闭合电路欧姆定律相异构想的研究

1、 浅议闭合电路欧姆定律相异构想 1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。”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闭合电路欧姆定律相异构

2、想典型问题分析 2.1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

3、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： “部分一整体一部分”，即从部分电路的变化一一外电路总电阻 R的变化一一总 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

4、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。 2.2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

5、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卩F，R=5Q, R2=6Q，E=6 V，r=1 Q，开关S原来处于 断开状态，下列说法中正确的是 Ri A、开关S闭合瞬间，电流表的读数为 B开关S闭合瞬间，电压表的读数为 C开关S闭合经过一段时间，再将开关 则通过艮的电荷量为1.8 X 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 Ri、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

6、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 R的电荷量为1.810-5C。 2.3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

7、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R）是 可变电阻，不能当作电源内阻。当 R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 rn A- B 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

8、 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。 2.4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

9、：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

10、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Li和L2都不亮，用 电压表测得各部分的电压是 Ub=6V, UfOV, Ud=6V,由此可断定 A Li和L2的灯丝都烧断了 B Li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R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R短路，灯L2将不亮，选项B错。如果灯Li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 电阻艮断路，电路的总电阻增大，总电流减小，电压表的读数增大，符合题