時間:2023-08-07 17:05:50
導言:作為寫作愛好者,不可錯過為您精心挑選的10篇歐姆定律的實質,它們將為您的寫作提供全新的視角,我們衷心期待您的閱讀,并希望這些內容能為您提供靈感和參考。
關鍵詞:是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意:首先要明確、掌握有關物理概念,再通過實驗歸納出結論,或在實驗的基礎上進行邏輯推理(如牛頓第一定律)。有些物理量的定義式與定律的表式相同,就必須加以區別(如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R=U/I),且要弄清相關的物理定律之間的關系,還要明確定律的適用條件和范圍。
(1)牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法,回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識;培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確:牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態,不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義,引入了慣性的概念,是研究整個力學的出發點,不能把它當作第二定律的特例;慣性質量不是狀態量,也不是過程量,更不是一種力。慣性是物體的屬性,不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時,應使學生理解和使用常用的措詞:“物體因慣性要保持原來的運動狀態,所以……”。教師還應該明確,牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系,但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時,常常可以把地球看成近似程度相當好的慣性系。
(2)牛頓第二定律在第一定律的基礎上,從物體在外力作用下,它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達:物體的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物體的質量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意:公式F=Kma中,比例系數K不是在任何情況下都等于1;a隨F改變存在著瞬時關系;牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系,以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
(3)萬有引力定律教學時應注意:①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程,卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗,海王星、冥王星的發現等物理學史料,對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比(平方反比定律),減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式,只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也發現了它的局限性。
【摘 要】隨著高中新課程改革的深入發展,教育教學大環境也隨之悄然發生著。人們的教育理念發生了很大的變化,不僅改變了“老師教學生學,教師為主導”的片面教學觀,還開始注重應用更好的引導方式來引導學生,倡導學習方式的多元化。哲學家狄德羅說過:“有了真正的方法,還是不夠的;還要懂得運用它。至于如何去運用,這要我們不斷從學習和反思中獲取方法,做高效型教師,打造高效課堂。為此,根據我校實施“271”課程改革的大環境結合自己的教學實踐和經驗,推出了這種高中物理“合作討論探究式小組學習法”,旨在轉變教學過程中教師的教學行為和學生的學習方式。
關鍵詞 高效課堂;高中物理的“有效教學”;物理教學;小組合作討論探究式學習
在高中物理教學的課堂上,教師教得辛苦,學生學得痛苦。高耗低效,缺乏策略,成為教與學的阻礙。因此,教師應當充分利用好每一堂,特別是在新授內容的公式和規律的推導,教師要不斷的有層次的向學生提出引導問題,有目的的引導學生去一層一層破解物理實質,讓學生通過與小組成員合作討論對新授進行的發散探究,學生因為自己積極參與了問題討論,對問題的認識自然也就更深一個層次了這也就達到了深化知識目標目的。一堂好的物理課必然是一堂高效率的課堂教學,如何抓住課堂,開展高中物理的“有效教學”探索實踐活動,這正是本文所要研究的內容。下面我們就于《閉合電路的歐姆定律》課題為例題探討“271”討論探究式學習高中物理的主要過程。
第一,教師課前要向學生詳細解讀教學目標:教學目標要明了,目標性強,教學前一定要讓學生明確知道我們這節課的目標,學習起來才不會盲目,不會被動,也便于學生對學習的自我評價。
《閉合電路的歐姆定律》教學目標(部分展示):(1)經歷閉合電路歐姆定律的理論推導過程,體驗能量轉化和守恒定律在電路中的具體應用,從而理解電源的電動勢等于內、外電路上電勢降落之和。(2)熟練掌握閉合電路歐姆定律的兩種表達式及其適用條件。
第二,預習自學、自主探究:這個環節最具挑戰性的,必須保證學生有足夠的興趣,全身心地投入進去,所以預習案和探究案要精心設計,按照學生學習的最初狀態,讓興趣和創造的欲望引領學生自主學習。學生以預習案和探究案為學習“路線圖”,預習自學,解決了傳統課堂學生被動學習、盲目學習的問題。
《閉合電路歐姆定律》預習案(部分展示):分為①知識點預習②知識點應用預練
①知識點預習(部分展示):
閉合電路是由哪幾部分組成的_______,電動勢E、外電壓U外與內電壓U內三者之間的關系________。電動勢等于電源_______時兩極間的電壓。用電壓表接在電源兩極間測得的電壓U外_______E。
第三,提出質疑,探究案二次探究:在自主學習的基礎之上,學生通過完成探究案上的訓練題目,檢驗自學效果,提出質疑。質疑的過程,實際上是一個積極思維的過程,是發現問題,提出問題的過程,質疑是創新的開始,也是創新的動力,創新來自質疑。該過程教師當適時的發揮引導作用,引領學生朝著目標研究、比較、創新。學生在探究案的引領下進行二次探究,對教材和知識的把握也提升到一個新的層次,很好地解決了傳統課堂學生缺乏獨立思考、深入探究的問題。
通過你的自主學習,你還有哪些疑惑?①疑惑點:________ ②疑惑內容:________
《閉合電路歐姆定律》探究案(部分展示):
探究:閉合電路的能量轉化
某閉合電路,外電路有一電阻R,電源是一節電池,電動勢為E,內電阻r,當電鍵閉合后,電路電流為I。①整個電路中在t時間內電能轉化為什么能?各是多少?
(外電路中電流做功產生的熱為:E外=I2Rt;內電路中電流做功產生的熱為:E內=I2rt)
②電路中電能是什么能轉化來的?在電源內部是如何實現的?(是有化學能轉化而來的,依靠非靜電力做功實現的。電池化學反應層非靜電力做的功:W=Eq=EIt)
根據能量守恒定律可以得到怎樣的一個等式:
(1)W=E外+E內(2)EIt=I2Rt+I2rt
(3)E=IR+Ir=U內+U外 或者(4)I=E/(R+r)
第四,①分組合作,討論解疑:這個環節是高效課堂的重要組成部分,是課堂走向自主的基礎。運用分組合作學習,在小組中學生能主動操作、觀察、思考、討論,學生參與教學活動的機會增多;分組合作學習有助于學生提高口頭表達能力。在學習小組中學生相互啟發、相互幫助、共同解決問題。這樣更能能培養學生之間團結、協調的合作意識,提高學生的人際交往能力。②展示點評、拓展提升:這個過程可以讓學生充分發揮初生牛犢不怕虎的精神,在黑板上展示疑難,展示困惑,展示方法,提高學生的思維水平和表達能力。
分小組討論,展示點評:
(1)(2)兩式反映了閉合電路中的什么規律?(能量守恒)
(3)式反映了閉合電路中的什么規律?(因消耗其他形式的能量而產生的電勢升高E,通過外電路R和內電路r而降落。外電路電勢降低,內電路電勢升中有降)
(4)式反應了閉合電路中的什么規律?(電流與那些因素有關,這就是閉合電路的歐姆定律)
①內容:閉合電路中的電流跟電源的電動勢成正比,跟內、外電路的電阻之和成反比,這個結論叫做閉合電路的歐姆定律。②公式:I=E/(R+r)③適用條件:外電路是純電阻的電路。④根據歐姆定律,外電路兩端的電勢降落為U外=IR,習慣上成為路端電壓,內電路的電勢降落為U內=Ir,代入E=IR+Ir得E=U內+U外該式表明,電動勢等于內外電路電勢降落之和。
通過這樣一次自主探究一次小組合作探究過程,學生通過功能關系的分析建立閉合電路歐姆定律學生應該感到熟悉并且容易理解,已經可能夠嫻熟地從做功的角度認識并理解電動勢的概念了。
新課程下的中考的另一個特點,就是重視對實驗探究能力的考查,促使同學們用新視角重新思考實驗的過程,得到新的發現或收獲,設計有關“過程與方法”的試題,考查同學們提出問題、做出猜想和假設、設計研究計劃、分析處理數據、得出結論、學會評價的能力。
二、試題講析
例1 如圖l所示,電阻R1為12Ω,將它與R2串聯后接到8V的電源上,已知R2兩端的電壓是2V,請求出電路的總電阻。
講析 這是一道應用歐姆定律的基礎題,解題的方法有兩種:一種是從歐姆定律出發的分析法;一種是從電路的基本性質出發的綜合法。即:求總電阻可以將R2的值求出來再求R1和R2的和;也可以用總電壓除以總電流得總電阻;或根據電路的性質建立相應的關系式求解。
解法一:因為R1、R2串聯,U1=U-U2=8V-2V=6V,I1=U1/R1=6V/12Ω=0.5A,I2=I1=0.5A,R2=U2/I2=2V/0.5A=4Ω,R總=R1+R2=12Ω+4Ω=16Ω.
解法二:因為R1、R2串聯,I=I1=I2,則U/R1+R2=U-U2/R1,8V/R=8V-2V/12Ω,R總=16Ω.
解法三:因為R1、R2串聯I1=I2,則U1/R1=U2/R2變形得R1/R2=U1/U2,R/R1+R2=U-U2/U1+U2,U/R1+R2=U-U2/R1,R總=16Ω.
例2 如圖2所示,電源電壓不變,當開關S閉合時,電表示數的變化情況是( ).
A.電流表、電壓表示數均變大
B.電流表、電壓表示數均變小
C.電壓表示數變大,電流表示數變小
D.電壓表示數變小,電流表示數變大
講析 這是一道歐姆定律應用題,要判斷電表的示數如何變化,關鍵是要知道電路中的電表示數變化的實質,當開關s閉合后,電路的狀態由兩個電阻的串聯變為只有一個電阻R2的電路;原來電流表測的是R1和R2串聯時的電流,現在R1和電流表被短路,電流表的示數為0,示數變小;電壓表原來測的是R2上的電壓,它是電源的一部分電壓,而現在的電路中只有R2,則U2=U源,示數變大,本題選C.
本題的問題是有些同學看不懂電路狀態變化的實質,死摳歐姆定律,電流或電壓的變化是與電路的變化有關,但知道了現在的電路的變化特征就簡單多了,識別電路是我們解電學題的前提,如果電路的狀態不清,則應用的電路性質也就會出錯,這種能力要加強。
例3 在如圖3所示的電路中,電源電壓U=4.5V,且保持不變,電阻R1=4Ω,變阻器R2的最大阻值為15Ω,電流袁的量程為0~0.6A,電壓表的量程為0~3V,為了保護電表,變阻器接入電路的阻值范圍不能超出( ).
A.3.5Ω~8Ω
B.2Ω~3.5Ω
C.0~8Ω D.0~3.5Ω
講析 本題是歐姆定律的又一種應用形式,是狀態電路中的變阻器的取值范圍問題,解這類題目的關鍵是從電路的狀態出發,找出符合電路要求的電學關系式,題目中的兩個電表同時要滿足不超過量程的要求,即:串聯電路中的電流不大于0.6A,電阻R2兩端的電壓不少于3V,所以我們可以用歐姆定律,寫出符合電路要求的數學不等式組然后求解。
依題意,由歐姆定律可得
由①②兩式解得3.5Ω≤R2≤8Ω,所以應選A.
本題與物理上其他題目一樣,關鍵是理清電路的特征,能寫出符合電路特點和要求的數學關系式,然后通過數學的手段解出結果,所以僅有基本知識是不夠的,更要練就解相關問題的技能。
例4 小明利用如圖4所示的裝置探究電流產生的熱量與哪些因素有關?在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油,瓶中各放置一根電阻絲,且R甲大于R乙,通電一段時間后,甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,該現象能夠說明電流產生的熱量與下列哪個因素有關( )。
A.電荷量 B.電流 C.電阻 D.通電時間
講析 題目的表象是:甲瓶玻璃管中的煤油上升得比乙高,這與哪些因素有關?煤油是因為受熱膨脹,液面上升的;相同條件下,甲中的液面升得高,說明甲瓶中的電阻產生的熱量多R甲和R乙是串聯在電路中的,則電流、通電時間以及電荷量(電流和通電時間的乘積)相等,A、B、D選項都不是影響因素;根據焦耳定律甲的電阻大,甲放出的熱量多,則電流產生的熱量與電阻的大小有關,應選C.
本題實際上探究的是焦耳定律的影響因素,使同學們能進一步了解其內容、理解它的應用同時本題中也滲透了“控制變量法”的探究思想。
例5 一個電熱水壺,銘牌部分參數如下:額定電壓220V,額定功率模糊不清,熱效率為90%,正常工作情況下燒開滿壺水需要5min,水吸收的熱量為118800J,此時熱水壺消耗的電能為_______J,其額定功率為_______W,電阻是_________Ω.若實際電壓為198V,通過電熱水壺的電流是_________A,1min內
電熱水壺產生的熱量是________J.(假設電阻不隨溫度改變)
講析水所吸收的熱量已知,電熱的利用率知道,則消耗電能可以由熱量的利用率求出;用電時間已知,消耗的電能已求,則由電功率的定義求電功率,電水壺的電阻由R2=U2額/P額求出,在實際電壓下的電流I=U/R,實際電壓下的電熱水壺所產生的熱量Q=IRt.
答案:132000 440 110 1.8 21384
本題是歐姆定律和焦耳定律應用的基礎題,也是通過練習使同學們掌握基本知識的重要途徑,簡單的是這樣的填空題,復雜的可以演變成綜合應用題;這些題目也是中考中同學們易失分的地方。
例6 CFXB型“220V 1100W”電飯煲的原理圖如圖5所示,它有高溫燒煮和燜飯、保溫兩擋,通過單刀雙擲開關S進行調節,R0為電熱絲,當開關S接高溫燒煮擋時,電路的功率為1100W,當開關S接燜飯、保溫擋時,電路的總功率為22W。
(1)電飯煲在高溫燒煮檔時,開關S應與哪個觸點連接?
(2)電熱絲R0的阻值多大?
(3)當電飯煲在正常燜飯、保溫時電路中的電流多大?燜飯、保溫10rain,電熱絲R0產生的熱量為多少?
講析 電飯煲在高溫燒煮擋時,電路中的功率是最大,在電壓一定時,要得到最大功率電路中的電阻應最小,由圖5可知,當R被短路時,電路中的電阻最小,電路中只有R0工作,則S應合到2位置,高溫擋時的功率已知,電壓為額定電壓,R0由R=U2/P等求得,當電飯煲在正常燜飯、保溫時,電飯煲的熱功率最小,電路中的電阻最大,則R0和R串聯,可求出此時的電流,再由Q=I2Rt求出R0產生的熱量,
答:(1)與觸點2連接。
(2)P=U2/R0,R0=U2/P=(220V)2/1100W=44Ω.
(3)P=IU,I=P/U=22W/22V=O.1A,Q0=I2R0t=(0.1A)2×44Ω×600s=264J.
本題是歐姆定律和焦耳定律應用的綜合題,同學們要能綜合考慮影響電路發熱的因素,也就是理解焦耳定律定義公式(Q=I2Rt)和各種變形公式(Q=U2/R(t)、Q=UIt)的應用,其中也涉及到歐姆定律的靈活應用。
三、鞏固練習
1.如圖6所示電路中,R1=10Ω.當開關S閉合時,電流表示數為0.2A,電壓表示數為4V.求:(1)電源電壓;(2)R2的阻值。
2.如圖7所示電路中,電源電壓恒定,R1為定值電阻,R2為滑動變阻器,閉合開關S后,滑動變阻器滑片P自b向a移動的過程中(
)。
A.電流表A的示數變大,電壓表V2的示數與電流表A的示數之比變小
B.電流表A的示數變大,電壓表V2的示數與電流表A的示數之比變大
c.電壓表V1的示數不變,電路消耗的總功率變大
D.電壓表V2的示數變小,電路消耗的總功率變小
3.一只電爐的電阻為48.4Ω,接在電壓為220V的電路中工作,它的功率是w,電爐絲工作時熱得發紅,而連接電爐絲的導線卻不怎么發熱,其原因是
4.在一次科技小組的活動中,同學們按照如圖8所示的電路在AB之間接入一根細銅絲,閉合開關S后,調節滑動變阻器,使電流表的讀數保持3A不變,過了一會兒,細銅絲熔斷,在AB之間換接一根同長度的較粗的銅絲,再調節滑動變阻器到某一固定值,經較長時間粗銅絲沒有熔斷,在此過程中,電流表的讀數保持3A不變小明同學針對所觀察到的現象提出了一個問題:造成細銅絲熔斷而粗銅絲沒有熔斷的原因是什么?(設電源電壓保持不變)
(1)你認為造成細銅絲熔斷而粗銅絲沒有熔斷的原因是什么?(請簡述理由)
(2)若粗銅絲電阻為0.01Ω,求:在5s內粗銅絲共產生的熱量。
(3)如果你家準備安裝一臺“220V 1500W”的電熱水器,你應用選用(較粗/較細)的銅導線用作連接線比較安全。
5.如圖9所示電路,電源兩端電壓保持不變,當開關S1閉合、S2斷開,滑動變阻器的滑片P移到B端時,燈L的電功率為PL,電流表的示數為I1;當開關S1斷開、S2閉合時,燈L的電功率為R1',電流表的示數為,I2,已知PL:P'L=9:25.
(1)求電流表的示數I1與I2的比值;
(2)當開關S1、S2又都斷開,滑動變阻器的滑片P在c點時,變阻器接入電路的電阻為Rc電壓表V1的示數為u1,電壓表V2的示數為U2,已知U1:U2=3:2,Rc的電功率為10W,這時燈L正常發光,通過閉合或斷開開關及移動滑動變阻器的滑片P,會形成不同的電路,在這些不同的電路中,電路消耗的最大功率與電路消耗的最小功率之比為3:1.求燈L的額定功率。
6.小明在研究性學習活動中,查閱到一種熱敏電阻的阻值隨溫度變化的規律如下表,并將該型號的熱敏電阻應用于如圖10所示由“控制電路”和“工作電路”組成的恒溫箱電路中。
“控制電路”由熱敏電阻R1、電磁鐵(線圈阻值R0=50Ω)、電源U1、開關等組成,當線圈中的電流大于或等于20mA時,繼電器的銜鐵被吸合,右邊工作電路則斷開;
“工作電路”由工作電源U2(U2=10V)、發熱電阻R2(R2=50Ω)、導線等組成,問:
(1)工作電路工作時的電流為多大?電阻R2的發熱功率為多大?
(2)若發熱電阻R2需提供1.2×104J的熱量,則工作電路要工作多長時間(不計熱量的損失)?
人類很早就認識了磁現象和電現象,我國在戰國末期就發現了磁鐵礦吸引鐵的現象,在東漢初期就有帶電的琥珀吸引輕小物體的記載。但是,人類對電磁現象的系統研究,卻是在歐洲文藝復興之后開展起來的,到19世紀才建立了完整的電磁學理論。在電磁學發展過程中,涌現了無數科學家通過科學假說、實驗驗證、理論分析等研究過程,一步步對自然規律進行揭示。其中比較典型的有:1785年庫侖定律的發現,使電學進入了定量研究階段,真正成為一門科學;1820年奧斯特電流磁效應的發現,揭示了電流能夠產生磁場;1821年安培的分子電流假說,揭示了磁現象的電本質;1831年法拉第電磁感應定律的發現,進一步揭示了電和磁的密切聯系;19世紀60年代,英國物理學家麥克斯韋在總結前人研究電磁現象成果的基礎上,建立了完整的電磁場理論,并成功預言了電磁波的存在,1888年赫茲的實驗證實了麥克斯韋的電磁場理論,從而電磁學發展到了頂峰。
二、電磁學的知識結構和知識規律
1.知識結構
2.知識規律
“電場”一章是學好電磁學的基礎和關鍵,基本概念多,且抽象,如電場強度、電場線、電勢和電勢能等。教材從電荷在電場中受力和電場力做功兩個角度研究電場的基本性質,許多知識要在力學知識的基礎上學習。
“恒定電流”一章是在初中基礎上的充實、擴展和提高,重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律,電路的等效處理方法和實驗的設計是本章的重點。
“磁場”一章闡明了磁與電的統一性,用研究電場的方法進行類比,可較好地解決磁場和磁感強度的概念。由安培力導出洛侖茲力,由洛侖茲力導出帶電粒子在勻強磁場中的運動規律等,因此,分析推理是本章的特點。
“電磁感應”一章的重要物理規律是法拉第電磁感應定律和愣次定理,這部分知識中,能量守恒定律是將各知識點串起來的主線。由于楞次定律較抽象,要通過實驗進行分析、歸納,需加強學生的抽象思維能力。
“交變電流”和“電磁波”是在電場和磁場基礎上結合電磁感應的理論和實踐。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推到電磁波,從而對物質的波動性的認識提高了一步。
三、電磁學的研究方式:“場”和“路”
電荷周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著,運動電荷的周圍除了電場還存在磁場,磁體的周圍也存在磁場。現在的科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明了電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形式,是物質相互作用的特殊方式,也是電磁運動的實質。教材中以場為主線,主要有電場、磁場和電磁場。電場強度和電勢是描述電場性質的兩個重要物理量。磁感強度是描述磁場性質的重要物理量。電磁感應規律是反映電場和磁場間密切聯系的一種物理現象。麥克斯韋從理論上指出了變化的電場和磁場總是相互聯系的,一個不可分割的統一體,這就是電磁場。庫侖定律、安培定律和法拉第電磁感應定律為建立麥克斯韋理論,提供了基礎和實驗規律。
電路知識具有廣泛的實用價值,以路為主線,主要有直流電路、交流電路(包括振蕩電路)。歐姆定律是從實驗中總結出來的一條重要規律,是解決電路問題的重要依據。要會分析電路的連接方式(串聯或并聯)及等效處理方法,電功和電功率的計算,不僅能解決直流電路問題,還可以解決交流電路的問題。
物理教材中所闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識,這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上,以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談談自己的觀點。
一、電磁學的知識體系
電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用,其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象、電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場是物質的相互作用的特殊方式。電磁學部分完全可用場的概念統一起來,靜電場、恒定電場、靜磁場、恒定磁場、電磁場等,組成一個關于場的體系。
“路”是“場”的一種特殊情況。物理教材以“路”為線的框架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。
“場”和“路”之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的,“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法。
2.認識物理規律
規律體現在一系列物理基本概念、定律、原理以及它們的相互聯系中。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較,找出它們相互之間存在的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系,電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步。
3.通過電磁場所表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明,在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用,運動電荷的周圍除了電場外還存在著磁場。磁體的周圍也存在著磁場,磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。科學實驗證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用,所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。轉貼于
從場的觀點來闡述路。電荷的定向運動形成電流,產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷,當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止。
二、以知識體系貫穿始終,使理論學習與技能訓練相融合
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。電場部分是學好電磁學的基礎和關鍵。電場強度、電勢、磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線、磁感應線是形象地描述場分布的一種手段。
物理教材中所闡述的內容主要是經典物理學的基礎知識,這些理論是建立在牛頓時空觀的基礎上,以力學、電磁學為重點。本文就電磁學部分的教學談談自己的觀點。
一、電磁學的知識體系
電磁運動是物質的一種基本運動形式。電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用,其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象、電磁輻射和電磁場等。為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的。透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學。對此,應從以下三個方面來認真分析教材。
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行。只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力。
場是物質的相互作用的特殊方式。電磁學部分完全可用場的概念統一起來,靜電場、恒定電場、靜磁場、恒定磁場、電磁場等,組成一個關于場的體系。
“路”是“場”的一種特殊情況。物理教材以“路”為線的框架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等。
“場”和“路”之間存在著內在的聯系。麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的,“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法。
2.認識物理規律
規律體現在一系列物理基本概念、定律、原理以及它們的相互聯系中。
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較,找出它們相互之間存在的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來。物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的。
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律。歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的。歐姆定律的運用有對應關系,電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體。
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念。
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律。在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線。本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎。電磁感應的重點和核心是感應電動勢。運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的。
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步。麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步。
3.通過電磁場所表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的。大量實驗證明,在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著。電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用,運動電荷的周圍除了電場外還存在著磁場。磁體的周圍也存在著磁場,磁場也是一種客觀存在的物質。磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用。科學實驗證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態。
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用,所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的。麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場。按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場。電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波。轉從場的觀點來闡述路。電荷的定向運動形成電流,產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場。導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處。導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷,當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止。
二、以知識體系貫穿始終,使理論學習與技能訓練相融合
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題。電場部分是學好電磁學的基礎和關鍵。電場強度、電勢、磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念。電場線、磁感應線是形象地描述場分布的一種手段。
分析電路在兩種狀態下,電流表、電壓表示數的對應關系不能搞錯。當電流小時,R1兩端電壓小,R2兩端電壓大,此時R2阻值也大。因此,當電壓表示數是10V時,電流表示數是0.2A。
一、解題方法比較
大多數同學習慣從整體上用歐姆定律公式解題,即將三個基本量合用于一個式子。
(一)列方程組法
在此題目中,無法找到“同一狀態”下,與所求量U或R1在同一段電路中對應的另兩個量的具本數值,由此想到用列方程組的方法解之。
建立方程組就是利用一定的關系,在不同狀態下將所求量與對應的已知量組織在一起。下面是幾種列方程組的方法。
1.表示電路中不變的量。
不管滑片如何滑動,引起怎樣的變化,在電路中總存在著不變的量(往往就是所求的量),可用變化的量表示這些不變的量。
(1)電阻器R1的阻值不變
(2)電源電壓U不變
②U=0.2R1+10U=0.48R1+7.2
2.利用電路中不變的關系。
不變的關系就是電路三個基本物理量間的關系,根據電路的特點和方程中應包括所求量的要求,建立方程組有以下三種方法。
(1)電阻關系。
在串聯電路中電阻的關系是:R=R1+R2,為了簡化方程組,可先計算出變阻器在兩種狀態下的阻值(用電壓表和電流表對應的示數計算,分別是50Ω和15Ω)。
(2)電流關系。
在串聯電路中電流處相等,即I=I1=I2。但在本題中只需用與所求量有關的部分,即I=I1。R2的阻值可先求出。
(3)電壓關系。
在串聯電路中電壓的關系是:U=U1+U2,建立的方程組與方程組②相同。
3.表示已知量。
用所求量表示已知量的數值,可將它們組織在一起,從而建立方程組。
(1)表示電流
(2)表示電壓
⑥7.2=U-0.48R110=U-0.2R1
由上可知,列方程組的方法很多,列出的方程組形式各異,但每個方程組都可通過數學變形而相通。但解方程組②和⑥要簡單一些,因其與另外幾個方程組相比,可省去去分母的麻煩。
(二)比例法。
克服思維定勢的影響,若將歐姆定律分而用之,即分別利用其中的兩個比例關系,反而能更好地體現定律的實質,使解題過程更簡潔。
1.電壓相同時,電流與電阻成反比。
利用這一反比例關系,一定要注意其前提條件是“電壓相同”。分析題意知,電路中只有電源電壓(即總電壓)不變,因而電流應與總電阻成反比。可先用對應電壓、電流值求出R2的阻值。
2.電阻相同時,電流與電壓成正比。
同樣,利用這一正比例關系,也要注意其前提條件:電阻相同。由題意知,電路中只有定值電阻R1的阻值不變,因而可用“R1中電流與R1兩端電壓成正比”例方程。
(三)比差法。
在比例法的基礎上,能不能再次“由分到合”是很多同學思考的問題。能否由歐姆定律整體使用而求解呢?
仔細推敲歐姆定律內容:當電阻不變時,電流與電壓成正比。當電壓發生變化時,電流發生相同比例的變化。即電壓的差值與電流差值的比值(導體的電阻)是不變的,以下面推導佐證之。
因此,可以用比差法――電壓差值和電流差值的比,求出定值電阻,繼而求出其他相關量。實際的電路問題,基本上是通過改變開關的狀態,或滑動變阻器滑片的位置來改變電阻,從而改變某部分電路的電壓和電流,故此方法適用性較強。
本題中電路僅分成兩部分,一部分電壓增大值就是另一部分電壓的減少值,即ΔU1=ΔU2。
縱觀三類方法的解題過程,一般來說,比差法較為簡潔,為首選方法,其次是比例法,再次是列方程組法。
但它們的理解難度則依次降低,運用比差法則還需經過簡單的推導。但我們應不惜“多費一些功夫”,努力理解和使用簡單方法,因為我們都懂得“磨刀不誤砍柴功”的道理。
二、巧用條件,善用“比”的形式解題
運用“比”的方法解題,可省去很多解方程組的繁瑣步驟,提高解題速度。只要巧妙利用問題中的條件,大多數這類問題中構造“比”式是比較容易的。
例2如圖2所示,電源電壓保持不變,當滑動變阻器的滑片P滑至a端時,電流表的示數是0.6A,當滑片P滑至b端時,電壓表的示數是6V,R2的最大阻值是30Ω,求電源電壓U和定值電阻R1的值。
分析只要著意從“比”式入手,便可知曉題中條件的應用方法。
1.比例法。
需先計算出滑片P滑至b端時的電流值:
以下可用兩種比例關系解題:
2.比差法。
需計算出通過定值電阻R1的電流變化值及兩端電壓變化值。
ΔI=I-I′=0.6A-0.2A=0.4A。
ΔU=U-(U-U2)=U2=6V。
復雜的電學計算題很令人頭痛,一般情況下,都需要首先分析電路,弄清電路連接的實質,然后再設法依據各種等量關系,列出相應的算式或方程式,最終解出要求的物理量.
(一) 有關歐姆定律的綜合計算
例5 一個電阻為20Ω的用電器正常工作時,兩端的電壓是12V,如果要使用電器在18V的電源上仍能正常工作,則:
(1)應在電路中串聯一個電阻,還是并聯一個電阻?畫出電路圖;
(2)這個電阻的阻值是多少?
解析:(1)應串聯一個電阻R2分壓,其電路如圖4所示;
點撥:歐姆定律是電學的基本定律和核心內容,在歷年中考試卷中所占比例都很大,是中考考查的重中之重.掌握歐姆定律及其公式和熟練運用歐姆定律分析解決簡單的串、并聯電路問題是中考命題的重點.伏安法測電阻實驗是這部分的一個主要基礎實驗,也是歷年中考的重要考查點.
(二)有關電能、電功率、電熱的綜合計算
例6電飯鍋的原理如圖5所示,煮飯時按下溫控開關S,使之與a、b接觸,紅色指示燈亮;飯熟后,溫控開關S自動斷開;當飯的溫度低于68℃時,開關S自動上升與觸點c接觸,電飯鍋處于低溫加熱狀態,黃色指示燈亮;溫度升至68℃時,溫控開關S自動斷開,如此反復.(紅、黃指示燈的電阻很小,計算時可忽略不計)
(1)試分析R1、R2各起什么作用.
(2)若煮飯時發熱板的功率為484W,而低溫加熱時發熱板的功率為4.84W,求R2的阻值.
解析:此題通過溫控開關的上下移動來改變電路的連接情況,以達到加熱、保溫的目的.可分別畫出等效電路圖,然后分別在各圖中進行分析、求解.電飯鍋的工作原理圖略顯復雜,解題時可根據電路情況適當簡化,使之方便解題.
(1)當S與a、b接通時,等效電路如圖6所示,R1跟紅燈串聯,然后與發熱板并聯,紅燈所在的支路不影響發熱板的功率.紅燈起煮飯狀態的指示作用,本身電阻很小,必須串聯一個較大的電阻R1,所以R1起分壓限流保護紅燈的作用.
當S與c接觸時,等效電路如圖7所示.R2、黃燈、發熱板串聯,R2分去一部分電壓,使發熱板的功率減小,電飯鍋處于低溫加熱狀態,所以R2起分壓降低發熱板功率的作用.
點撥:這是一道典型的應用類計算題.應用類計算題信息量大,內容豐富,給出信息的形式多種多樣,既可以是文字,也可以是圖表、圖像等.題中的物理過程、已知條件以及要解決的問題往往具有隱蔽性,因此,要解決這類問題首先要認真讀題,理解題意,了解問題的背景,挖掘隱含條件,抓住問題的實質,然后再運用學過的物理知識去解決問題.
三、熱學部分
中考中熱學計算的比例較之力學、電學部分要小一些,但是,同樣不可忽視.熱學計算主要依據的公式有:
(1)燃料燃燒放熱:Q=qm(q表示熱值)
(2)物質升溫吸熱: Q吸=cm(t-t0)=cmt升
(3)物質降溫放熱: Q放=cm(t-t0)=cmt降
(4)熱平衡方程: Q吸=Q放
例7 賣火柴的小女孩在嚴寒中只能靠點燃火柴取暖.一根火柴的質量約為0.065g,火柴的熱值平均為1.2×107J/kg,求一根火柴完全燃燒能使1m3的空氣溫度升高多少攝氏度?〔已知空氣的密度為1.3kg/m3,比熱容為1×103J/(kg?℃)〕
解析:設火柴完全燃燒釋放的熱量全部被空氣吸收,由Q吸=Q放得:
Q放=qm2
=1.2×107J/kg×6.5×10-5 kg
=7.8×102J
完全燃燒一根火柴能使1m3的空氣升高的溫度:
根據Q吸=cm(t-t0),Q吸=Q放得
點撥:本題把燃料燃燒的放熱公式、熱量的計算公式與密度知識結合起來,具有一定的綜合性.應用公式時要注意其適用條件和范圍.
四、綜合計算
例8圖8是一種測量小汽車油量裝置的原理圖.壓力傳感器R的電阻會隨所受壓力大小發生變化,油量表(由電流表改裝而成)指針能指示出油箱里油的多少.已知:壓力傳感器R的電阻與所受壓力的關系如表3所示.
若壓力傳感器R的上表面面積為5cm2,汽油熱值為4.6×107J/kg,汽油密度為0.71×103kg/m3,電源電壓為6V,g=10N/kg.請回答:
(1)當油與油箱總重為600N時,壓力傳感器R受到的壓強多大?
(2)若油箱內的油為10kg時,汽油完全燃燒放出的熱量是多少?
(3)如果空油箱的質量為5.8kg,油量表指針指向2×10-2m3時,電路中電流是多少?
解析:(1)(2)兩問較簡單,(1)p=1.2×106Pa;(2)Q=4.6×108J.
(3)油量表指針指向2×10-2m3時,箱內汽油質量為:m油=ρV=0.71×103kg/m3×2×10-2m3=14.2kg,
油和箱的總質量:m=m油+m箱=14.2kg+5.8kg=20kg,
總壓力F=20kg×10N/kg=200N.
電磁運動是物質的一種基本運動形式.電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用.其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等.為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的.透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學.對此,應從以下三個方面來認真分析教材.
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來.只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力.
場的方法是研究電磁學的一般方法.場是物質,是物質的相互作用的特殊方式.中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容.
“路”是“場”的一種特殊情況.中學教材以“路”為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等.
“場”和“路”之間存在著內在的聯系.麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的.“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法.
2.物理知識規律物
理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系.
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來.物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的.但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性.
第二冊第一章“電潮重要的物理規律是庫侖定律.庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小.其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的.歐姆定律的運用有對應關系.電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體.
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念.
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律.在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線.本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎.電磁感應的重點和核心是感應電動勢.運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步.麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步.
3.通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的.大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著.電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用.運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場.磁體的周圍也存在著磁場.磁場也是一種客觀存在的物質.磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用.現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態.
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用.所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的.麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場.電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.
從場的觀點來闡述路.電荷的定向運動形成電流.產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場.導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處.導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷.當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止.
二、以“學科體系的系統性”貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題.第一章“電潮是學好電磁學的基礎和關鍵.電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念.電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段.要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解.
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用.在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等.場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度.在電場中用電場力做功,說明場具有能量.通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了.
電磁運動是物質的一種基本運動形式.電磁學的研究范圍是電磁現象的規律及其應用.其具體內容包括靜電現象、電流現象、磁現象,電磁輻射和電磁場等.為了便于研究,把電現象和磁現象分開處理,實際上,這兩種現象總是緊密聯系而不可分割的.透徹分析電磁學的基本概念、原理和規律以及它們的相互聯系,才能使孤立的、分散的教學變成系統化、結構化的教學.對此,應從以下三個方面來認真分析教材.
1.電磁學的兩種研究方式
整個電磁學的研究可分為以“場”和“路”兩個途徑進行,這兩種方式均在高中教材里體現出來.只有明確它們各自的特征及相互聯系,才能有計劃、有目的地提高學生的思維品質,培養學生的思維能力.
場的方法是研究電磁學的一般方法.場是物質,是物質的相互作用的特殊方式.中學物理的電磁學部分完全可用場的概念統帥起來,靜電嘗恒定電嘗恒定磁嘗靜磁嘗似穩電磁嘗迅變電磁場等,組成一個關于場的系統,該系統包括中學物理電學部分的各章內容.
“路”是“場”的一種特殊情況.中學教材以“路”為線的大骨架可理順為:靜電路、直流電路、磁路、交流電路、振蕩電路等.
“場”和“路”之間存在著內在的聯系.麥克斯韋方程是電磁場的普遍規律,是以“場”為基礎的.“場”是電磁運動的實質,因此可以說“場”是實質,“路”是方法.
2.物理知識規律物
理知識的規律體現為一系列物理基本概念、定律和原理的規律,以及它們的相互聯系.
物理定律是在對物理現象做了反復觀察和多次實驗,掌握了充分可靠的事實之后,進行分析和比較找出它們相互之間存在著的關系,并把這些關系用定律的形式表達出來.物理定律的形成,也是在物理概念的基礎上進行的.但是,物理定律并不是絕對準確的,在實驗基礎上建立起來的物理定律總是具有近似性和局限性,因此其適用范圍有一定的局限性.
第二冊第一章“電潮重要的物理規律是庫侖定律.庫侖定律的實驗是在空氣中做的,其結果跟在真空中相差很小.其適用范圍只適用于點電荷,即帶電體的幾何線度比它們之間的距離小到可以忽略不計的情況.
“恒定電流”一章中重要的物理規律有歐姆定律、電阻定律和焦耳定律.歐姆定律是在金屬導電的基礎上總結出來的,對金屬導電、電解液導電適用,但對氣體導電是不適用的.歐姆定律的運用有對應關系.電阻是電路的物理性質,適用于溫度不變時的金屬導體.
“磁場”這一章闡明了磁與電現象的統一性,用研究電場的方法進行類比,可以較好地解決磁場和磁感應強度的概念.
“電磁感應”這一章,重要的物理規律是法拉第電磁感應定律和楞次定律.在這部分知識中,能的轉化和守恒定律是將各知識點串起來的主線.本章以電流、磁場為基礎,它揭示了電與磁相互聯系和轉化的重要方面,是進一步研究交流電、電磁振蕩和電磁波的基礎.電磁感應的重點和核心是感應電動勢.運用楞次定律不僅可判斷感應電流的方向,更重要的是它揭示了能量是守恒的.
“電磁振蕩和電磁波”一章是在電場和磁場的基礎上結合電磁感應的理論和實踐,進一步提出電磁振蕩形成統一的電磁場,對場的認識又上升了一步.麥克斯韋的電磁場理論總結了電磁場的規律,同時也把波動理論從機械波推進到電磁波而對物質的波動性的認識提高了一步.
3.通過電磁場在各方面表現的物質屬性,使學生建立“世界是物質的”的觀點
電現象和磁現象總是緊密聯系而不可分割的.大量實驗證明在電荷的周圍存在電場,每個帶電粒子都被電場包圍著.電場的基本特性就是對位于場中的其它電荷有力的作用.運動電荷的周圍除了電場外還存在著另一種唱—磁場.磁體的周圍也存在著磁場.磁場也是一種客觀存在的物質.磁場的基本特性就是對處于其中的電流有磁場力的作用.現在,科學實驗和廣泛的生產實踐完全肯定了場的觀點,并證明電磁場可以脫離電荷和電流而獨立存在,電磁場是物質的一種形態.
運動的電荷(電流)產生磁場,磁場對其它運動的電荷(電流)有磁場力的作用.所有磁現象都可以歸結為運動電荷(電流)之間是通過磁場而發生作用的.麥克斯韋用場的觀點分析了電磁現象,得出結論:任何變化的磁場能夠在周圍空間產生電場,任何變化的電場能夠在周圍空間產生磁場.按照這個理論,變化的電場和變化的磁場總是相互聯系的,形成一個不可分割的統一場,這就是電磁場.電磁場由近及遠的傳播就形成電磁波.
從場的觀點來闡述路.電荷的定向運動形成電流.產生電流的條件有兩個:一是存在可自由移動的電荷;二是存在電場.導體中電流的方向總是沿著電場的方向,從高電勢處指向低電勢處.導體中的電流是帶電粒子在電場中運動的特例,即導體中形成電流時,它的本身要形成電場又要提供自由電荷.當導體中電勢差不存在時,電流也隨之而終止.
二、以“學科體系的系統性”貫穿始終,使知識學習與智能訓練融合于一體
1.場的客觀存在及其物質性是電學教學中一個極為重要的問題.第一章“電潮是學好電磁學的基礎和關鍵.電場強度、電勢、磁嘗磁感應強度是反映電、磁場是物質的實質性概念.電場線,磁感線是形象地描述場分布的一種手段.要進行比較,找出兩種力線的共性和區別以加強對場的理解.
2.電磁場的重要特性是對在其中的電荷、運動的電荷、電流有力的作用.在教學中要使學生認識場和受場作用這兩類問題的聯系與區別,比如,場不是力,電勢不是能等.場中不同位置場的強弱不同,可用受場力者受場力的大小(方向)跟其特征物理量的比值來描述場的強弱程度.在電場中用電場力做功,說明場具有能量.通常說“電荷的電勢能”是指電荷與電場共同具有的電勢能,離開了電場就談不上電荷的電勢能了.