時間:2023-08-16 09:19:39
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說課是把執教者的教學設想,教學思想及其理論依據說出來,供同行商榷和交流。今天“說課”的內容是“歐姆定律”一節。下面介紹說這節課的過程。
一、教材分析
“歐姆定律”一課,學生在初中階段已經學過,高中選修教材安排這節課的目的,主要是讓學生通過課堂演示實驗再次增加感性認識;體會物理學的基礎研究方法(即通過實驗來探索物理規律);學習分析實驗數據,得出實驗結論的兩種常用方法——列表對比法和圖像法;再次領會定義物理量的一種常用方法——比值法。這就決定了本節課的教學目的和教學要求。這節課不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容,重點在于要讓學生知道結論是如何得出的;在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段;在實驗過程中是如何控制實驗條件和物理變量的,從而讓學生沿著科學家發現物理定律的歷史足跡體會科學家的思維方法。
本節課在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到復習初中知識的作用,另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎。本節課分析實驗數據的兩種基本方法,也將在后續課程中多次應用。因此也可以說,本節課是后續課程的知識準備階段。
通過本節課的學習,要讓學生記住歐姆定律的內容及適用范圍;理解電阻的概念及定義方法;學會分析實驗數據的兩種基本方法;掌握歐姆定律并靈活運用。本節課的重點是成功進行演示實驗和對實驗數據進行分析,這是本節課的核心,是本節課成敗的關鍵,是實現教學目標的基礎。
本節課的難點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一章中已經接觸過,但學生由于缺乏較多的感性認識,對此還是比較生疏。從教學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量,還是存在著不小的思維臺階和思維難度。對于電阻的定義式和歐姆定律表達式,從教學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。
二、關于教法和學法
根據本節課有演示實驗的特點,本節課采用以演示實驗為主的啟發式教學法。教師邊演示、邊提問,讓學生邊觀察、邊思考,最大限度地調動學生積極參與教學活動。在教材難點處適當放慢節奏,給學生充分的時間進行思考和討論,教師可給予恰當的思維點撥,必要時可進行課堂提問,讓學生充分發表意見。這樣既有利于化解難點,又有利于發揮學生的主體作用,使課堂氣氛更加活躍。
通過本節課的學習,要使學生領會物理學的研究方法,領會怎樣提出研究課題,怎樣進行實驗設計,怎樣合理選用實驗器材,怎樣進行實驗操作,怎樣對實驗數據進行分析及通過分析得出實驗結論和總結出物理規律。同時要讓學生知道,物理規律必須通過實驗的檢驗,從而養成嚴謹的科學態度和良好的思維習慣。
三、對教學過程的構想
為了達成上述教學目標,充分發揮學生的主體作用,最大限度地激發學生學習的主動性和自覺性,對一些主要教學環節,有以下構想:
1. 在引入新課提出課題前,啟發學生思考:物理學的基本研究方法是什么?這樣既對學生進行了方法論教育,也為過渡到演示實驗起承上啟下作用。
2. 對演示實驗所需器材及電路的設計可先啟發學生思考回答,這樣使學生既鞏固實驗知識,又調動學生積極參與。
3. 在進行演示實驗時可請兩位學生上臺協助,同時讓其余學生注意觀察,也可調動全體學生都來參與,積極進行觀察和思考。
4. 用列表對比法對實驗數據進行分析后,提出問題讓學生思考回答:為了更直觀地顯示物理規律,還可以用什么方法對實驗數據進行分析?目的是更加突出方法教育,使學生對分析實驗數據的兩種最常用的基本方法有更深刻的認識。到此應該達到本節課的第一次,通過提問和畫圖像使學生的學習情緒轉向高漲。
5. 在得出電阻概念時,要引導學生從分析實驗數據入手來理解電壓與電流比值的物理意義。此時不要急于告訴學生結論,而應給予充分的時間,啟發學生積極思考,并給予適當的思維點撥。此處節奏應放慢,可提請學生展開討論,讓學生的主體作用得到充分發揮,使課堂氣氛掀起第二次,也使學生對電阻的概念是如何建立的有深刻印象。
6. 在得出實驗結論的基礎上,進一步總結歐姆定律,這實際是認識上的又一次升華。要注意闡述實驗結論的普遍性,在此基礎上可讓學生先行總結,以鍛煉學生的語言表達能力。
7. 為檢驗教學目標是否達成,可自編若干概念題進行反饋練習,達到鞏固之目的。然后結合教材練習題,熟悉歐姆定律的應用,時間不宜過長,以免沖淡主題。
四、授課過程中注意事項
1.注意在實驗演示前對儀表的量程、分度和讀數規則進行介紹。
2.注意正確規范地進行演示操作。
3.注意湊示實驗的可視度。
4. 定義電阻及總結歐姆定律時,要注意層次清楚,避免節奏混亂。
5.所編反饋練習題應重點放在概念辨析和方法訓練上,不能把套公式計算作為重點。
關鍵詞:理論知識與技能訓練一體化;學生分組;實驗報告
中圖分類號:712?搖 文獻標志碼:A 文章編號:1674-9324(2012)05-0220-02
電工技能實驗課的教學目的在于培養學生的基本操作技能,開發學生的探究能力、思維能力和創新能力;課堂上要求學生根據實驗目的設計實驗電路,選擇儀表,確定實驗步驟,測取實驗數據,并能對數據進行分析研究,總結結論。本文以驗證歐姆定律的內容為例,淺析采用理論知識與技能訓練一體化上好電工技能實驗課的教學方法。
一、預習
在準備過程中,帶領學生復習歐姆定律的內容,設定本次實驗目的、方法和步驟,明確實驗過程中應注意的問題,并按照實驗目的設計記錄數據用的表格。同時根據實驗內容設置若干探究、擴展認知的問題,用于開拓學生思維,有利于實驗的順利進行。
例如歐姆定律的實驗目的是驗證電壓U、電流I和電阻R三者之間的關系,即電阻R的伏安特性。導體中的電流I與導體兩端的電壓U成正比,與導體的電阻R成反比,公式I=U/R。在準備過程中,設置問題為:某同學認為,由公式R=U/I可知,在一段導體上所加的電壓越大,這段電阻就越大,這種認識對嗎?為什么?
二、實驗的過程
為了提高實驗的效率,保證實驗安全,有序的進行,實驗過程按以下步驟進行:
1.學生分組。實驗以小組為單位進行,每組4人,明確每個人在實驗過程中接線、控制負載、調節電壓或電流、記錄實驗數據等分工工作,在時間允許情況下,調換組員的分工,重復實驗。
2.選擇器材。實驗時領用實驗元器件和儀表,熟悉它們的參數、結構、功能和注意事項等,這些能幫助學生構建電路,分析原理,進行實驗。
如歐姆定律實驗用到的元器件和儀表包括:直流穩壓電源1臺、直流電壓表(0~15V~30V)1只、直流電流表(0~2.5A~5A)1只、單刀單擲開關1個、萬用表一只、電阻若干。其中電源的輸出電壓是可以調節的,調整范圍(0~10V);電壓表與電阻R并聯,用來測量被測電阻R兩端的電壓;電流表與電阻R串聯,用來測量被測電阻R中流過的電流。儀表在測量的過程中應放置最大量程上,觀察指針的擺動情況,指針的擺動的幅度不能太小,也不能滿偏超過量程。
3.按圖接線,通電觀察。接線必須在切斷電源的情況下進行。依據(圖1)電路圖,把元器件連接好。接線過程中力求簡單,在完成電路功能的情況下,導線用得盡可能少;同時為了查找線路方便,每根功能相同或相近的線路可用顏色相同的導線和插頭,也可以用套管給每根線加上編號。
接線完成后,經指導教師檢查線路無誤后,方可接通電源。改變直流穩壓電源的輸出值,學生如實記錄各儀表的數值填入表中。實驗中,人體不能接觸帶電線路。
4.整理數據和器材。在實驗前學生應該根據公式計算所測數據值。變換輸入信號的大小,如實記錄各個儀表讀數。多測幾組數據,求出平均值。各組所測的數據可能有存在誤差,但總的變化趨勢是一定的(圖2)。
根據上表的數據,以電壓U為橫坐標,電流I為縱坐標,表示電阻R的U/I關系的曲線,稱為伏安特性曲線。由于在實驗中,我們用到的是阻值不變的電阻元件,其伏安特性是線性的。通過發現可以看出,當穩壓電源輸出9V、7V、5V時,電阻R=50Ω測出的電流值也是按一定規律變化,與我們用歐姆定律計算出來的值基本一致。
實驗完畢后,切斷電源,學生將所測數據交給指導教師審閱,經老師認可后拆線,把所有的元器件、儀表等整理好,放在指定位置處。
三、設置問題
在學生完成實驗后,可以根據實驗設計思考題,增強學生對實驗的認識和理解。使學生做到理論聯系實際,提高學生運用知識的能力,達到實驗課的教學目的。
四、實驗報告
實驗報告是根據實驗目的,電路圖的工作原理、測取的數據及實驗中觀察和發現的問題,經過分析研究后寫出對的實驗結論。實驗報告應包括以下內容:
1.實驗名稱、專業、班級、姓名和實驗日期等。
2.列出實驗中所用元器件的名稱及編號、實驗時的電路圖、儀表及其儀表量程。
3.以表格的形式對數據進行整理和計算。
一、基礎知識綜述
1.探究電流與電壓、電阻的關系
探究電流與電壓、電阻的關系時,我們采用控制變量法。一般的結論是:(1)當導體的電阻不變時,導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比;(2)當導體兩端電壓恒定不變時,導體中的電流跟導體的電阻成反比。有時,我們也采用“圖像法”通過描點、畫圖,分析導體的U-I圖像、I-R圖像得出上述結論。
2.歐姆定律
(1)內容:導體中的電流,跟導體兩端的電壓成正比,跟導體的電阻成反比。
(2)表達式I=■。公式中符號U表示導體兩端的電壓,單位是伏(V);I表示導體中的電流,單位是安(A);R表示導體的電阻,單位是歐(Ω)。該公式的兩個變形式:U=IR和R=■。
3.電阻的串聯和并聯
(1)串聯電路的總電阻等于各串聯電阻之和,以兩個電阻為例可用公式表示為:R=R1+R2;串聯電路的總電阻比其中任何一個都大,因為電阻串聯后相當于增加了導體的長度。若n個相等的電阻串聯,則有R串=nR。
(2)并聯電路總電阻的倒數等于各并聯電阻倒數的和,以兩個電阻為例可用公式表示為:■=■+■;并聯電路的總電阻比其中任何一個都小,因為并聯后相當于增加了導體的橫截面積。若n個相等的電阻并聯,則有R并=R/n。
4.伏安法測量小燈泡電阻
(1)方法:用電壓表和電流表間接測量。
(2)原理:歐姆定律的變形公式R=■。
(3)實驗用的電路圖如圖1所示,電路中滑動變阻器的作用一是改變小燈泡兩端的電壓,另一個是保護電路。
(4)實驗過程中的注意事項:a.連接電路時,開關應斷開,滑動變阻器滑片調到阻值最大位置,以保護電路元件的安全。b.閉合開關后,移動滑片,使電壓表示數等于小燈泡的正常工作電壓,從該電壓開始逐次降低,獲得幾組數據。c.利用公式R=■分別算出不同電壓下小燈泡燈絲的阻值,測得的結果不能求平均值,燈泡的電阻隨溫度的升高而增大。
5.歐姆定律和安全用電
(1)斷路:在某處斷開的電路。此狀態下電路中沒有電流,用電器也無法工作。
(2)短路:電路中不該相連的兩點被直接用導線連在一起的現象,叫做短路。一種是電源短路,它是電源兩極直接用導線相連,此時電路中電流非常大,電源會被燒壞,所以這種情況是絕對不允許的;另一種是用電器短路,它是用電器兩端直接用導線相連,被短路的用電器中沒有電流經過。
(3)安全用電:a.人體是導體,電壓越高時,流過人體的電流越大,越危險,實驗證明只有不高于36V的電壓對人體才是安全的。b.雷電是大氣中一種劇烈的放電現象,雨天不能在大樹下躲雨,人們通過在建筑物頂部安裝避雷針的方法防止雷電。
二、典例分析
例 (2012菏澤)實驗室內所用導線很短,導線的電阻忽略不計。但長距離輸電需要兩條輸電線,輸電線的電阻則不能忽略不計。當輸電線某處發生短路時,整個輸電線路的電阻會發生改變。已知每米輸電線的電阻是0.01Ω。(1)請你利用學過的電學知識,在如圖2所示的虛線框內為檢修人員設計一個檢修電路(器材和儀表任選),可以根據儀表的示數進行有關的計算,以確定輸電線短路的位置,便于檢修人員迅速趕往短路所在位置排除故障。(2)計算“短路點與測量點之間的距離”的表達式為:L=_______。
在中學物理教學中常用的教學方法有講授法、實驗法、討論法、探索發現法。教學方法有多種多樣,每一種方法都有自己的特點,各有其適用條件和適用范圍,也就是說,每種方法都有各自的局限性。把某一種方法說成是放之四海而皆準的最佳方法,過份地強調其作用,或把某一種教學方法說得一無是處,過份貶低其作用,都是錯誤的。
我今天要說的類比教學法應屬于講授法中的一種常用方法,講授法的特點就是通過教師的語言,適當輔以其他手段(利用實物、掛圖、類比、演示實驗等),使學生掌握知識,啟發學生思維,發展學生能力。講授法要求物理教師通過各種直觀演示,或以生動形象的事例喚起學生已有的感性認識,系統地講解物理知識,揭示事物的矛盾,講解問題的關鍵、要害,教給學生處理問題的方法,引導學生積極思考,學會掌握物理知識的特點。類比的教學法就是把學生不容易理解的問題通過類比后變得容易理解,把學生容易混淆的知識點通過類比變得清晰,把學生難于記憶的知識通過類比后變得容易記憶,通過比較、分析、綜合、概括、推理等思維過程和形式,把科學的客觀性、邏輯性與一些藝術手法結合起來,使學生在學習知識的過程中,掌握發現問題、處理問題、解決問題的方法,從而發展學生分析問題和解決問題的能力。
在中學物理的教學中,能夠應用類比方法教學的地方很多,如講靜電力學的問題時,我們就可以用類比的方法,通過學生已知的“重力勢能”來類比“電勢能”。在重力場中,物體因受重力作用而相對于某點(參考點)具有重力勢能,而在電場中,電荷因受電場力作用而相對于某點(參考點)具有電勢能;在重力場中,物體在重力作用下從高處向低處移動時,重力做功,對同一物體,高度差越大,重力做功越多。與此類似,電荷在電場中移動時,電場力做功,同一個電荷從一點移動到另一點時,電場力做功越多,就說這兩點間的電勢差越大,從而講清楚“電勢差”(即電壓)的概念;另外,說“電勢”和說“高度”一樣,得選一個高度的起點,即電勢零點和高度的起點是可類比的,選好高度的起點就可以測量物體的高度了,如選海平面為高度的起點,就可以測量各地的海拔高度,選人的腳底為高度的起點就可以測量人的身高等等,同理,選了電勢零點即可用電勢差(電壓)測量電場中各點電勢的高低了。
在學生剛接觸“電壓”這一概念時是比較抽象和難于理解的,電壓即“電位差”,如果用“水位差”來類比不就可以把抽象的問題變得形象化了嗎?,以U形管為例,當兩端水位高度一致時,U形管中的水是不會流動的,只有當兩端的水位高度不一致時,即有水位差時,U形管中的水才會流動,且水流方向是從高水位端流向低水位端。同理,在電路中,沒有電位差就不會形成電流,在電阻電路中,電流方向也總是從高電位端流向低電位端;在特殊情況下,水流可以從低水位端流向高水位端,如抽水機抽水時,那是外力對水做了功。類似的,電流也可以從低電位端流向高電位端,如電源內部,那是非靜電力做功的結果。相似嗎?
在講庫侖定律時,我們常把萬有引力定律拿來對比講解,因為庫侖定律的公式和萬有引力的公式真是有著驚人的相似,庫侖力和萬有引力的大小都與兩個物體之間距離的二次方成反比,與兩個物體的質量或電荷量的乘積成正比,力的方向都在兩個物體的連線上。利用這種相似性的類比,可以使學生更好地記住這兩個公式,這種相似性也可以啟發人們思考這樣的問題:庫侖力和萬有引力之間有沒有內在聯系?從更深層次上看,會不會是同一種相互作用的不同的表現呢?從而激發學生的求知欲。
在講到磁路歐姆定律時,我們往往用電路歐姆定律來類比,因為磁路和電路也有很多相似之處,如電路有電阻,磁路有磁阻;電路有電動勢,磁路有磁動勢;電路有電流,磁路有磁通;電路中的電流跟電動勢成正比,而磁路中的磁通跟磁動勢成正比;電路中電流跟電阻成反比,而磁路中磁通跟磁阻成反比;磁路歐姆定律的數學表達式為:磁通=磁動勢?M磁阻。電路歐姆定律:電流=電動勢?M電阻。可見他們非常相似,故教學時宜采用類比的方法進行教學。
在講電場、磁場時,當我們講完了左手定則,右手定則,右手螺旋定則和楞次定律時,學生對這幾個定則的應用是模湖的,混淆的,常常是該用左手定則的地方用右手定則,該用右手定則的地方又用左手定則,為消除學生的這種模湖和混淆,我們就必須把這幾個定則放到一起進行比較,比較他們有哪些相似處和異同點,比較他們各自的用途和注意事項,從而使學生能準確地應用這幾個定則。
《導體的電阻》是新課標物理選修3-1的第二章《恒定電流》第六節的內容,它是電學的基本規律之一,本節內容安排在部分電路歐姆定律知識之后,起到了承上啟下的作用,部分電路的歐姆定律是研究導體兩端電壓、流過的電流等外界條件與導體電阻的數量關系而非決定關系;電阻定律是研究導體材料、長度、橫截面積等自身條件與電阻的決定關系。學生在初中已經定性研究了導體材料、長度、橫截面積等自身條件與電阻的決定關系,本節在此基礎上通過實驗分析進行定量描述的研究,同時突出了“電阻率”這一物理概念,這部分知識與現代科技、生活、生產等有著密切聯系。本節課以問題為主線,通過同手實驗、觀察分析,輔助以多媒體進行教學。
2.教學目標
2.1知識目標
(1)通過探究“導體電阻與其影響因素的定量關系”這個實驗,探究導體電阻與長度、橫截面積、材料的關系,體會控制變量法在科學研究中的重要作用。
(2)通過邏輯推理,探究導體電阻與長度、橫截面積的定量關系。
(3)通過運算,知道電阻率的的物理意義及電阻定律的內容和表達式。
(4)通過“加熱日光燈絲,觀察歐姆表示數變化”這個實驗,了解電阻率與溫度的關系。
2.2能力目標
(1)經歷實驗探究或邏輯推理探究導體電阻與其影響因素的定量關系的過程,使學生進一步掌握控制變量的科學方法。
(2)通過探究活動,培養學生科學思維的能力和合作交流的能力。
2.3情感目標
(1)通過對各種材料電阻率的介紹,加強學生安全用電的意識。
(2)培養實事求是、嚴謹認真的科學態度。
(3)讓學生在自主學習中體會成功的喜悅,激發求知欲望,增強學習興趣.
3.教學重難點
重點:電阻定律;
難點:電阻率。
4.器材準備
電壓表,電流表,直流電源,滑動變阻器,電阻絲示教板,酒精燈,電阻絲(一根),多用電表。
5.教學流程
環節一 舊知鏈接,多媒體展示問題。
(1)電阻的定義式:,電阻是反映的物理量。
(2)n個阻值同為R的電阻串聯,電路的總電阻為,n個阻值同為R的電阻并聯,總電阻為。
設計意圖:復習舊知,為學習新知識熱身。
環節二提出問題,引入新課。
(師)問題1、為了改變電路中的電流,應該如何操作?
根據歐姆定律可知,只要增加導體兩端的電壓或降低倒導體的電阻即可。
(師)問題2、給定一個導體,如何測量它的電阻?(學生自己設計電路)
從上述問題可以看出,導體的電阻與兩端的電壓以及通過導體的電流無關,那么導體的電阻與導體的哪些因素有關呢?
設計意圖:通過問題引導學生思考導體的電阻究竟跟什么因素有關,激發學生學習興趣
環節三 新課教學,分組實驗、探索定律。
(1)影響電阻的因素可能有哪些呢:(材料、長度、橫截面積、溫度……)
(2)解決辦法——控制變量法 引導學生設計表格。
(3)實驗探究:
A、引導學生設計實驗電路圖(教師投影打出)。
B、出示電阻定律示教板、說明板上的幾種金屬材料。
C、引導學生連接電路,并說明注意事項。
D、依次對四種金屬材料的電阻進行測量。
E、對數據進行分析:
定性觀察——R與長度、橫接面積有關。
設計意圖:通過自己設計實驗,小組合作動手做實驗,測量數據,通過比較電阻與長度、橫截面積的關系,初步得出電阻與長度、橫截面積的關系,培養學生動手實驗能力和數據分析能力。
(4)邏輯推理探究:
分組活動:A、理論探討電阻R與長度L的關系 n個電阻串聯。
B、理論探討電阻與橫截面積的關系n個電阻并聯。
投影展示電路圖
設計意圖:通過理論探討得出分析導體的電阻與和它的長度的關系、與它的橫截面積的關系
(5)實驗:探究導體電阻與材料的關系(投影展示):
A、根據以上分析,我們可以等式的形式寫出用導體長度l、導體橫截面積S表示電阻R的關系式,比例系數用一常量表示,此等式為_____________。
B、已知上述試驗中,導體長度l=50cm,直徑d=0.50mm,橫截面積S=1/4πd2=1.96×10-7m2,根據上述實驗數據,分別計算上面四個導體的比例系數,并填入填入表格。
C、分析上述比例系數的物理意義:
設計意圖:通過對實驗數據的分析,得出比例系數即是電阻率,并使學生清楚的知道不同物體的電阻率不同,從而得出電阻定律的表達式。
環節四 總結規律,深化理解。
由學生總結電阻定律:
(1)內容:同種材料的導體的電阻R跟它的長度L成正比,跟它的橫截面積S成反比;導體電組與構成它的材料有關。這就是電阻定律。
(2)公式:R=ρ
教師指出:式中ρ是比例常數,它與導體的材料有關,是一個反映材料導電性能的物理量,稱為材料的電阻率。
電阻率ρ:
(1)電阻率是反映材料導電性能的物理量。
(2)單位:歐·米(Ω·m)
[投影]幾種導體材料在20℃時的電阻率
學生思考:
(1)金屬與合金哪種材料的電阻率大?
(2)制造輸電電纜和線繞電阻時,怎樣選擇材料的電阻率?
設計意圖:通過對電阻率的學習,讓學生認識到電阻率在實際生活中的應用。
環節五、電阻率與溫度的關系。
演示實驗:將日光燈燈絲(額定功率為8W)與演示用歐姆表調零后連接成下圖電路,觀察用酒精燈加熱燈絲前后,歐姆表示數的變化情況。
學生總結:當溫度升高時,歐姆表的示數變大,表明金屬燈絲的電阻增大,從而可以得出:金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。
教師:介紹電阻溫度計的主要構造、工作原理。如圖2.6-5所示。
圖2.6-5 金屬電阻溫度計
學生思考:錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小,怎樣利用它們的這種性質?
設計意圖:鞏固知識,強化訓練。
環節六:自主完善,意義構建。
讓學生自己總結這節課學習的內容和方法,找出學習過程中,理解不透徹,容易混淆的地方進行小組合作學習
實驗報告,就是在某項科研活動或專業學習中,實驗者把實驗的目的、方法。步驟、結果等,用簡潔的語言寫成書面報告。
實驗報告必須在科學實驗的基礎上進行。成功的或失敗的實驗結果的記載,有利于不斷積累研究資料,總結研究成果,提高實驗者的觀察能力。分析問題和解決問題的能力,培養理論聯系實際的學風和實事求是的科學態度。
二、寫作要求
實驗報告的種類繁多,其格式大同小異,比較固定。實驗報告,一般根據實驗的先后順序來寫,主要內容有:
1.實驗名稱名稱,要用最簡練的語言反映實驗的內容。如驗證某定律,可寫成“驗證×××”;如測量的實驗報告,可寫成“×××的測定。”
2.實驗目的實驗目的要明確,要抓住重點,可以從理論和實踐兩個方面考慮。在理論上,驗證定理定律,并使實驗者獲得深刻和系統的理解,在實踐上,掌握使用儀器或器材的技能技巧。
3.實驗用的儀器和材料如玻璃器皿。金屬用具、溶液、顏料、粉劑、燃料等。
4.實驗的步驟和方法這是實驗報告極其重要的內容。這部分要寫明依據何種原理。定律或操作方法進行實驗,要寫明經過哪兒個步驟。還應該畫出實驗裝置的結構示意圖,再配以相應的文字說明,這樣既可以節省許多文字說明,又能使實驗報告簡明扼要。清楚明白。
5.數據記錄和計算指從實驗中測到的數據以及計算結果。
6.結果即根據實驗過程中所見到的現象和測得的數據,作出結論。
7.備注或說明可寫上實驗成功或失敗的原因,實驗后的心得體會、建議等。
有的實驗報告采用事先設計好的表格,使用時只要逐項填寫即可。
三、撰寫時應注意事項
寫實驗報告是一件非常嚴肅。認真的工作,要講究科學性、準確性。求實性。在撰寫過程中,常見錯誤有以下幾種情況:
1.觀察不細致,沒有及時、準確、如實記錄。
在實驗時,由于觀察不細致,不認真,沒有及時記錄,結果不能準確地寫出所發生的各種現象,不能恰如其分。實事求是地分析各種現象發生的原因。故在記錄中,一定要看到什么,就記錄什么,不能弄虛作假。為了印證一些實驗現象而修改數據,假造實驗現象等做法,都是不允許的。
2.說明不準確,或層次不清晰。
比如,在化學實驗中,出現了沉淀物,但沒有準確他說明是“晶體沉淀”,還是“無定形沉淀”。說明步驟,有的說明沒有按照操作順序分條列出,結果出現層次不清晰。凌亂等問題。
3.沒有盡量采用專用術語來說明事物。
例如,“用棍子在混合物里轉動”一語,應用專用術語“攪拌”較好,既可使文字簡潔明白,又合乎實驗的情況。
4.外文、符號、公式不準確,沒有使用統一規定的名詞和符號。
驗證歐姆定律
【實驗目的】通過實驗加深對歐姆定律的理解,熟悉電流表、電壓表、變阻器的使用方法。
【知識準備】學習有關理論(略)
【實驗器材和裝置】器材:電流表、電壓表、電池組、定值電阻滑動變阻器、導線、開關、裝置(略)
【實驗步驟】
1. 按圖示連接電路。
2.保持定值電阻r不變,移動滑動變阻器的銅片,改變加在r兩端的電壓,將電流表、電壓表所測得的電流強度。電壓的數值依次填人表一。
3.改變定值電阻凡同時調節變阻器,使加在r兩端的電壓保持不變,將電阻r的數值與電流表測得的電流強度的數值依次填人表二。
4.通過實驗分析:當r一定時,i和v的關系及v一定時,i與r的關系。
表 一
r(歐姆)=4ωv(伏特)0.4v0.8v 1.2v
i(安培) 0.1a0.2a0.3a
表 二
v(伏特)=0.6vr(歐姆)1ω2ω 4ω
i(安培)0.6a0.3a0.15a
【實驗記錄】
1.調節滑動變阻器礦,觀察電壓表和電流表,可以看出,電阻r兩端的電壓增大到幾倍,通過它的電流強度也增大到幾倍。這表明,在電阻一定時,通過導體的電流強度同這段導體上的電壓成正比。
2.更換不同的定值電阻,調節滑動變阻器礦,保持r的電壓不變,可以看出,定值電阻r的數值增大到幾倍,通過它的電流強度就縮小到幾分之一。這表明在電壓不變時,通過導體的電流強度跟這段導體的電阻成反比。
1 一道試題
1。1 試題呈現
2015年蘇錫常鎮二模卷第10題:將兩個金屬電極鋅片和銅片插入一個水果中就可以做成一個水果電池,某興趣小組欲測量水果電池的電動勢和內阻。
(1)甲同學用多用表的直流電壓(0~1 V)檔估測某水果電池的電動勢,穩定時指針如圖[TP12GW39。TIF,Y#]1中A所示,則讀數為[CD#3]V;用多用表的歐姆×100檔估測水果電池的內阻,穩定時指針如圖1中B所示,則讀數為[CD#3]Ω。上述測量中存在一重大錯誤,是[CD#3]。
(2)乙同學采用如圖2所示電路進行測量,并根據測量數據做出了[SX(]1[]I[SX)]-R圖象,則根據圖3,該水果電池的電動勢為[CD#3]V,內阻為[CD#3]Ω。(結果保留兩位有效數字)
[TP12GW40。TIF,BP#]
答案如下:(1)0。84;3。2×103;不能用多用電表電阻檔直接測電源內阻;(2)0。96±0。02 (1。6±0。1)×103
1。2 試題分析
本題圍繞一個重要的電學實驗――“測量電源電動勢和內阻”展開考查,具體涉及多用電表的讀數及操作、實驗電路的設計、圖象法處理數據等內容。如表1所示。
[JZ][HT6]表1
[BG(!][BHDFG2,WK3,K10,K17W]
序號[]考查內容[] 易錯點解析 [HJ*3]
[BHDG4*2,WK3,K10ZQ*3,K17ZQ*3W]1[]會正確進行多用電表的讀數[]讀電壓時應注意量程(“0~1 V”),讀電阻時要注意多用電表歐姆檔刻度不均勻,還有讀數應乘以所選的倍率
[BH]2[]會正確使用多用電表歐姆檔[]用多用電表歐姆檔測電阻時必須把電阻從回路中取出,因此不能直接測電源的內阻
[BHG4*2]3[]“安阻法”測電源電動勢和內阻的原理[]由閉合電路歐姆定律得到1/I-R圖象是線性的,且圖線的斜率大小等于1/E,圖線的縱截距大小等于r/E
[BHDG2]4[]圖象法處理實驗數據[]單位要換算成國際單位(A和Ω) [HJ2mm]
[BG)F][HJ]
1。3 試題評價
本題用水果電池代替常見的干電池、鉛蓄電池、手機鋰電池作為實驗對象,給人一種獨辟蹊徑、眼前一亮的感覺。水果電池取材方便、貼近生活、變化豐富,既適合學生進行探究,也體現了“從生活走向物理”的教育理念。
2 兩處不同
2。1 實驗對象
本題的實驗對象變成了水果電池。在平時的教學中,許多教師都會習慣性地選擇干電池進行實驗,這是因為干電池比較穩定,實驗操作也較簡單方便。實際上,學生在初中就已經接觸過水果電池,在化學課“原電池”部分也學習過相關內容,所以對水果電池并不陌生。筆者在講評課上與學生進行了交流。
師:水果電池的工作原理是什么?
生1:水果中含有豐富的水果酸,是一種很好的電解質,將不同的金屬材料做成電極插入水果中,用導線將電極與用電器相連,回路中就會有電流通過。
師:如何判斷水果電池的正、負極?
生2:根據原電池的工作原理,水果電池兩電極必須存在金屬活動性上的差異。本題中鋅更活潑,所以鋅片失去電子,其反應方程為Zn-2e-[FY=]Zn2+。電子經外電路流向銅片,由于物理學中規定正電荷定向移動的方向為電流方向,所以外電路中電流從銅片流向鋅片,由此判斷銅片是水果電池的正極。
師:水果電池的電動勢、內阻與哪些因素有關?[HJ1。5mm]
生3:正負電極的活動性差異越大,水果電池的電動勢越大。由電阻定律R=ρ[SX(]l[]S[SX)]可知,增加兩電極間的距離,相當于增加導體長度,水果電池的內阻增大;增加電極插入的深度,相當于增大導體橫截面積,水果電池的內阻減小。
2。2 實驗器材和電路
由于實驗對象發生了變化,實驗器材和電路也需要進行相應的調整。在測量干電池的電動勢和內阻時,通常選擇學生電表(電壓表0~3 V、電流表0~0。6 A)和滑動變阻器進行實驗。由于水果電池的內阻很大(一般上千歐姆),為了便于讀數和操作,選擇電阻箱和微安表進行實驗。
實驗器材 水果,電極:銅片、鋅片,MF47多用電表,微安表:量程0~500 μA,電阻箱(0~9999 Ω),帶鱷魚夾的導線若干、開關、砂紙、小刀等。
實驗電路及測量原理 實驗電路如圖4,根據閉合電路歐姆定律E=I(r+R),整理得
[SX(]1[]I[SX)]=[SX(]1[]E[SX)](r+R)。
作出[SX(]1[]I[SX)]-R圖線,若圖線的斜率為k,[TP12GW41。TIF,Y#]縱軸截距為b,則電源的電動勢E=[SX(]1[]k[SX)],內阻r=[SX(]b[]k[SX)]。
3 三個追問
3。1 追問1(實驗誤差分析)[HJ]
本題中微安表也有內阻,因此會引起實驗誤差。用此電路測電池電動勢與內阻,測量值與真實值的關系是:E測[CD#3]E真、r測[CD#3]r真。(填“”或“=”)。
分析 若考慮微安表的內阻,不妨設其為rg,則根據閉合電路歐姆定律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圖線,若圖線的斜率為k,縱軸截距為b,則電源的電動勢E=[SX(]1[]k[SX)],內阻r=[SX(]b[]k[SX)]-rg。與上面推導的結果相比可得:E測=E真、r測>r真。
3。2 追問2(實驗注意事項)
為能較為準確地完成該實驗,在儀表、導線都正常工作的前提下,請依據水果電池的工作原理,提出一些實驗操作過程中需要注意的事項。(只需填寫一項即可)[CD#3]。
分析 水果電池很不穩定,容易極化,因此電池電動勢會明顯下降,內阻會明顯增大,因此實驗中讀數要快,每次讀完立即斷開開關。也可回答:用砂紙將金屬片表面的氧化層磨去以增加其導電性;將所選水果切開,用小刀在其上劃幾刀以增加其導電性等。
3。3 追問3(實驗思想方法)
某研究性學習小組對水果電池電動勢和內阻可能的影響因素進行探究。成員們通過討論,得出了以下一些可能影響的因素:水果種類、水果溫度、電極種類、電極間距、電極插入深度等。在進行實驗探究時,需要用到的物理思想方法是[CD#3]。
分析 本探究實驗運用“控制變量”的思想方法,分別對不同影響因素進行探究。
4 四點策略
4。1 “會操作”打基礎
研究近幾年各地高考實驗題不難發現,命題者越來越重視對基本儀器操作的考查。如2014年江蘇高考物理試卷第10題的第1問,考查了用螺旋測微器測合金絲的直徑。“為防止讀數時測微旋桿發生轉動,讀數前應先旋緊哪個部件?”真正操作過的學生會比較熟悉,反之則不容易得分。
針對這一變化,教師在指導學生復習實驗時,應特別關注基本儀器的使用。《考試說明》中所列的基本儀器主要有:刻度尺、游標卡尺、螺旋測微器、天平、秒表、電火花計時器或電磁打點計時器、彈簧測力計、電流表、電壓表、多用電表、滑動變阻器和電阻箱等。要讓學生了解這些儀器的構造、原理、用途,掌握儀器的量程、使用方法和使用規則,以達到熟練操作、正確讀數。
本題中所考查的多用電表使用,還包括諸如機械調零、歐姆調零、倍率的選擇等操作,假如在高考復習中讓學生操作一次多用電表,完成幾項測量任務,將會起到事半功倍的復習效果。
4。2 “懂原理”是關鍵
高考實驗題的命題往往是在幾個重點實驗的基礎上進行的,因此掌握這些實驗的原理是解題的關鍵所在。分析近五年江蘇高考物理試卷(如表2)可以發現,電學中常考的三個經典實驗:探究決定導線電阻的因素、描繪小燈泡的伏安特性曲線、測量電源的電動勢和內阻,以及新增考點“練習使用多用電表”分別出現在各年的試卷上。
針對上述情況,教師在進行實驗復習教學時,應加強對實驗原理的分析。同時,也要關注基本實驗的變式,提升學生對實驗原理的遷移應用能力。
本題考查的測電源電動勢和內阻,可以用伏安法,也可以
[HT6][JZ]表2
[BG(!][BHDFG2,WK4,K18,K8W]
年份[]實驗名稱[]實驗原理(操作)
[BHD]2010年[]測量電源的電動勢和內阻[]“伏阻法”
[BH]2011年[]測量電阻的阻值[]“替代法”
[BH]2012年[]用多用電表探究黑箱中的電學元件[]多用電表的操作
[BH]2013年[]探究小燈泡的功率P與電壓U的關系[]“伏安法”
[BH]2014年[]測量合金絲的電阻率[]“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,但是實驗原理均為閉合電路歐姆定律E=U+Ir,都是在用各種方法尋找方程解出E和r。因此,在復習備考時牢牢抓住幾個基本實驗,確保每一個的原理都了然于心,高考解題時就游刃有余了。
4。3 “能分析”促嚴謹
實驗誤差的分析也是高考實驗題考查的重要內容。如2014年海南高考物理試卷第12題考查了用伏安法測量一電池的內阻,其中第(4)問“在你設計的電路中,產生系統誤差的主要原因是[CD#3]”。熟悉的學生知道該實驗的系統誤差主要是由于電壓表不能看成理想表而引起的。
《考試說明》中明確指出:認識誤差問題在實驗中的重要性,了解誤差的概念,知道系統誤差和偶然誤差;知道多次測量求平均值的方法可以減小偶然誤差;能在某些實驗中分析誤差的主要來源。這就要求教師多關注誤差分析,多對學生進行指導,而且筆者認為,教師不但要教會學生如何“定性分析誤差的來源”,還要啟發學生“合理給出減小誤差的方法”,從而不斷提高學生分析問題和解決問題的能力。
本題中由于微安表有內阻,會引起系統誤差,由閉合電路歐姆定律分析可以得到E測=E真、r測>r真。其實,通過前面的推導不難發現,只要知道了微安表的內阻值,該系統誤差就可以消除了。誤差分析能培養學生科學、嚴謹的研究態度,很好地體現了物理學中“情感態度價值觀”的課程目標,所以在復習中應引起足夠的重視。
4。4 “巧設計”提能力
高考實驗題中的設計性問題是對學生理解能力、創新能力的綜合考查,這類試題要求高、難度大,對學生很具有挑戰性。
設計性實驗題一般要求學生根據題目提出的目的和要求,并結合已給出的器材或背景,設計出實驗方案并完成實驗。由于設計性實驗題開放性很強,在平時的復習中很難遇到一模一樣的題目,所以教師更應強化學生對物理概念和規律的理解,提升學生將課本中分組實驗和演示實驗的原理、方法遷移到新背景中的能力;同時重視基本物理語言的培養,學會用簡潔明了的物理語言描述現象和闡述問題。
一、學生為什么會感覺電學難學
教師和學生為什么會對電學的教學和學習感到恐懼和厭煩,主要還是因為電學本身內在規律與學生認知能力思維習慣存在偏差.電學部分知識不僅概念多、公式多而且還非常抽象,需要學生運用抽象的、系統的思維進行思考和學習.但是,一方面初中階段學生在思維能力的訓練和發展還存在不足,特別是在對于有比較復雜的電路圖題目的分析和解答上面,不知道如何進行化繁為簡巧妙運用相關知識進行解題;另一方面,不善于或不能夠將電學實驗中獲得的結論與基本的概念公式進行比對歸納,導致很多學生雖然參與了電學實驗,也親手組建了實驗電路,但對串聯電路、并聯電路、歐姆定律、焦耳定律、電壓功率等基本概念、基本特征以及基本公式內在的聯系感到茫然.在電學教學中,教師由于需要教授大量的知識點而疏于對經驗規律的總結和歸納,兩方面問題相互結合、相互影響就造成了教師和學生對電學部分知識的恐懼和厭煩.
二、教師應當如何提高電學部分教學的實效性
1.注重電學基礎知識的學習和歸納
電學部分知識雖然概念多、公式多,但只要善于用系統的思維總結和歸納其中的關聯,學習起來并不會很難.那么,在電學部分諸多知識點中的哪些才是最根本的呢?簡要歸納起來就是“53231”:“5”指的是電流、電壓、電阻、電功、電功率這五個電學中最基本的概念;“3”指的是歐姆定律以及串、并聯這兩種基本電路的電流、電壓、電阻的基本特征;“2”指的是電壓表和電流表這兩種電學中最基本的測量儀器;“3”指的是串、并聯電路的構建以及伏安法測電阻、伏安法測功率這三種電學中最基本的實驗方法;“1”指的是電學知識學習中的一個最基本的方法――控制變量法.這“53231”基本涵蓋了電學中的大部分知識點,也可以通過換算與轉換與其他的概念、公式、規律和實驗建立聯系.因此,讓學生掌握這“53231”代表的概念、反映的現象、與其他概念(公式、實驗、定律)存在的聯系和區別、在解題中的注意事項等知識就相當于幫助學生大體掌握了電學方面的基本知識.在此基礎上,要特別注意控制變量法在電學知識上的靈活應用,如在歐姆定律I=U/R的教學時要把電流I、電壓U、電阻R三者之間關系講明白,就必須讓學生腦海中先對I、U、R分別進行定量,然后得出其余兩者之間的關系.當然,要讓學生完全掌握電學的知識點,關鍵還應該多進行多題型、多角度的練習加以鞏固.
2.注重電學實驗的教學
實驗是讓學生鞏固和檢驗所學的基本概念、公式、定律的關鍵環節,也是提高學生動手能力和科學精神的重要手段.對于電學部分的每一個實驗,教師都要指導學生做好認真準備、親自動手、歸納總結這三個環節.在實驗之前,要讓學生對實驗的原理、目的、實驗電路圖的設計、測量所用的儀器、步驟等環節先進行預習和掌握.在實驗中,要求學生要嚴格按照電學實驗的操作規范安全操作,仔細觀察測量結果和實驗現象,實事求是記錄實驗數據.在實驗結束之后,要根據實驗對應的原理和知識進行對照總結,對實驗失敗的原因進行深入分析并提出改進的措施和辦法.除了正常的課堂實驗外,還應該鼓勵學生用一些簡單易得的器材做一些小實驗、小制作來檢驗和驗證所學的理論知識,提高學生對電學理論知識的感性認識,當然必須要提醒和教育學生學會安全用電.
3.注意培養學生的讀圖解題能力