闭合电路欧姆定律”的教学分析

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1、“闭合电路欧姆定律”的教学分析——摘要和引言专业:物理学张荣忠【内容摘要】闭合电路欧姆定律是中学物理中的重要内容,而做好闭合电路欧姆定律的有关实验,是学生能否理解该内容的一个关键。本文通过实验,分析了可调内阻电池和干电池的结构特点、特性等,以及将它们用于“闭合电路欧姆定律”实验时需考虑的问题,并从实验的材料、电路图、实验过程、实验记录和实验分析等方面逐一作了介绍和分析,然后从四个方面作了教学对比分析,最后对本节教学提出了几点建议。【关键词】物理实验教学,闭合电路欧姆定律,电池引言闭合电路欧姆定律是中学物理教学

2、中极其重要的内容之一,它既是中学物理教学的重点又是难点,而把握重点、突破难点的关键,是做好“闭合电路欧姆定律”的实验。但这个实验又是一个较为难做的实验,因此,有不少物理教师多年来对“闭合电路欧姆定律”有关实验进行了大量的实验摸索,发现不少对引起本实验较大误差的原因及如何有效减少这些误差的对策。发现该实验难成功、误差大的原因主要表现在几个方面:第一,教学实验用的铅蓄电池存在极板易极化等诸多不稳定因素,造成电池电动势、电压很不稳定,几次测量结果有时相差0.5V之多。第二,常用的机械指针式电压表的内阻不够大,其电阻

3、对测量结果的影响较大。第三,外电阻的不同对实验结果的影响也很大,如阻值过小会使电路中电流过大,极化更严重等。【1】但这些研究大部分是对基于铅蓄电池进行的“闭合电路欧姆定律”实验,以及将它们用于演示实验的讨论,对于“闭合电路欧姆定律”演示实验以外的其它形式的的教学实验及教学活动的探索却比较少,缺乏详细的研究。随着物理教学中对实验及实验教学的重视程度不断增加,特别是在新课程的实施过程中强调通过改变教与学的方式,使学生在开放的环境下能更加自主的地学习,那么,对“闭合电路欧姆定律”有关实验进行深入研究,进一步弄清影响

4、实验的因素以及开发新的实验,对有关“闭合电路欧姆定律”的教学活动开展有重要的意义。基于前人对“闭合电路欧姆定律”实验的一些研究,笔者在对中学物理中有关“闭合电路欧姆定律”的内容(特别是教学实验)进行深入分析的前提下,以研究可调内阻电池和干电池电池的结构特点、特性等为主要内容,主要采用实验研究的方法,分析将它们用于“闭合电路欧姆定律”实验时需考虑的问题,寻找产生误差的因素,提供详细数据为做好相关实验提供参考。同时,通过本次研究活动,能为改变教和学的方式,设计围绕“闭合电路欧姆定律”这一教学内容展开的课堂探究式教

5、学、课外兴趣实验活动等多种形式的教学活动提供丰富的课程资源。一、“闭合电路欧姆定律”的教学分析在中学物理的教学内容中,不少内容与实验有密切的联系,“闭合电路欧姆定律”,就是如此,对这些内容,特别其中的有关实验进行全面的分析,就显得尤为重要。下面以人教版“闭合电路欧姆定律”为例进行教学分析。(一)“闭合电路欧姆定律”的教学地位“闭合电路欧姆定律”是高中物理《恒定电流》一章的重要内容,也是高中物理教学中极其重要的内容之一,教学大纲中对这部分知识所要求掌握的程度属于较高的“B层次”。【2】即要求学生深刻理解定律的确

6、切含义,并且能在对物理问题进行分析、综合、推理和判断的过程中应用它。本课涉及电动势、内阻、内电压、外电压等基本概念,而且同学们在对内阻的理解上存在较大的前概念问题引起的思维障碍,因为从学生认识结构和能力水平来看,他们在学习“闭合电路欧姆定律”之前,欧姆定律给他们留下了较深刻的印象,他们往往很难意识到电源有内阻,习惯把路端电压看成是不随外电路变化的,这种先入为主的错误观念,形成了不可小看的思维定势,为后面的整个教学增加了不少困难。(二)“闭合电路欧姆定律”的教学实验从教材看,本课只涉及到路端电压跟负载电阻关系的

7、实验教学,而且此实验的又过于简单,分析如下:上图来自人教版(高二必修加选修)课本,由电路图可知,本实验是为了研究变量——外电路的电阻;选择变量——路端电压;控制变量——电流这三者的关系,实验过程为:当外电路电阻增大时,观察到电流减少和路端电压增大;当外电压电阻减少时,观察到电流增大和路端电压读数减少,于是由实验观察得到:I=E/(R+r)(闭合电路欧姆定律)实验的原理虽然没有给出,但目的却很明确。尽管路端电压的变化确实能让学生产生疑惑:为什么电压表的读数会变化?这是欧姆定律所不能解释的,从而激起学生的求知欲望

8、,但本实验能够得出I=E/(R+r)的结论,思维跨度较大,学生即使不会对“闭合电路欧姆定律”的结论有所疑惑也会对此实验的有效程度产生质疑,这样,要让学生从这一实验产生对“闭合电路欧姆定律”的持久记忆就困难了。高中“闭合电路欧姆定律”这一课题的实验教学,可采用实验-归纳法,即通过对一些实验现象的归纳推理,抽象出这一规律。也可以采用假设-验证法,即先从学生学过的规律出发,进行理论推导,得出新的规律。也就

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