首頁 > 精品范文 > 歐姆定律的推導(dǎo)過程
時間：2023-10-08 15:32:41
序論：寫作是一種深度的自我表達(dá)。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內(nèi)心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇歐姆定律的推導(dǎo)過程范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。
《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，同時也是高中物理電路部分的重點內(nèi)容，深刻理解并掌握本節(jié)內(nèi)容對今后電路學(xué)習(xí)具有極大的幫助。在高中物理課堂教學(xué)活動開展中，為了有效提高《閉合電路歐姆定律》教學(xué)設(shè)計的有效性，下面本文首先簡單分析了《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)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計為方法的課堂教學(xué)實踐，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)用這兩個問題展開的。教材在設(shè)計中意在從能量守恒的觀點推導(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，將實驗放在學(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)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計。
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)主要有以下幾個方面：一是，經(jīng)進(jìn)閉合電路歐姆定律的理論推導(dǎo)過程，體驗?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)問題的能力；三是，通過路端電壓與負(fù)載的關(guān)系實驗，培養(yǎng)學(xué)生利用實驗探究物理規(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單的實際問題，培養(yǎng)學(xué)生運用物理知識解決實際問題的能力。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)用這兩個問題展開的，其中涉及到了“電動勢和內(nèi)阻”、“用電勢推導(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， 只要能夠為其構(gòu)建一個完善的體系，將這些知識有機的結(jié)合起來，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)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計，對于提高課堂教學(xué)有效性具有積極意義。
2.創(chuàng)設(shè)“問題情境”的教學(xué)設(shè)計具體實踐
首先，通過問題的提出激發(fā)學(xué)生的求知欲。例如：將一個小燈泡接在已充電的電容器兩極，另一個小燈泡在干電池兩端，會觀察到什么現(xiàn)象？并展示生活中的一些電源，演示手搖發(fā)電機使小燈泡發(fā)光和利用紐扣電池發(fā)聲的音樂卡片實驗，使學(xué)生進(jìn)行思考這些現(xiàn)象出現(xiàn)的原因。通過觀察學(xué)生會發(fā)現(xiàn)手搖發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)化成電能的過程，停止搖動就沒有電能，燈泡就不會亮，而干電池、蓄電池是將化學(xué)能轉(zhuǎn)化成電能，其化學(xué)能能夠為干電池提供持續(xù)供電的功能，因此小燈泡能夠持續(xù)發(fā)光。然后教師再在這個基礎(chǔ)上提出問題：什么是電源的電動勢？之后指出電源電動勢的概念，幫助學(xué)生認(rèn)識電源的正負(fù)極，并畫出等效的電路圖，利用學(xué)生已知的知識，如電勢相當(dāng)于高度，電勢差則相當(dāng)于高度差，這樣學(xué)生就能夠很好的對電勢差以及電源電動勢的內(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勢。另外還可以從能量的角度引導(dǎo)學(xué)生對其進(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)于電源的電動勢，車費相當(dāng)于內(nèi)電壓（必要的無用功），買衣服的費用就相當(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，要通過實驗來引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究。物理學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，觀察和實驗是提出問題的基礎(chǔ)，在實驗教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生觀察要細(xì)致人微，要善于從實驗中發(fā)現(xiàn)問題，直觀、形象的實驗現(xiàn)象能激發(fā)學(xué)生思考?？梢宰寣W(xué)生通過實驗來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，再從理論上進(jìn)行分析。然后演示電動勢分別為3V和9V（舊）的電源向一個燈泡供電實驗，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。通過這種方式能夠讓學(xué)生很容易就明白流過燈泡的實際電流不僅與電源的電動勢有關(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
一、寓培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度于學(xué)生實驗操作之中
歐姆定律是一個實驗定律，因此在教學(xué)“歐姆定律”一節(jié)時，教師必須在學(xué)生對“電流與電壓、電阻”之間關(guān)系進(jìn)行猜想假設(shè)的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗方案，精心組織學(xué)生進(jìn)行實驗。在實驗前指導(dǎo)學(xué)生：（1）根據(jù)電路圖準(zhǔn)確連接電路；（2）仔細(xì)檢查電路及電表、滑動變阻器等連接是否準(zhǔn)確；（3）在確認(rèn)無誤時，動手實驗，并認(rèn)真觀察、精確記錄數(shù)據(jù)；（4）明確滑動變阻器在兩次實驗中的作用：使定值電阻兩端電壓成整數(shù)倍變化和保持電阻兩端電壓不變；（5）分析實驗中可能出現(xiàn)的數(shù)據(jù)差異原因，重復(fù)實驗，直至準(zhǔn)確。對于在實驗中怕麻煩、湊數(shù)據(jù)的學(xué)生及時用科學(xué)家尊重事實、刻苦鉆研及時教育他們，端正他們態(tài)度，幫助他們用實驗得出準(zhǔn)確結(jié)果。通過實驗，使學(xué)生得到了歐姆定律實驗所需要的數(shù)據(jù)，也培養(yǎng)了學(xué)生觀察實驗?zāi)芰蛯嵤虑笫?、客觀、細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，從而激發(fā)學(xué)生勤奮求真的熱情。
二、寓培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法于分析實驗數(shù)據(jù)和歸納出實驗結(jié)論之中
在得出實驗數(shù)據(jù)之后，就著手組織學(xué)生分析數(shù)據(jù)、歸納出結(jié)論。在引導(dǎo)時，引導(dǎo)學(xué)生回憶“探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素”的實驗方法，并要學(xué)生用之中方法研究電流跟電壓、電阻兩個因素的關(guān)系，即（1）固定電阻不變時，研究電流跟電壓的關(guān)系；（2）固定電壓不變時，研究電流跟電阻的關(guān)系。最后將兩次結(jié)論綜合起來，應(yīng)用數(shù)學(xué)函數(shù)知識得出電流跟電壓、電阻的關(guān)系。接著，根據(jù)學(xué)生實驗數(shù)據(jù)組織討論，并分析歸納實驗結(jié)論。（1）分析“研究電流跟電壓關(guān)系”表格：電流隨電壓增大而增大，且電壓增大幾倍電流也增大幾倍。得出結(jié)論1：當(dāng)電阻一定時，電流與電壓成正比。（2）分析“電流與電阻關(guān)系”表格：電流隨電阻的增大而減小，且電阻增大幾倍，電流就減小到原來的幾分之一。得出結(jié)論2：當(dāng)電壓一定時，電流與電阻成反比。歸納結(jié)論1、2，即得歐姆定律。在整個研究、分析、抽象，歸納過程中，使學(xué)生潛移默化地學(xué)會了：（1）研究問題的方法――控制變量法；（2）對實驗數(shù)據(jù)的綜合――分析――抽象――歸納的處理方法，從而學(xué)到了由特殊、個別推到一般的邏輯推理方法。這些方法都是學(xué)生終生受益的科學(xué)研究方法。在得出實驗結(jié)論――歐姆定律后，教師接著就組織學(xué)生用他們已學(xué)過的數(shù)學(xué)知識推導(dǎo)歐姆定律的計算公式：（1）把電流與電壓成正比表達(dá)成I∝U；（2）把電流與電阻成反比表達(dá)成I∝1/R，把（1）、（2）結(jié)合起來得出計算公式：I=U/R；通過公式推導(dǎo)使學(xué)生了解到不同學(xué)科之間的聯(lián)系，它不僅開闊了學(xué)生的視野，也可使學(xué)生學(xué)到物理公式常用的科學(xué)的數(shù)學(xué)方法。
三、寓培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思想于理解、應(yīng)用定律之中
對于實驗定律――歐姆定律，在理解其內(nèi)容時，引導(dǎo)學(xué)生討論：能不能把定律敘述的導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比、與導(dǎo)體兩端電阻成反比改敘述成導(dǎo)體兩端電壓與導(dǎo)體電流成正比、導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體電流成反比？讓學(xué)生在討論中明白：敘述定律時只能按課本那樣敘述，否則是錯誤的。這是因為事物內(nèi)部矛盾的雙方有主有次，這里電壓、電阻是矛盾的主要方面，是事物變化的依據(jù)，對事物變化起決定作用的；而電流則是矛盾的次要方面，它是隨電壓、電阻變化而變化的，在事物變化中處于服從地位；這樣使敘述在討論中理解了定律，在理解定律過程中獲得了一次科學(xué)的認(rèn)識教育。
在講解定律公式的應(yīng)用時，如教師通過P111教材例1的講解，強調(diào)了定律的應(yīng)用是有條件的，即（1）同體性：只能適用于同一段電路中的電流、電壓以及電阻之間的關(guān)系的運算；（2）同時性；（3）計算時數(shù)字代入單位必須是國際單位制中主單位。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到真理是有局限性的，是離不開特定條件的。又如教師通過課本例2講解，強調(diào)了定律的應(yīng)用性，即通過歐姆定律可以求出導(dǎo)體的電阻值，也就是可用伏安法測未知電阻，使學(xué)生體會到：理論的實踐性以及理論與實踐的一致性。此外取平均值可以減小實驗誤差；表格可以得到實驗結(jié)論1等。
四、寓培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神于介紹科學(xué)家的事例之中
結(jié)合課本中“信息庫”介紹，使學(xué)生了解德國的物理學(xué)家歐姆發(fā)現(xiàn)了電路中遵循的基本“交通規(guī)則”，但他幼年家貧，曾中途輟學(xué)，后全憑自己努力，完成學(xué)業(yè)。他為了得到歐姆定律，花費了十年心血。當(dāng)時的實驗條件非常差，他自制了測電流的電流扭秤，花五年時間才找到電壓穩(wěn)定的電源。經(jīng)過長期細(xì)致的研究，終于取得了成果。在教學(xué)中把歐姆的對學(xué)習(xí)勤奮刻苦，對科學(xué)知識的執(zhí)著追求，在科學(xué)研究道路上勇于探索、百折不撓的獻(xiàn)身精神及對人類社會的貢獻(xiàn)，展現(xiàn)在學(xué)生面前，使學(xué)生從中接受了熱愛科學(xué)、追求真理的科學(xué)接受教育。
教育者在實施科學(xué)素養(yǎng)教育時不是生硬的說教，應(yīng)有機結(jié)合教材適時適量地滲透；科學(xué)素養(yǎng)教育是素質(zhì)教育的核心，在實施時教師還應(yīng)當(dāng)有意識、有目的地進(jìn)行，同時聯(lián)系教材中其他素質(zhì)教育因素如能力、智力、科學(xué)美等全方位地開展，并做到主、次得當(dāng)，這就需要安排好教學(xué)過程和節(jié)奏，從而使素質(zhì)教育得到全面培養(yǎng)。
【參考文獻(xiàn)】
知識目標(biāo)
1．鞏固串聯(lián)電路的電流和電壓特點.
2．理解串聯(lián)電路的等效電阻和計算公式.
3．會用公式進(jìn)行簡單計算.
能力目標(biāo)
1．培養(yǎng)學(xué)生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2．培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實際的能力.
情感目標(biāo)
激發(fā)學(xué)生興趣及嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，加強思想品德教育.
教學(xué)建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題，從實驗得出結(jié)論.串聯(lián)電路總電阻的計算公式是本節(jié)的重點，用等效的觀點分析串聯(lián)電路是本書的難點，協(xié)調(diào)好實驗法和理論推導(dǎo)法的關(guān)系是本書教學(xué)的關(guān)鍵．
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實驗和理論證明相結(jié)合的方式進(jìn)行學(xué)習(xí).
實驗法和理論推導(dǎo)法并舉，不僅可以使學(xué)生對串聯(lián)電路的總電阻的認(rèn)識更充分一些，而且能使學(xué)生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些．
由于實驗法放在理論推導(dǎo)法之前，因此該實驗就屬于探索性實驗，是伏安法測電阻的繼續(xù)．對于理論推導(dǎo)法，應(yīng)先明確兩點：一是串聯(lián)電路電流和電壓的特點．二是對歐姆定律的應(yīng)用范圍要從一個導(dǎo)體擴展到幾個導(dǎo)體（或某段電路）計算串聯(lián)電路的電流、電壓和電阻時，常出現(xiàn)一個“總”字，對“總”字不能單純理解總和，而是“總代替”，即“等效”性，用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路．
教學(xué)設(shè)計方案
1．引入課題
復(fù)習(xí)鞏固，要求學(xué)生思考，計算回答
如圖所示，已知，電流表的示數(shù)為1A，那么
電流表的示數(shù)是多少？
電壓表的示數(shù)是多少？
電壓表的示數(shù)是多少？
電壓表V的示數(shù)是多少？
通過這道題目，使學(xué)生回憶并答出串聯(lián)電路中電流、電壓的關(guān)系
（1）串聯(lián)電路中各處的電流相等．
（2）串聯(lián)電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和．
在實際電路中通常有幾個或多個導(dǎo)體組成電路，幾個導(dǎo)體串聯(lián)以后總電阻是多少？與分電阻有什么關(guān)系？例如在修理某電子儀器時，需要一個10的電阻，但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻，而只有一些5的電阻，那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢？
電阻的串聯(lián)知識可以幫助我們解決這個問題．
2．串聯(lián)電阻實驗
讓學(xué)生確認(rèn)待測串聯(lián)的三個電阻的阻值，然后通過實驗加以驗證．指導(dǎo)學(xué)生實驗．按圖所示，連接電路，首先將電阻串聯(lián)入電路，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓表的讀數(shù)為一整數(shù)（如3V），電流表的讀數(shù)為0．6A，根據(jù)伏安法測出.
然后分別用代替，分別測出．
將與串聯(lián)起來接在電路的a、b兩點之間，提示學(xué)生，把已串聯(lián)的電阻與當(dāng)作一個整體（一個電阻）閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器使電壓示數(shù)為一整數(shù)（如3V）電流表此時讀數(shù)為0．2A，根據(jù)伏安法測出總電阻．
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果得出總電阻與、的關(guān)系.
再串入電阻，把已串聯(lián)的電阻當(dāng)作一個整體，閉合開關(guān)，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數(shù)為一整數(shù)（如3V）電流表此時示數(shù)為0．1A，根據(jù)伏安法測出總電阻．
引導(dǎo)學(xué)生比較測量結(jié)果，得出總電阻與的關(guān)系：.
3．應(yīng)用歐姆定律推導(dǎo)串聯(lián)電路的總電阻與分電阻的關(guān)系：
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯(lián)電路中
所以
這表明串聯(lián)電路的總電阻等于各串聯(lián)導(dǎo)體的電阻之和．
4．運用公式進(jìn)行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯(lián)起來接在6V的電源上，求這串聯(lián)
電路中的電流
讓學(xué)生仔細(xì)讀題，根據(jù)題意畫出電路圖并標(biāo)出已知量的符號及數(shù)值，未知量的符號．
引導(dǎo)學(xué)生找出求電路中電流的三種方法
（1）（2）（3）
經(jīng)比較得出第（3）種方法簡便，找學(xué)生回答出串聯(lián)電路的電阻計算
解題過程
已知V，求I
解
根據(jù)得
答這個串聯(lián)電路中的電流為0.3A.
強調(diào)歐姆定律中的I、U、R必須對應(yīng)同一段電路.
例二有一小燈泡，它正常發(fā)光時燈絲電阻為8.3，兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源，要使燈泡正常工作，需要串聯(lián)一個多大的電阻？
讓學(xué)生根據(jù)題意畫出電路圖，并標(biāo)明已知量的符號及數(shù)值，未知量的符號.
引導(dǎo)學(xué)生分析得出
（1）這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V，而電源電壓是6V，那么串聯(lián)的電阻要分擔(dān)的電壓為
（2）的大小根據(jù)歐姆定律求出
（3）因為與串聯(lián)，通過的電流與通過的電流相等.
（4）通過的電流根據(jù)求出.
解題過程
已知，求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
一、滑動變阻器的變動對電流電壓的影響
圖1例1（2011年山東臨沂）如圖1所示的電路，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)，當(dāng)滑動變阻器的滑片向右滑動時，下列分析正確的是（）
（A） 燈泡變亮，電流表的示數(shù)變大
（B） 燈泡變暗，電流表的示數(shù)變小
（C） 燈泡亮度不變，電流表的示數(shù)變大
（D） 燈泡亮度不變，電流表的示數(shù)變小
解析：滑片移動時可知滑動變阻器接入電阻的變化，則由歐姆定律可得出電路中電流的變化，由電流變化可知燈泡的亮度變化.當(dāng)滑片向右移動時，接入電阻變小，故電路中總電阻減小，因電壓不變，由歐姆定律I=U/R 可得，電流增大，故電流表示數(shù)變大，燈泡的實際功率變大，故亮度變大.（A）正確.
答案：（A）
點撥：本題屬于電路的動態(tài)分析，此類題可先分析局部電阻的變化，再將滑動變阻器和定值電阻視為整體進(jìn)行分析，得出總電阻的變化，最后由歐姆定律分析電流的變化.此類題目也屬于歐姆定律的常規(guī)題目，體現(xiàn)了電學(xué)中整體法的應(yīng)用.
圖2例題延伸：如圖2所示，電源電壓保持不變，閉合開關(guān)，將滑動變阻器的滑片向右滑動時，則（）
（A）通過燈L的電流變小，變阻器兩端的電壓變小
（B） 通過燈L的電流變大，變阻器兩端的電壓變大
（C） 燈L兩端的電壓變小，通過變阻器的電流變小
（D） 燈L兩端的電壓變大，通過變阻器的電流變小
解析：滑動變阻器的滑片右移，變阻器接入電路中的電阻增大，電路中的總電阻增大，則電流減小，同時燈L分得的電壓也減小，則變阻器分得的電壓就變大.
答案： （C）
點撥：本題考查滑動變阻器的原理、電阻對電路中電流的影響以及串聯(lián)電路的分壓原理，考查學(xué)生分析問題的能力.
二、滑動變阻器與電表的測量目標(biāo)問題
例2（2011年山東聊城）如圖3所示，閉合開關(guān)S，使滑動變阻器的滑片向左移動，則（ ）
（A） 電流表示數(shù)變?。˙） 電壓表示數(shù)變大
（C） 電壓表示數(shù)不變（D） 燈泡變亮
解析：從圖中可以看出，這是一個串聯(lián)電路，即滑動變阻器與小燈泡串聯(lián)，電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓.當(dāng)滑片向左移動時，其阻值減小，電路中的總電阻減小，故在電源電壓不變的情況下，電流中的電流變大，通過小燈泡的電流變大，小燈泡變亮，（A）項錯誤，（D）項正確；由于滑動變阻器的阻值減小，故它分得的電壓也減小，（B）、（C）兩項錯誤.
答案：（D）
點撥：判斷電路中的電表示數(shù)變化情況時，應(yīng)首先明確電路的連接方式及電表的測量對象，然后根據(jù)歐姆定律及串并聯(lián)電路的電流、電壓特點進(jìn)行分析.
圖3圖4例題延伸： 如圖4所示電路，電源兩端電壓保持不變.閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器的滑片P向右滑動時，下列判斷正確的是 （ ）
（A） 電壓表V1示數(shù)變小，電壓表V2示數(shù)變大，電流表示數(shù)變小
（B） 電壓表V1示數(shù)變大，電壓表V2示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小
（C） 電壓表V1示數(shù)變小，電壓表V2示數(shù)變小，電流表示數(shù)變小
（D） 電壓表V1示數(shù)變大，電壓表V2示數(shù)變大，電流表示數(shù)變大
解析：從題圖可知，電路為串聯(lián)電路，電壓表V1測滑動變阻器兩端的電壓，電壓表V2測定值電路R2兩端的電壓.閉合開關(guān)S，當(dāng)滑動變阻器的滑片P向右滑動時，變阻器連入電路的電阻變大，電路中電流變小，定值電阻R2兩端的電壓變小，即電壓表V2的示數(shù)變小，根據(jù)串聯(lián)電路的電壓規(guī)律可知，變阻器兩端的電壓變大，即電壓表V1的示數(shù)變大，答案為（B）.
答案：（B）
點撥：本題考查串聯(lián)電路和歐姆定律的知識，解此類題的關(guān)鍵是明確電壓表所測的對象，弄清各用電器之間的關(guān)系，熟記串聯(lián)電路的分壓原理.
三、滑動變阻器與伏安法實驗探究
例3（2011年浙江紹興）小敏用如圖5甲所示的電路圖，研究通過導(dǎo)體的電流與導(dǎo)體電阻的關(guān)系，電源電壓恒為6 V.改變電阻R′的阻值，調(diào)節(jié)滑動變阻器滑片，保持R兩端的電壓不變，記下相應(yīng)的4次實驗的電流和電阻值，描繪在乙圖中.
圖5 （1）實驗過程中，移動變阻器滑片時，眼睛應(yīng)注視（選填序號）；
（A） 變阻器滑片（B） 電壓表示數(shù)（C） 電流表示數(shù)
（2）在丙圖中，用筆線代替導(dǎo)線，將電壓表正確連入電路.
（3）實驗中，他所選擇的變阻器是（選填序號）
（A） 10 Ω，0.5 A（B） 20 Ω，1 A（C） 50 Ω，2 A
（4）乙圖中陰影部分面積表示的科學(xué)量是.
（5）實驗過程中，如果出現(xiàn)了電流表示數(shù)為0，電壓表示數(shù)接近6 V，電路發(fā)生的故障可能是.
解析：探究電壓一定時，電流與電阻的關(guān)系時，在不斷的改變定值電阻的同時，必須不斷的移動滑動變阻器，使得電壓表的示數(shù)是一個定值，故在移動滑片的同時，眼睛觀察電壓表的示數(shù)；通過電流與電阻的圖像中可以看出保持電壓表的示數(shù)是2 V，故電壓表接入電路中時，所選的量程應(yīng)該是0～3 V的，且并聯(lián)在電阻兩端；陰影部分為電壓值；滑動變阻器型號的選擇應(yīng)該與定值電阻的阻值差不多，故所選型號為“10 Ω，0.5 A”的；如果電路中出現(xiàn)電流表的示數(shù)為零，說明在電路中出現(xiàn)了斷路，電壓表有示數(shù)說明是電阻R處出現(xiàn)了斷路.
圖6答案：（1）（B）
（2）如圖6所示 （3）（C） （4）電壓 （5）電阻R處有斷路
點評：此題從實物圖的連接、滑動變阻器型號的選擇、故障的分析等方面較為綜合的考查了學(xué)生，從中加強了學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)，是一道不錯的電學(xué)中考題.
圖7例4（2011年四川綿陽）如圖7所示是測量小燈泡電阻和電功率的實驗電路圖，當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，電流表、電壓表的示數(shù)變化情況是（ ）
（A） 增大、增大 （B） 增大、減小
（C） 減小、增大 （D） 減小、減小
解析：當(dāng)滑動變阻器的滑片向左移動時，電阻R的阻值減小，電路中的總電阻減小，根據(jù)歐姆定律I=U/R可知電路中的電流增大，即電流表的示數(shù)增大.同樣根據(jù)歐姆定律推導(dǎo)公式U=IR可得出燈泡兩端的電壓增大，即電壓表的示數(shù)也增大，所以（B）（C）（D）均是錯誤的.
答案：（A）
點撥：本題考察的是綜合運用歐姆定律的知識，這也是初中物理的重點和難點內(nèi)容，也是同學(xué)們?nèi)菀壮鲥e的地方，在套用公式時容易“張冠李戴”.
四、滑動變阻器與電阻的匹配問題
圖8例5（2011年南京）小華用如圖8所示的電路探究電流與電阻的關(guān)系.已知電源電壓為6 V，滑動變阻器R2的最大電阻為20 Ω，電阻R1為10 Ω.實驗過程中，將滑動變阻器滑片移到某一位置時，讀出電阻R1兩端電壓為4 V，并讀出了電流表此時的示數(shù).緊接著小華想更換與電壓表并聯(lián)的電阻再做兩次實驗，可供選擇的電阻有15 Ω、30 Ω、45 Ω和60 Ω各一個，為了保證實驗成功，小華應(yīng)選擇的電阻是 Ω和 Ω.
解析：為了探究電流與電阻的關(guān)系，應(yīng)保持4 V電壓，當(dāng)所換電阻為45 Ω和60 Ω時，無論如何調(diào)節(jié)，所換電阻兩端的電壓都超過4 V，故45 Ω和60 Ω電阻不可以.
關(guān)鍵詞：電動機；純電阻與非純電阻；電路分析
在直流電路中，通過電阻的電流產(chǎn)生的能量轉(zhuǎn)化是能量計算的重點知識，但由于不能夠正確區(qū)分純電阻與非純電阻，導(dǎo)致求解中出現(xiàn)問題，特別含有電動機的相關(guān)計算。下面以電動機為例，來解決純電阻與非純電阻應(yīng)用中的區(qū)別與聯(lián)系。
一、過程再現(xiàn)及分析
含有電動機電路，有電流通過電動機時，線圈消耗電能，產(chǎn)生其他形式能量（內(nèi)能、機械能等），該能量轉(zhuǎn)化過程為電流做功的過程，即消耗電功W=UIt，電流通過線圈產(chǎn)生的焦耳熱Q=I2Rt，那么，兩者之間有何關(guān)系呢？
解決方案：假如Q=W，則UIt=I2Rt，推導(dǎo)出I=，即歐姆定律，而歐姆定律是需在純電阻情況下才成立的。
分析：根據(jù)歐姆定律的適用條件，電流通過電阻產(chǎn)生的電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即電功等于電熱，此時由歐姆定律適用的電路叫做純電阻電路；歐姆定律不適用的電路叫做非純電阻電路。
問題設(shè)計1：電機在受阻不轉(zhuǎn)動的情況下，電壓、電流和電阻的存在的何種關(guān)系，消耗的電能和產(chǎn)生的電熱有何關(guān)系？
問題設(shè)計2：電動機在轉(zhuǎn)動的狀態(tài)下，電壓、電流和電阻的關(guān)系有何特點，消耗的電能和產(chǎn)生的電熱有何關(guān)系？
問題設(shè)計意圖：明確辨別純電阻電路與非純電阻電路。
問題設(shè)計3：進(jìn)一步探究電機在受阻不轉(zhuǎn)動的情況下，電壓、電流和熱功率、總功率的有何關(guān)系？
探究結(jié)果：在純電阻電路中，熱功率在總功率中所占比重大，純電阻電路產(chǎn)生的電熱近似等于消耗的電功，即W=Q。
問題設(shè)計4：探究電動機在正常轉(zhuǎn)動的情況下，電壓、電流和熱功率、總功率之間有何關(guān)系？
探究結(jié)果：在非純電阻電路中，熱功率在總功率中所占比重小。根據(jù)能量守恒，W=E+Q，即電動機消耗的電能等于產(chǎn)生的機械能及產(chǎn)生的熱量的總和。
二、例題分析
工地經(jīng)常用電動機提升重物，其裝置如圖所示，電動機兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，物體A重20N，電動機線圈的電阻為r=1Ω。求：
（1）電動機正常工作時，線圈電阻消耗的熱功率為多少？
（2）電動機正常工作時，電動機輸入功率和輸出功率各是多少？
（3）如果接上電源后，線圈被卡住，不能轉(zhuǎn)動，這時通過電動機的電流，以及電動機消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？
解析：電動機正常工作時，其電路為非純電阻電路，其中消耗的電功率一部分轉(zhuǎn)化為線圈的熱功率，另一部分轉(zhuǎn)化為電動機的機械功率。
（1）電動機線圈上消耗的熱功率為
P熱=I2r=12×1W。
（2）電動機的輸入功率為消耗的電功率
P入=UI=5×1W=5W
電動機的輸出功率
P出=P入-P熱=5W-1W=4W。
（3）線圈被卡住后電動機不轉(zhuǎn)時可視為純電阻，通過電動機的電流
I==5A
電動機消耗的電功率
P=UI=5×5W=25W
電動機發(fā)熱功率
P內(nèi)=I2R=52×1W=25W
小結(jié)：由例題中不難看出U、R、P三個物理量的數(shù)值并不滿足歐姆定律，而根據(jù)對電路能量轉(zhuǎn)化分析，解決有關(guān)純電阻電路和非純電阻電路的問題，就比較清楚了。
從上面的實驗探究與例題可見，含有電動機工作過程中的能量的計算，關(guān)鍵是要正確區(qū)分是純電阻還是非純電阻電路，其能量關(guān)系是：電流通過非純電阻時，E總=Q熱+E其他；電流通過純電阻時，E總=Q熱。
參考文獻(xiàn)：
2.理解焦耳定律的內(nèi)容、公式、單位及其運用.
能力目標(biāo)
知道科學(xué)研究方法常用的方法等效替代法和控制變量法在本節(jié)實驗中的運用方法.
情感目標(biāo)
通過對焦耳生平的介紹培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)，勇于克服困難的信念.
教學(xué)建議
教材分析
教材從實驗出發(fā)定性研究了電熱與電流、電阻和時間的關(guān)系，這樣做的好處是體現(xiàn)物理研究問題的方法，在實驗過程中學(xué)生能更好地體會的一些科學(xué)研究的方法，避免了一開始就從理論上推導(dǎo)給學(xué)生造成理解的困難和對純電阻電路的理解的困難.在實驗基礎(chǔ)上再去推導(dǎo)學(xué)生更信服.同時啟發(fā)學(xué)生從實驗和理論兩方面學(xué)習(xí)物理知識.
做好實驗是本節(jié)課的關(guān)鍵.
教法建議
本節(jié)課題主題突出，就是研究電熱問題.可以從電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生熱量入手，可以舉例也可以讓學(xué)生通過實驗親身體驗.然后進(jìn)入定性實驗.
對焦耳定律內(nèi)容的講解應(yīng)注意學(xué)生對電流平方成正比不易理解，可以通過一些簡單的數(shù)據(jù)幫助他們理解.推導(dǎo)中應(yīng)注意條件的交代.定律內(nèi)容清楚后，反過來解決課本中在課前的問題.
教學(xué)設(shè)計方案
提問：
(1)燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺?為什么?
(2)電風(fēng)扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺?為什么?
學(xué)生回答：發(fā)燙.是電流的熱效應(yīng).
引入新課
(1)演示實驗：
1、介紹如圖9-7的實驗裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大，串聯(lián)起來，通電后電流通過電阻絲產(chǎn)生的熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里會上升，電流產(chǎn)生的熱量越多，煤油上升得越高.觀察煤油在玻璃管里上升的情況，就可以比較電流產(chǎn)生的熱量.
2、三種情況：
第一次實驗：兩個電阻串聯(lián)它們的電流相等，加熱的時間相同，甲瓶相對乙瓶中的電阻較大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.
第二次實驗：在兩玻璃管中的液柱降回來的高度后，調(diào)節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做實驗，讓通電的時間與前次相同，兩次實驗比較甲瓶前后兩次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.
第三次實驗：如果加長通電的時間，瓶中煤油上升越高，表明：通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多.
(2)焦耳定律
英國物理學(xué)家焦耳做了大量的實驗于1840年最先精確地確定電流通過導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導(dǎo)體的電阻成正比.跟通電時間成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律.
焦耳定律可以用下面的公式
表示：Q=I2Rt
公式中的電流I的單位要用安培(A)，電阻R的單位要用歐姆(Ω)，通過的時間t的單位要用秒(s)這樣，熱量Q的單位就是焦耳(J).
例題一根60Ω的電阻絲接在36V的電流上，在5min內(nèi)共產(chǎn)生多少熱量.
解：I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
在一定的條件下，根據(jù)電功公式和歐姆定律公式推導(dǎo)出焦耳定律公式如果電流通過導(dǎo)體時，其電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而沒有同時轉(zhuǎn)化為其他形式的能量，也就是電流所作的功全部用來產(chǎn)生熱量.那么，電流產(chǎn)生的熱量Q就等于電流做的功W，即Q=W.W=UIt，根據(jù)歐姆定律U=IR推導(dǎo)出焦耳定律Q=I2Rt，
(3)總結(jié)
在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量越多.
在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產(chǎn)生的熱量越多，進(jìn)一步的研究表明產(chǎn)生的熱量與電流的平方成正比.
在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產(chǎn)生的熱量越多.
探究活動
【課題】“焦耳定律”的演示
【組織形式】學(xué)生分組或教師演示
【活動方式】
1.提出問題
2.實驗觀察
3.討論分析
【實驗方案示例】
1.實驗器材：干電池四節(jié)，玻璃棒，若干電阻絲，蠟燭，火柴棒.
2.制作方法
把同一根電阻絲分別繞在玻璃棒的兩端，繞線匝數(shù)比例為1∶8，兩線圈相距5cm左右，然后在這兩個線圈上滴上同樣多的蠟，使線圈被蠟均勻地包住.點著火柴立即吹滅，靠其余熱將兩根火柴桿粘在兩個線圈上，如圖1所示.
圖1
3.實驗步驟
(1)用兩節(jié)干電池給玻璃棒上的電阻絲通電，可看到匝數(shù)多的線圈(電阻大)上的火柴桿比匝數(shù)少的線圈(電阻小)上的火柴桿先掉.這就表明：在電流強度和通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產(chǎn)生的熱量就越多.
關(guān)鍵詞：虛擬仿真實驗 ； 初中物理； 教學(xué)應(yīng)用
一、虛擬仿真實驗概述
目前，初中物理實驗教學(xué)中因?qū)嶒瀮x器價格昂貴、制作復(fù)雜、構(gòu)造精密所限，學(xué)生不能真實參與到理解實驗思想理念、練習(xí)調(diào)整實驗儀器、熟悉儀器性能構(gòu)造的實踐中去，而虛擬仿真實驗則可以代替實際實驗，提供全開放性、高綜合性的平臺和提供相關(guān)的實驗實時數(shù)據(jù)供學(xué)生計算分析。虛擬仿真實驗運用多媒體課件開發(fā)工具，通過計算機操作系統(tǒng)演示實驗過程中的圖形、圖像、文字、數(shù)據(jù)等，它具有快捷、易學(xué)、簡單、直觀等優(yōu)點，能使老師根據(jù)教學(xué)計劃制作實驗課件，模擬實驗情境，展現(xiàn)教學(xué)意圖，有效提升物理實驗課程的教學(xué)質(zhì)量并幫助教師探索新的教學(xué)方法和模式。虛擬仿真實驗改善傳統(tǒng)物理實驗教學(xué)的原因如下：其一是虛擬仿真實驗真實展現(xiàn)了物理實驗的環(huán)節(jié)和過程，構(gòu)建了活靈活現(xiàn)的實驗畫面；其二是虛擬仿真實驗以學(xué)生為教學(xué)主體，使學(xué)生主動積極的參與到物理實驗課程中，激發(fā)了其學(xué)習(xí)物理實驗的熱情和興趣，使其在實驗課程中發(fā)現(xiàn)理論知識的問題并及時糾正調(diào)整；其三是虛擬仿真實驗?zāi)軇?chuàng)新性的整合學(xué)生的理論知識，使其知識模塊結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，“溫故而知新”，在知識的不斷學(xué)習(xí)和理解中，動態(tài)的掌握知識、理解知識、應(yīng)用知識；其四是虛擬仿真實驗?zāi)茉谖锢韺嶒炚n程中營造真實性、直觀性、開放性的實驗環(huán)境，使學(xué)生通過虛擬網(wǎng)絡(luò)下的探究性學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生自主設(shè)計實驗、模擬實驗、觀察實驗、歸納總結(jié)的學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗規(guī)律、探究實驗問題、優(yōu)化實驗意識的學(xué)習(xí)精神，全面提升學(xué)生的文化素質(zhì)和技能水平。與此同時，虛擬仿真實驗仍然存在著缺陷，其不可否認(rèn)的提升了教學(xué)效率和避免了實驗誤差，但因為其模擬性、理想化的操作缺少了實際實驗的可操作性和真實感，不能真正鍛煉學(xué)生的動手操作能力。
二、虛擬仿真實驗的教學(xué)應(yīng)用
1.利用虛擬仿真實驗探究電路短路問題
電路短路問題是初中物理教學(xué)中的重點難點問題，虛擬仿真實驗通過虛擬電學(xué)工具箱，增強了學(xué)生對于短路問題的理解和認(rèn)識，保障解決變式問題和實際問題的能力。以下為實驗環(huán)節(jié)演示：
實驗環(huán)節(jié)1：觀察電源短路現(xiàn)象
第一步通過虛擬電學(xué)工具箱提供的電源、電表、開關(guān)、保險絲等組件，使用鼠標(biāo)拖動組成一個短路電路；第二步將電源兩極直接與開關(guān)兩端相連并打開開關(guān)，（提問學(xué)生“將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”）觀察現(xiàn)象；第三步連接電流表（提問學(xué)生“將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”）觀察現(xiàn)象。通過實驗演示，第二步中會出現(xiàn)“干電池短路”的警告語，第三步則會出現(xiàn)電流表超出最大值的現(xiàn)象。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學(xué)生體驗電源短路并了解電源短路會造成極大電流出現(xiàn)并燒毀電源、引發(fā)火災(zāi)的事故。
實驗環(huán)節(jié)2：電源短路后的保護(hù)措施
第一步在已短路的電路（連接電流表）中串聯(lián)保險絲并打開開關(guān)（提問學(xué)生“將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”）觀察現(xiàn)象；第二步得出結(jié)論，即保險絲斷裂，電流表數(shù)值歸零。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學(xué)生認(rèn)識串聯(lián)保險絲是防止電源短路的措施之一，同時在條件允許的情況下可展示閘刀開關(guān)、空氣開關(guān)等防止短路的組件。
實驗環(huán)節(jié)3：認(rèn)識用電器短路現(xiàn)象
第一步組建串聯(lián)電源與燈泡和并聯(lián)電源與燈泡的電路，先打開串聯(lián)開關(guān)，后打開并聯(lián)開關(guān)（提問學(xué)生“將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”）觀察現(xiàn)象；第二步觀察實驗現(xiàn)象，即串聯(lián)開關(guān)打開后兩只燈泡均發(fā)光，打開并聯(lián)開關(guān)后一只燈泡熄滅，另一只亮度增強；第三步向?qū)W生提出“為什么一只燈泡熄滅了而另一只卻變亮了？”、“熄滅的燈泡被燒毀了嗎？”“這種操作是否安全？”等問題并鼓勵思考。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學(xué)生認(rèn)識用電器串聯(lián)時，若其中某一用電器短路，則整體電路電流增大、可能燒毀其他用電器或者其他用電器使用不正常。
實驗環(huán)節(jié)4：并聯(lián)電路的短路現(xiàn)象
第一步組件兩組并聯(lián)電源與燈泡的電路，打開開關(guān)，（提問學(xué)生“將會出現(xiàn)什么現(xiàn)象？”）觀察現(xiàn)象；第二步觀察現(xiàn)象并得出結(jié)論，即并聯(lián)電路中，若其中某一用電器短路，則其他用電器都不正常工作同時燒毀保險絲。這一虛擬實驗可以使學(xué)生發(fā)散到多個用電器并聯(lián)短路時的結(jié)論，即并聯(lián)電路短路情況下所有用電器均不工作；家用電器一般并聯(lián)使用并安裝保險絲，同時需要合理避免電器短路。
2.利用虛擬仿真實驗探究閉合電路中的歐姆定律
歐姆定律是初中物理教學(xué)中的基本定律之一，是拓展電學(xué)知識和分析電路的基礎(chǔ)，虛擬仿真實驗通過虛擬電學(xué)工具箱，設(shè)計閉合電路中歐姆定律的推導(dǎo)演示環(huán)節(jié)如下：
實驗環(huán)節(jié)1：推導(dǎo)前的猜想與假設(shè)
第一步利用虛擬仿真實驗中的虛擬電學(xué)工具箱，演示出不同電壓下小燈泡的亮度現(xiàn)象；第二步演示出相同電壓不同電阻下小燈泡的亮度現(xiàn)象；第三步提問如“電流的變化可能與哪些因素有關(guān)？”“電壓不變，電阻增大，電流有什么變化”等并給出結(jié)論，即電阻相同，電壓增大的情況下電流變大；電壓相同，電阻增大的情況下電流變小。
實驗環(huán)節(jié)2：探究電阻相同情況下電流與電壓的關(guān)系
保持電阻不變，通過改變電池個數(shù)增大電壓值，觀察電流的變化情況并記錄，得出結(jié)論和規(guī)律。即：在電阻保持不變的情況下，電流隨著電壓的增大而增大并且始終保持電壓和電流的比值不變，得出R=U/I的結(jié)論公式。
實驗環(huán)節(jié)3：探究電壓相同情況下電流與電阻的關(guān)系
保持電壓不變，通過改變電阻的個數(shù)增大電阻值，觀察電流的變化情況并記錄，得出結(jié)論和規(guī)律。即：在電壓保持不變的情況下，電流隨著隨著電阻的增大而減小并且始終保持電阻和電流的乘積不變，得出U=IR的結(jié)論公式。
三、 小結(jié)
新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求：“物理課程應(yīng)改變過分強調(diào)知識傳承的傾向，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神，實踐能力以及創(chuàng)新意識。”所以在初中物理實驗教學(xué)中，可以結(jié)合虛擬仿真實驗教學(xué)模式和傳統(tǒng)實驗，以學(xué)生為教學(xué)主體，通過實驗環(huán)節(jié)的展示，使學(xué)生形成模塊化、系統(tǒng)化的知識體系，將虛擬仿真實驗中學(xué)到的知識運用到實際操作中，提高學(xué)生學(xué)習(xí)物理實驗的興趣和熱情。
參考文獻(xiàn)：
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