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一基本电路图在初中电学实验复习中的应用剖析

时间:2022-03-21 08:14:19 浏览次数:

开放性实验题。怎样才能既提高这些实验复习效率,又不使学生感觉枯燥乏味,保持复习的主动性和积极性呢?

多年来,笔者根据初中物理课程标准和我省学业水平考试要求,围绕一基本电路图进行电学实验的复习,收到了事半功倍的效果。

一、通过基本电路图,建立“核心知识板块”

建立“核心知识板块”就是将涉及的概念、基础知识进行适当类比,提炼出重点、难点及考点并进行分类,使得繁杂凌乱的概念变得清晰有序,让复习有条不紊地进行。

分析基本的电路图(下图),不难发现基本电路图中涵盖了电学实验所涉及的基本知识点、考点:电流表涉及电流的知识点、电压表涉及电压的知识点、电阻R涉及定值电阻的知识点、滑动变阻器涉及变阻器的知识点,只要围绕这个基本的电路,就能构建电学实验的核心知识点的板块(如下表)。

从这个表格“模板”中,一方面能够理清学业水平考查的电学中的重点实验,从而掌握考点之间的内在逻辑关系,清晰的建构知识的整体框架,用全局视角审视电学知识,使学生的思维始终保持整体性和连贯性。另一方面能够让学生清楚地抓住复习的目的或目标,在课前找出哪些问题尚不明白需要老师帮助,提高复习效率。

二、通过基本电路,全面复习初中电学实验

如右图所示的这个基本电路,是整个物理实验的基础和灵魂,通过它能够把电学实验的知识点、能力考察呈线性展开。

1.按基本电路图,连接电学实验实物图。

请你用笔画线代替导线,

(1)把图1中的器材连接成实验电路。(连线不交叉)

(2)把图2中的实物电路连接完整。

(3)把图3实物电路连接完整。(要求滑片向右移时灯变亮)

根据电路图连接实物图是初中电学中一项非常重要的实验技能,是学业水平考查的重点内容,通过这一基本电路图,强调并复习了电流表、电压表的连接特点及“+”、“一”接线柱的接线位置,让学生学会用欧姆定律正确估算量程,避免量程过大造成测量值的误差大,同时避免了量程过小导致电流烧坏仪表的问题。通过实物图的连接,不仅培养了学生的实验技能,而且培养了学生的实验探索能力。

2.依据基本电路图,复习电学实验。

如右图所示的实验电路图。其中电源为两节新干电池,定值电阻为10Ω,滑动变阻器上标有“10Ω 2A”的字样:

(1)为了“探究电流跟电压的关系”在连接电路的过程中:

①开关应该处于_____________状态。

②接通电路前应将滑动变阻器的阻值调到_____________位置,实验中调节滑动变阻器的目的是_____________。

③实验时电压表应选用的量程为_____________V,电流表应选用的量程为_____________A。

④下表是探究“电流与电压关系”时记录的几组实验数据,通过对表中数据的分析,可得到的初步结论是_____________。

(2)为“探究电流跟电阻的关系”把电源电压换为6V且保持不变,增加了阻值分别为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω的电阻。

①实验中多次改变R的阻值,调节滑动变阻器的滑片,使电压表示数_____________记下电流表的示数,得到如图甲所示的电流I随电阻R变化的图像。

②由图像可以得出结论:电压一定时,_____________。

③上述实验中,小明用5Ω的电阻做完实验后,接下来的操作是_____________,然后将10Ω的电阻接入电路,闭合开关,移动滑片,使电压表示数为_____________V时,读出电流表的示数。

以上两个探究实验,一方面,可以让学生进一步复习和巩固电流表、电压表、滑动变阻器的知识点、考点,避免死记硬背。另一方面,通过实验可以让学生感受和体验:“探究型的实验”往往是根据实验的“探究问题部分”进行器材的选择、实验变量的控制、实验现象的分析,最后根据问题得出实验的结论。从而让学生学会从物理现象和实验中归纳出一般性科学规律,并尝试应用获得的知识解决一些具体问题。

(3)根据基本电路图做“测量小灯泡的电阻”实验。电源电压保持不变,小灯泡上标有“2.5V 0.3A”字样。

①这个实验的原理是根据_____________定律推出公式_____________然后计算出Rx的阻值。

②连接好最后一根导线,灯泡立即发出明亮耀眼的光并很快熄灭。检查后,发现连线正确,请你找出实验中两个操作不当之处:

A._____________。B._____________。

③排除故障后,电压表和电流表的示数如图乙所示,电流表示数为_____________灯泡的电阻为_____________Ω。

④实验中我们多次测量求平均值的目的是_____________。

(4)根据基本电路图做“测定额定电压为“2.5V”小灯泡电功率的实验。

①开关闭合前,将滑动变阻器的阻值调到最大是为了_____________。

②检查电路连接无误后,闭合开关发现灯泡不亮,电压表有示数,电流表无示数,造成这种故障的原因可能是_____________。

③排除故障后,测得数据如下表所示,完成表中空格,小灯泡的额定功率是_____________W。

④测出功率后,又算出小灯泡在不同电压下的电阻值,发现电压升高时电阻变大,其主要原因是_____________。

通过上面基本电路引出的测量型实验,认识到测量可以通过工具直接测量,还可以采用间接的方法进行测量,弄懂间接测量的实验原理,正确使用器材,掌握必要的实验技巧,再通过分析、推理得出正确结论,最后能够评估实验的得失,获取实验的经验值。此外,可以让学生在实验中学会查找实验中电路的故障问题,使知识得到补充和完善。更重要的是,通过观察实验现象,分析和解决问题,培养了学生的创造性思维能力,激发了学生的学习兴趣。

三、通过基本电路,训练学生的发散思维

通过基本电路图,可以对电学实验从多角度、多侧面、全方位提出多种方案,打破常规的思维定式,突破固有的认知结构。创新解题思路和解题方法,能提高悟性,变知识为智力、能力,真正达到举一反三、触类旁通的思维效果。

在解决“伏安法测电阻”的实验时,笔者在基本电路的基础上通过以下3个例题拓展和训练学生的思维能力。

1.现有下列实验器材:一只已知阻值的定值电阻R、两只电流表、电池、开关足量的导线。请你利用这些器材设计实验,测出一只未知电阻R的阻值。要求:(1)画出实验电路图。(2)用已知量和测量量表示R。教师引导学生从伏安法测电阻的原理入手推出:

2.如果1实验中的电流表换成电压表又该如何解决(1)、(2)小问(解决方案如上一问,可让学生自己结合上面的推导完成,并画出电路图)。

3.如果1实验中的R换成一个变阻箱又该如何解决(1)、(2)小问(解决方案同上)。

通过这3个例题让学生由表及里地分析了单表测量、等效替代法测电阻的考点,培养了演绎推理和归纳推理的能力,同时利用一题多变、一题多解培养创造性的求异思维能力,拓宽思路,使学生的思维更灵活、敏捷,提高其发散思维能力。

四、以基本电路图为主线,赏析中考试题

(2014·云南)22.如图13是“伏安法测电阻”的实验装置(待测电阻阻值不小于10Ω)。

(1)请用笔画线代替导线补充完成图13中的实物电路连线(要求导线不能交叉,滑动变阻器滑片向右移动时电阻变大)。

(2)某次测量时电流表的示数为0.2A,电压表示数如图14所示,则待测电阻值为_____________Ω。

为减小误差,可用_____________改变待测电阻两端的电压来进行多次测量求平均值。

(3)将上述实验中的电阻换成小灯泡,用同样的方法测小灯泡的电阻,数据记录如下表:

分析表中数据可知,小灯泡两端电压越低,小灯泡的电阻越_____________,原因是_____________。

解析:(1)电源是两节干电池,所以电源电压是3V,电压表应选取0~3V量程;电路中最大电流I=U/R=0.3A,电流表应选取0~0.6A量程;

(2)电压表的选取0~3V量程,最小分度值为0.1V,读数为2.2V,由I=U/R得,R=U/I=2.2V/0.2A=11Ω;

(3)分析表中的5组数据可知,电压变小时,电流随之变小,灯泡电阻就会变小,这是因为电流变小灯泡亮度减弱,钨丝温度下降,钨丝受温度影响所致,温度越低,钨丝电阻越小。答案:滑动变阻器;小;灯丝电阻受温度影响。

本试题属中难题。围绕基本电路图中涉及的电流表、电压表、滑动变阻器这几个器材,既对器材的连接要求,测量工具的读数,以及电流、电压、电阻的知识点进行了考查,特别是电流表要与所测的用电器“串联”、电压表要与所测的用电器“并联”、滑动变阻器要“一上一下”连接;又通过基本电路图让学生会使用电流表和电压表测电阻。另外,考查了学生在实验中围绕实验要求选择科学的探究方法及选择合适的实验器材进行实验操作,会用科学术语、简单的图表等描述实验结果。

综上所述,在电学实验复习的过程中,采用上述这一个基本电路图对电学中实物图连接、电流、电压、电阻及其测量工具的使用、读数等知识点进行复习,以基本电路为主线把知识呈线性展开、把难点分散,使本来枯燥无味的复习充满生机和活力,提高复习效率;同时通过这种灵活多变的教学方式,让物理实验的复习效益不仅体现在学生对知识的掌握和理解,而且体现在学生对知识迁移能力的提高,最终达到提高学生思维能力、创新能力和自主学习能力的目的,为培养学生的探究精神和创新意识打下坚实基础。

参考文献:

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[3]陆文全.倡导自主探究学习 培养学生创新能力.中学物理,2008- 10:18.

[4]九年级物理课本.人民教育出版社.

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