初中物理中的“电压”教学

电压的概念是初中物理教学中的难点之一,其原因在于对初中学生而言,无论是他们的物理基础知识,还是他们的认知能力,都不可能一下子接受严密的电压的定义的,很多物理教师在教学过程中对此进行了探讨.笔者在教学中也作过多种尝试,在此想谈谈对电压概念几种教学方法的一些看法和自己在教学中的一些体会。关于电压的概念,在教学过程中常用三种讲授方法。

一、将电压的作用当作电压的定义

即认为什么是电压,电压能使电荷发生定向移动形成电流.这样教最省力,但将会导致学生在概念上的混乱,也就是说,无法正确区分物理概念、物理意义或作用,后果将是十分严重的。

二、用类比法

将电流比作水流,从水位差引起水的流动而引出电压可使电荷发生定向移动形成电流.因此电压即电位(势)差.但这样会使教师陷入无法自圆其说的尴尬境地.因为水的流动和电荷的定向移动从形成的机制上看是完全不同的.有水位差不一定能形成水流,但导体两端有电压必将形成电流.相反,水的流动是否一定要有水位差呢?其实也不然,水平放置的水管只要在两端有个压力差,水流还是能够形成的.但电路两端如果没有电压的话,则电路中一定不会产生电流.更何况用了抽水机之后,水还能从水位低处流向水位高的地方,但要使电流从电位低处流到电位高处,这在初中物理中是不可能的,因为初中不讨论电源电动势.如果在教学中学生提出以上的问题,教师将无法向学生解释清楚.而且简单地这样作类比,往往在学生的思想中会形成一种错误的理解,即导线只有竖放才能形成电流,且电流的方向是从高处流到低处。

三、给出电压的严密定义

电压即电势差.这样讲,学生肯定会提问:什么是电势差.要解决这个问题,那么首先要给学生建立一个电场的概念和电场力的功的概念,这不但不能使学生形成严密的电压概念,反而使问题复杂化,使学生难以接受这个概念。笔者在教学过程中,针对电压的概念采用分段教学,逐步形成的教学方法.即由电压的作用,到电压的大小,最后形成电压的定义的教学过程。

当讲到电压这一节时,先通过这样一个小实验引入课题,将小灯泡接在电池的两极,合上开关后灯泡亮了。小灯泡为什么会发光呢?是因为有电流通过了灯泡.那么为什么灯泡接在电源上电路中会有电流产生呢?原来是将电源两极的电压加在了灯泡的两端而形成电流.经过以上对演示实验的定性分析,立即得出电压的作用:电压是使电荷发生移动形成电流的原因.这时对电压的定义只字不提.的确在教学过程中有学生会提出到底什么是电压的问题,我的回答是:这个问题放在以后讨论,现在不讨论这个问题。

在研究了电流与电压、电阻的关系,得出欧姆定律I=UR之后,通过数学变形得到U=IR,这时要强调导体两端电压的大小等于通过导体的电流强度与该导体的电阻的乘积.为了强化学生在数值上对电压的理解,可以通过一些习题加以训练。

例1:如图1所示,电阻R=20欧,合上开关后电流表示数为0.2安,求:(1)电压表的示数;(2)打开开关后,电流表及电压表的示数.

说明:(1)开关合上后电压表的示数为4伏;(2)开关断开后电流表、电压表的示数为零.应该说利用欧姆定律解此题学生是不难掌握的.但对此结论的解释往往会颠倒因果关系,认为开关合上后由于有电流通过,电阻的两端才存在电压;开关断开后,由于通过电阻的电流为零,所以电阻两端的电压为零.正确的理解应该是当开关合上后,在电阻的两端加上了电压,电阻中才有电流流过;当开关断开后,电阻的两端的电压为零,通过电阻的电流也为零.

例2 如图2所示,电阻R=30欧,开关S打开时,电流表的示数为0.2安,求:(1)电压表的示数;(2)当开关S合上时电压表的示数.

说明:(1)开关S打开时,电压表的示数为6伏。(2)当开关S合上时,电压表的示数为零.因为开关S合上之后,A、B之间形成短路,此时尽管电阻R的阻值仍为30欧,但A、B间的总电阻为零,虽然A、B间的电压为零,但电流还是从A点流到B点.这好比在光滑的水平桌面上做匀速直线运动的物体不需要外力的作用一样。

通过以上两例的分析,使学生不仅从数值上对电压有了初步的理解,更重要的是使学生对电压在电路中的作用有了进一步的理解,同时掌握了断路和短路的特点。

学习了电功、电功率这一章之后,得到电功的计算公式W=UQ,其中W是电流通过导体(初中只讨论电阻)所做的功,U表示导体两端a、b之间的电压,Q是通过导体的电量.将上式通过变形得U=WQ,我们可以得到:导体a、b两端的电压等于将1库仑的正电荷从导体的a端移到b端电流所做的功.这就是电压的定义.应该说这样建立电压的概念,过渡得自然,学生也能够接受.根据公式,可以得到电压的单位可表示为J/C(焦耳每库仑).由此学生还能了解到电压实际上是表示了电荷流动时的能的性质。

至此应该说对电压概念的教学已基本完成,为了能使学生对电压这一知识点有一个完整的框架,还应该对学习过的知识进行梳理,使学生能真正理解电压这个物理量。

长期以来,我在教学过程中,对电压概念的教学采用分段教学,用逐步形成概念的教学方法进行教学,收到了较好的教学效果。