_闭合电路的欧姆定律_数字化教学_周静忠.docx

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1、图 4 (6)这时教师可以引导学生思考这样一个问题 电 流和电阻成反比？是不是初中里学到的欧姆定律 如何来论证I和只的确切关系？学生会提出重新设置变 (1) 将电压、电流传感器接入数据采集器，并插入 电脑 . (2) 打开 DISLab通用软件，打开 “ 计算表格 ” ，点击 “ 自动记录 ” ，同时滑动变阻器的滑动触头，记录一系列数 据如图 2所示 . (3) 点击 “ 公式 ” ，跳出 “ 选择公式设置 ” 对话框，将其中 的“ 公式代码 ” 中的 “ 心 ” 改成 “ 只 ” ，并在 “ 公式表达式 ” 中写 入公式 “ L72/J1” ， 点击 “ 确定 ” ，就会在原来的 “ 计算表

2、格 ” 中 出现一列关于 E的数据，如图 3所示 . (4) 点击 “ 绘图 ” ，跳出 “ 选择绘图数据 ” 对话框，在 “X 轴 ”“ Y轴 ” 格子内分别写入 “ iT和 “ J1” ， 点击 “ 确定 ” ，就会 现代教学技术 “ 闭合电路的欧姆定律 ” 数字化教学 周静忠 1冯建跃 2 (1.无锡市第三高级中学，江苏无锡 214100;2.江苏省天一中学，江苏无锡 214101) 摘要：用数字化实验器材做物理实验，不但具有传统实验客观、实在的特点，而且还具有快速、高效、简单、明了 等物理教师渴求的特点，本文介绍了利用 DISLab实验器材开展 “ 闭合电路的欧姆定律 ” 数字化教学的

3、全过程，包 括实验器材的布置、实验过程的操作步骤、实验变量的设置和实验规律的获取 . 关键词：数字化教学； DISLab;闭合电路的规律 “ 闭合电路的欧姆定律 ” 是高中物理选修 3-1第 2章 恒定电流中最核心的一节内容，在中学物理教学中占有非 常重要的地位 .但是这一节的教学内容比较多，包含了闭 合电路、内外电路、内外电压等 5个概念，闭合电路的欧姆 定律、内外电压之和、路端电压与外电阻的关系、路端电压 与电流的关系、电源的 3个功率和效率与外电阻的关系等 8个规律，其中好多规律的教学都要利用实验来进行探宄、 验证或展示，如果都用电压表、电流表、电阻箱等实验器材 来做实验，一边读数记录一

4、边描点画线，然后得出规律，那 要花费 3个课时还不一定能完成，不一定能获得满意的教 学效果 .有了数字化实验器材，原来要半小时的实验现在 几分钟就能完成，使得上述规律的探宄都能在一堂课上顺 利开展，并取得良好的教学效果 . 1闭合电路的欧姆定律的数字化探究 在书本上，闭合电路的欧姆定律是通过能量守恒定律 推导得出的，但如果还原欧姆当初的研宄，那就需要用实 验来进行教学 .笔者参加了 2012年 9月在青岛举行的全 国青年教师物理教学大奖赛， 其中一个比赛科目就是 “ 闭 合电路的欧姆定律 ” 一课，有好多参赛选手就是利用实验 来开展探宄的 .笔者在此介绍利用 DISLab做的探宄 . (5)

5、按图 1连接好电 路，电池用旧一点的，其内阻 最好在 5 ri以上，如果是新 电池，则应该在电流传感器 旁边串联一个 5 n lo n的 电阻 . 图 1 得到如图 4所示的 J-i?图线 . 图 2 图 3 Vol. 34 No. 8 (2013) 物 理 教 师 PHYSICS TEACHER 第 34卷第 8 期 2013 年 68 第 34卷第 8 期 2013 年 物 理 教 师 PHYSICS TEACHER Vol. 34 No. 8 (2013) 量 或 -来绘制图线，其中按 一 绘制出的图 线如图 4所示，是一条不通过原点的直线，给出的函数应 该是 = 也就是说 I和只的关系

6、应该是 的 形式，这正是当年欧姆通过实验得出的结论 . 现在我们可以跟学生们一起来猜想，分子上的是什 么？分母上的 6是什么？也许好多学生首先会想到是电 压 L/，教师可以提示学生们是一个定值，而 L7不是，那么 就自然而然应该是电动势也是一个定值，而且应该是 一个电阻，也很自然地会想到 6应该是电源的内阻 r.这样 姆定律，电流 I在逐渐减小； 图 7 就顺利地得出了闭合电路的欧姆定律 2外电压、内电压的数字化探究 从结构来看，闭合电路的内外电压起着一个承上启 下 的衔接，承上，由闭合电路的欧姆定律得出 =1只， 17内 = 1厂，且 L7外 +L7外 =：，并回应前面有关闭合电路中电势降落

7、 情况的一段分析；启下，是为了得出路端电压公式做好铺 垫 .这一内容的教学，跟前面一样，也有两种教学方案，一 是简单的理论推导，由教师作一讲解就算过堂了，讲宄一 点的教师会采用实验测量，跟学生一起来探宄内外电压的 规律 . 采用数字化实验器材来探宄内外电压的规律，需要一 个如图 5所示的蓄电池， A是海绵铅板，是蓄电池的正极， B是氧化铅板，是电源的负极，槽内放约 30%浓度的稀硫 酸，打气装置接 一个医用针筒，用来改变内电阻的大小， C、 D两个金属片插在两极内侧，用来测定内电阻上的电压， 测量电路如图 6所示 .然后作如下操作 . 图 5 图 6 (1) 按图 6连接， Vi、 V2处接入

8、两个电压传感器，接入 时注意正负极，将传感器接入数据采集器，连上电脑 . (2) 点开 DISLab， 点击 “ 专用软件 ” ，打开 “ 电动势和 内、外电压的关系 ” ，跳出一个表格，表格左下方是操作按 钮 .在测量之前，先将传感器两输入端短接，点击表格下方 的 “ 传感器调零 ” 按钮，把两个传感器都调好零，恢复电路 . (3) 将变阻器置于阻值较小的一个位置上，闭合电键 S，点击 “ 开始记录 ” ，再点 “ 记录数据 ” ，表格中就会出现一 列数据，包括外电压、内电压和两者之和值；把变阻器向阻 值较大的方向滑动一点，再点击 “ 记录数据 ” ，表格中出现 第 2列数据， ，如图 7所

9、示 . 接下来，教师可以引导学生一起来分析表格中的 数据： 外电路上变阻器阻值逐渐增大，根据闭合电路的欧 内电压在逐渐减小； 外电压在逐渐增大； 内、外电压之和是一个定值 . 这些规律是一目了然的 .然后就出来一个问题，这个 定值是什么值呢？ 再回到闭合电路的欧姆定律，提示学生注意 Ir和 Ji? 应该就是内、外电压，即 L7内 =1厂， L7夕卜 =识，且 L7外 +L7内 =：， 这样就有一个豁然开朗的感觉，这个定值就是电源的电动 势 3路端电压公式的数字化验证 路端电压（即外电压）的教学一般分两个公式，一个是 路端电压与外电阻的关系， ，另一个是路端电压 与 电 流 的 关 系 ， Jr

10、， 从理论上得出这两个关系式很 方便，由 L/=伙结合 ，就得到了 ，由 移项到右边，就得到了 = E Ir.利用数字化实验器材来探宄第一个公式有一个变量尝 试的过程， 如果不用电阻箱而仅用变阻器来做这个实验， 采集到的数据则是电流和电压，学生一般很直接地设置变 量 只 =， 绘制 L7-i?图线，绘制图线的离散点如图 8所示， 无法看出 L7和只之间的函数关系，这里我们先用理论来推 导，用实验来验证 .具体操作如下 . 图 8 (1) 打开图 3所示的 “ 计算表格 ” ，点击 “ 公式 ” ，在对话 框中 “ 公式代码 ” 下写入 “ I” ，在 “ 公式表达式 ” 中写入 “1/ E”

11、，点击 “ 确定 ” ，表格中就出现一列 “ F,. = 1AR” 的数据，再 点击 “ 公式 ” ，在对话框中 “ 公式代码 ” 空格内写入 “ F、 , ” ，再 在 “ 公式表达式 ” 下写入 “1/ L/2” ， 点击 “ 确定 ” ，表格中又出 现一列 “ Fv = 1/172” 的数据 . 69 Vol. 34 No. 8 (2013) 物 理 教 师 PHYSICS TEACHER 第 34卷第 8 期 2013 年 (2) 点击 “ 绘图 ” ，在对话框中选择变量和 Fv， 点击 “ 确定 ” 就出现了 一组离散点，这时的点子分布明显是一条 直线，于是就用直线方程来拟合，得到如

12、图 9所示的图像， 从而验证了第 1个公式 . (3) 第 2个公式的验证更方便，表格中有现成的变量 J1和 L72,只要打开 “ 计算表格 ” ，点击 “ 绘图 ” ，在对话框里 “ X轴 ”中写入 “ J1 ” ， “ Y轴 ” 中写入 “ L72” ，点击 “ 确定 ” 就能 得到L7 I图线的离散点， 然后在用一次函数拟合，就有如 图10所示的图线，也就验证了路端电压与电流的函数 关系 . m “ 丨 丨 ” (4) 仔细观察 “ 图线选择 ” 中的函数式，还能读出图上直线 的纵坐标截距和斜率，从而得到电源的电动势和内电阻 . 4电源输出功率的数字化展示 电源功率这一块知识的教学，中学

13、物理中包含了 4个 要点，电源总功率、电源输出功率、电源内耗功率和电源的 效率，其表达式见表 1.在课堂教学实践中，教师都比较重 视纯电阻用电器时，电源输出功率随用电器阻值变化而变 化的非单调性 .在此作一简单的介绍 . 表 1 (1) 实验器材：电流、电压传感器、数据采集器各一个， 两节干电池组成的电池组，一个 5 n的定值电阻，用来串 接在电池组旁边，并将它视为电池内阻，电阻箱一个，电键 一个，导线若干 . (2) 将电流传感器、电阻箱、定值电阻、电 键串联起来， 将电压传感器连接在电阻箱两端，数据采集器插入电脑 . (3) 打开 DISLab软件，点击 “ 通用软件 ” ，点入 “ 计算

14、 表格 (4) 将变阻器置于 30 n， 合上电键，点击 “ 手动记录 ” 下的 “ 点击记录 ” ，表格中出现相应的电流、电压值，减小一次电阻 箱阻值，点一次 “ 点击记录 ” ，表格中出现一行数据， ，一直 将电阻箱阻值减小到 1 n为止 . (5) 点击 “ 公式 ” ，写入 “ 公式表达式 ”“=172/11” 和 “ FV = J1*L72” ， 得到如图 11的表格，再点击 “ 绘图 ” ，便可 得到如图 12所不的输出功率点迹图 . 图 11 图 12 还有另外 3个规律 纯电阻用电器下电源的总功 率、电源的内耗功率和电源的效率，在一定的条件下也能 轻松地演示出来，在此不再赘述 . 参考文献： 1普通高中课程标准实验教科书物理选修 3-1.北京：人民教育出 版社， 2010. 2上海中小学数字化试验系统研发中心，山东远大网络媒体股份 有限公司 .朗威数字化信息系统实验室 V6. 5 物理实验实 例，2010. (收稿日期： 2013 03 10) 70