探究式学习在物理教学中的应用----以闭合电路的欧姆定律为例

发表时间:2020/12/31   来源:《中国教工》2020年第21期   作者:张福娟
[导读] 学生技能基础:学生在初中和本章第二节的学习中,对电动势的概念和部分电路的欧姆定律,电功和电功率已经比较熟悉,而本节课是建立在学生掌握了电动势的概念和部分电路的欧姆定律及电功和电功率基础上展开的,因此,学生具有良好的基础。
        张福娟
        山东省聊城第四中学  山东 聊城 252000
        一、学生知识状况分析
        学生技能基础:学生在初中和本章第二节的学习中,对电动势的概念和部分电路的欧姆定律,电功和电功率已经比较熟悉,而本节课是建立在学生掌握了电动势的概念和部分电路的欧姆定律及电功和电功率基础上展开的,因此,学生具有良好的基础。
        活动经验基础:本节课主要采取的活动形式是学生非常熟悉的自主探究与合作交流的学习方式,学生具有较熟悉的活动经验.
        二、教学任务分析
        在初中和本章第二节的学习中,学生对电动势的概念和部分电路的欧姆定律及电功和电功率比较熟悉的,形成了一定的逻辑思维能力和推理能力,本节课安排《闭合电路的欧姆定律》,旨在从能量守恒的角度探究出整个闭合电路的欧姆定律。
        三、教学目标
        三维教学目标
        知识与技能
        (1)理解闭合电路内外电路的电势降落及与电动势的关系
        (2)理解闭合电路的欧姆定律及各种表达式
        (3)会用闭合电路的欧姆定律分析路端电压与负载的关系
        过程与方法
        (1)经历闭合电路欧姆定律的理论推导过程
        (2)体验能量转化和守恒定律在电路中的具体应用,理解内外电路的能量转化
        情感态度与价值观
        (1)通过本节的学习活动,鼓励学生勇于探究与日常生活相关的物理问题
        (2)通过探究活动,培养学生严谨的科学态度和合作精神
        四、教学过程分析
        本节课的设计分为四个环节:情境引入——探索新知——反馈练习——课堂小结
        第一环节:情境引入
        活动内容:【创设情境,导入新课】
        教师:如果将一个额定电压2.5V的小灯泡接在4.5V     电源两极之间,猜想一下小灯泡结果会怎么样?
        学生:学生利用已有知识很快可能回答:会烧坏。
        按电路图连接实验演示
        PPT大屏幕显示:小灯泡为什么没有烧坏呢?
        活动目的:
        对比过去当灯泡两端电压超过额定电压时,灯泡就会被烧坏的已有认知,通过实验现象引起认知冲突,激发学生兴趣,进入了新课的学习。
        教学效果:
        已有认知是学生所熟悉的,实验现象引起认知冲突。
        为什么会这样呢?今天的学习将会给同学们一个很好的解释。
        第二环节:探索新知
        ppt演示活动内容:
        【师生互动,构建新知】
        一、闭合电路
        (一)闭合电路的组成
        用导线把电源、用电器连成一个闭合电路(如图)
        外电路:电源外部的电路(包括用电器、开关和导线)
        外电阻R:外电路的电阻
        内电路:电源内部的电路
        (如发电机的线圈、电池内的溶液等)
        内电阻r:内电路的电阻(内阻)
        (二)闭合回路的电流方向
        组织学生思考讨论后回答
        教师根据学生回答补充归纳总
        在外电路中,电流方向由正极流向负极。
        在内电路中,即在电源内部,通过非静电力做功使正电荷由负极移到正极,所以电流方向为负极流向正极。
        (三)闭合回路中的电势变化情况
        组织学生思考讨论后回答
        教师根据学生回答补充归纳总结:
        在外电路中,沿电流方向电势降低。
        在内电路中,一方面,存在内阻,   沿电流方向电势也降低;另一方面,沿电流方向存在电势“跃升”。
        (四)闭合电路的能量转化
        思考与讨论
        (1)若外电路中的用电器都是纯电阻R,电路中电流为I,在时间t内外电路中有多少电能转化为内能?
        (2)内电路也有电阻r,当电流通过内电路时,也有一部分电能转化为内能,是多少?
        (3)电流流经电源时,在时间t内非静电力做多少功?
        (4)以上各能量之间有什么关系?
          学生:(1)E外=I2Rt
        (2)E内=I2rt
        (3)W=Eq=EIt
        根据能量守恒定律,非静电力做的功应该等于内、外电路中电能转化为其他形式的能的总和.
      
        教师(帮助总结):这就是闭合电路的欧姆定律。
    二、闭合电路欧姆定律
        (1)内容:闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比,跟内、外电路的电阻之和成反比,这个结论叫做闭合电路的欧姆定律。
        (2)公式:
        (3)适用条件:外电路是纯电阻的电路
        (4)说明:U外=IR是外电路上总的电势降落,习惯上称为路端电压;
        U内=Ir是内电路上的电势降落,习惯上称为内电压;
        代入E =IR+ Ir 得E=U外+U内
        该式表明,电动势等于内外电路电势降落之和。
        【释疑解惑 前呼后应】
        回应引入中的问题:解释为什么小灯泡没有烧坏。
        学生活动:(将学生分成两组,每组各分析一个问题)
        第一组问题:
        在右图已知条件下,若电源的内阻r=5Ω,则电路中的电流I和路端电压U各为多大?
        分析计算:
       
        则有U=E-Ir=4.5V
        或根据U=IR=4.5V
        第二组问题:
        若将上图中的负载变为R’=25Ω,且电源的内阻r=5Ω,则电路中的电流I和路端电压U各为多大?
        分析解答:
           则有U’=E-Ir=5V或根据U=IR’=5V
        可见,由于电源内阻的存在,当外电阻发生变化时,电路电流也就会变化,路端电压也随之发生变化。
        下面,我们利用实验探究路端电压与负载(或电路电流)的变化关系。
        【师生互动,构建新知】
        三、路端电压与负载的关系
        (一)实验研究
        实验目的:路端电压跟外电阻的关系
        实验器材:电源、 开关、 导线、电压表、滑动变阻器、电流表、定值电阻
        电路图:
        (二)实验结论
        当外电阻增大时,电流 减小,路端电压   增大 。
        当外电阻减小时,电流 增大,路端电压    减小。  
        (三)理论分析
        因E,r是定值由I = E / (R+r)可得电流随负载变化而变化的关系
        E,r一定,由I的变化根据U外= E - I r即可得U外随负载变化而变化的关系
        (四)两个特例:
        (1)外电路断路时
        外电阻R→∝,电流I=0,U内=0,U外=E。电压表测电动势就是利用了这一原理。
        (2)外电路短路时
        外电阻R=0,U外=0,U内=E=Ir,故短路电流
        (五)应用分析
        现象1:傍晚用电多的时候,灯光发暗,而夜深人静时,灯特别亮。
        (六)路端电压U随电流I变化的图象.
        请阅读课本第62页“思考与讨论”,并尝试回答问题。
        (1)函数关系表达式: U=E﹣Ir
        (2)作出U与I关系的函数图象
        (3)讨论并回答以下问题
        ①外电路断开的状态对应于图中的哪个点?怎样看出这时路端电压与电动势的关系?
        ②电动势E的大小对图象有什么影响?
        ③电源短路的状态对应于图中的哪个点?怎样读出这时电流的大小?
        ④r的大小对图象有什么影响?
        【自主练习 巩固提高】
        课本62页例题略
        活动目的:
        利用能量的转化与守恒定律,推导出闭合电路的欧姆定律,让学生经历证明的严密性和物理学的严谨,培养学生的逻辑推理能力。
        教学效果:
        利用能量的转化与守恒定律,推导出闭合电路的欧姆定律,让学生经历证明的严密性和物理学的严谨,使学生认识到物理规律利用数学图像表示的直观和简便通过对特殊点的分析寻找反映的物理量
        第三环节:反馈练习
        活动内容1:(利用ppt演示题型)利用慧学云”智能教学平台学生答题
        活动目的:
        “慧学云”智能教学平台学生答题结束后,马上就会出具答题结果,并能看到每个学生的答题情况,正答率清晰可见。通过学生利用“慧学云”答题的反馈练习,使教师能全面了解学生对概念是否清楚,能否灵活运用闭合电路的欧姆定律,以便教师能及时地进行查缺补漏。
        教学效果:
        学生对于闭合电路的欧姆定律掌握是非常熟练,因此,学生能较好地解决闭合电路的欧姆定律的问题。
        第四环节:课堂小结
        活动内容:通过本节课的学习,主要学习了以下几个问题:
        1、闭合电路的欧姆定律的内容及公式。
        2、路端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、路端电压与电流的关系式为U=E-Ir,其U—I图线是一条倾斜的直线
        【作业】布置
        课后习题
        1.书面完成P63“问题与练习”第1、3、4题;
        2.思考并回答第2、5题。
        活动目的:
        复习巩固本课知识,提高学生的掌握程度.
        教学效果:
        学生对闭合电路的欧姆定律的内容掌握深刻,并能熟练运用闭合电路的欧姆定律的内容解决问题.
        课后练习:p50第1、2、3、4题
        五、教学反思
        1、知识的反思
        (1).学生已经从做功的角度认识了电动势的概念,通过功能关系的分析建立闭合电路欧姆定律学生应该容易理解,但内电路电势变化有升有降学生还是有障碍的。
        (2)、难点在于电阻两端电压和电流的关系与路端电压和电流的关系的图象区别和联系,以及如何用图象得到相关信息。
        (3)、按照由局部到整体在到局部(优先分析不变的部分)顺序分析电路中各用电器两端电压和流过它们的电流的方法学生掌握理解的不错。
        2、慧学云的应用情况回馈
        “慧学云”智能教育平台可以根据学生的不同情况,发布预习及复习任务,预习及复习情况一目了然。“慧学云”课中交互系统的应用,能够高效的完成课堂小测,答题结束全班的正答率就出结果,而且每个学生的答题情况老师能够一眼就看到 。慧学云智能教学平台的使用减轻了教师教学的负担,能共享优质资源,提高教学效率;慧学云智能教学平台的使用有助于教师实行个性化教学,及时查缺补漏,做到了既顾及大多数学生,又照顾个别,更好地实现了不放过每一个学生的目标。
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