时间:2023-08-08 16:45:15
导言:作为写作爱好者,不可错过为您精心挑选的10篇欧姆定律主要内容,它们将为您的写作提供全新的视角,我们衷心期待您的阅读,并希望这些内容能为您提供灵感和参考。
一、在欧姆定律教学过程当中,学生经常会遇到的问题
物理学科作为一门科学类学科,其教学内容通常比较枯燥,部分学生表示学习比较费劲,如何能让学生彻底明白和消化欧姆定律,是教师需要考虑的问题。教师可制订相关学习计划,针对不同层次的学生制订适合的学习计划。教学中的重点:电流、电压、电阻等相关知识点,一定要重点讲解以便学生掌握,将理论知识与动手实践结合起来,让学生在实践中加强对实验中的仪器和知识点的把握。
二、让学生明白欧姆定律的主要内容即电流、电压、电阻三者之间的关系
欧姆定律作为初中物理电学的基础,在初中教学之中只涉及部分电路,只有充分掌握了欧姆定律才能进一步学习电学部分的相关理论分析和计算。欧姆定律即阐述电流、电压、电阻三者之间相互关联的关系,教师在实验当中引导学生自己推算出电压、电阻、电流三者之间的关系,从而引出欧姆定律,让学生的记忆更加清楚。演示实验完成后要让学生自己动手,加深理解。
掌握基础定律知识后,教师则应当引导学生分析三者之间变化的问题,即电流是随着电阻与电压的变化而改变。在欧姆定律例题分析中比较常见的问题是多个变量的问题分析,教师要引导学生分析,运用一不变二变的方法来进行问题分析。由于初中学生的理解水平有限,且电压、电流、电阻的概念比较抽象,教师可借助多媒体教学工具,利用相关教学短片帮助学生理解。将电阻比喻成“阻碍电流通行的路障,电阻越大路越不好走,电阻越小通过速度则快”,并且引导学生明白电阻是导体自身的特有属性,电阻的大小是受到温度、导体的材料、长度等各方面因素影响的,与其两端的电压跟电流的大小无关,电阻不会随着电流或者电压的大小改变而改变,只是运用电压和通过的电流比例数值表达起来比较方便。
很多学生在学习欧姆定律之后,错误地以为电阻是受电流与电压影响的。相关教师一定要及时纠正学生的错误理解,教师在做演示实验时,需要让学生明白研究方法。运用控制变量法来研究,如电阻不变,研究电流与电压之间的数量关系;电压不变,来分析电阻与电流之间的量变关系,并且要直接将实验方法演示给学生看,从而加深学生的理解。
三、让学生一带一,提高学生掌握程度
不同的学生对欧姆定律的掌握程度不尽相同,教师可将成绩优秀的学生与成绩较差的学生进行分组,形成学习氛围较好的学习小组。采取团体合作的方式来帮助学生学习,有些学生面对老师和面对同学学习效果也不同。学生相互之间的沟通比较方便,理解能力也大体相同,进步速度也相对较快,教师从一旁进行指导。让学生在掌握了基础的相关知识以后,教师再进行分析,让学生充分掌握后再进行巩固提高,能提高举一反三采取多方面思维的能力。学生之间相互讨论,也能形成良性的竞争式学习,另外树立学习的榜样,也能从心理上鼓励学生主动学习,帮助学生产生学习兴趣和学习积极性。并且让学生不定期进行交换学习,以促进学生的整体学习水平。这样既能促进学生相互之间学习进步,又能培养学生团结合作的精神。
总之,欧姆定律作为电学的基础,学生必须真正掌握该定律,教师在实际教学过程当中,应该对物理教学内容进行细化和具体化,让不同层次的学生群体都能充分掌握。此外,还要引导学生在思维方面和动手实践方面进行改进,并且从中归纳出一些行之有效的教学方法,从而让学生更好地掌握欧姆定律的基础理论,为以后的学习做好铺垫,提高相关教学任务的质量,在实际教学过程当中,注重培养学生的动手实践能力、案例分析和其他方面解决问题的能力,让学生能够掌握控制变量法。同时要培养学生积极探索事物本质的科学精神,切实提高学生的物理综合素质。
参考文献:
[1]宣小东.对现行教材中欧姆定律教学设计的一些思考[J].物理教学探讨,2005(3).
[2]许忠林.初中物理欧姆定律教学中常见的问题及对策研究[J].成才之路,2015(9).
[3]符东生.关于初中“欧姆定律”教学的思考[J].物理教学,2014(8).
一、主要内容
本章内容包括电流、产生持续电流的条件、电阻、电压、电动势、内电阻、路端电压、电功、电功率等基本概念,以及电阻串并联的特点、欧姆定律、电阻定律、闭合电路的欧姆定律、焦耳定律、串联电路的分压作用、并联电路的分流作用等规律。
二、基本方法
1教师精心准备
备课是上好一节课的前提,运用概念图组织探究式教学,首先就要求我们教师对教学内容需要的资源进行二次开发,尤其注重收集生活中的现象,借助于多媒体将这些资源呈现出来,既引出了探究课题,也激发了学生学习兴趣,多个有联系的资源同时呈现,这体现了构建概念图的意识和思想.同时,教学目标也可以借助于概念图完整地呈现.例如,探究欧姆定律,可以设置教学目标如图2所示.
2学生预习,初建概念图
课前预习对于一节课的学习效果而言,是至关重要的,学生通过自主预习对学习内容有一个大致的了解,那么这些内容之间及内容与原有知识之间存在怎样的联系呢?可以自己尝试着画概念图,将自己能够同化的概念课前消化一部分,同时将疑问暴露出来。例如,探究欧姆定律这节课,围绕中心概念“电流”,学生自主预习后可以构成如图3所示的概念图.
3新课引入,资源可视化
物理概念都理性化,为了便于学生内化和掌握知识,笔者认为我们课堂上给学生的学习资源一定要可视化,引入新课,可以用图片、录像、动画等媒体手段引入,也可以将自己收集到的资源以概念图的形式引入,展现给学生,帮助学生将新旧知识联系到一起.
4讲授新课,进行科学探究
探究式物理课学生的探究活动是主要内容,这个过程也是可以实现可视化的,可视化的思维过程让学生的实验方法有效地迁移到规律探究中来,当然这个过程要让学生自己来完成,切忌由教师越俎代庖,给学生留足思维的时间和空间,在学生思维出现困难时,给予必要的帮助或提示,将方法迁移过来,促使学生能够完成探究.例如,探究欧姆定律这节课,探究时涉及到控制变量法,那么如何探究呢?能够和前期哪些规律探究构成联系呢?引导学生边思考边构建概念图(图4).
中图分类号:O413.1 文献标识码:A 文章编号:1672-3791(2016)08(a)-0143-02
量子力学于20世纪早期建立以来,经过飞速的发展,逐渐成为现代物理学科中不可分割的一部分。量子力学是现代量子理论的核心,它的发展不仅关乎人类的物质文明,还使人们对量子世界的认识有了革命性的进展[1]。
但是,量子力学并不是一个完备的理论,其体系中还存在许多问题,特别是微观与宏观,即经典理论与量子力学的联系。为解决这些迷惑,历史上相关科学家提出了很多实验与理论。该文旨在以量子力学发展史上提出的几个实验为例,对其进行简单分析,以展示经典理论与量子力学的联系。
1 问题的提出
1935年3月,爱因斯坦等人在EPR论文中提出了“量子纠缠态”的概念,所谓的“量子纠缠态”是以两个及以上粒子为对象的。在某种意义上,“量子纠缠态”可以理解为是把迭加态应用于两个及以上的粒子。若存在两个处于“量子纠缠态”的粒子,那这两个粒子一定是相互关联的,用量子力学的知识去理解,只要人们不去探测,那么每个粒子的状态都不能够确定。但是,假如同时使这两个粒子保持某一时刻的状态不变,也就是说,使两个粒子的迭加态在一瞬间坍缩,粒子1这时会保持一个状态不再发生变化,根据守恒定律,粒子2将会处于一个与粒子1状态相对应的状态。如果二者相距非常遥远,又不存在超距作用的话,是不可能在一瞬间实现两个粒子的相互通信的。但超距作用与当今很多理论是相悖的,于是,这里就形成了佯谬,即“EPR佯谬”。
同年,薛定谔提出了一个实验,后人称之为“薛定谔的猫”。设想把一只猫关在盒子里,盒中有一个不受猫直接干扰的装置,这套装置是由其中的原子衰变进行触发,若原子衰变,装置会被触发,猫会立即死去。于是,量子力学中的原子核衰变间接决定了经典理论中猫的生死。由量子力学可知,原子核应该处于一种迭加态,这种迭加态是由“衰变”和“不衰变”两个状态形成的,那么猫应该也是处在一种迭加态,这种迭加态应该是由“死”与“生”两个状态形成的,猫的生死不再是一个客观存在,而是依赖于观察者的观测。显然,这与常理是相悖的[2]。
这两个佯谬的根源是相同的,都是经典理论与量子理论之间的关系。
2 近代研究进展
2.1 验证量子纠缠的存在
华裔物理学家Yanhua Shih[3]曾做过一个被称为“幽灵成像”的实验,其实验过程及现象大致可以描述为:假设存在一个纠缠光源,这个光源可以发出两种互为纠缠的光子,通过偏振器使两种光子相互分离,令第一束光子通过一个狭缝,第二束不处理,然后观察两束光的投影,结果发现第二束光的投影形状与第一束光通过的狭缝形状完全相同。
人们发现,如果仅仅使用经典理论,实验现象是无法解释的,必须应用量子理论,才能解释“幽灵成像”的现象。这个实验也恰好验证了“量子纠缠”现象的存在。
2.2 量子世界中的欧姆定律
欧姆定律是由德国物理学家Ohm于19世纪早期提出来的,它是一种基于观察材料的电学传输性质得到的经验定律,其内容是:在同一电路中,导体中的电流跟导体两端所加的电压成正比,跟导体自身电阻成反比,即 (U指导体两端电压;R指导体电阻;I指通过导体的电流)。
18世纪二、三十年代,人们认为经典方法在宏观领域是正确的,但是在微观领域将会被打破。Landauer公式给出了纳米线电阻的计算方法,即(h为普朗克常量;e为电子电量;N为横波模式数量);而在宏观中,(为材料的密度;l为样品的长度;s为样品的横截面积)。由此发现,在宏观领域,样品的电阻是随着样品的长度增加而增加的,而在微观领域,样品的电阻与样品的长度没有关系。
Weber[4]等人制备了原子尺度的纳米线并进行观察,实验发现,在微观领域,欧姆定律也是满足的。Ferry[5]认为样品的电阻是由多种机理所导致的,而他最后得到的结果正是由于多种机理的相互叠加。经过分析,他认为欧姆定律何时开始生效取决于纳米线中电子耗散的力度,力度越大说明开始生效时的尺度越小。但这也同时引发了另一个问题的思考:低温条件下,欧姆定律是仍然成立的,也就是说经典理论仍然成立,但往往是希望在低温下研究比较纯粹的量子效应。低温条件下欧姆定律的成立要求在进行实验研究时,必须花费更多的精力来使得经典理论与量子理论分离开。
2.3 生活中的量子力学――光合作用与量子力学
Scholes等[6]从两种不同的海藻中提取出了一种名为捕光色素复合体的化学物质,并在其正常的生活条件下,通过二维电子光谱术对其作用机理进行了分析研究。他们首先使用了飞秒激光脉冲模拟太阳光来激发这些蛋白,发现了会长时间存在的量子状态。也就是说,这些蛋白吸收的光能能够在同一时刻存在于不同地点,而这实际上是一种量子迭加态。由此可见,量子力学与光合作用是有很大联系的。
3 结语
从近几年来量子力学的基本问题和相关的实验研究可以看出,虽然经典理论与量子理论的联系仍然是一个悬而未决的问题,但是当代科学家已经能够通过各种精妙的实验逐步解决历史遗留的一个个谜团,使得微观领域的单个量子的测量与控制成为可能,并且积极研究宏观现象的微观本质,将生活与量子力学逐渐的联系起来。对于“经典理论与量子力学的联系”这一专题还需要进行不断研究,使量子力学得到进一步完善与发展。
参考文献
[1] 孙昌璞.量子力学若干基本问题研究的新进展[J].物理,2001,30(5):310-316.
[2] 孙昌璞.经典与量子边界上的“薛定谔猫”[J].科学,2001(3):2,7-11.
[3] Shih Y. The Physics of Ghost Imaging[J].2008.
实验报告必须在科学实验的基础上进行。成功的或失败的实验结果的记载,有利于不断积累研究资料,总结研究成果,提高实验者的观察能力。分析问题和解决问题的能力,培养理论联系实际的学风和实事求是的科学态度。
二、写作要求
实验报告的种类繁多,其格式大同小异,比较固定。实验报告,一般根据实验的先后顺序来写,主要内容有:
1.实验名称名称,要用最简练的语言反映实验的内容。如验证某定律,可写成“验证×××”;如测量的实验报告,可写成“×××的测定。”
2.实验目的实验目的要明确,要抓住重点,可以从理论和实践两个方面考虑。在理论上,验证定理定律,并使实验者获得深刻和系统的理解,在实践上,掌握使用仪器或器材的技能技巧。
3.实验用的仪器和材料如玻璃器皿。金属用具、溶液、颜料、粉剂、燃料等。
4.实验的步骤和方法这是实验报告极其重要的内容。这部分要写明依据何种原理。定律或操作方法进行实验,要写明经过哪儿个步骤。还应该画出实验装置的结构示意图,再配以相应的文字说明,这样既可以节省许多文字说明,又能使实验报告简明扼要。清楚明白。
5.数据记录和计算指从实验中测到的数据以及计算结果。
6.结果即根据实验过程中所见到的现象和测得的数据,作出结论。
7.备注或说明可写上实验成功或失败的原因,实验后的心得体会、建议等。
有的实验报告采用事先设计好的表格,使用时只要逐项填写即可。
三、撰写时应注意事项
写实验报告是一件非常严肃。认真的工作,要讲究科学性、准确性。求实性。在撰写过程中,常见错误有以下几种情况:
1.观察不细致,没有及时、准确、如实记录。
在实验时,由于观察不细致,不认真,没有及时记录,结果不能准确地写出所发生的各种现象,不能恰如其分。实事求是地分析各种现象发生的原因。故在记录中,一定要看到什么,就记录什么,不能弄虚作假。为了印证一些实验现象而修改数据,假造实验现象等做法,都是不允许的。
2.说明不准确,或层次不清晰。
比如,在化学实验中,出现了沉淀物,但没有准确他说明是“晶体沉淀”,还是“无定形沉淀”。说明步骤,有的说明没有按照操作顺序分条列出,结果出现层次不清晰。凌乱等问题。
3.没有尽量采用专用术语来说明事物。
例如,“用棍子在混合物里转动”一语,应用专用术语“搅拌”较好,既可使文字简洁明白,又合乎实验的情况。
4.外文、符号、公式不准确,没有使用统一规定的名词和符号。
验证欧姆定律
【实验目的】通过实验加深对欧姆定律的理解,熟悉电流表、电压表、变阻器的使用方法。
【知识准备】学习有关理论(略)
【实验器材和装置】器材:电流表、电压表、电池组、定值电阻滑动变阻器、导线、开关、装置(略)
【实验步骤】
1. 按图示连接电路。
2.保持定值电阻r不变,移动滑动变阻器的铜片,改变加在r两端的电压,将电流表、电压表所测得的电流强度。电压的数值依次填人表一。
3.改变定值电阻凡同时调节变阻器,使加在r两端的电压保持不变,将电阻r的数值与电流表测得的电流强度的数值依次填人表二。
4.通过实验分析:当r一定时,i和v的关系及v一定时,i与r的关系。
表 一
r(欧姆)=4ωv(伏特)0.4v0.8v 1.2v
i(安培) 0.1a0.2a0.3a
表 二
v(伏特)=0.6vr(欧姆)1ω2ω 4ω
i(安培)0.6a0.3a0.15a
【实验记录】
1.调节滑动变阻器矿,观察电压表和电流表,可以看出,电阻r两端的电压增大到几倍,通过它的电流强度也增大到几倍。这表明,在电阻一定时,通过导体的电流强度同这段导体上的电压成正比。
1。1 试题呈现
2015年苏锡常镇二模卷第10题:将两个金属电极锌片和铜片插入一个水果中就可以做成一个水果电池,某兴趣小组欲测量水果电池的电动势和内阻。
(1)甲同学用多用表的直流电压(0~1 V)档估测某水果电池的电动势,稳定时指针如图[TP12GW39。TIF,Y#]1中A所示,则读数为[CD#3]V;用多用表的欧姆×100档估测水果电池的内阻,稳定时指针如图1中B所示,则读数为[CD#3]Ω。上述测量中存在一重大错误,是[CD#3]。
(2)乙同学采用如图2所示电路进行测量,并根据测量数据做出了[SX(]1[]I[SX)]-R图象,则根据图3,该水果电池的电动势为[CD#3]V,内阻为[CD#3]Ω。(结果保留两位有效数字)
[TP12GW40。TIF,BP#]
答案如下:(1)0。84;3。2×103;不能用多用电表电阻档直接测电源内阻;(2)0。96±0。02 (1。6±0。1)×103
1。2 试题分析
本题围绕一个重要的电学实验――“测量电源电动势和内阻”展开考查,具体涉及多用电表的读数及操作、实验电路的设计、图象法处理数据等内容。如表1所示。
[JZ][HT6]表1
[BG(!][BHDFG2,WK3,K10,K17W]
序号[]考查内容[] 易错点解析 [HJ*3]
[BHDG4*2,WK3,K10ZQ*3,K17ZQ*3W]1[]会正确进行多用电表的读数[]读电压时应注意量程(“0~1 V”),读电阻时要注意多用电表欧姆档刻度不均匀,还有读数应乘以所选的倍率
[BH]2[]会正确使用多用电表欧姆档[]用多用电表欧姆档测电阻时必须把电阻从回路中取出,因此不能直接测电源的内阻
[BHG4*2]3[]“安阻法”测电源电动势和内阻的原理[]由闭合电路欧姆定律得到1/I-R图象是线性的,且图线的斜率大小等于1/E,图线的纵截距大小等于r/E
[BHDG2]4[]图象法处理实验数据[]单位要换算成国际单位(A和Ω) [HJ2mm]
[BG)F][HJ]
1。3 试题评价
本题用水果电池代替常见的干电池、铅蓄电池、手机锂电池作为实验对象,给人一种独辟蹊径、眼前一亮的感觉。水果电池取材方便、贴近生活、变化丰富,既适合学生进行探究,也体现了“从生活走向物理”的教育理念。
2 两处不同
2。1 实验对象
本题的实验对象变成了水果电池。在平时的教学中,许多教师都会习惯性地选择干电池进行实验,这是因为干电池比较稳定,实验操作也较简单方便。实际上,学生在初中就已经接触过水果电池,在化学课“原电池”部分也学习过相关内容,所以对水果电池并不陌生。笔者在讲评课上与学生进行了交流。
师:水果电池的工作原理是什么?
生1:水果中含有丰富的水果酸,是一种很好的电解质,将不同的金属材料做成电极插入水果中,用导线将电极与用电器相连,回路中就会有电流通过。
师:如何判断水果电池的正、负极?
生2:根据原电池的工作原理,水果电池两电极必须存在金属活动性上的差异。本题中锌更活泼,所以锌片失去电子,其反应方程为Zn-2e-[FY=]Zn2+。电子经外电路流向铜片,由于物理学中规定正电荷定向移动的方向为电流方向,所以外电路中电流从铜片流向锌片,由此判断铜片是水果电池的正极。
师:水果电池的电动势、内阻与哪些因素有关?[HJ1。5mm]
生3:正负电极的活动性差异越大,水果电池的电动势越大。由电阻定律R=ρ[SX(]l[]S[SX)]可知,增加两电极间的距离,相当于增加导体长度,水果电池的内阻增大;增加电极插入的深度,相当于增大导体横截面积,水果电池的内阻减小。
2。2 实验器材和电路
由于实验对象发生了变化,实验器材和电路也需要进行相应的调整。在测量干电池的电动势和内阻时,通常选择学生电表(电压表0~3 V、电流表0~0。6 A)和滑动变阻器进行实验。由于水果电池的内阻很大(一般上千欧姆),为了便于读数和操作,选择电阻箱和微安表进行实验。
实验器材 水果,电极:铜片、锌片,MF47多用电表,微安表:量程0~500 μA,电阻箱(0~9999 Ω),带鳄鱼夹的导线若干、开关、砂纸、小刀等。
实验电路及测量原理 实验电路如图4,根据闭合电路欧姆定律E=I(r+R),整理得
[SX(]1[]I[SX)]=[SX(]1[]E[SX)](r+R)。
作出[SX(]1[]I[SX)]-R图线,若图线的斜率为k,[TP12GW41。TIF,Y#]纵轴截距为b,则电源的电动势E=[SX(]1[]k[SX)],内阻r=[SX(]b[]k[SX)]。
3 三个追问
3。1 追问1(实验误差分析)[HJ]
本题中微安表也有内阻,因此会引起实验误差。用此电路测电池电动势与内阻,测量值与真实值的关系是:E测[CD#3]E真、r测[CD#3]r真。(填“”或“=”)。
分析 若考虑微安表的内阻,不妨设其为rg,则根据闭合电路欧姆定律E=I(r+rg+R),整理得[SX(]1[]I[SX)]=[SX(]1[]E[SX)](r+rg+R)。作出[SX(]1[]I[SX)]-R图线,若图线的斜率为k,纵轴截距为b,则电源的电动势E=[SX(]1[]k[SX)],内阻r=[SX(]b[]k[SX)]-rg。与上面推导的结果相比可得:E测=E真、r测>r真。
3。2 追问2(实验注意事项)
为能较为准确地完成该实验,在仪表、导线都正常工作的前提下,请依据水果电池的工作原理,提出一些实验操作过程中需要注意的事项。(只需填写一项即可)[CD#3]。
分析 水果电池很不稳定,容易极化,因此电池电动势会明显下降,内阻会明显增大,因此实验中读数要快,每次读完立即断开开关。也可回答:用砂纸将金属片表面的氧化层磨去以增加其导电性;将所选水果切开,用小刀在其上划几刀以增加其导电性等。
3。3 追问3(实验思想方法)
某研究性学习小组对水果电池电动势和内阻可能的影响因素进行探究。成员们通过讨论,得出了以下一些可能影响的因素:水果种类、水果温度、电极种类、电极间距、电极插入深度等。在进行实验探究时,需要用到的物理思想方法是[CD#3]。
分析 本探究实验运用“控制变量”的思想方法,分别对不同影响因素进行探究。
4 四点策略
4。1 “会操作”打基础
研究近几年各地高考实验题不难发现,命题者越来越重视对基本仪器操作的考查。如2014年江苏高考物理试卷第10题的第1问,考查了用螺旋测微器测合金丝的直径。“为防止读数时测微旋杆发生转动,读数前应先旋紧哪个部件?”真正操作过的学生会比较熟悉,反之则不容易得分。
针对这一变化,教师在指导学生复习实验时,应特别关注基本仪器的使用。《考试说明》中所列的基本仪器主要有:刻度尺、游标卡尺、螺旋测微器、天平、秒表、电火花计时器或电磁打点计时器、弹簧测力计、电流表、电压表、多用电表、滑动变阻器和电阻箱等。要让学生了解这些仪器的构造、原理、用途,掌握仪器的量程、使用方法和使用规则,以达到熟练操作、正确读数。
本题中所考查的多用电表使用,还包括诸如机械调零、欧姆调零、倍率的选择等操作,假如在高考复习中让学生操作一次多用电表,完成几项测量任务,将会起到事半功倍的复习效果。
4。2 “懂原理”是关键
高考实验题的命题往往是在几个重点实验的基础上进行的,因此掌握这些实验的原理是解题的关键所在。分析近五年江苏高考物理试卷(如表2)可以发现,电学中常考的三个经典实验:探究决定导线电阻的因素、描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量电源的电动势和内阻,以及新增考点“练习使用多用电表”分别出现在各年的试卷上。
针对上述情况,教师在进行实验复习教学时,应加强对实验原理的分析。同时,也要关注基本实验的变式,提升学生对实验原理的迁移应用能力。
本题考查的测电源电动势和内阻,可以用伏安法,也可以
[HT6][JZ]表2
[BG(!][BHDFG2,WK4,K18,K8W]
年份[]实验名称[]实验原理(操作)
[BHD]2010年[]测量电源的电动势和内阻[]“伏阻法”
[BH]2011年[]测量电阻的阻值[]“替代法”
[BH]2012年[]用多用电表探究黑箱中的电学元件[]多用电表的操作
[BH]2013年[]探究小灯泡的功率P与电压U的关系[]“伏安法”
[BH]2014年[]测量合金丝的电阻率[]“伏安法”
[BG)F]
用安阻法、伏阻法,甚至可以用伏伏法或者安安法,但是实验原理均为闭合电路欧姆定律E=U+Ir,都是在用各种方法寻找方程解出E和r。因此,在复习备考时牢牢抓住几个基本实验,确保每一个的原理都了然于心,高考解题时就游刃有余了。
4。3 “能分析”促严谨
实验误差的分析也是高考实验题考查的重要内容。如2014年海南高考物理试卷第12题考查了用伏安法测量一电池的内阻,其中第(4)问“在你设计的电路中,产生系统误差的主要原因是[CD#3]”。熟悉的学生知道该实验的系统误差主要是由于电压表不能看成理想表而引起的。
《考试说明》中明确指出:认识误差问题在实验中的重要性,了解误差的概念,知道系统误差和偶然误差;知道多次测量求平均值的方法可以减小偶然误差;能在某些实验中分析误差的主要来源。这就要求教师多关注误差分析,多对学生进行指导,而且笔者认为,教师不但要教会学生如何“定性分析误差的来源”,还要启发学生“合理给出减小误差的方法”,从而不断提高学生分析问题和解决问题的能力。
本题中由于微安表有内阻,会引起系统误差,由闭合电路欧姆定律分析可以得到E测=E真、r测>r真。其实,通过前面的推导不难发现,只要知道了微安表的内阻值,该系统误差就可以消除了。误差分析能培养学生科学、严谨的研究态度,很好地体现了物理学中“情感态度价值观”的课程目标,所以在复习中应引起足够的重视。
4。4 “巧设计”提能力
高考实验题中的设计性问题是对学生理解能力、创新能力的综合考查,这类试题要求高、难度大,对学生很具有挑战性。
问题教学法是以“问题”为中心向外辐射开展活动任务的教学方法,师生围绕问题互动探究,学生在问题解决的过程中,不仅仅习得固有的物理规律和结论,还有解决问题的过程体验和情感的提升。问题教学法在初中物理教学中的应用关键在于从学生的最近发展区出发创设出适合学生探究,同时又紧紧围绕教学内容的问题情境,打破学生原有的认知平衡,让学生生疑,进而形成科学探究尝试的欲望,在解决问题的过程中内化知识、完善建构。
从心理学角度分析,问题教学法教学过程中,学生的心理活动程序如图1所示。
对于初中物理教学而言,当一个具体的物理问题摆在学生面前时,他们首先会在原有的认知状态中进行搜索,概念、规律、方法等跃进了大脑,识图将问题的目标在大脑图式里找到联系。这里面有知识的同化和顺应过程,最终完善为新的认知结构。
2“欧姆定律”教学案例分析
2.1开门见山,借助问题温故知新
笔者在课堂导入环节,从上一节课和学生一起学习的变阻器入手,设置问题情境提出问题。
问题1如图2所示,请你根据原有的知识和经验,想一想有什么办法可以增大电路中电流表的读数?在使用滑动变阻器时应注意什么?
问题设计意图通过图2情境的创设和问题的抛出,引导学生针对问题进行互动讨论,积极猜想,并形成连接电路实验检验的欲望。在实验的过程中,学生在其原有认知的基础上实现思维的发散,并通过自主探究找到改变电路中电流的办法。实验中应注意滑片C向A端滑动容易造成短路,这是实验中应注意的问题。
问题2在大家自己进行实验探究的过程中,你有什么发现?有什么疑惑的地方?
问题设计意图通过这个问题的抛出,引导学生积极地交流,越发接近教学内容,同时生成新的问题:“导体中的电流跟电压、电阻三个物理量到底存在着什么关系,这种关系是否具有稳定性,能够形成特定的规律?”这是一个反思后再创造的过程,学生的探究热情被点燃。
2.2一针见血,接近教学的主要内容
学生的激情被点燃了,应从教学的主要内容出发,引导学生进一步猜想,领引着学生一步步去揭示教学内容,这一过程也应该是借助于问题的形式开展。
问题3请猜一猜流过导体的电流与导体两端的电压存在怎样的关系?流过导体的电流与导体的电阻又可能存在怎样的关系?并相互交流一下猜想的依据。
问题设计意图学生通过问题的领引大多会做出正比或反比的猜想,其根据都是源于自己在前面自主探究实验中改变滑动变阻器阻值大小,而看到的结论。借助于这样的问题设置,学生经历了猜想及假设的过程,科学探究中的重要方法得以浸润。
2.3思维碰撞,设计实验完成探究
在学生有了猜想后,笔者提出了几个问题引导学生进行实验的设计和方案的选取,驱动探究式教学进一步深化。
问题4既然有了上述的猜想,你觉得应该设计什么样的实验进行验证呢?根据自己的设想,能不能设计出具体的实验方案?
问题5从探究电流与电压的关系出发,思考需要选择什么器材,实验电路如何设计?
问题设计意图通过问题的设置让学生联系到“控制变量法”,同时学生将自己设计的电路拿出来进行交流,从学生的认知规律来看,首先他们会想到用灯泡进行实验,此时需要我们教师进行及时的引导,因为灯泡的温度变化会导致其阻值的变化,而我们的实验应控制电阻不变,所以应该选择定值电阻进行实验。学生再次设计出电路图(如图3)。
问题6利用上述电路图进行实验探究,会遇到什么麻烦?
学生通过连图进行实验操作后发现,只能测一组数据,如果要测多组数据要改变电池的节数,操作比较麻烦,而且偶然误差大。新的问题自然生成。
从物理事实出发,建立概念,这是一个抽象概括过程,物理学上的所有概念几乎都是这样形成的。例如,力的概念就是大量物体间相互作用的事实的分析基础上形成的。马拉车,车由静止开始运动;磁铁吸引铁钉,铁钉由静止开始运动;手压弹簧,弹簧被压缩;大球碰小球,小球开始运动……其中所谓“拉”、“吸”、“压”、“碰”都是物体间的作用方式,这些被作用的物体包括车、铁钉、弹簧和小球,或者发生运动状态的改变,或者发生形变。可见,力是一个物体对另一个物体的作用,作用的结果使被作用的物体发生运动状态改变(即产生加速度)或发生形变。力的概念就是这样从大量物理事实基础上,抽象概括而建立的。
物理模型也是通过抽象概括而建立的。例如,质点是一个具有质量的几何点,由于很多力学问题中物体的大小和形状影响可以不计,为了突出物体的质量这个主要因素,经过物理抽象而建立了质点模型。质点模型对力学的研究带来了极大的好处,在质点模型的基础上建立了牛顿学的体系。建立物理模型应该遵循以下原则,即根据所研究的问题的需要和可能,突出研究对象的主要因素,忽略其次要因素,将研究对象理想化,这是建立模型的原则之一。其次,在模型的基础上,能够建立该领域中的知识体系,如果一个模型不能提供一个知识体系,这个模型就没有生命力,就没有存在的价值。这是建立模型号的原则之二。
建立理想化物理模型,是一种物理的思维,或者说是一种物理的思维模式,也是一种物理研究的重要方法,物理学的各部分知识体系几乎都是建立在一些模型的基础之上的。因此,我们应该使学生初步了解物理模型的意义及其建立的过程,这是培养物理思维能力的重要途径之一。
2.从己知推导出未知,获取新知。
由已知推导出未知,由实验事实经过推理总结出规律,是培养物理思维能力的重要方面。在推导或总结过程中,要注意物理依据的可靠性,推更换严密性,才能使推导建立在科学的基础上。在中学物理教材中,这种由已知推导未知,由实验事实总结规律的素材是十分丰富的,我们应该充分利用这些内容,例如,万有引力定律的推导就是一个非常典型的材料。第一步就是利用学生已知的知识,即:向心力公式F=mω2r和开普勒定律r3=kT2,以及牛顿第三定律F=F, 推导出太阳与行之间的引力规律为F=Gm1m2/r2。第二步可以假设地球与月球之间引力和地球与地面上物体之间引力本上是一样的力,且符合平方反比规律。利用这个假设可算出月球的向心加速度a=(R2/r2)g=0.27厘米/秒2,同时从运动学角度也能直接算出月球的向心加速度a=rω2=0.27厘米/秒,这就证明了太阳与行星之间,地球与月球之间,地球与物理学体之间的引力是遵从同一个规律的,最后将平方反比定律推论到所有物体之间都存在这种引力。
总之,处理好知识之间的新与旧的关系,从“旧”引出“新”,利用“新”来巩固和深化“旧”,不但有利于学生理解知识,而且有利于培养学生逻辑推理能力。因此,从已知推导出未知而获得新知是培养学生思维能力的重要方法和途径。
3.教给学生从规律中总结和引出处理问题的思路和方法。
常听学生反映,物理课一听就懂,一做题就错。其实,出错是由很多因素造成的。其中主要原因有两个:一个对知识本身的理解问题,二是思维方法问题,学生常常不是瞎碰,就是乱套公式。因此,引导学生总结正确的解题思路,是培养思维能力的一个重要方面。解物理题一般来说总是运用某个规律或某几个规律,从已知条件中去求得需求量的答案。因此,解题的思路和方法,应该从这些规律中去寻找,从定律本身的分析中引出解题思路是形成解题思路的基本方法。从定律中找方法,就要求我们对定律本身作深入分析,分析定律中的各个物理量的意义及其相互关系,这不但有利于加深对物理概念的理解,更重要的是有利于提高学生分析和概括的思维能力。
总之,从规律本身的分析中引出处理问题的思路和方法,提高运用知识解决问题的能力,这是一种培养思维能力的重要途径,在教学中应予以高度重视。
例如讲“压强”这个概念,可举这样的生活实例来启发学生:我们都知道,当我们走在海滩沙面上时,双脚会陷进沙子中,如果垫上木板,就不会陷入沙中,这个例子说明压力产生的效果与什么因素有关?在压力一定时,受力面积越大,产生的效果是越大还是越小?怎样比较压力产生的效果?通过一系列的引导、设问,就为“压强”概念的得出创设了良好的物理环境。又如讲“影响蒸发快慢的三个因素”时,我举了晒衣服的生活实例来启发学生:晒衣服时,怎样做才使衣服比较快干?有阳光的地方温度高,说明影响蒸发快慢的第一个因素是什么?将衣服摊开可增大上面水的表面积,说明影响蒸发快慢的第二个因素是什么?将衣服放在通风的地方,空气的流动快,说明影响蒸发快慢的第三个因素是什么?这样启发,学生很快就理解并掌握了影响蒸发快慢的三个因素。
利用实验进行启发。许多物理概念和规律,单从日常生活实例中只能发现问题,不易有所收获,必须通过实验、运用实验来展示有关的物理现象和过程。教师创设的情境愈新颖生动,就愈能引起学生的兴趣和积极主动地思考。例如,在讲授欧姆定律时,我首先引导学生通过生活实例发现问题:在日常生活中我们发现,同一灯泡,电压升高时就亮些,电压降低时就暗些;电压不变时,100瓦的灯泡比25瓦的亮,为什么?是不是电压升高时,通过同一灯泡的电流就较大?电压不变时,100瓦的灯泡与25瓦的电阻不同,引起通过的电流也不同?然后教师跟学生一起通过观察、实验和讨论的结果,总结出欧姆定律的内容。这里,教师的启发和引导起着十分重要的作用。
开发学生的新思维。在物理教学过程中,启发式教学法对于开发学生的创新思维有十分重要的作用,具体做法有:
1. 在演示实验过程中,通过启发和引导,让学生充分参与知识的获得过程,让学生知道科学家发现知识的途径,亲身体验科学家发现知识时的喜悦,有利于学生创新思维的培养。例如讲电磁感应这一现象,我启发学生:我们知道,电流能产生磁场,大家有没有思考过,利用磁场能不能获得电流呢?现在,我们来试一下:先让导体放在磁场中不动,观察电流表指针是否偏转,再换一个强磁体试试,还是没有电流;再让导体左右动一动看看如何?让导体上下运动,没有电流,再让导体左右运动,这时,电流表的指针发生偏转了……就这样,带领全班学生一起体验法拉第发现电磁感应现象的过程。在这一过程中,学生的创新思维就能得到有效的激励。
物理教学方法,可以说不计其数,它的理论体系在不断发展完善,现代科学技术的发展必然促进教学方法的改革和创新。关于教学方法的分类,根据物理教学理论和有关资料,目前尚无统一认识。实际上我们要根据教学目标、教学内容、学生特点、教学环境、教师素质等选择教学方法,万变不离其宗。作为自然科学的物理学,有其自身特点,任何方法都由基本方法组成。那么,什么是物理教学中的基本方法呢?物理教学基本方法在教学中起到什么作用呢?下面我谈谈“中学物理教学方法与应用”,与同行共同探讨。
一、教学方法的含义
教学方法是教学过程中师生双方为实现教学目标和完成教学任务采取的行为方式的总称。它应该包括教和学两个方面,两者相互制约。教学方法一般包括师生在教学过程中活动的方式、程序、手段和技术,表现出教学行为的外部特征。从教学方法的功能和选择方面来看,教学方法应该是实现教学目标,完成教学任务的保障,能够有效激发学生的学习动机,调动学习的积极主动性,指导学生学习,培养学生智能,营造良好的氛围和学习环境,影响教材选择和内容安排,促进学生正确世界观、人生观、价值观的形成。
二、现代物理教学分类
在我国一般将教学方法分为五类:1.以语言传递信息为主的方法,包括讲授法、说话法、讨论法、读书指导法。2.以直接感知为主的方法,包括演示、参观、观察等。3.以实际训练为主的方法,包括练习法、实验法、实习作业法。4.以欣赏活动为主的方法,主要是欣赏法。5.以引导探索为主的方法主要是发现法和活动法。现代教学法着眼于学生个性的全面发展,注意培养学生智能,注重指导学生掌握学习方法,强调教与学的统一,强调自学能力的提高,重视教学的情感因素。
三、中学物理教学的基本方法和应用
中学物理教学的任何方法都由基本方法组成,归纳起来,这些基本方法(也可称之为基本技能)包括讲述与讲解、谈话与提问、实验与观察、自学与讨论、练习与考查。
1.讲述与讲解
讲述是教师运用语言向学生叙述、描绘物理现象和过程的讲解方式。讲述应词句清晰、条理分明、生动确切,要有科学性、思想性、逻辑性与启发性。例如:讲到“光的反射定律”时,应讲:反射光线、入射光线和法线同在一个平面上。反射光线、入射光线分居在法线的两侧。反射角等于入射角,而不能讲:入射光线、反射光线和法线同在一个平面上。入射光线、反射光线分居在法线的两侧。入射角等于反射角。既犯科学性错误,又犯逻辑性错误。因为先有入射光线,然后才有反射光线。例如:教师介绍某一项科技成果或一些新的信息资料的教学活动时,要用讲述法。讲述中可以运用各种教具和多媒体课件,讲解时教师运用语言系统解释和论述物理规律。讲述法的主要特点是科学论证。讲解要深浅得当,思路清楚,合乎逻辑,启发思维,讲解中常配合穿插提问的方式。问题要有启发性,明确具体,不能过于容易。例如:讲到“光在均匀介质中是直线转播”时,首先,提出问题:“光是怎样传播的”?接着,教师启发:“为什么光照在不透明物体身上时,身后留下影子?”从而得出直线传播的结论。教师的板书和图示在讲解中要配合得当,适当重复。总之,语言的艺术应该是教师的一项重要基本技能。
2.谈话与提问
教学的主要内容是通过谈话与提问表达,这种方式叫做谈话与提问法。采用这种方法,所列问题必须清楚,注意教材的重难点。问题应该让全体学生思考,使回答问题变成全班同学的集体活动。教师不要急于下结论,要灵活掌握,随机应变。例如:初三物理第二册,当讲到“欧姆定律”这节课时,重点是欧姆定律及计算,难点是理解公式I=U/R中电压、电流、电阻之间的关系。教师可以提问:“从公式I=U/R来看,电流I跟电压U成什么关系?”学生可能会从概念含义和数学习惯中得出,电流跟电压成正比,跟电阻成反比(刚好欧姆定律的概念)。教师此时不忙于回答,又根据公式继续提出:“根据欧姆定律变形公式R=U/I,电阻跟电压成正比,跟电流成正反比,对吗?”然后,引导学生回到上节课所讲述的电阻概念,再强调“电阻是导体本身的一种属性”,得出结论:“电阻跟电压和电流是没有关系的。”讨论和说话、提问有所不同,讨论的问题常常由学生提出,还可以分组进行。这样的问题选择更加重要,不能太容易,也不宜太深,要有一个核心问题,有助于调动学生的积极性。
3.实验与观察
实验与观察是中学物理教学的重要特点。物理学是一门以实验为基础的自然科学,教师要尽量完成教材安排的演示实验和分组实验。由于各区域的教学装配不同,特别是农村学校,教学比较落后,实验器材严重不足,环境不同,往往实验效果不明显,严重影响教学效果。教师应因地制宜,自制教具做实验,用简单的材料,使学生感受到物理学理论与生活、生产实践密切联系,生动有趣。例如:当我讲授初三物理第二册“摩擦起电”那节课时,有两个很重要的实验:(1)用玻璃跟丝绸摩擦;(2)橡胶跟毛皮摩擦,去靠进纸屑和验电器的金属球时,纸屑被吸起,验电器的金属箔张开。但该实验很难使玻璃棒、橡胶棒带上电,实验很难成功。如果我们把实验变换一下,用两张薄的塑料膜跟棉布摩擦以后,使其靠近纸屑和验电器的金属球,纸屑被吸起,验电器的金属箔张开得很明显,实验效果显而易见。又如,在美国,中国的一个“魔舰”教具,曾引起整个教育界的兴趣与讨论。学生的实验和动手能力的培养,是物理教学的目的之一。我们要确保让每个学生都有动手的机会,有人认为实验是一人一组好,也有人认为两人一组好。我们认为两人一组不但使学生有较多动手机会,而且有讨论和互帮互学的机会,所以这样的安排更恰当一些。
4.自学与讨论
前面曾经提到讨论的问题,学生的分组讨论或大班讨论,教师只引导,最后做小结,这是一种自学的方式。最后的总结一定要做好,可以让学生先小结,教师再补充和重述。学生的自学能力对一生的学习至关重要,自学包括课前、课中和课后自学。教师应该把指导学生把自学作为重要的备课内容,把“学会怎样学习”作为重要目标,养成自学的习惯,较强的自学能力,独立思考、分析问题的能力,阅读课外书籍、广泛获取知识和信息的能力,观察、思考和创新能力。
5.练习与考
练习与考查既能巩固和提高学生对知识的掌握和应用能力,又能加深记忆,也是教师对教学效果的检验。物理练习和考,不但包括做习题、思考题,还包括实验与观察。现在应试教育正逐步向素质教育转轨,提倡安排一些活动,从某种意义上有联系与考查的意义。可以由老师提出课题,也可以由学生组织课题。如学过光速以后,可以提出:“闪电和雷声同时发出,为什么总是先看到闪电而后听到铃声?”学过保险丝,我们可以提出:“能不能用铜丝代替保险丝?”这样能使学生把课堂的知识融入生活,激起学习物理的兴趣。教学应该既踏实严谨,又生动活泼,才能培养有创新能力的人才。在教学方法上,“教要有法,但无定法”是对现代教育法基本方法的高度概括。此语的含义,可以理解为同一课题可以设计出各种不同的教案。教学设计要既切合教学内容和教材实际,又切合学生、教师和学校的实际。只有把基本方法综合应用,在运用中随机应变,才能适合现代教育的发展需求,才能指向全体学生,使学生全面发展和主动发展。对物理教学来说,重视物理实验就是重视对学生自学能力和创新能力的培养。