1 有關(guān)準(zhǔn)備
老師預(yù)先將全班同學(xué)五人一組,分若干組,每組桌面上放置儀器有:電源(6V)、滑動變阻器(0~20Ω)、定值電阻(20Ω)、阻值約數(shù)十Ω的定值電阻各一個;電流表、電壓表各一只;開關(guān)、導(dǎo)線若干。
首先,引導(dǎo)學(xué)生回顧了電阻的相關(guān)知識:如電阻的定義、符號、單位,影響電阻大小的因素;滑動變阻器改變電路電阻的原理、連接方法、元件符號。
其次,引導(dǎo)學(xué)生回顧一個實驗,即“伏安法”測電阻,復(fù)習(xí)“伏安法”測電阻的原理、電路圖如圖1所示。學(xué)生依據(jù)電路圖連接實物圖,著重指出實驗注意事項,認真討論滑動變阻器在電路中的作用。
2 合作探究
在此基礎(chǔ)上,引導(dǎo)同學(xué)動手操作、實踐測量,并依據(jù)歐姆定律,實際計算出Rx的阻值。
老師接著問:如果現(xiàn)實中缺少電流表,該如何測量未知電阻Rx呢?
學(xué)生馬上想到“串聯(lián)電路電流處處相等”,于是就想到如圖2所示的設(shè)計方案。
學(xué)生代表解釋說:如圖2所示,先用電壓表測出R0兩端的電壓U0;再測出Rx兩端電壓Ux。先依據(jù)I=U0/R0,計算出通過R0的電流I,由于R0與Rx串聯(lián),故通過R0的電流也就是通過Rx的電流,利用歐姆定律:
Rx=Ux/Ix=Ux/(U0/R0)=UxR0/U0。
待闡述完畢,各組根據(jù)該同學(xué)的講述,選擇桌面上的儀器,實際操作。教師適時點撥,利用滑動變阻器,再測量兩組數(shù)據(jù),實現(xiàn)多次測量求平均值從而減少誤差,并與已測得的Rx比較,驗證該辦法的正確。
一陣忙碌之后,老師又問:若缺少電壓表呢?
諸多學(xué)生馬上想到:一定能利用“并聯(lián)電路各支電壓相等”來完成。
各組學(xué)生積極投入到設(shè)計、實驗中。不一會兒,有學(xué)生發(fā)言道:
如圖3所示,先用電流表測出通過R0的電流I0,再用電流表測出通過Rx的電流lx,由于R0與Rx并聯(lián),根據(jù)歐姆定律和并聯(lián)電路的特點,推算出:Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0R0/Ix。
學(xué)生馬上投入實踐探究中,經(jīng)實際測量并與已測Rx比較,該同學(xué)方法正確。
接著,教師見同學(xué)探究積極性高,乘勝追問道:上述方法2、3我們都進行了兩次測量,并利用串、并聯(lián)電路特點,利用歐姆定律測出了Rx的值。下面大家開動腦筋,能否僅連接一次,有效利用前面的經(jīng)驗也可以測量出Rx的值呢?
五組學(xué)生都積極投入探究之中,教師適時巡視點撥,一會兒工夫,探究成果出來了:
學(xué)生1:方法如圖4所示,學(xué)了閉合時,Rx短路,電路僅有R0工作,故電流表此時的示數(shù)是通過R0的電流即I合。根據(jù)歐姆定律,電源電壓為:U=I合R0;當(dāng)S斷開時,○A的示數(shù)是通過Rx和R0的電流,即I斷,故此時電源電壓為
U′=I斷(R0+Rx)。
由于前后電源電壓不變,卻
I合R0=I斷(R0+Rx),所以
Rx=R0(I合-I斷)/I斷。
學(xué)生2:如圖5所示,當(dāng)開關(guān)S閉合時,電路中僅Rx工作,○V的示數(shù)為Rx兩端電壓U合;當(dāng)S斷開時,R0與Rx串聯(lián),○V的示數(shù)為Rx此時分得的電壓U斷,根據(jù)串聯(lián)電路特點,此時R0分的電壓為U0=U-U斷,故通過R0的電流為:
I0=(U合-U斷)/R0。
即此時通過Rx的電流,故Rx的值為:
Rx=U斷R0/(U合-U斷)。
之后,學(xué)生紛紛發(fā)言,各組開始展示自己的探究成果。
學(xué)生3:如圖6所示,當(dāng)開關(guān)S斷開時,○A的示數(shù)是通過R0的電流I斷;S閉合時,R0與Rx并聯(lián),○A的示數(shù)是Rx與R0的總電流I合;由于電源電壓不變,根據(jù)并聯(lián)電路特點與歐姆定律得:
Rx=U/(I合-I斷)=R0I斷/(I合-I斷)。
學(xué)生4:如圖7所示,由于R0為滑動變阻器,且阻值為0~20Ω,所以,當(dāng)滑片P在a端時,○A的示數(shù)是通過Rx的電流Ia;當(dāng)滑片P滑到b端時,○A的示數(shù)是通過Rx與R0的電流Ib;由于電源電壓不變,故有:IaRx=Ib(Rx+R大)。
所以Rx=IbR大/Ia-Ib)。
學(xué)生5:如圖8所示,開關(guān)閉合后,滑片P在a端時,○V為Rx兩端電壓,即電源電壓為Ua;當(dāng)滑片P滑至b端時,由于Rx與R0串聯(lián),此時○V僅為Rx分得的電壓Ub,根據(jù)串聯(lián)電路特點和歐姆定律得:Rx=UbR大/(Ua-Ub)。
老師總結(jié)說:電路計算題關(guān)鍵是根據(jù)電路中開關(guān)的斷開和閉合正確判斷電流的流向,從而得出用電器(電阻)的串、并聯(lián)情況,然后根據(jù)串、并聯(lián)電路特點和歐姆定律靈活解決電學(xué)有關(guān)計算問題。同學(xué)們,只要掌握方法,牢記規(guī)律一定沒有解決不了的問題。
一節(jié)復(fù)習(xí)課,緊緊圍繞“電阻”的相關(guān)知識,將學(xué)生分組探究,有效地復(fù)習(xí)了歐姆定律和串并聯(lián)電路特點,并實際操作,反復(fù)驗證,對本章節(jié)的“一定律”、“一規(guī)律”、“一實驗”作了詳盡回顧,既培養(yǎng)了學(xué)生自主探究,分組協(xié)作的能力,又激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新意識,并體驗了成功的幸福,為中考沖刺復(fù)習(xí)開辟了全新的面孔,很是值得同學(xué)和老師借鑒。
注:“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文?!?/p>