闭合电路欧姆定律相异构想的研究

浅议闭合电路欧姆定律相异构想浅议闭合电路欧姆定律相异构想 1 1 问题的提出问题的提出 学生在没有接受正式的科学概念之前 对日常生活中所感知的现象 通 过长期的经验积累与辨别式学习而形成的对事物的理解 1 我们称之为 前概 念 又称日常概念 德瑞弗和依斯利 2 首次提出相异构想的概念 其含义是指 儿童围绕前概念建立起来的一种特有的思维结构 教育理论上把学生由感性认 识得出的偏离科学现象本质和科学概念的理解与想法称为相异构想 Al ternative Frameworks 从物理课的教学实践中 发现学生在许多概念学习当 中都或多或少存在着相异构想 本文就闭合电路欧姆定律学生学习中的相异构 想典型问题进行分析 2 2 闭合电路欧姆定律相异构想典型问题分析闭合电路欧姆定律相异构想典型问题分析 2 12 1 闭合电路欧姆定律的动态分析问题闭合电路欧姆定律的动态分析问题 闭合电路欧姆定律的动态分析是指根据欧姆定律及串 并联电路的性质 分析电路中某个电学量的变化从而引起电路中各部分电学量的变化情况 设置 测试题目考察学生对欧姆定律以及串 并联规律的理解和应用 结果显示 学 生对这些规律的理解和应用存在着一定的误区 学生在分析问题时忽视对部分 电路的变化观察 从而根据串 并联电路的性质由部分电路的变化导致总电阻 的变化 在这个问题上学生容易出现错误的结论 所以教师在教学过程中 要 帮助学生理解物理规律 的原因主要有以下两种情况 一是由于电路中的开关断开或者接通 引起 电路的结构变化 从而引起电路中有关物理量的变化 二是由于电路中滑动变 阻器触头位置的改变 引起电路电阻的改变 从而引起其他量的变化 分析的 思路是 部分 整体 部分 即从部分电路的变化 外电路总电阻 R 的变 化 总电流变化 路端电压变化 用部分电路的欧姆定律判断部分电路 的电流和电压的变化等 例如测试题中存在这样一道题 如图所示 A B C 三只电灯均能发光 当把 滑动变阻器的触头 P 向下滑动时 三只电灯亮度的变化是 A A B C 都变亮 B A B 变亮 C 变暗 C A C 变亮 B 变暗 D A 变亮 B C 变暗 选择的依据 此题分析基本思路是 由于滑动变阻器的触头 P 向下滑动 引起并联电路 的电阻变小 电路的总电阻变小 由闭合电路欧姆定律得到 I总变大 A 灯变亮 U路端变小 并联部分电压变小 C 灯变暗 通过 B 灯的电流变大 B 灯变亮 2 22 2 含电容电路的有关判断与计算含电容电路的有关判断与计算 在直流电路中 当电容器冲放电时 电路里有冲 放电流 一旦电路达到 了稳定状态 电容器在电路中就相当于一个阻值无限大的元件 在电容器处电 路就看作是断路 简化电路时就可以去掉它 从测试卷的结果反映来看 学生 对于电容两极板间的电压的错误认识是普遍存在的 这是学生在电路达到稳定 时不能准确的分析出把此时的电容器看作是断路 所以教师让学生知道如何进 行电路的简化 画出等效电路 电路中的电流或电压发生变化时 将会引起电 容器的冲 放电 学生在这方面也存在着模糊的认识 教师可以通过举例子 形象的描绘出电容器冲 放电的过程 这样既能够引起学生的学习兴趣 又能 够引导学生正确的理解该知识点 例如如图所示 已知 C 6 F R1 5 R2 6 E 6 V r 1 开关 S 原来处 于断开状态 下列说法中正确的是 A 开关 S 闭合瞬间 电流表的读数为 0 5A B 开关 S 闭合瞬间 电压表的读数为 5 5V C 开关 S 闭合经过一段时间 再将开关 S 迅速断开 则通过 R2的电荷量为 1 8 10 5C D 以上答案都不对 选择的依据 对此题进行分析 在开关 S 闭合瞬间 电容器看作是断路 此时电路简化 成 R1 R2与电源串联的简单电路 由闭合电路欧姆定律得干路中的电流为 0 5 A 即电流表的读数为 0 5 A 开关 S 闭合一段时间后 相当于电容器充电完毕 此时电容器两端电压等于 R2两端电压 将开关 S 断开后 只有电容器和 R2 形 成回路 电容器进行放电 通过 R2的电荷量就是电容器上所带的电荷量 由电 容器的定义式知 通过 R2的电荷量为 1 8 10 5C 2 32 3 闭合电路的功率问题闭合电路的功率问题 直流电路的工作过程 实际是一个能量转化的过程 这个知识点是闭合电 路欧姆定律中的一个重点问题 经过访谈知道 学生能够记住有关的规律 而 且应用这些规律能够分析问题 但是在一些问题中 例如包含电动机等元件的 电路中 学生把热功率和输出功率的公式应用给混淆了 所以 在这部分的教 学中 要运用合适的教学方法和教学策略让学生理解这些规律的应用条件 在 解决这类问题时注意 当内 外电路电阻相等时 电源有最大输出功率 这个 条件适用于求变阻器上消耗的最大功率 不适用于求定值电阻上消耗功率的最 大值 因为 R0是可变电阻 不能当作电源内阻 当 R0的阻值等于零时 电路中 会出现最大电流 而此时却是 R 的最大功率的条件 例如在如图所示的电路中 灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r 闭合电键 S 将滑 动变阻器滑片 P 向左移动一段距离后 下列结论正确的是 A 灯泡 L 变亮 B 电源的输出功率变小 C 电容器 C 上电荷量减少 D 电流表读数变小 电压表读数变大 选择的依据 此题分析思路为 将滑动变阻器滑片 P 向左移动一段 距离后 R 的阻值变大 电路中电流变小 灯泡变暗 A 选项错误 路端电压变 大 电阻 R 两端电压变大 电容器 C 两端电压变大 电容器 C 上电荷量增加 C 选项错误 D 选项正确 当外电路电阻等于电源的内阻时电源的输出功率最大 灯泡 L 的电阻大于电源的内阻 r 则外电路电阻比 r 大得越多 输出功率越小 B 选项正确 2 42 4 电路故障分析电路故障分析 电路故障分析的特点有 1 断路特点 电路中发生断路 表现为电源电 压不为零 若外电路中无用电器的任意两点间电压不为零 则这两点间有断点 而这两点与电源连接部分无断点 2 短路特点 电路中发生短路 表现为有 电流通过电路而电压为零 分析电路故障的基本方法 1 仪器检测法 1 断点故障的判断 用电压表与电源并联 若有电压 再逐段与电路并联 若电 压表指针偏转 则该段电路中有断点 2 短路故障的判断 用电压表与电源 并联 若有电压 再逐段与电路并联 若电压表示数为零 则该电路被短路 若电压表示数不为零 则该电路没有被短路或不完全被短路 2 假设法 已知 电路发生某种故障 在寻找故障发生在何处时 可以将整个电路划分为若干个 部分 然后逐一的假设某一部分电路发生了故障 运用电路的相关规律进行正 向的推理 推理的结果如果与题目表述的物理现象不相符合 则故障不是发生 在这部分电路 如果推理的结果与题目表述的物理现象相符合 则故障可能发 生在这部分电路 直到找出发生故障的全部可能为止 通过这样的方法可以逐 渐的找出故障的所在 这就要求学生能够熟练的掌握和应用相关的规律和认真 细致的进行分析 例如如图所示 电源的电动势为 6V 当开关 S 接通后 灯泡 L1和 L2都不亮 用电压表测得各部分的电压是 Uab 6V Uad 0V Ucd 6V 由此可断定 A L1和 L2的灯丝都烧断了 B L1灯丝烧断了 C L2的灯丝烧断了 D 变阻器 R 断路 选择的依据 分析过程 因为电压表的读数增大 所以路端电压增大 电源内阻上的电 压减小 说明总电流减小 电路的总电阻增大 若电阻 R1断路 会导致总电阻 增大 总电流减小 而此时 灯 L2两端的电压会减小 致使灯 L2变暗 所以选 项 A 错 若电阻 R2短路 灯 L2将不亮 选项 B 错 如果灯 L1两接线柱间短路 电路的总电阻减小 总电流增大 电压表的读数减小 不符合题意 选项 C 错 误 若电阻 R2断路 电路的总电阻增大 总电流减小 电压表的读数增大 符