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        “閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)教學(xué)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

        2021-09-10 22:19:02盧定山王志斌柴邵霞
        物理教學(xué)探討 2021年8期
        關(guān)鍵詞:實(shí)驗(yàn)探究創(chuàng)新設(shè)計(jì)

        盧定山 王志斌 柴邵霞

        摘? ?要:“閉合電路歐姆定律”是高中物理電學(xué)部分重要的物理規(guī)律之一,其教學(xué)方法一般是傳統(tǒng)的理論教學(xué),學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中缺乏符合認(rèn)知規(guī)律的情境支持。文章以“閉合電路歐姆定律”為素材,以新課標(biāo)為指導(dǎo),利用自制裝置讓學(xué)生親歷科學(xué)探究過程,在數(shù)據(jù)分析中鍛煉科學(xué)思維,在活動(dòng)中做真探究,在教學(xué)中真正落實(shí)核心素養(yǎng)要求。

        關(guān)鍵詞:閉合電路歐姆定律;創(chuàng)新設(shè)計(jì);實(shí)驗(yàn)探究

        中圖分類號:G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A ? ? 文章編號:1003-6148(2021)8-0055-3

        1? ? “閉合電路歐姆定律”教學(xué)內(nèi)容的比較

        “閉合電路歐姆定律”是高中物理電學(xué)部分最重要的物理規(guī)律之一,也是教學(xué)難點(diǎn)。人教版、華師大版兩版教材中“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)內(nèi)容分析如表1所示。在教學(xué)實(shí)踐中,應(yīng)遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律,在探究過程中引導(dǎo)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題,解決問題。本文對“閉合電路歐姆定律”實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行了創(chuàng)新改造,對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行了創(chuàng)新設(shè)計(jì),把科學(xué)探究這一核心素養(yǎng)的培養(yǎng)真正落到實(shí)處[1]。

        2? ? “閉合電路歐姆定律”裝置的設(shè)計(jì)與制作

        2.1? ? 實(shí)驗(yàn)裝置的設(shè)計(jì)

        實(shí)驗(yàn)器材:電源為J2365可調(diào)內(nèi)阻的半封閉式鉛蓄電池;數(shù)字電壓表V1和V2采用4位數(shù)字電壓表,可精確到0.001 V;數(shù)字電流表A采用4位數(shù)字電流表,可精確到0.001 A;電阻箱為ZX21型標(biāo)準(zhǔn)電阻箱。

        實(shí)驗(yàn)原理示意圖如圖1所示。

        2.2? ? 實(shí)驗(yàn)裝置的制作

        (1)電源改造:在電源正極A右側(cè)約5 mm和電源負(fù)極B左側(cè)約5 mm處各開一長約1 cm的狹縫,插入長約15 cm的銅片,作為另一組實(shí)驗(yàn)的探針a'和b'[2]。

        (2)將數(shù)字電壓表、數(shù)字電流表、電阻箱和電源的接線端集成在示教面板上(圖2)。

        (3)將配制的密度為1.28 g/cm3的硫酸溶液注入鉛蓄電池盒內(nèi),將穩(wěn)壓電源輸出電壓調(diào)為2.4 V,對其充電24 h左右備用。

        3? ? 實(shí)驗(yàn)探究過程

        3.1? ? 內(nèi)電路不變,改變外電路,探究閉合電路遵循的規(guī)律

        接通電路,改變外電路(調(diào)節(jié)電阻箱的阻值),記錄兩電壓表示數(shù)U和U、電流表的示數(shù)I、電阻箱的阻值R,并算出U+U的值(表2)。由電動(dòng)勢概念可知,外電路斷路即R無窮大時(shí),外電壓等于電動(dòng)勢,故表2中U+U對應(yīng)的第一行數(shù)據(jù)即為電動(dòng)勢。

        3.1.1? ? 探究電動(dòng)勢與內(nèi)電壓、外電壓的關(guān)系(表2)

        3.1.2? ? 探究內(nèi)電路是否遵循部分電路歐姆定律

        利用表2中的U和I,計(jì)算相應(yīng)的值生成表3,其內(nèi)電壓與內(nèi)電路電流關(guān)系圖像如圖3所示。

        3.1.3? ? 數(shù)據(jù)分析

        (1)分析數(shù)據(jù),尋找誤差來源

        可得ΔE=I·Δr

        (2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),深入探究

        由于無法做到使探針無限接近而又不接觸電源兩極,可以利用探針遠(yuǎn)離電極來驗(yàn)證我們的推理。若用探針a'、b'替換探針a、b重新實(shí)驗(yàn),則由上述分析知:在電流I相等時(shí),因Δr變大,電動(dòng)勢E與內(nèi)、外電壓測量值之和的差值ΔE較用探針a、b實(shí)驗(yàn)時(shí)會增大;且隨著電流的增大,前后兩次ΔE的差別也會變得更大。

        改用探針a'、b'測量內(nèi)電壓[4],改變外電路(調(diào)節(jié)電阻箱的阻值),重新實(shí)驗(yàn),記錄兩電壓表示數(shù)U、電流表的示數(shù)I、電阻箱的阻值,數(shù)據(jù)如表4所示。

        通過對表2和表4中數(shù)據(jù)的對比,我們確定誤差是由于探針無法做到無限靠近又不接觸兩極引起的。因此,實(shí)驗(yàn)過程中為了減小誤差,電流值應(yīng)不宜超過60 mA。

        3.1.4? ? 總結(jié)推導(dǎo)結(jié)論

        實(shí)驗(yàn)中外電路為純電阻電路一定遵循部分電路歐姆定律。通過實(shí)驗(yàn)還得到以下結(jié)論:U+

        3.2? ? 外電路電阻不變,內(nèi)電路改變時(shí)閉合電路遵循的規(guī)律

        將探針切換回探針a、b,保持電阻箱阻值R=

        3.3? ? 結(jié)? 論

        通過實(shí)驗(yàn)探究及數(shù)據(jù)分析可得,無論是外電路改變,還是內(nèi)電路改變,在誤差允許的范圍內(nèi)均有

        則可歸納總結(jié)出閉合電路歐姆定律:閉合電路的電流跟電源的電動(dòng)勢成正比,跟內(nèi)、外電路的電阻之和成反比。

        4? ? 結(jié)? 語

        在實(shí)際教學(xué)中,我們讓學(xué)生先按人教版教材中所述進(jìn)行理論推導(dǎo),得到閉合電路歐姆定律;再根據(jù)筆者設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行探究,引領(lǐng)學(xué)生利用自制裝置,小心求證。學(xué)生親歷探究過程,在探究過程中通過數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)問題,提高解決問題的能力[1],并在此過程中培養(yǎng)學(xué)生的質(zhì)疑精神,將提高學(xué)生物理學(xué)科的核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

        參考文獻(xiàn):

        [1]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018.

        [2]韓達(dá)炯,唐柏忠.DIS在閉合電路的歐姆定律實(shí)驗(yàn)中的拓展應(yīng)用[J].物理教師,2019,40(04):27-29.

        [3]張心悅,康建波,張麗萍.在活動(dòng)中做真探究——以“閉合電路歐姆定律”為例[J].物理教學(xué)探討,2019,37(02):13-15.

        [4]唐柏忠,韓達(dá)炯.用固定探針探究閉合電路的歐姆定律實(shí)驗(yàn)值得商榷[J].物理通報(bào),2019(07):125-126.

        (欄目編輯? ? 劉? ?榮)

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