wèn)題
歐姆定律是初中物理教材中一條很重要的電學(xué)定律,是電學(xué)內(nèi)容的重要知識(shí),也是學(xué)生今后學(xué)習(xí)電磁學(xué)最基礎(chǔ)的知識(shí)。歐姆定律無(wú)論在理論上還是在實(shí)際生活中運(yùn)用都非常廣泛,可是對(duì)于初中生來(lái)說(shuō),學(xué)習(xí)起來(lái)有很大的難度,因此,作為一名物理教師,有責(zé)任教會(huì)學(xué)生怎樣學(xué)好歐姆定律。下面是我在教學(xué)實(shí)踐中的幾點(diǎn)嘗試,僅供大家參考:
一、引導(dǎo)學(xué)生理解概念內(nèi)涵
學(xué)習(xí)歐姆定律的關(guān)鍵是從理解概念入手,因?yàn)槎嗄甑慕虒W(xué)經(jīng)驗(yàn)告訴我:很多學(xué)生能夠準(zhǔn)確地背誦歐姆定律公式,但不會(huì)對(duì)公式進(jìn)行巧妙的運(yùn)用,更說(shuō)不上對(duì)公式進(jìn)行深入理解了。這種現(xiàn)象往往導(dǎo)致學(xué)生在考試時(shí)經(jīng)常出錯(cuò),縱觀我們的中考試題,很多題目涉及概念題,所以說(shuō)理解概念是非常重要的。因此,在學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí),我這樣引導(dǎo)學(xué)生理解歐姆定律:1.導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓是成正比的,與導(dǎo)體電阻是成反比的。2.在實(shí)際的電路中有幾個(gè)導(dǎo)體,即使是同一個(gè)導(dǎo)體,在不同的時(shí)刻I、U、R值也是不同的,因此在運(yùn)用歐姆定律時(shí)應(yīng)看清是不是同一導(dǎo)體、同一時(shí)刻的I、U、R值。3.要明白是電阻大小的一個(gè)計(jì)算公式,不是決定式,如果某段導(dǎo)體兩端的電壓變化幾倍,它的電流也隨之變化幾倍,因此,比值R是一個(gè)定值。
二、引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題
在物理教學(xué)中,教師不只是讓學(xué)生掌握教材知識(shí),更重要的是引導(dǎo)他們運(yùn)用物理知識(shí)來(lái)解決生活問(wèn)題,學(xué)生只有把書本中的知識(shí)運(yùn)用到生活當(dāng)中,才能適應(yīng)社會(huì)發(fā)展的需要。例如在學(xué)習(xí)歐姆定律時(shí),我給同學(xué)們出示了這樣一個(gè)問(wèn)題:在開(kāi)汽車時(shí),聽(tīng)聽(tīng)音樂(lè)可以減輕司機(jī)駕車疲勞,使乘車人身心愉快,某汽車上的收音機(jī)基本結(jié)構(gòu)如圖所示,
初中物理中的歐姆定律對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是一個(gè)難點(diǎn),教師只有運(yùn)用恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)方法,學(xué)生才能有所收獲。在今后的教學(xué)中,我將繼續(xù)研究新穎的教學(xué)方法,進(jìn)一步提高物理課堂教學(xué)效率。
參考文獻(xiàn):
[1]蔣國(guó)成.中考對(duì)歐姆定律的考查分析與復(fù)習(xí)指要[J].中學(xué)教學(xué)參考,2009(23).
本節(jié)內(nèi)容前承電路、電壓、電阻及電流表、電壓表的使用,是前面電學(xué)知識(shí)的聚焦;后啟電功、電功率,并為高中階段學(xué)習(xí)閉合電路的歐姆定律、電磁感應(yīng)定律、交流電等內(nèi)容做了鋪墊。甚至于對(duì)學(xué)生將來(lái)參加生產(chǎn)勞動(dòng)也有指導(dǎo)作用,即使在電工技術(shù)電子專業(yè)等學(xué)習(xí)中,歐姆定律同樣是必不可少的基礎(chǔ)知識(shí),其研究方法──控制變量法是學(xué)習(xí)關(guān)于電阻大小影響因素的研究方法的延續(xù),是物理問(wèn)題研究思想的再次體現(xiàn)。
二、學(xué)習(xí)任務(wù)分析
本節(jié)重點(diǎn)是歐姆定律的內(nèi)容和公式。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究,歸納總結(jié)出歐姆定律,讓學(xué)生領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法,體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣,形成尊重事實(shí)、探究真理的科學(xué)態(tài)度,培養(yǎng)學(xué)生分析解決問(wèn)題的能力;理解歐姆定律中電流I、電壓U、電阻R的同一性是本節(jié)難點(diǎn),在探究過(guò)程中通過(guò)適時(shí)引導(dǎo)、恰當(dāng)點(diǎn)撥,利用實(shí)物電路使學(xué)生達(dá)到理解歐姆定律的目的。
三、學(xué)習(xí)者分析
學(xué)習(xí)了電路基礎(chǔ)知識(shí),學(xué)生產(chǎn)生了濃厚的興趣,多數(shù)學(xué)生能正確連接電路元件,正確使用電流表、電壓表和滑動(dòng)變阻器,對(duì)于控制變量的研究方法也有所了解。學(xué)生有較強(qiáng)的好奇心和求知欲,他們渴望自己動(dòng)手進(jìn)行科學(xué)探究,體驗(yàn)成功的樂(lè)趣,但對(duì)于U、I、R三者關(guān)系知之甚少,規(guī)律性知識(shí)的概括往往以偏概全。他們的思維方式逐步由形象思維向抽象思維過(guò)渡,教學(xué)中讓學(xué)生自主設(shè)計(jì)研究問(wèn)題的方案,是發(fā)展學(xué)生思維的有效途徑。
四、教學(xué)目標(biāo)
⑴知識(shí)與技能
會(huì)用實(shí)驗(yàn)的方法探究電流與電壓、電阻的關(guān)系;
理解歐姆定律的內(nèi)容、公式;
培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰头治龈爬芰Α?/p>
⑵過(guò)程與方法
通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)研究物理問(wèn)題常用的方法──控制變量法。
⑶情感、態(tài)度與價(jià)值觀
通過(guò)探究過(guò)程,激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度;認(rèn)真謹(jǐn)慎的學(xué)習(xí)習(xí)慣。
重點(diǎn):歐姆定律的內(nèi)容和公式;
通過(guò)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生知道導(dǎo)體中電流與電壓、電阻的關(guān)系。
難點(diǎn):理解歐姆定律的內(nèi)容;
弄清變形公式的含義。
五、教法設(shè)計(jì)
依據(jù)本節(jié)課的知識(shí)特點(diǎn)、教學(xué)目標(biāo)和學(xué)生實(shí)際,確定本節(jié)主要采用實(shí)驗(yàn)探究法。把學(xué)生視為學(xué)習(xí)的主人,教師當(dāng)好學(xué)習(xí)的組織者和引導(dǎo)者。探究式學(xué)習(xí)可以激活學(xué)生已有的知識(shí),在探究新問(wèn)題時(shí)使知識(shí)活化、重組,形成知識(shí)結(jié)構(gòu)并向能力轉(zhuǎn)化;讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的全過(guò)程,從中感悟科學(xué)思想和科學(xué)方法。
六、教學(xué)準(zhǔn)備
《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,例如小花去買衣服,共有100元,其中10元用于打車,90元用于買衣服,在這里,100元就相當(dāng)于電源的電動(dòng)勢(shì),車費(fèi)相當(dāng)于內(nèi)電壓(必要的無(wú)用功),買衣服的費(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)
關(guān)鍵詞:歐姆定律;教學(xué)難點(diǎn);問(wèn)題
閉合電路歐姆定律是電路中的一條重要規(guī)律,對(duì)于思維能力尚不是很完善的高中生來(lái)說(shuō),還是具有一定的難度?!爸R(shí)不是被動(dòng)接受的,而是認(rèn)知主體積極建構(gòu)的”,因此在教學(xué)過(guò)程中教師應(yīng)積極的換位思考,針對(duì)學(xué)生的能力水平來(lái)嘗試多種教學(xué)方式方法,
使學(xué)生切實(shí)掌握相關(guān)知識(shí)。此知識(shí)點(diǎn)之所以成為難點(diǎn)的重要原因和問(wèn)題主要為:概念抽象,理解困難;傳統(tǒng)教學(xué)方法單一;知識(shí)點(diǎn)容易混淆;應(yīng)試教育,不能活學(xué)活用。所以,對(duì)以上問(wèn)題提出一些突破教學(xué)難點(diǎn)的思路和方法,以供參考。
一、激發(fā)興趣,打破抽象
在本章的教學(xué)內(nèi)容中,對(duì)這一定律的概念和相關(guān)知識(shí)較為抽象,偏重理論的數(shù)學(xué)分析和推理,并且缺少直觀的實(shí)驗(yàn),使學(xué)生學(xué)習(xí)和理解起來(lái)存在著很大的難度。只是一貫地依靠教師的講解難以達(dá)到良好的效果,反而有可能會(huì)適得其反,使學(xué)生感到枯燥乏味。因此,教師首先應(yīng)該通過(guò)巧妙有效地向?qū)W生導(dǎo)入學(xué)習(xí)內(nèi)容,最大限度地提高學(xué)生對(duì)新知識(shí)的好奇心和學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī),俗話說(shuō)得好:“興趣是最好的老師”,營(yíng)造一個(gè)可以使學(xué)生提出問(wèn)題的學(xué)習(xí)情景。
通過(guò)簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)和提出問(wèn)題,來(lái)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和學(xué)習(xí)興趣,
為下面對(duì)此難點(diǎn)的講解分析做了良好的開(kāi)頭。使學(xué)生能主動(dòng)地進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究,在探索中產(chǎn)生學(xué)習(xí)興趣,了解物理研究方法,增強(qiáng)綜合實(shí)踐能力。
二、分組實(shí)驗(yàn),總結(jié)結(jié)論
在傳統(tǒng)的教學(xué)中,常規(guī)的是先在之前所學(xué)知識(shí)的基礎(chǔ)上推理出閉合電路歐姆定律的公式,再以此對(duì)其進(jìn)行分析,得出變化規(guī)律。在此,應(yīng)大膽地打破這種常規(guī),這種方法只是簡(jiǎn)單的數(shù)學(xué)演繹推理,無(wú)法讓學(xué)生感知認(rèn)識(shí)到物理的規(guī)律變化。所以,接下來(lái)就要以更為具體、多樣的實(shí)驗(yàn),探索其中的規(guī)律。讓學(xué)生分組實(shí)驗(yàn),每組進(jìn)行多種不同的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行對(duì)比,然后組員之間進(jìn)行自由討論,
再通過(guò)組員代表進(jìn)行發(fā)言,最后通過(guò)教師的總結(jié)得出結(jié)論。在這樣的通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)、自主探索、合作交流、總結(jié)規(guī)律和解決問(wèn)題的方法中,不但可以使學(xué)生深刻理解閉合電路歐姆定律的知識(shí)規(guī)
律,而且能提高學(xué)生的主動(dòng)性,培養(yǎng)學(xué)生敢于探索、團(tuán)結(jié)協(xié)作的精神,達(dá)到事半功倍的效果。
三、深入解析,避免混淆
通過(guò)以上的實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí),學(xué)生基本掌握了閉合電路歐姆定律的基本知識(shí),由于在學(xué)習(xí)閉合回路歐姆定律之前,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)歐姆定律,這使得學(xué)生很容易產(chǎn)生概念混淆。所以,接下來(lái)教師應(yīng)該對(duì)此知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行深入的分析,為學(xué)生講解電動(dòng)勢(shì)、外電壓、內(nèi)電壓、外電阻等概念,且其核心內(nèi)容是了解閉合電路與部分電路的不同,教師可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生實(shí)際的理解閉合電路以及分電路、
內(nèi)電路、外電路等等相關(guān)知識(shí)。這些內(nèi)容較為復(fù)雜,學(xué)生容易混淆,在有了前面一系列實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上,再進(jìn)行這些知識(shí)的講解,學(xué)生可以更好地理解,避免了知識(shí)點(diǎn)的混淆。
四、領(lǐng)悟思想,學(xué)以致用
通過(guò)實(shí)驗(yàn)提出問(wèn)題進(jìn)行導(dǎo)入,進(jìn)而通過(guò)學(xué)生主動(dòng)積極實(shí)驗(yàn)、觀察、交流和討論分析,加以教師的歸納總結(jié),對(duì)于閉合電路歐姆定律的知識(shí)學(xué)生基本已經(jīng)掌握,對(duì)課程的難點(diǎn)、重點(diǎn)也得到了直觀的分析和解答。在此之后教師應(yīng)該及時(shí)地對(duì)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的擴(kuò)展,結(jié)合到生活中,在課后作業(yè)中盡可能聯(lián)系到實(shí)際生活環(huán)境,家庭中常見(jiàn)電路現(xiàn)象,使學(xué)生更深入地理解并掌握相關(guān)知識(shí),領(lǐng)悟物理的思想方法和認(rèn)識(shí)規(guī)律的本質(zhì),將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到實(shí)際生活之中,達(dá)到活學(xué)活用、學(xué)以致用的效果。不僅及時(shí)鞏固知識(shí)、查漏補(bǔ)缺,同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí),從而保證了學(xué)生的學(xué)習(xí)速度和學(xué)習(xí)質(zhì)量。
隨著科技的發(fā)展,教學(xué)方式也在隨其變化。物理教學(xué)過(guò)程中不能只是一味地“灌輸式”的應(yīng)試教育,應(yīng)該讓學(xué)生主動(dòng)起來(lái),把課堂歸還給學(xué)生,在學(xué)習(xí)活動(dòng)中提高學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、創(chuàng)新意識(shí),在學(xué)生遇到問(wèn)題時(shí)教師應(yīng)該對(duì)學(xué)生進(jìn)行點(diǎn)撥、啟發(fā)和激勵(lì),這樣自然而然的突破教學(xué)中的難點(diǎn)、重點(diǎn),找到解決問(wèn)題有效的方法。盡管教學(xué)有一定的方法,但“教無(wú)定法”,怎么教學(xué),怎么上課,也視學(xué)習(xí)環(huán)境和學(xué)生情況而定,更在于教師本人的長(zhǎng)處和短處。所以,在教師教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該因地制宜,因材施教,通過(guò)不斷地優(yōu)化教學(xué)方法,充分發(fā)揮學(xué)生學(xué)習(xí)的主體作用及教師的主導(dǎo)作用。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:數(shù)學(xué)推理;科學(xué)探究;問(wèn)題情境;科學(xué)方法;理論聯(lián)系實(shí)際
中圖分類號(hào):G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:A 文章編號(hào):1003-6148(2017)1-0019-3
人教版高中物理選修3-1第二章第七節(jié)《閉合電路的歐姆定律》是電學(xué)知識(shí)的核心內(nèi)容,其中包含了許多科學(xué)思想方法,是學(xué)生學(xué)習(xí)和體會(huì)科學(xué)思想方法的好素材。作為一節(jié)典型的規(guī)律探究課,本節(jié)內(nèi)容較抽象,學(xué)生在學(xué)習(xí)時(shí),對(duì)電源內(nèi)電路認(rèn)識(shí)模糊,難以理解電源有內(nèi)阻;對(duì)內(nèi)外電路的電壓與電源電動(dòng)勢(shì)的關(guān)系及路端電壓與負(fù)載關(guān)系感到疑惑,對(duì)其中蘊(yùn)含的科學(xué)方法未能深刻領(lǐng)會(huì)?!叭绾斡行黄七@些教學(xué)難點(diǎn)?”“如何設(shè)計(jì)好閉合電路歐姆定律的探究過(guò)程,有效實(shí)施三維目標(biāo)教學(xué)?”一直是廣大物理教師研究的重要課題,本文試圖通過(guò)對(duì)本節(jié)課的教材、教法的分析,探究形成學(xué)生認(rèn)知困難的主要原因以及在本節(jié)課中如何有效實(shí)施探究教學(xué),培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。
1 教材、教法分析
人教版教材是把《閉合電路的歐姆定簟釩才旁詰繚礎(chǔ)⒌綞勢(shì)、歐姆定律、串并聯(lián)電路、焦耳定律和導(dǎo)體的電阻之后來(lái)學(xué)習(xí)的。很顯然,這種安排的意圖是在承接“從做功角度認(rèn)識(shí)電動(dòng)勢(shì)”的基礎(chǔ)上,引導(dǎo)學(xué)生從功能關(guān)系角度來(lái)建立閉合電路的歐姆定律,體現(xiàn)了循序漸進(jìn)的教學(xué)原則。順應(yīng)這種構(gòu)想,教材對(duì)本節(jié)內(nèi)容以如下方式呈現(xiàn):先直接給出閉合電路的概念,然后從功能關(guān)系出發(fā), 根據(jù)能量守恒,理論推導(dǎo)出閉合電路的歐姆定律和U+U=E,再根據(jù)閉合電路的歐姆定律,理論分析路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。這種呈現(xiàn)方式的好處是:既充分體現(xiàn)了功和能的概念在物理學(xué)中的重要性,又有利于學(xué)生從理論角度理解閉合電路的歐姆定律。從教材體系來(lái)看這種呈現(xiàn)方式具有一定的合理性和科學(xué)性。
筆者曾多次參與“閉合電路的歐姆定律”的觀摩教學(xué),領(lǐng)略了執(zhí)教老師們的各種處理方法,比較有代表性的是以下兩種教法:
第一種教法是沿用原教材的思路,采用比較傳統(tǒng)的方式,注重理論探究,先從理論上推導(dǎo)得出閉合電路歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式,再應(yīng)用定律討論了路端電壓隨外電路電阻的變化規(guī)律,最后引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用規(guī)律解題,把立足點(diǎn)放在訓(xùn)練學(xué)生的解題能力上。
第二種教法注重突出實(shí)驗(yàn)的地位,發(fā)揮實(shí)驗(yàn)在探究教學(xué)中的作用。利用實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)懸念,引入課題,設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中總結(jié)歸納出內(nèi)外電壓之間的關(guān)系,再利用教材中的圖2.7-3實(shí)驗(yàn)探究路端電壓與負(fù)載的關(guān)系。
根據(jù)課后反饋發(fā)現(xiàn),沿用原教材思路設(shè)計(jì)的教學(xué),效果并沒(méi)有達(dá)到設(shè)計(jì)者想象的結(jié)果,究其原因,主要有以下幾個(gè)方面:
1.教材中的閉合電路的歐姆定律是從理論角度得出的,注重于數(shù)學(xué)推理,比較抽象,缺乏令人信服的探究實(shí)驗(yàn),學(xué)生無(wú)直接經(jīng)驗(yàn)感知和相應(yīng)的認(rèn)知過(guò)程,難以形成深刻的理解。
2.教材對(duì)閉合電路,特別是內(nèi)電路的建構(gòu)過(guò)于直接,無(wú)感知過(guò)程,學(xué)生對(duì)教材中為了突出閉合電路而提供的閉合電路中電勢(shì)高低變化的模型圖難以理解,加之學(xué)生對(duì)部分電路的歐姆定律印象深刻,對(duì)電源內(nèi)部的電路無(wú)直觀印象,對(duì)電源也有內(nèi)阻心存疑慮,難以突破初中形成的“路端電壓不隨外電路變化”的思維定勢(shì)。
3.教材是利用純電阻電路中的能量守恒關(guān)系推導(dǎo)得到IR+Ir=E和U+U=E,這種處理方式,會(huì)讓學(xué)生對(duì)U+U=E的普適性產(chǎn)生懷疑:非純電阻電路還適用嗎?
4.作為一節(jié)規(guī)律探究課,本節(jié)課包含了許多科學(xué)思想方法,教材過(guò)于注重理論推導(dǎo),忽視了實(shí)驗(yàn)探究,淡化了猜想、類比、比較、分析等多種科學(xué)思想方法教育,這對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和體驗(yàn)研究物理問(wèn)題的方法是不利的,也不利于提高課堂教學(xué)的有效性。
第二種“通過(guò)設(shè)計(jì)多個(gè)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究”的處理方法,調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性,學(xué)生能獲得更直觀的認(rèn)識(shí),有效地突破一些教學(xué)難點(diǎn),但由于本節(jié)知識(shí)點(diǎn)多,思維量大,設(shè)計(jì)過(guò)多的實(shí)驗(yàn)(特別是設(shè)計(jì)繁雜的分組實(shí)驗(yàn))勢(shì)必會(huì)分散學(xué)生的注意力,干擾學(xué)生的正常思考,擠壓學(xué)生思考和實(shí)踐應(yīng)用的時(shí)間,影響了學(xué)生主體作用的發(fā)揮,效果同樣不盡如人意。
2 教學(xué)建議
2.1 尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,科學(xué)設(shè)計(jì)探究過(guò)程
從物理學(xué)史來(lái)看,歐姆定律是基于實(shí)驗(yàn)而發(fā)現(xiàn)的,并非演繹推理的結(jié)果,教材通過(guò)功能關(guān)系分析來(lái)建立閉合電路的歐姆定律。這種處理方法帶來(lái)的負(fù)面影響是學(xué)生缺乏感性認(rèn)識(shí),沒(méi)有參與知識(shí)發(fā)現(xiàn)過(guò)程中的情感體驗(yàn),難以形成深刻的理解,課堂上學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性也不高。規(guī)避這種負(fù)面影響的方法就是在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)當(dāng)尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律,科學(xué)地設(shè)計(jì)探究過(guò)程,讓學(xué)生在親身探究中理解定律,體驗(yàn)方法?;谶@種指導(dǎo)思想,筆者在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),先用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電,產(chǎn)生了與學(xué)生日常生活經(jīng)驗(yàn)相矛盾的現(xiàn)象來(lái)設(shè)置“懸念”――引入新課。然后,引導(dǎo)學(xué)生針對(duì)“引入實(shí)驗(yàn)”中的現(xiàn)象展開(kāi)探究,讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中分析、思考、歸納,得出電源內(nèi)電壓和外電壓之間的關(guān)系。接著再引導(dǎo)學(xué)生利用功能關(guān)系,從理論角度來(lái)推導(dǎo)、探究,讓實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論在理論上獲得支撐。最后,引а生利用所學(xué)規(guī)律解決引入實(shí)驗(yàn)和實(shí)際生活中的問(wèn)題。這種在引入實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的“實(shí)驗(yàn)和理論推導(dǎo)相互結(jié)合的探究過(guò)程”的設(shè)計(jì),既避免了設(shè)計(jì)過(guò)多的實(shí)驗(yàn),又讓學(xué)生親身體驗(yàn)了探究的過(guò)程,加深了對(duì)知識(shí)的理解,深刻領(lǐng)會(huì)到物理學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性和流暢性,感受到物理的探究之美和應(yīng)用之美。同時(shí),又能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情,使物理課堂教學(xué)產(chǎn)生無(wú)窮的樂(lè)趣,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高效的物理課堂教學(xué)。
2.2 合理創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑探究
作為一節(jié)規(guī)律探究課,本節(jié)課的重點(diǎn)是如何落實(shí)探究教學(xué),讓學(xué)生在探究中理解閉合電路的歐姆定律,感知科學(xué)探究的過(guò)程和方法。在探究教學(xué)中,問(wèn)題是探究的起點(diǎn),沒(méi)有問(wèn)題就不可能有探究,正是在問(wèn)題的驅(qū)動(dòng)下,學(xué)生才能積極思考,從而產(chǎn)生探究欲望。這就需要教師在深入挖掘規(guī)律形成過(guò)程的基礎(chǔ)上,精心創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境,以問(wèn)誘思,引導(dǎo)學(xué)生融入到探究學(xué)習(xí)的情境中去。例如:在構(gòu)建“閉合電路”概念時(shí),用兩節(jié)新電池和內(nèi)阻較大的9 V電池組分別給燈泡供電后,可設(shè)置如下問(wèn)題情境:“為什么燈泡接到電動(dòng)勢(shì)為9 V的電池時(shí),亮度反而暗了?難道電池壞了?”“為什么電池與燈泡接通時(shí)兩端的電壓變?。繙p小的電壓哪兒去了?”“電池有內(nèi)阻?可能嗎?”“我們來(lái)看看電池(觸摸電池),電池變熱了,什么原因?qū)е鹿ぷ鞯碾姵貢?huì)變熱?”學(xué)生在問(wèn)題的引領(lǐng)下觀察、實(shí)驗(yàn)、體驗(yàn),由此認(rèn)識(shí)到“電源內(nèi)部也有電阻和電流”“電源內(nèi)部電流的通路,稱為內(nèi)電路”。這種以問(wèn)題啟發(fā)學(xué)生思考,以實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)來(lái)構(gòu)建閉合電路的方法,既彌補(bǔ)了教材對(duì)內(nèi)電路建構(gòu)的非直觀性,也讓學(xué)生經(jīng)歷了在質(zhì)疑中分析、探究的過(guò)程,學(xué)生對(duì)閉合電路的認(rèn)識(shí)潛移默化、水到渠成,遠(yuǎn)比直接灌輸效果好。
在引導(dǎo)學(xué)生從能量角度驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)探究結(jié)果時(shí),設(shè)置如下問(wèn)題情境:“剛才我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了閉合電路中的電流規(guī)律,這個(gè)結(jié)論可靠嗎?”“如果我們能從理論上找到依據(jù),是不是更可靠?如何從理論上來(lái)分析呢?”“從能量角度行嗎?”“內(nèi)、外電路在時(shí)間 t 內(nèi)消耗多少電能? ”“這些能量從何而來(lái)?”學(xué)生在上述問(wèn)題的引導(dǎo)下,發(fā)現(xiàn)也可以從能量角度來(lái)推導(dǎo)得出與實(shí)驗(yàn)相同的結(jié)果。
在引導(dǎo)學(xué)生探究路端電壓與負(fù)載的關(guān)系時(shí),設(shè)置以下問(wèn)題情境:“實(shí)驗(yàn)表明,燈泡變暗是由于路端電壓變小的緣故,你們能說(shuō)說(shuō)路端電壓與什么有關(guān)嗎?”“它們之間具體的關(guān)系是什么?”“如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)研究呢?”“從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中能得出什么結(jié)論?”“能從理論上分析為什么會(huì)發(fā)生這樣的變化嗎?”“如果外電阻斷開(kāi),路端電壓為多少?外電阻短路,路端電壓又為多少?”“誰(shuí)能說(shuō)說(shuō)路端電壓隨外電阻變化的根本原因是什么?”在這一個(gè)個(gè)問(wèn)題的引領(lǐng)下,學(xué)生從實(shí)驗(yàn)探究到理論分析兩個(gè)方面找到了路端電壓與外電阻的關(guān)系,不僅體驗(yàn)了科學(xué)探究過(guò)程,提高了理論分析和實(shí)驗(yàn)探究的能力,也養(yǎng)成了樂(lè)于探索、勤于動(dòng)手的好習(xí)慣。
2.3 注重滲透科學(xué)方法教育,加深對(duì)規(guī)律本質(zhì)的認(rèn)識(shí)
作為一根主線,科學(xué)探究法貫穿在整個(gè)課堂教學(xué)過(guò)程中,教學(xué)中要注意尊重學(xué)生的心理特點(diǎn)和認(rèn)知規(guī)律,強(qiáng)化科學(xué)探究法的顯性教育:以引入實(shí)驗(yàn)為線索,引導(dǎo)學(xué)生經(jīng)歷“觀察實(shí)驗(yàn)、提出問(wèn)題、猜想假設(shè)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析論證”等過(guò)程,領(lǐng)會(huì)科學(xué)探究的方法。
“閉合回路中的電勢(shì)變化”抽象而難以理解,突破這一難點(diǎn)的最重要的方法就是“比法”。教材試圖以圖1的模型來(lái)形象地說(shuō)明這個(gè)問(wèn)題,但這種模型對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)還是比較抽象,難以理解。筆者用如圖2所示的“電梯加滑梯”模型和閉合電路加以類比,來(lái)說(shuō)明閉合電路中的電勢(shì)高低變化情況。這樣的方法,既簡(jiǎn)單又源于學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn),學(xué)生容易接受,教學(xué)中應(yīng)注意引導(dǎo)學(xué)生體會(huì)類比法的作用。
“演繹推理法”在“閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)”和“路端電壓與負(fù)載的關(guān)系推導(dǎo)”中兩次用到,教學(xué)中要注意借助問(wèn)題情境,把規(guī)律的探究以一個(gè)個(gè)問(wèn)題的形式呈現(xiàn)出來(lái),讓學(xué)生在問(wèn)題的引領(lǐng)下經(jīng)歷演繹、推理過(guò)程,構(gòu)建對(duì)“閉合電路的歐姆定律”和“路端電壓與負(fù)載關(guān)系”的正確理解,體驗(yàn)演繹推理過(guò)程中獲得成功的愉悅。
另外,本節(jié)課中,要特別注意引導(dǎo)學(xué)生在了解路端電壓與負(fù)載電阻的關(guān)系的基礎(chǔ)上,通過(guò)極限法分析和理解電路斷路時(shí)的路端電壓和短路電流的現(xiàn)實(shí)意義,體會(huì)極限法在物理學(xué)習(xí)中的作用和意義,有效地訓(xùn)練學(xué)生突破思維定勢(shì),培養(yǎng)創(chuàng)造性的思維能力。
2.4 注重理論聯(lián)系實(shí)際,物理與生活的聯(lián)系
研究和學(xué)習(xí)物理最重要的方法就是理論聯(lián)系實(shí)際,將理論和實(shí)際、物理與生活聯(lián)系起來(lái),可以幫助學(xué)生更透徹地理解所學(xué)的物理知識(shí),培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維和邏輯思維能力。歐姆定律與生產(chǎn)、生活聯(lián)系密切,教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)注意還原知識(shí)的產(chǎn)生背景,注重將知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際生活。例如:新課引入可以從生活現(xiàn)象來(lái)提出問(wèn)題,引發(fā)學(xué)生思考探究;在得出路端電壓與外電阻R的關(guān)系后,引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)將R推向兩個(gè)極端情況的分析,來(lái)理解實(shí)際中“為什么電源開(kāi)路時(shí)路端電壓就等于電源的電動(dòng)勢(shì)”及“為什么電源不能用導(dǎo)線直接相連”;在學(xué)完了本節(jié)知識(shí)后,可引導(dǎo)學(xué)生用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)分析解決新課引入及生產(chǎn)、生活中的實(shí)際問(wèn)題。讓學(xué)生充分地感知從生活走進(jìn)物理、從物理回到生活的過(guò)程,培養(yǎng)學(xué)生利用物理知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題的能力,建構(gòu)對(duì)知識(shí)(尤其是難點(diǎn)知識(shí))的正確理解,從而真切地感受所學(xué)物理知識(shí)的實(shí)用性,充分理解物理學(xué)科對(duì)時(shí)展的深遠(yuǎn)意義。
參考文獻(xiàn):
關(guān)鍵詞:類比法;全電路;電動(dòng)勢(shì);全電動(dòng)歐姆定律
全電路歐姆定律是《電工基礎(chǔ)》第一章重要的一節(jié)內(nèi)容,后續(xù)的章節(jié)中多處電路的分析和計(jì)算要用這一定律,因此掌握全電路歐姆定律對(duì)于學(xué)好《電工基礎(chǔ)》這門課程至關(guān)重要。但是由于本節(jié)涉及較多的概念且各物理量之間的關(guān)系復(fù)雜,再加上教材未附加相應(yīng)的實(shí)驗(yàn),因此學(xué)生很難理解和接受。針對(duì)這種情況,我通過(guò)實(shí)踐,采用類比法講解本節(jié)內(nèi)容,取得了令人滿意的效果。下面我就什么叫類比法以及如何用類比法講全電路歐姆定律,介紹如下。
類比法是指在新事物同已知事物間具有類似方面比較,是人們所熟知幾種邏輯推理中,最富有創(chuàng)造性的。科學(xué)史上很多重大發(fā)現(xiàn)、發(fā)明,往往發(fā)端于類比。例如:安培從環(huán)形電流的磁效應(yīng)現(xiàn)象類比推出了分子環(huán)形電流的假說(shuō);庫(kù)侖根據(jù)靜電力與萬(wàn)有引力的類比,建立了庫(kù)侖定律等。類比又被譽(yù)為科學(xué)活動(dòng)中“偉大的引路人”。是它首先推動(dòng)了假說(shuō)的產(chǎn)生,盡管類比不能代替論證,但可以理解新知識(shí)、新概念和規(guī)律提供依托。全電路是指含有電源的閉合電路,電流通過(guò)時(shí),可用電流類比水流。在重力作用下,水在水管中是由高處向低處流動(dòng)的,通過(guò)重力作功使水的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)變?yōu)樗膭?dòng)能。電流是電荷的定向移動(dòng)形成的,在電場(chǎng)力的作用下,正電荷在導(dǎo)體中由電勢(shì)高處向電勢(shì)底處移動(dòng),通過(guò)電場(chǎng)力做功轉(zhuǎn)變?yōu)槠渌问降哪?,即電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能。我們知道重力使水向下流,但卻不能使水循環(huán)流動(dòng)。要想實(shí)現(xiàn)循環(huán)流動(dòng),就必須在循環(huán)系統(tǒng)中有水泵,水泵不停把低處水抽向高處,這樣水就一直在循環(huán)流動(dòng)。同樣,在電路中要想維持一個(gè)循環(huán)穩(wěn)定的電流,也要有一個(gè)“電泵”,即電源。這樣電荷就在電源內(nèi)部依靠電源力,把正電荷從低電位的負(fù)極經(jīng)內(nèi)電路送到高電位的正極,內(nèi)電路和外電路連接而成一個(gè)閉合電路,這樣電路中就有持續(xù)穩(wěn)定的電流了。
在水泵中,水泵功率的大小是看它把單位質(zhì)量的水提升多高,提升越高,其對(duì)水做的功率越多。同樣,電源的強(qiáng)弱是看它把單位正電荷的電勢(shì)提高的程度,提得越高對(duì)電荷所做的功就越多,即該電源把其他形式的能轉(zhuǎn)化成電能的本領(lǐng)就越強(qiáng)。這樣一類比,就很生動(dòng)形象地向?qū)W生引出了難懂又抽象的電動(dòng)勢(shì)的概念。即電源力將單位正電荷從電源負(fù)極移到正極所做的功,用符號(hào)E表示。當(dāng)水流在水泵內(nèi)部時(shí),要受水流阻力,同樣,電流通過(guò)電源內(nèi)部時(shí),也受到阻礙,即電源內(nèi)阻,一般用符號(hào)r0表示。很明顯全電路就分為內(nèi)外兩部分:電源內(nèi)部的電路成為內(nèi)電路,電源外部的電路成為外電路,內(nèi)外電路電壓降之和等于電動(dòng)勢(shì),用E表示。有部分電路歐姆定律來(lái)類比全電路歐姆定律為:全電路中的電流I與電源的電動(dòng)勢(shì)E成正比,與電路的總電阻(外電路的電阻R和內(nèi)電路的電阻r0之和)成反比,即I=/。由此事還可得出,E=IR+Ir0=U+Ur0,U是外電路中的電壓降,也是電源兩端的電壓,稱為路端電壓;Ir0是電源內(nèi)部的電壓降。通過(guò)類比,學(xué)生很容易理解和記憶全電路歐姆定律。下面舉一例題:
如圖電路中,已知電源電動(dòng)勢(shì)E=24V,內(nèi)阻r0=2?贅,負(fù)載電阻R=10?贅,求:
(1)電路中的電流;
(2)電源的端電壓;
(3)負(fù)載電阻上的端電壓;
(4)電源內(nèi)阻上的電壓降。
解:根據(jù)全電路歐姆定律I=得:
(1)電路中的電I=流=24/10+2=2A
(2)電源中的端電壓U=E-Ir0=24-2×2=20V
(3)負(fù)載電阻上的端電壓U=IR=2×10=20V
關(guān)鍵詞:伏安法 電橋法 橋式伏安法 阻值比較 誤差分析
引言
高中階段,學(xué)生接觸測(cè)電阻最多也最熟悉的莫過(guò)于伏安法測(cè)電阻了。原因在于伏安法測(cè)電阻的理論基礎(chǔ)是歐姆定律。而歐姆定律是高中電路部分的重點(diǎn)。但是,局限于高中生的知識(shí)儲(chǔ)備有限,對(duì)電路略知一二,但對(duì)電路的變換和由此引起的新的計(jì)算不是很了解。由電路和器件引起的誤差不可避免,我們總是在避免或者減小電路器件引起的誤差。一個(gè)新的方法-橋式伏安法,便進(jìn)入人們的視線。電橋法與伏安法結(jié)合起來(lái),即橋式伏安法。傳統(tǒng)的伏安法和較新穎的橋式伏安法的區(qū)別在哪里?橋式伏安法的理論基礎(chǔ)可靠成立么?和伏安法相比,它的優(yōu)點(diǎn)是什么?這些都是我們關(guān)系的問(wèn)題。橋式伏安法是在伏安法的基礎(chǔ)上建立的,對(duì)伏安法需要重新認(rèn)識(shí)。我們先對(duì)伏安法和橋式伏安法進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
一、伏安法概述
1.1伏安法測(cè)電阻
測(cè)量電阻的方法很多,如伏安法、電橋法、歐姆表法等。其中伏安法是一種用途比較廣泛的方法。它不僅能測(cè)量電阻值,也能用來(lái)驗(yàn)證歐姆定律。因?yàn)槠浠A(chǔ)便是歐姆定律。伏安法測(cè)電阻是用電壓表和電流表分別測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓和流過(guò)電阻的電流,然后用歐姆定律公式計(jì)算出待測(cè)電阻的值。
1.2傳統(tǒng)接法
伏安法測(cè)電阻的傳統(tǒng)接法分為電流表內(nèi)接法或外接法(圖1)。當(dāng)K連接A時(shí)為內(nèi)接法,當(dāng)K連接B時(shí)為外接法)。
伏安法測(cè)電阻是用電壓表和電流表分別測(cè)出待測(cè)電阻兩端的電壓和流過(guò)電阻的電流,然后用歐姆定律公式計(jì)算出待測(cè)電阻的值。但電表內(nèi)阻阻值對(duì)測(cè)量有影響,這種影響使內(nèi)接法和外接法都無(wú)法從電壓表和電流表同時(shí)直接準(zhǔn)確讀出待測(cè)電阻的電壓和電流。[1][2]由缺陷和局限性得到的結(jié)果在高中階段也是可以理解的。
然而,由于電表內(nèi)阻不能忽略的存在,這種近似計(jì)算必然存在一定程度的方法誤差。只有對(duì)電表內(nèi)阻值進(jìn)行相應(yīng)修正后,才能完全消除電表內(nèi)阻對(duì)測(cè)量的影響。如此,能避免方法誤差便是很必要的。而側(cè)阻值實(shí)驗(yàn)的精度在不斷提高,橋式電橋法便是在這種情況下出現(xiàn)。
二、橋式伏安法測(cè)電阻
由于內(nèi)接法和外接法都存在實(shí)驗(yàn)理想化下的局限性,近年人們尋找伏安法測(cè)電阻的新接法,現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)明了四種新接法。它們分別是電壓補(bǔ)償法、電流補(bǔ)償法 、電壓電流雙補(bǔ)償法和等值電流法。[2]這四種新接法都從本身線路中完全消除了電表內(nèi)阻的影響,都能從電壓表和電流表上直接讀出待測(cè)電阻兩端的電壓 和流過(guò)的電流。這種不需要理想化并且直接避開(kāi)器件局限性的電路很好。但由于需要增加補(bǔ)償線路,因此這四種新接法都比較復(fù)雜。高中生在他們的水平上不是很容易接受。本文將對(duì)一個(gè)新穎簡(jiǎn)便的新接法—-橋式伏安法,進(jìn)行講述。并探討這種方法的優(yōu)點(diǎn)和可行性,更關(guān)鍵的是在不同測(cè)量環(huán)境下該方法的誤差與伏安法誤差進(jìn)行比較,更加深入全面了解橋式伏安法的特性。此方法非常巧妙地以電橋平衡原理為基礎(chǔ),不需補(bǔ)償線路即能完全消除電表內(nèi)阻的影響。
2.1電路接法
連接方式如圖2。其精髓便是將伏安法中提到的流過(guò)電壓表的電流非常有依據(jù)的消除,而不是伏安法中采取理想化忽略近似計(jì)算。這樣便首先消除了由器件而引起的方法誤差。這主要是電橋法的功勞。[3](如圖三)我們知道,在這個(gè)電路中,只要想辦法使電流表(檢流計(jì))兩端電勢(shì)相等,則通過(guò)電表的電流就可以為零。這種情況就稱為“電橋平衡”。根據(jù)電橋平衡所需滿足的關(guān)系,我們就可精確地測(cè)量電阻了。
首先調(diào)節(jié)可變滑動(dòng)電阻R動(dòng)。R動(dòng)的阻值大小不需準(zhǔn)確調(diào)定,只需根據(jù)待測(cè)阻值R的大小估值,將R動(dòng)調(diào)到與R 的數(shù)量級(jí)相差不多即可。可見(jiàn)操作比較簡(jiǎn)單。然后
接通開(kāi)關(guān)K,調(diào)節(jié)R動(dòng)使檢流計(jì)指針指零。記下此時(shí)電壓表的讀數(shù)和電流表的讀數(shù)。所測(cè)得的電壓V和電流A,然后代入公式,即可求得待測(cè)電阻R的值。
2.2測(cè)量原理
當(dāng)CD支路無(wú)電流時(shí),顯然可見(jiàn),電壓表的讀數(shù)剛好就是待測(cè)電阻R兩端的電壓,電流表的讀數(shù)就是完全流過(guò)電測(cè)電阻R的電流。單獨(dú)看待測(cè)電阻周圍的電線,CD可以看成直導(dǎo)線,剛好形成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的外接伏安法測(cè)電阻。因此,將其帶入歐姆定律公式是可行的。將測(cè)得的電壓和電流代入公式求得的R阻值是準(zhǔn)確的,沒(méi)有方法誤差,這里已完全消除了電表內(nèi)阻的影響。
三、比較分析討論
用電橋法測(cè)電阻是將待測(cè)電阻與已知電阻進(jìn)行間接比較,因此電橋法需要有已知的標(biāo)準(zhǔn)電阻。電橋法是利用電橋平衡公式求待測(cè)阻值。而橋式伏安法不需標(biāo)準(zhǔn)電阻,是利用電壓表和電流表測(cè)阻值的電壓和電流,再由歐姆定律公式求阻值。同時(shí),由于是通過(guò)歐姆定律計(jì)算,通過(guò)橋式伏安法很巧妙的避開(kāi)了伏安法測(cè)量時(shí)的誤差,則有效地消除了由伏安法測(cè)電阻時(shí)的理論局限,消除了由其帶來(lái)的誤差,改善和提高了實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性。由此可見(jiàn),橋式伏安法是伏安法的一種接法,它與電橋法又有本質(zhì)區(qū)別。通過(guò)數(shù)據(jù)我們可以看到,橋式伏安法測(cè)量阻值也是中值阻值較好。小阻值或大阻值都不理想,誤差很大。在用橋式伏安法時(shí),要注意以上幾個(gè)誤差來(lái)源的事項(xiàng)。
參考文獻(xiàn):
[1]伏安法測(cè)電阻時(shí)由RA和RV引起的系統(tǒng)誤差的修正.宿遷學(xué)院五系,江蘇 宿遷 223800.朱曉瑞.