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摘要:《闭合电路欧姆定律》是高中物理第二册(必修加选修)第十四章第六节的内容。其主要教学内容有两部分:电动势和闭合电路欧姆定律。本文通过对教材、学生及教学过程进行反思,总结出了适合学生的教学方法和学习方法。
关键词:探究式学习;教学方法;闭合电路欧姆定律;反思
《闭合电路欧姆定律》是高中物理第二册(必修加选修)第十四章第六节的内容。其主要教学内容有两部分:电动势和闭合电路欧姆定律。本课在网络环境下开展教学活动,有其利的一面也有其弊的一面,如何指引学生一起完成这节课,分别从教材、学生及教学过程进行了反思。
1.教材内容及教学对象分析,明确教学目的
1.1教材分析
对教材分析的是否透澈,对教学目的是否明确是一堂课能否成功的前提。所以在上课之前教师必须要对本节课的知识目标、能力目标及情感目标明确。
1.1.1、知识目标:知道电动势的定义;理解闭合电路欧姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意义,并能熟练地用来解决有关的电路问题;知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和;理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题;理解闭合电路的功率表达式;理解闭合电路中能量转化的情况。
1.1.2能力目标:培养学生分析解决问题能力,会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化规律;理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题;通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律,培养学生用多种方式分析问题能力。
1.1.3情感目标:通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生普遍联系观点;通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系;通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想;知道用能量的观点说明电动势的意义。
1.2、学生分析
学生是课堂的主题,一堂课成功与否在于学生能不能对本节课的内容理解和掌握,所以对学生的分析是很必要的。
1.2.1、学生接受电动势这个概念是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。但是电动势这个概念比较抽象,涉及的知识面较广,要使学生全面、深刻地理解它是有困难的。新教材考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要,简化了电动势的教学,其基本内容有下列两方面:一个是电源电动势是由电源本身的性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化为电能的本领,另一个是电源电动势的值可用电压表测出——电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;在闭合电路里,电源电动势等于内、外电压之和。教材提出电动势这个概念,但没有给电动势下定义,只是讲它“等于”什么。
1.2.2、路端电压U与外电阻R的关系,是一个难点。演示实验由学生自己通过仿真实验记录数据并指导学生得出规律,使学生有明确的感性认识,同时这也更大程度的提高了高二学生的逻辑推理能力。
1.3、教学重点、难点分析:
1.3.1、重点:闭合电路欧姆定律的内容及U随R变化的规律。
1.3.2、难点:应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系;应用定律解决简单的实际问题。
2.教学过程
2.1设定猜想、实验论证,激发学生兴趣,引入新课
向学生展示平时生活中常用的干电池、蓄电池、电源,干电池上注明1.5V,蓄电池上标明2.0V,电源上标明15V,用伏特表测电池两侧可以直接测出分别为1.5V、2.0V、15V,再出示一个普通手电筒上的小灯泡。
实物演示实验:将小灯泡与2.0V的蓄电池相接,请学生观察灯的亮度——正常发光,已很亮。
提问:如果将这个灯泡与标明为15V的电源相接,我们可以猜想一下,小灯泡会怎样?
学生根据生活经验可能会回答:小灯会被烧毁,或即使不烧毁也会比接3V电源时亮得多,也有可能和接2.0V的一样。
演示实验:将小灯接在15V电源上,结果是:小灯不但没有烧毁,亮度反而比接2.0V电源时暗一些。与学生猜想结果大相径庭。
要圆满解释上述现象就要用到本节课将要学习的内容——闭合电路的欧姆定律。
请同学们在仿真实验中观察刚才演示实验的现象,思考:电灯亮度不同主要是因为哪个或哪些物理量不同?这种现象是怎样产生的?
2.2新课教学
2.2.1、电动势
2.2.1.1电动势:我们发现干电池、蓄电池等两端的电压是不相同的,其实这两端电压是由电源本身的性质决定,同种电源两极间电压相同,不同种电源两极间电压不同。我们引入电动势这个概念来表征电源的这种特性。
2.2.1.2电动势E的物理意义:是描述电源把其他形式的能量转化为电能本领大小的物理量。其值等于电源没有接入电路时两极间的电压。
2.2.2、闭合电路的欧姆定律
2.2.2.1认识电路:引导学生观察教学网页中的实验电路,了解闭合电路和分电路;内电路和外电路。知道电源外部电流流向和电源内部电流流向。
2.2.2.2闭合电路欧姆定律:学生在仿真实验中,可以在电阻元件上单击右键,选择“属性”改变电阻值,闭合开关,将电动势、电流和电阻关系记录在表中,对数据进行分析,得出闭合电路的欧姆定律:I=U/(R+r)
2.2.3、路端电压U跟负载R的关系
2.2.3.1、演示实验中电灯亮与暗的实质:电灯作为负载(即用电器),其亮度主要看加在负载上的“有效”电压即路端电压U,在负载正常工作情况下,U大,则灯的亮度高,U小,则亮度低。而将电灯换成可变电阻R,改变外电路R,路端电压U跟负载R有什么关系呢?
2.2.3.2、分析讨论U随R变化的规律:
对于同一个电源,一般情况下其电动势E和内阻r是不变的,当外电阻R变化的时候,请同学们根据闭合电路欧姆定律:I=E/(R+r),引导学生从理论上来讨论U的变化规律。当R增大时,有I减小,I、R都是变量,在没有给出I、R具体数据的情况下,单纯利用部分电路的欧姆定律U=IR来判断U的变化是很困难的。但在闭合电路中,内、外电压通过关系式E=U+U'是联系在一起的,而E是常量。因为U'=Ir(r为常量),我们发现U'的变化是很容易判定的,完全可以先判定U'的变化,再根据E=U+U'进而确定U的变化。
仿真实验:在仿真实验下进行测试,验证上述推论的正确性。
2.2.3.3、讨论两种特殊情况
2.2.3.3.1短路:R=0,I=E/r,U'=E,U=0
说明:短路时电流取决于E、r,一般情况下r很小,故短路时电流很大,由于电流的热效应,常会烧坏电源甚至引起火灾。
仿真实验:演示短路时保险丝熔断的现象及如何排除故障,恢复电路的正常工作。
2.2.3.3.2断路:R→∞,I=0,U'=0,U=E伏特表测电动势的原理,主要是伏特表内阻大,测出的数据略小于E。
2.3探究演示实验中灯泡亮度不同的实质
根据闭合电路欧姆定律,电源本身具有内阻,其电路中电流I=E/(R+r),所以,当闭合电路电源电动势大的时候,由于r值的不同,两个电路的I不一定相同,也不一定是E大的电流就大,所以出现灯泡亮度不同的现象。学生可以通过在实验里添加伏特表和电流表进行测量,并利用闭合电路的欧姆定律可以计算出这两个不同电源6V和12V的内阻r是多少,从而可以知道这两个电路中流过相同灯泡的电流I的大小。
3、教学反思
3.1明确教学目的任务,掌握物理思维特点,培养学生思维能力。本课重点即定律的内容不是老师强加到学生脑中,而是通过学生自主的探究,在一定思考和推理情况下学到知识,因此教师设计教学一定要符合高中学生的思维能力,通过“猜想——实验——验证”严密的科学探究方法,培养学生能力。
3.2、本课教学中用到较多的仿真实验,具有安全性和可操作性,避免了实际操作中的用电安全问题。安全的仿真实验可充分发掘学生的好动性、探知性,用学生特有探究角度去思考问题,有效地发挥学生的个性,并使学生的创新能力得到拓展。同时通过仿真实验的操作,提高学生的生活用电安全意识。
3.3、本课教学能充分联系生活实际,培养了学生的知识综合应用能力。如为避免短路现象的发生安装保险丝;生活用电中电灯的亮度问题等。
3.4、本课教学能构建有效的网络环境,提供给学生自主学习权。网络环境设定任务,通过人机交互,学生有选择的开展学习,探索适合自己的学习方法,完成教学内容。学生还可以按自己的水平层次将课堂内未完成的内容拓展到课外,作到课题学习和课外思考的互通。
关键词:探究式学习;教学方法;闭合电路欧姆定律;反思
《闭合电路欧姆定律》是高中物理第二册(必修加选修)第十四章第六节的内容。其主要教学内容有两部分:电动势和闭合电路欧姆定律。本课在网络环境下开展教学活动,有其利的一面也有其弊的一面,如何指引学生一起完成这节课,分别从教材、学生及教学过程进行了反思。
1.教材内容及教学对象分析,明确教学目的
1.1教材分析
对教材分析的是否透澈,对教学目的是否明确是一堂课能否成功的前提。所以在上课之前教师必须要对本节课的知识目标、能力目标及情感目标明确。
1.1.1、知识目标:知道电动势的定义;理解闭合电路欧姆定律的公式,理解各物理量及公式的物理意义,并能熟练地用来解决有关的电路问题;知道电源的电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压,电源的电动势等于内、外电路上电势降落之和;理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题;理解闭合电路的功率表达式;理解闭合电路中能量转化的情况。
1.1.2能力目标:培养学生分析解决问题能力,会用闭合电路欧姆定律分析外电压随外电阻变化规律;理解路端电压与电流(或外电阻)的关系,知道这种关系的公式表达和图线表达,并能用来分析、计算有关问题;通过用公式、图像分析外电压随外电阻改变规律,培养学生用多种方式分析问题能力。
1.1.3情感目标:通过外电阻改变引起电流、电压的变化,树立学生普遍联系观点;通过分析外电压变化原因,了解内因与外因关系;通过对闭合电路的分析计算,培养学生能量守恒思想;知道用能量的观点说明电动势的意义。
1.2、学生分析
学生是课堂的主题,一堂课成功与否在于学生能不能对本节课的内容理解和掌握,所以对学生的分析是很必要的。
1.2.1、学生接受电动势这个概念是掌握闭合电路欧姆定律的关键和基础。但是电动势这个概念比较抽象,涉及的知识面较广,要使学生全面、深刻地理解它是有困难的。新教材考虑到学生的接受能力和满足后续知识的需要,简化了电动势的教学,其基本内容有下列两方面:一个是电源电动势是由电源本身的性质决定的,它表征了电源将其他形式的能转化为电能的本领,另一个是电源电动势的值可用电压表测出——电源电动势等于电源没有接入电路时两极间的电压;在闭合电路里,电源电动势等于内、外电压之和。教材提出电动势这个概念,但没有给电动势下定义,只是讲它“等于”什么。
1.2.2、路端电压U与外电阻R的关系,是一个难点。演示实验由学生自己通过仿真实验记录数据并指导学生得出规律,使学生有明确的感性认识,同时这也更大程度的提高了高二学生的逻辑推理能力。
1.3、教学重点、难点分析:
1.3.1、重点:闭合电路欧姆定律的内容及U随R变化的规律。
1.3.2、难点:应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系;应用定律解决简单的实际问题。
2.教学过程
2.1设定猜想、实验论证,激发学生兴趣,引入新课
向学生展示平时生活中常用的干电池、蓄电池、电源,干电池上注明1.5V,蓄电池上标明2.0V,电源上标明15V,用伏特表测电池两侧可以直接测出分别为1.5V、2.0V、15V,再出示一个普通手电筒上的小灯泡。
实物演示实验:将小灯泡与2.0V的蓄电池相接,请学生观察灯的亮度——正常发光,已很亮。
提问:如果将这个灯泡与标明为15V的电源相接,我们可以猜想一下,小灯泡会怎样?
学生根据生活经验可能会回答:小灯会被烧毁,或即使不烧毁也会比接3V电源时亮得多,也有可能和接2.0V的一样。
演示实验:将小灯接在15V电源上,结果是:小灯不但没有烧毁,亮度反而比接2.0V电源时暗一些。与学生猜想结果大相径庭。
要圆满解释上述现象就要用到本节课将要学习的内容——闭合电路的欧姆定律。
请同学们在仿真实验中观察刚才演示实验的现象,思考:电灯亮度不同主要是因为哪个或哪些物理量不同?这种现象是怎样产生的?
2.2新课教学
2.2.1、电动势
2.2.1.1电动势:我们发现干电池、蓄电池等两端的电压是不相同的,其实这两端电压是由电源本身的性质决定,同种电源两极间电压相同,不同种电源两极间电压不同。我们引入电动势这个概念来表征电源的这种特性。
2.2.1.2电动势E的物理意义:是描述电源把其他形式的能量转化为电能本领大小的物理量。其值等于电源没有接入电路时两极间的电压。
2.2.2、闭合电路的欧姆定律
2.2.2.1认识电路:引导学生观察教学网页中的实验电路,了解闭合电路和分电路;内电路和外电路。知道电源外部电流流向和电源内部电流流向。
2.2.2.2闭合电路欧姆定律:学生在仿真实验中,可以在电阻元件上单击右键,选择“属性”改变电阻值,闭合开关,将电动势、电流和电阻关系记录在表中,对数据进行分析,得出闭合电路的欧姆定律:I=U/(R+r)
2.2.3、路端电压U跟负载R的关系
2.2.3.1、演示实验中电灯亮与暗的实质:电灯作为负载(即用电器),其亮度主要看加在负载上的“有效”电压即路端电压U,在负载正常工作情况下,U大,则灯的亮度高,U小,则亮度低。而将电灯换成可变电阻R,改变外电路R,路端电压U跟负载R有什么关系呢?
2.2.3.2、分析讨论U随R变化的规律:
对于同一个电源,一般情况下其电动势E和内阻r是不变的,当外电阻R变化的时候,请同学们根据闭合电路欧姆定律:I=E/(R+r),引导学生从理论上来讨论U的变化规律。当R增大时,有I减小,I、R都是变量,在没有给出I、R具体数据的情况下,单纯利用部分电路的欧姆定律U=IR来判断U的变化是很困难的。但在闭合电路中,内、外电压通过关系式E=U+U'是联系在一起的,而E是常量。因为U'=Ir(r为常量),我们发现U'的变化是很容易判定的,完全可以先判定U'的变化,再根据E=U+U'进而确定U的变化。
仿真实验:在仿真实验下进行测试,验证上述推论的正确性。
2.2.3.3、讨论两种特殊情况
2.2.3.3.1短路:R=0,I=E/r,U'=E,U=0
说明:短路时电流取决于E、r,一般情况下r很小,故短路时电流很大,由于电流的热效应,常会烧坏电源甚至引起火灾。
仿真实验:演示短路时保险丝熔断的现象及如何排除故障,恢复电路的正常工作。
2.2.3.3.2断路:R→∞,I=0,U'=0,U=E伏特表测电动势的原理,主要是伏特表内阻大,测出的数据略小于E。
2.3探究演示实验中灯泡亮度不同的实质
根据闭合电路欧姆定律,电源本身具有内阻,其电路中电流I=E/(R+r),所以,当闭合电路电源电动势大的时候,由于r值的不同,两个电路的I不一定相同,也不一定是E大的电流就大,所以出现灯泡亮度不同的现象。学生可以通过在实验里添加伏特表和电流表进行测量,并利用闭合电路的欧姆定律可以计算出这两个不同电源6V和12V的内阻r是多少,从而可以知道这两个电路中流过相同灯泡的电流I的大小。
3、教学反思
3.1明确教学目的任务,掌握物理思维特点,培养学生思维能力。本课重点即定律的内容不是老师强加到学生脑中,而是通过学生自主的探究,在一定思考和推理情况下学到知识,因此教师设计教学一定要符合高中学生的思维能力,通过“猜想——实验——验证”严密的科学探究方法,培养学生能力。
3.2、本课教学中用到较多的仿真实验,具有安全性和可操作性,避免了实际操作中的用电安全问题。安全的仿真实验可充分发掘学生的好动性、探知性,用学生特有探究角度去思考问题,有效地发挥学生的个性,并使学生的创新能力得到拓展。同时通过仿真实验的操作,提高学生的生活用电安全意识。
3.3、本课教学能充分联系生活实际,培养了学生的知识综合应用能力。如为避免短路现象的发生安装保险丝;生活用电中电灯的亮度问题等。
3.4、本课教学能构建有效的网络环境,提供给学生自主学习权。网络环境设定任务,通过人机交互,学生有选择的开展学习,探索适合自己的学习方法,完成教学内容。学生还可以按自己的水平层次将课堂内未完成的内容拓展到课外,作到课题学习和课外思考的互通。