通過多年的中師教學, 我發現很多物理成績處于中下的學生, 由于對初中電學學得不扎實, 或者是通過強行記憶的方法獲取知識。他們表現出來的是對相關的概念和規律理解不夠透徹, 這就直接影響了他們對知識的應用, 當然也影響了對新知識的學習和掌握。要完成閉合電路歐姆定律的教學任務, 必須強調并引導學生正確理解認識相關的物理概念和物理規律。下面我以如何讓學生正確理解認識掌握閉合電路的歐姆定律, 談談我的教學體會。
1 正確理解電源電動勢、外電壓、內電壓、外電阻、內電阻、短路電流等物理概念
1.1 電源的電動勢 (E)
1) 概念
電源電動勢就是電源沒有接入電路時兩極間的電壓。對這個概念正確理解的關鍵是對“電源沒有接入電路”這句話的理解和認識。“電源沒有接入電路”有三種情況:
(1) 電源確實沒有與任何電路連接, 這時電源兩極間的電壓就是電源的電動勢。
(2) 電源與外電路連接, 但沒有連通, 電路沒有形成電流, 這時電源兩極間的電壓仍是電源的電動勢。
(3) 電源與外電路連接, 只與電壓表連接, 形成了微小電流, 由于電壓表的內阻很大, 通常被視為理想電壓表。這時電壓表的示數近似為電源電動勢。
2) 電源電動勢的大小
電源電動勢的大小是由電源內部儲存的能量或將其他形式能轉化成電能的本領來決定。因此不同的電源, 其電動勢各不相同, 同類同型號的電源, 電動勢相同。
電源電動勢的近似值, 由于通常將電壓表看成是理想電壓表, 其內阻被看成無窮大, 通過它的電流很小, 小得可以忽略, 因此直接將電壓表的正負極接到電源的正負時, 電壓表的示數就可以看成電源電動勢的近似值。
1.2 外電壓 (U) 、外電阻 (R)
1) 外電壓
(1) 外電壓也叫路端電壓, 是電源與外部電路連通時電源兩端的電壓。在這個概念中有兩點必須強調, 一是電源必須與外電路連通并能形成電流;二是此電壓是除了電源以外的電路兩端的電壓。
(2) 外電壓的大小等于通過外電路的電流與外電路電阻的乘積, 即U=IR。
2) 外電阻 (R)
這部分電路可能是由一個電阻或用電器組成, 也可能是由多個電阻、用電器串聯或并聯而成。
(1) 對于由一個電阻或用電器組成的外部電路而言, 外電阻 (R) 的值就是這個電阻或用電器的電阻值;
(2) 但對于由多個電阻、用電器組成的電路就要視具體的情況, 作具體的分析: (1) 由多個電阻或用電器串聯而成的外部電路, R=R串; (2) 由多個電阻或用電器并聯而成的外部電路, R=R并; (3) 由多個電阻或用電器混聯而成的外部電路, R=R混, 混聯電路的電阻可以看成是由兩大部分組成, R混=R串+R并, 當然并聯電阻將視具體電路來確定, 如果電路中有多處出現并聯, 并聯電阻等于各部分并聯電路的并聯電阻總和。
1.3 內電壓 (U′) 、內電阻 (r)
1) 內電壓 (U′) 就是電源內部電路兩端的電壓。
2) 內電阻 (r) 就是電源內部電路的電阻。
3) 內電壓與內電阻的關系:U′=Ir
1.4 短路電流
短路電流就是直接將電源兩極用導線連接時電路中的電流, 電源短路時外電阻零。
2 電源的電動勢 (E) 、外電壓 (U) 、內電壓 (U′) 三者的關系
電源的電動勢等于閉合電路中的外電壓和內電壓之和。
即:E=U+U′, 或者:E=IR+Ir。
3 閉合電路的歐姆定律
3.1 閉合電路的歐姆定律的內容
閉合電路中的電流, 跟電源的電動勢成正比, 跟內外電阻之和成反比。
在學生正確理解認識并掌握了電源的電動勢 (E) 、外電壓 (U) 、內電壓 (U′) 及其關系后, 學生就能推導出閉合電路的歐姆定律的公式。通過引導學生, 他們就能正確理解閉合電路的歐姆定律。關鍵問題在讓學生如何正確應用閉合電路的歐姆定律。
3.2 閉合電路的歐姆定律的應用
閉合電路的歐姆定律確定了電流與電動勢和內外電阻之間的關系, 而電源的電動勢和內電阻一般認為不變, 這是閉合電路歐姆定律應用的關鍵。閉合電路的歐姆定律的應用主要有兩類, 一類是利用它求電源電動勢和內電阻;另一類是它判斷內、外電壓隨外電阻變化的規律。
3.2.1 利用閉合電路的歐姆定律求電源電動勢和電源的內電阻
如上圖所示, 當開關K1、K2斷開時, 電壓表的示數為3伏特;K1、K2都閉合時, 電流表的示數1.5安培。K1閉合, K2斷開時, 電流表的示數為0.5安培, 電壓表的示數為2伏特, 求電源的電動勢、內電阻和R的值。
解此題的關鍵, 在于學生對電源電動勢和短路電流兩個概念的理解, 學生正解理解掌握了電源電動勢和短路電流的概念, 就能在“當開關K1、K2斷開時, 電壓表的示數為3伏特;K1、K2都閉合時, 電流表的示數1.5安培”, 這句話中得到啟示。因為電源電動勢是電源沒有接入電路時兩極間的電壓。K1、K2斷開, 電源雖然接入電路, 由于電壓表通常被看成理想電壓表, 內阻被視為無窮大, 通過的電流很小, 可忽略不計, 在此情況下, 電壓表的示數就是電源的電動勢。K1、K2都閉合, 此時電源處于短路狀態, 因為電流表通常被看成理想電流表-內阻很小, 可以忽略不計。電源短路, 外電阻為零, 利用閉合的歐姆定律就可以求出電源的內電阻。學生正解理解認識了外電壓的概念后, 就可以直接從“K1閉合, K2斷開時, 電流表的示數為0.5安培, 電壓表的示數為2伏特”中得到啟示。因為外電壓是電源接入電路后電源兩極間的電壓, K1閉合, K2斷開時, 電壓表的示數就是外電路的電壓, 電流表的示數就是外電路中通過的電流, 因此利用部分電路的歐姆定律就可以直接求出外電路的電阻。
3.2.2 利用閉合電路的歐姆定律判斷電路中的電流內、外電壓隨外電阻變化的規律
3.2.2. 1 閉合電路中的電流隨外電阻變化的規律
根據閉合電路的歐姆定律:, 電路中的電流隨著外電阻的增大而減小, 相反隨著外電阻的減小而增大。
3.2.2. 2 外電壓隨外電阻變化的規律
根據閉合電路的歐姆定律, 外電壓:U=E-Ir, 外電壓隨外電阻的增大, 電路中電流減小, 外電壓增大;相反, 外電阻減小, 電路中電流增大, 外電壓減小。當然也可以利用部分電路的歐姆定律和閉合電路的歐姆定律相結合, 直接得出同樣的結論:, 外電壓隨外電阻的增大而增大, 相反, 外電壓隨外電阻的減小而減小?？梢? 外電壓隨著外電阻的增大而增大, 隨著外電阻的減小而減小。
3.2.2. 3 內電壓隨著外電阻變化的規律
根據部分電路的歐姆定律, 內電壓:U′=Ir, 根據閉合電路的歐姆定律, 內電壓:, 因為電源電動勢和內電阻一般不變, 故內電壓隨著外電阻的增大而減小, 相反, 內電阻隨著外電阻的減小而增大。
關于閉合電路的歐姆定律, 通過強化學生對電源電動勢、外電壓、外電阻、內電壓、內電阻及短路電流等概念的理解和認識后, 學生對閉合電路的歐姆定律的推導能夠有清晰的認識, 同時對閉合電路的歐姆定律的應用, 基本上能運用自如。