通过多年的中师教学, 我发现很多物理成绩处于中下的学生, 由于对初中电学学得不扎实, 或者是通过强行记忆的方法获取知识。他们表现出来的是对相关的概念和规律理解不够透彻, 这就直接影响了他们对知识的应用, 当然也影响了对新知识的学习和掌握。要完成闭合电路欧姆定律的教学任务, 必须强调并引导学生正确理解认识相关的物理概念和物理规律。下面我以如何让学生正确理解认识掌握闭合电路的欧姆定律, 谈谈我的教学体会。
1 正确理解电源电动势、外电压、内电压、外电阻、内电阻、短路电流等物理概念
1.1 电源的电动势 (E)
1) 概念
电源电动势就是电源没有接入电路时两极间的电压。对这个概念正确理解的关键是对“电源没有接入电路”这句话的理解和认识。“电源没有接入电路”有三种情况:
(1) 电源确实没有与任何电路连接, 这时电源两极间的电压就是电源的电动势。
(2) 电源与外电路连接, 但没有连通, 电路没有形成电流, 这时电源两极间的电压仍是电源的电动势。
(3) 电源与外电路连接, 只与电压表连接, 形成了微小电流, 由于电压表的内阻很大, 通常被视为理想电压表。这时电压表的示数近似为电源电动势。
2) 电源电动势的大小
电源电动势的大小是由电源内部储存的能量或将其他形式能转化成电能的本领来决定。因此不同的电源, 其电动势各不相同, 同类同型号的电源, 电动势相同。
电源电动势的近似值, 由于通常将电压表看成是理想电压表, 其内阻被看成无穷大, 通过它的电流很小, 小得可以忽略, 因此直接将电压表的正负极接到电源的正负时, 电压表的示数就可以看成电源电动势的近似值。
1.2 外电压 (U) 、外电阻 (R)
1) 外电压
(1) 外电压也叫路端电压, 是电源与外部电路连通时电源两端的电压。在这个概念中有两点必须强调, 一是电源必须与外电路连通并能形成电流;二是此电压是除了电源以外的电路两端的电压。
(2) 外电压的大小等于通过外电路的电流与外电路电阻的乘积, 即U=IR。
2) 外电阻 (R)
这部分电路可能是由一个电阻或用电器组成, 也可能是由多个电阻、用电器串联或并联而成。
(1) 对于由一个电阻或用电器组成的外部电路而言, 外电阻 (R) 的值就是这个电阻或用电器的电阻值;
(2) 但对于由多个电阻、用电器组成的电路就要视具体的情况, 作具体的分析: (1) 由多个电阻或用电器串联而成的外部电路, R=R串; (2) 由多个电阻或用电器并联而成的外部电路, R=R并; (3) 由多个电阻或用电器混联而成的外部电路, R=R混, 混联电路的电阻可以看成是由两大部分组成, R混=R串+R并, 当然并联电阻将视具体电路来确定, 如果电路中有多处出现并联, 并联电阻等于各部分并联电路的并联电阻总和。
1.3 内电压 (U′) 、内电阻 (r)
1) 内电压 (U′) 就是电源内部电路两端的电压。
2) 内电阻 (r) 就是电源内部电路的电阻。
3) 内电压与内电阻的关系:U′=Ir
1.4 短路电流
短路电流就是直接将电源两极用导线连接时电路中的电流, 电源短路时外电阻零。
2 电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 三者的关系
电源的电动势等于闭合电路中的外电压和内电压之和。
即:E=U+U′, 或者:E=IR+Ir。
3 闭合电路的欧姆定律
3.1 闭合电路的欧姆定律的内容
闭合电路中的电流, 跟电源的电动势成正比, 跟内外电阻之和成反比。
在学生正确理解认识并掌握了电源的电动势 (E) 、外电压 (U) 、内电压 (U′) 及其关系后, 学生就能推导出闭合电路的欧姆定律的公式。通过引导学生, 他们就能正确理解闭合电路的欧姆定律。关键问题在让学生如何正确应用闭合电路的欧姆定律。
3.2 闭合电路的欧姆定律的应用
闭合电路的欧姆定律确定了电流与电动势和内外电阻之间的关系, 而电源的电动势和内电阻一般认为不变, 这是闭合电路欧姆定律应用的关键。闭合电路的欧姆定律的应用主要有两类, 一类是利用它求电源电动势和内电阻;另一类是它判断内、外电压随外电阻变化的规律。
3.2.1 利用闭合电路的欧姆定律求电源电动势和电源的内电阻
如上图所示, 当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培。K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特, 求电源的电动势、内电阻和R的值。
解此题的关键, 在于学生对电源电动势和短路电流两个概念的理解, 学生正解理解掌握了电源电动势和短路电流的概念, 就能在“当开关K1、K2断开时, 电压表的示数为3伏特;K1、K2都闭合时, 电流表的示数1.5安培”, 这句话中得到启示。因为电源电动势是电源没有接入电路时两极间的电压。K1、K2断开, 电源虽然接入电路, 由于电压表通常被看成理想电压表, 内阻被视为无穷大, 通过的电流很小, 可忽略不计, 在此情况下, 电压表的示数就是电源的电动势。K1、K2都闭合, 此时电源处于短路状态, 因为电流表通常被看成理想电流表-内阻很小, 可以忽略不计。电源短路, 外电阻为零, 利用闭合的欧姆定律就可以求出电源的内电阻。学生正解理解认识了外电压的概念后, 就可以直接从“K1闭合, K2断开时, 电流表的示数为0.5安培, 电压表的示数为2伏特”中得到启示。因为外电压是电源接入电路后电源两极间的电压, K1闭合, K2断开时, 电压表的示数就是外电路的电压, 电流表的示数就是外电路中通过的电流, 因此利用部分电路的欧姆定律就可以直接求出外电路的电阻。
3.2.2 利用闭合电路的欧姆定律判断电路中的电流内、外电压随外电阻变化的规律
3.2.2. 1 闭合电路中的电流随外电阻变化的规律
根据闭合电路的欧姆定律:, 电路中的电流随着外电阻的增大而减小, 相反随着外电阻的减小而增大。
3.2.2. 2 外电压随外电阻变化的规律
根据闭合电路的欧姆定律, 外电压:U=E-Ir, 外电压随外电阻的增大, 电路中电流减小, 外电压增大;相反, 外电阻减小, 电路中电流增大, 外电压减小。当然也可以利用部分电路的欧姆定律和闭合电路的欧姆定律相结合, 直接得出同样的结论:, 外电压随外电阻的增大而增大, 相反, 外电压随外电阻的减小而减小。可见, 外电压随着外电阻的增大而增大, 随着外电阻的减小而减小。
3.2.2. 3 内电压随着外电阻变化的规律
根据部分电路的欧姆定律, 内电压:U′=Ir, 根据闭合电路的欧姆定律, 内电压:, 因为电源电动势和内电阻一般不变, 故内电压随着外电阻的增大而减小, 相反, 内电阻随着外电阻的减小而增大。
关于闭合电路的欧姆定律, 通过强化学生对电源电动势、外电压、外电阻、内电压、内电阻及短路电流等概念的理解和认识后, 学生对闭合电路的欧姆定律的推导能够有清晰的认识, 同时对闭合电路的欧姆定律的应用, 基本上能运用自如。