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改变自己学会放弃

处事不必求功,无过便是功。为人不必感德,无怨便是德。

 
 
 

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初中物理“欧姆定律及其应用”学习研究与教学策略  

2016-11-28 11:10:52|  分类: 【物理篇】 |  标签: |举报 |字号 订阅

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初中物理“欧姆定律及其应用”学习研究与教学策略

宋玉梅(北京市第 50 中学,中学高级)

一、“欧姆定律”相关知识与拓展

(一)“欧姆定律”在电学中的地位

欧姆定律是电学中的基本定律,它反映了电流、电压、电阻三个物理量之间的相互关系,又是分析串、并联电路、测量电阻的依据,并且电功与电功率的有关计算都要以欧姆定律为前提。欧姆定律还为高中阶段涉及到的闭合电路欧姆定律、电磁感应定律,交流电等内容做了铺垫。因此“欧姆定律”是初中电学的重点知识,也是学生学好电学知识的关键。

欧姆定律这部分教学中涉及了许多科学探究和实践活动,学生需要经过对实验结果的分析归纳,得出规律,再应用这个规律研究解决电路中的问题。学生学习时不仅要学会欧姆定律这一规律,而且要学会利用电流表、电压表进行测量,学会从实验现象和数据的分析归纳得到定量规律这种研究方法,并且在探索研究过程中提高实验技能。

《初中物理课程标准》对本部分的要求是:能从能量转化的角度认识电源和用电器的作用。知道电压、电流和电阻。通过实验探究电流与电压、电阻的关系。理解欧姆定律。会看、会画简单的电路图。会连接简单的串联电路、并联电路。说出生产、生活中采用简单串联电路和并联电路的实例。了解串、并联电路的电流、电压特点。会使用电流表和电压表。了解家庭电路和安全用电知识。有安全用电的意识。

(二)“欧姆定律及其应用”的教学目标

知识与技能:

1.使学生会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和其中的电流。

2.通过实验认识电流、电压和电阻的关系。

3.会观察、收集实验中的数据并对数据进行分析。

过程与方法:

1.经历观察、实验以及探究等学习活动的过程并掌握实验的思路、方法;培养学生的实验能力、分析、归纳实验结论的能力;培养学生掌握把一个多因素的问题转变为多个单因素问题的研究方法。

2.能对自己的实验结果进行评估,找到成功和失败的原因。

情感、态度与价值观:

1.让学生用联系的观点看待周围的事物并能设计实验方案证实自己的猜测。

2.培养学生大胆猜想,小心求证,形成严谨的科学精神。

(三)“欧姆定律”相关知识

1.电压

 电路中两点间的电势差 , 反映电场中两点间电势 的高低。

 两点间的电势差在数值上等于单位正电荷由 A 点移动到 B 点时 电场力所做的功。

 电势差可以是正值,也可以是负值,如果我们只关心两点间电势差的大小,可以不区分 UAB 和 UBA,这时电势差取正值,都简写成 U 。

 常见的电压值:

维持人体生物电流的电压约 1.2mV

一节干电池两极间电压 1.5V

电子手表用氧化银电池两极间的电压 1.5V

一节铅蓄电池电压 2V

对人体安全的电压干燥情况下不高于 36V

家庭电路的电压 220V

电视机显像管的工作电压 10kV 以上   

发生闪电的云层间电压 可达 1000kV

2.电流:

 导体中的自由电荷在电场力作用下发生定向移动形成电流。

 金属中的自由电子,电解液(酸、碱、盐的水溶液)中的正、负离子,都是自由电荷。

 规定:正电荷定向移动的方向为电流方向。

 在金属导体中电流的方向与自由电子定向移动的方向相反。在电解液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同,与负离子定向移动的方向相反。

 电源外部电路,电流从电势高的一端流向电势低的一端。

 在电源外部的电路中,电流方向是从电源正极流向负极。

 描述电流强弱的物理量是电流。

 电流的定义是通过导体横截面的电荷量 q 跟通过这些电荷量所用的时间 t 的比值。

 电流的微观表达式: 

S -- 导体的横截面积

n -- 导体每单位体积内的自由电荷数

q -- 每个电荷的电荷量

v -- 电荷的定向移动速率

在国际单位制中电流强度的单位是安培。安培是国际单位制中七个基本单位之一。

 其他六个基本单位分别是:

长度单位——米 质量单位——千克
时间单位——秒 绝对温度单位——开尔文
物质的量单位——摩尔 发光强度单位——坎德拉

 用基本单位可以导出其余各物理量的单位。

 直流电流:电流的方向不发生变化的电流。

 恒定电流:强弱和方向都不发生变化的电流。

 交变电流:强弱和方向都随时间做周期性变化的电流,简称交流,俗称交流电。


 表征交变电流的物理量:周期、频率、最大值、瞬时值、有效值。

 周期或频率用来表示交变电流变化的快慢。

 我国电网的标准频率是 50Hz ,周期是 0.02 秒,电流方向每秒改变 100 次。国外电网也有采用 60Hz 作标准频率的。

 随着时间的变化,不同时刻电流、电压有不同的数值,这个值叫瞬时值。

 一周期内所能达到的最大数值叫最大值,也叫峰值。

 有效值用来表示交变电流产生的效果。

 有效值根据电流热效应来规定的:让交流和直流通过同样阻值的电阻,如果它们在同一时间内产生的热量相等,这一交流电流的有效值就跟这个直流的电流相等。

 家庭电路中用到的是正弦式交变电流。计算表明正弦式电流的最大值是有效值的 倍

 我们通常说家庭电路的电压是 220V ,就是指交流电压的有效值。

 各种使用交变电流的电器设备上所标的额定电压、额定电流的数值、一般交流电流表、交流电压表测量的数值也都是有效值。

 研究交变电流电功率时,使用焦耳定律时用到的电流、电压值也都是有效值。

3.电阻

 在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。

 电阻是导体本身的一种特性。

 实验表明:导体的电阻 R 跟它的长度 L 成正比,跟它的横截面积 S 成反比 ---- 电阻定律。

 电阻率 ρ ,反映材料导电性能。

 单位:欧姆·米(Ω· m )

 纯金属电阻率小,合金电阻率大。

 各种材料的电阻率都随温度而变化。

 金属的电阻率随温度的升高而增大。

 大多数金属在温度降到某一数值时,都会出现电阻突然变为零的现象,超导现象。

 导体由普通状态转变为超导状态的温度 --- 转变温度(临界温度)。

 导体没有了电阻,电流可以毫无阻力地在导线中流动,电流流经超导体时就不发生热损耗。

 用超导材料制成的线圈,电流可以很大,产生的磁场比常规磁体强得多。

 光敏电阻:在光照下电阻大大减小。

 主要用于各种光电控制系统,如光电自动开关门,路灯和其他照明系统的自动亮灭,照相机自动曝光装置,光电计数器等方面。

 热敏电阻:在温度变化时电阻变化得非常迅速。

 可应用于食品储存、医药卫生、科学种田、海洋、深井、高空、冰川等方面的温度测量。

 气敏电阻是利用气体的吸附而使半导体本身的电阻率发生变化这一机理来进行检测的。


4.电源

 电源是能够把其他形式能转化为电能的装置。

 在化学电池中,化学能转化为电能。


在发电机中,机械能转化为电能。

电源两极间存在电压。

不接用电器时电源两极间电压的大小不同。

电动势反映电源把其他形式能转化为电能的本领。

一节干电池的电动势是 1.5V ,表示非静电力将 1C 正电荷从负极移动到正极做功为 1.5J ;有 1.5J 的化学能转化为电能。

当电路中有电流通过时,内外电路的两端都有电势降落。

内电压:内电路两端的电压。

外电压:外电路两端的电压,也叫路端电压,就是将电压表接在电源两极间测得的电压。

在闭合电路中电源电动势等于内、外电压之和, 。

电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间电压。

 电源两端的电压随外电阻的变化而变化。

 初中教学中一般只涉及电源两端电压不变的情况。

5. 闭合电路欧姆定律

内容:在外电路为纯电阻的闭合电路中,电流跟电源电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比。


6.电流表、电压表

 常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表(表头)改装而成。

 磁电式电表的表头主要由永磁铁和放入永磁铁磁场中的可转动的线圈组成。

 当线圈中有电流通过时,线圈在磁场力的作用下带着指针一起偏转。电流越大,指针偏转角度越大。

 表头的满偏电压和满偏电流一般都比较小。

 测量较大电压时需要串联一个较大的分压电阻,将小量程的电流表改装成电压表。

 测量较大电流时,需要并联一个较小的分流电阻,将小量程的电流表改装成大量程的电流表。

 由于实际电表都有内阻,根据部分电路欧姆定律,用伏安法测电阻时总存在系统误差。

 伏安法测电阻时有安培表外接和安培表内接两种电路,实验时应选择系统误差小的电路。

 安培表外接误差分析

优点: 电压表测量值等于实际加在电阻两端的电压值。

缺点: 电流表测量值大于实际通过电阻的电流值。

, 测量值 < 真实值,当待测电阻比电压表内阻小很多时选择安培表外接。

 安培表内接误差分析

优点: 电流表测量值等于实际通过电阻的电流值。

缺点: 电压表测量值大于实际加在电阻两端的电压值。

初中物理“欧姆定律及其应用”学习研究与教学策略 - masllb - 改变自己学会放弃 ,测量值>真实值当待测电阻比电流表内阻大很多时选择安培表内接。

初中物理“欧姆定律及其应用”学习研究与教学策略 - masllb - 改变自己学会放弃

7.多用电表


8.滑动变阻器 ---- 限流电路

 R 两端电压:

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 电路闭合前滑片所处位置:阻值最大处。

滑动变阻器 ---- 分压电路

 R 两端电压:

初中物理“欧姆定律及其应用”学习研究与教学策略 - masllb - 改变自己学会放弃

 电路闭合前滑片所处位置:阻值最小处。

 分压电路的连接  

2016年11月28日 - masllb - 改变自己学会放弃

 

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