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歐姆定律的發現過程范文1
關鍵詞：物理定律；教學方法；多種多樣
關鍵詞：是對物理規律的一種表達形式。通過大量的觀察、實驗歸納而成的結論。反映物理現象在一定條件下發生變化過程的必然關系。物理定律的教學應注意：首先要明確、掌握有關物理概念，再通過實驗歸納出結論，或在實驗的基礎上進行邏輯推理（如牛頓第一定律）。有些物理量的定義式與定律的表式相同，就必須加以區別（如電阻的定義式與歐姆定律的表式可具有同一形式R＝U/I），且要弄清相關的物理定律之間的關系，還要明確定律的適用條件和范圍。
（1）牛頓第一定律采用邊講、邊討論、邊實驗的教法，回顧“運動和力”的歷史。消除學生對力的作用效果的錯誤認識；培養學生科學研究的一種方法——理想實驗加外推法。教學時應明確：牛頓第一定律所描述的是一種理想化的狀態，不能簡單地按字面意義用實驗直接加以驗證。但大量客觀事實證實了它的正確性。第一定律確定了力的涵義，引入了慣性的概念，是研究整個力學的出發點，不能把它當作第二定律的特例；慣性質量不是狀態量，也不是過程量，更不是一種力。慣性是物體的屬性，不因物體的運動狀態和運動過程而改變。在應用牛頓第一定律解決實際問題時，應使學生理解和使用常用的措詞：“物體因慣性要保持原來的運動狀態，所以……”。教師還應該明確，牛頓第一定律相對于慣性系才成立。地球不是精確的慣性系，但當我們在一段較短的時間內研究力學問題時，常?？梢园训厍蚩闯山瞥潭认喈敽玫膽T性系。
（2）牛頓第二定律在第一定律的基礎上，從物體在外力作用下，它的加速度跟外力與本身的質量存在什么關系引入課題。然后用控制變量的實驗方法歸納出物體在單個力作用下的牛頓第二定律。再用推理分析法把結論推廣為一般的表達：物體的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物體的質量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。教學時還應請注意：公式F＝Kma中，比例系數K不是在任何情況下都等于1；a隨F改變存在著瞬時關系；牛頓第二定律與第一定律、第三定律的關系，以及與運動學、動量、功和能等知識的聯系。教師應明確牛頓定律的適用范圍。
（3）萬有引力定律教學時應注意：①要充分利用牛頓總結萬有引力定律的過程，卡文迪許測定萬有引力恒量的實驗，海王星、冥王星的發現等物理學史料，對學生進行科學方法的教育。②要強調萬有引力跟質點間的距離的平方成反比（平方反比定律），減少學生在解題中漏平方的錯誤。③明確是萬有引力基本的、簡單的表式，只適用于計算質點的萬有引力。萬有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上，也發現了它的局限性。
（4）機械能守恒定律這個定律一般不用實驗總結出來，因為實驗誤差太大。實驗可作為驗證。一般是根據功能原理，在外力和非保守內力都不作功或所作的總功為零的條件下推導出來。高中教材是用實例總結出來再加以推廣。若不同形式的機械能之間不發生相互轉化，就沒有守恒問題。機械能守恒定律表式中各項都是狀態量，用它來解決問題時，就可以不涉及狀態變化的復雜過程（過程量被消去），使問題大大地簡化。要特別注意定律的適用條件（只有系統內部的重力和彈力做功）。這個定律不適用的問題，可以利用動能定理或功能原理解決。（5）動量守恒定律歷史上，牛頓第二定律是以F＝dP/dt的形式提出來的。所以有人認為動量守恒定律不能從牛頓運動定律推導出來，主張從實驗直接總結。但是實驗要用到氣墊導軌和閃光照相，就目前中學的實驗條件來說，多數難以做到。即使做得到，要在課堂里準確完成實驗并總結出規律也非易事。故一般教材還是從牛頓運動定律導出，再安排一節“動量和牛頓運動定律”。這樣既符合教學規律，也不違反科學規律。中學階段有關動量的問題，相互作用的物體的所有動量都在一條直線上，所以可以用代數式替代矢量式。學生在解題時最容易發生符號的錯誤，應該使他們明確，在同一個式子中必須規定統一的正方向。動量守恒定律反映的是物體相互作用過程的狀態變化，表式中各項是過程始、末的動量。用它來解決問題可以不過程物理量，使問題大大地簡化。若物體不發生相互作用，就沒有守恒問題。在解決實際問題時，如果質點系內部的相互作用力遠比它們所受的外力大，就可略去外力的作用而用動量守恒定律來處理。動量守恒定律是自然界最重要、最普遍的規律之一。無論是宏觀系統或微觀粒子的相互作用，系統中有多少物體在相互作用，相互作用的形式如何，只要系統不受外力的作用（或某一方向上不受外力的作用），動量守恒定律都是適用的。
歐姆定律的發現過程范文2
關鍵詞：歐姆定律；適用范圍；微觀機理；導電材料；能量轉化
中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A 文章編號：1003-6148（2016）12-0039-2
人教版《普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1》《歐姆定律》一節內容圍繞電阻的定義式、歐姆定律和伏安特性曲線三部分展開，圖1為教材的兩段文字，意思是當金屬導體的電阻不變時，伏安特性曲線是一條直線，叫做線性元件，滿足歐姆定律；“這些情況”的電流與電壓不成正比，是非線性元件，歐姆定律不適用[1]。隨后，教材舉例小燈泡和二極管的伏安特性曲線，指出兩個元件都是非線性元件。在遇到歐姆定律時，不論是年輕教師還是學生常常感到疑惑：歐姆定律適用范圍究竟是金屬和電解質溶液還是線性元件？小燈泡是金屬，又是非線性元件，究竟是否滿足歐姆定律？
[導體的伏安特性曲線 在實際應用中，常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。對于金屬導體，在溫度沒有顯著變化時，電阻幾乎是不變的（不隨電流、電壓改變），它的伏安特性曲線是一條直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。圖2.3-2中導體A、B的伏安特性曲線如圖2.3-3所示。
歐姆定律是個實驗定律，實驗中用的都是金屬導體。這個結論對其他導體是否適用，仍然需要實驗的檢驗。實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質溶液也適用，但對氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。也就是說，在這些情況下電流與電壓不成正比，這類電學元件叫做非線性元件。]
1 歐姆定律的由來
1826年4月，德國物理學家歐姆《由伽伐尼電力產生的電現象的理論》，提出歐姆定律：在同一電路中，通過某段導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。歐姆實驗中用八根粗細相同、長度不同的板狀銅絲分別接入電路，推導出 ，其中s為金屬導線的橫截面積，k為電導率，l為導線的長度，x為通過導線l的電流強度，a為導線兩端的電勢差[2]。當時只有電導率的概念，后來歐姆又提出 為導體的電阻，并將歐姆定律表述為“導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比?！?/p>
關于歐姆定律的m用范圍，一直存在爭議，筆者認為可以從不同角度進行陳述。
2 歐姆定律的適用范圍
2.1 從導電材料看適用范圍
歐姆當年通過對金屬導體研究得出歐姆定律，后來實驗得出歐姆定律也適用于電解質溶液，但不適用于氣體導電和半導體元件。
從微觀角度分析金屬導體中的電流問題，金屬導體中的自由電子無規則熱運動的速度矢量平均為零，不能形成電流。有外電場時，自由電子在電場力的作用下定向移動，定向漂移形成電流，定向漂移速度的平均值稱為漂移速度。電子在電場力作用下加速運動，與金屬晶格碰撞后向各個方向運動的可能性都有，因此失去定向運動的特征，又回歸無規則運動，在電場力的作用下再做定向漂移。如果在一段長為L、橫截面積為S的長直導線，兩端加上電壓U，自由電子相繼兩次碰撞的間隔有長有短，設平均時間為τ，則自由電子在下次碰撞前的定向移動為勻加速運動，
2.2 從能量轉化看適用范圍
在純電阻電路中，導體消耗的電能全部轉化為電熱，由UIt=I2Rt，得出 在非純電阻電路中，導體消耗的電能只有一部分轉化為內能，其余部分轉化為其他形式的能（機械能、化學能等）， 因此，歐姆定律適用于純電阻電路，不適用于非純電阻電路。
金屬導體通電，電能轉化為內能，是純電阻元件，滿足歐姆定律。小燈泡通電后，電能轉化為內能，燈絲溫度升高導致發光，部分內能再轉化為光能，因此小燈泡也是純電阻，滿足歐姆定律。電解質溶液，在不發生化學反應時，電能轉化為內能，也遵守歐姆定律。氣體導電是因為氣體分子在其他因素（宇宙射線或高電壓等條件）作用下，產生電離，能量轉化情況復雜，不滿足歐姆定律。半導體通電時內部發生化學反應，電能少量轉化為內能，不滿足歐姆定律。電動機通電但轉子不轉動時電能全部轉化為內能，遵從歐姆定律；轉動時，電能主要轉化為機械能，少量轉化為內能，為非純電阻元件，也不滿足歐姆定律。
2.3 從I-U圖線看適用范圍
線性元件指一個量與另一個量按比例、成直線關系，非線性元件指兩個量不按比例、不成直線的關系。在電流與電壓關系問題上，線性元件阻值保持不變，非線性元件的阻值隨外界情況的變化而改變，在求解含有非線性元件的電路問題時通常借助其I-U圖像。
從 知導體的電阻與自由電子連續兩次碰撞的平均時間有關，自由電子和晶格碰撞將動能傳遞給金屬離子，導致金屬離子的熱運動加劇，產生電熱。由 知導體的溫度升高，τ減小，電阻增大。因此，導體的電阻不可能穩定不變。當金屬導體的溫度沒有顯著變化時，伏安特性曲線是直線，滿足“電阻不變時，導體中的電流跟導體兩端的電壓成正比”。理想的線性元件是不存在的，溫度降低時，金屬導體的電阻減小，當溫度接近絕對零度時，電阻幾乎為零。小燈泡的伏安特性曲線是曲線，是非線性元件，當燈泡電阻變化時，仍有I、U、R瞬時對應，滿足歐姆定律 如同滑動變阻器電阻變化時也滿足歐姆定律[3]。
2.4 結論
綜上所述，從導電材料的角度看，歐姆定律適用于金屬和電解質溶液（無化學反應）；從能量轉化的角度看，歐姆定律適用于純電阻元件。對于線性元件，電阻保持不變，導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，歐姆定律適用。從物理學史推想，歐姆當年用八根不同銅絲進行實驗，應該是研究了電壓保持不變時，電流與電阻的關系，以及電阻保持不變時，電流與電壓的關系。雖然都是非線性元件，小燈泡是金屬材料，是純電阻元件，滿足歐姆定律，二極管是半導體材料，卻不滿足歐姆定律。因此，線性非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
3 教材編寫建議
“有了電阻的概念，我們可以把電壓、電流、電阻的關系寫成 上式可以表述為：導體中的電流跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。這就是我們在初中學過的歐姆定律?！盵1]筆者以為，歐姆定律的內容是 這個表達式最重要的意義是明確了電流、電壓、電阻三個量的關系，而不是其中的正比關系和反比關系，教材沒必要對歐姆定律進行正比反比的表述。
“實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質溶液也適用，但對氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。”教材已明確歐姆定律的適用范圍，建議教材將線性元件和非線性元件的概念與歐姆定律的適用范圍分開，同時明確線性、非線性不能作為歐姆定律是否適用的標準。
參考文獻：
[1]普通高中課程標準實驗教科書物理選修3-1[M].北京：人民教育出版社，2010.
歐姆定律的發現過程范文3
一、物理電學相關公式及形象記憶法
初中物理電學相關公式和定理雖然表面看比較抽象難懂，但是因為電流是實際存在的，并且其特點和存在形式可以類比現實中許多形象易懂的實物和現象，因此結合實際對相關定理定律進行理解和記憶會收到很好的效果.
1.歐姆定律
歐姆定律解釋的是電學中電壓、電流、電阻三者之間的關系，是電學最基本的定律.
電流×電阻=電壓，即I×R=U；其他的變形式可以由此公式導出.
可以用水流演示電流，用水壓解釋電壓，以現實中形象的實物來解釋電學相關內容.
2.電功公式
電功公式是講電力做工的計算方法，電流流過導線會產熱，有能量產生，能量可以做功，電功公式就是計算電力做工能力的公式.
電流×電流×電阻×時間=電功，即I2Rt=P；
將I=UR代入，就能成為電功公式的另一形式.
3.電功率公式
電功率就是形容電流做功快慢的公式.
電流×電流×電阻=電功率，即P=I2R.
電功和電功率可以用電燈發光發熱解釋，電流越大，電燈越亮，時間越長，電燈散失的熱量越多，就是電流做功的道理.
二、物理電學題目解題技巧
1.歐姆定律方程解題
熟記歐姆定律，只要是給出電路解電學未知量并且題目中沒有涉及功率內容的題目，結合整個電路列出歐姆定律的基本方程，肯定可以得到答案，即使最初看題時沒有頭緒，在列出歐姆定律方程之后也能從方程中看出解題方法.靜態電路圖列寫一個歐姆定律方程，動態電路圖根據變化次數列出相應數目的歐姆定律方程即可.
例電路圖如圖1所示，閉合開關S，當滑動變阻器滑片在R2上某兩點之間來回滑動時，電流表的讀數變化范圍是2 A～5 A，電壓表的讀數變化范圍是5 V～8 V，問電源電壓及電阻R1的值分別是多少？
乍一看此題確實無從下手，但是可以看出這是一個動態電路題，隨著滑動變阻器阻值的不同電路相關參量產生了變化，因此需要列兩個歐姆定律方程，方程列出，題目便迎刃而解.
解根據題意列歐姆定律方程，首先滑動變阻器在題意中阻值最小時，電流最大為5 A，電壓表度示數最小為5 V，此時滑動變阻器電阻值為5 V÷5 A=1 Ω.
可以列出一個方程：
U÷(R1+1)=5 A(1)
同理，滑動變阻器阻值最大時為8 V÷2 A=4 Ω.
列另一個歐姆定律方程
U÷(R1+4)=2 A(2)
用簡單的解方程法解方程(1)和(2)，很容易得出結果U=10 V；R1=1 Ω.
2.等效電路解含功率動態題
解含有功率內容的動態題的一個很好的方法就是將其各種狀態獨立出來，簡化成等效電路，每種狀態單獨分析，之后綜合考慮并求解.
例如圖2所示，R2與R3的電阻比為R2∶R3=1∶4，最初所有開關處于斷開狀態，同時閉合S1與S2，S3保持斷開，電流表示數為0.3 A，R2消耗功率P2；之后閉合S1、S3，S2斷開，R1消耗功率為0.4 W，R3消耗功率為P3，P2∶P3=9∶4，求電源電壓和R1阻值.
雖然此題表面看是動態且較為復雜，但是將動態電路的兩個狀態拆分成靜態簡單電路，題目便會簡單明了，之后列寫歐姆定律和功率方程，解方程即可.
當閉合S2后電路可簡化成如圖3形式，可列方程如下：
(R1+R2)×0.3=U(1)
R2×0.3×0.3=P2(2)
打開S2閉合S3后電路變成圖4，設此時電流為I3，結合等量關系R3=4R2，將R3用R2代替，后列方程
(R1+4R2)×I3=U(3)
R1×I3×I3=0.4(4)
4R2×I3×I3=49P2(5)
5個方程，5個未知數，此題可解.由(2)式和(5)式可解出I3=0.1 A，其他未知數便順利得出.最終結果：U=36 V，R1=80 Ω.
歐姆定律的發現過程范文4
關鍵詞：歐姆定律；探究案例；教學設計；解讀反思
一、教育背景與設計理念
2011年教育部頒布了經修訂的《義務教育物理課程標準》（以下簡稱“新課標”），這是我國義務教育新課程實驗取得階段性成果的標志，更是廣大新課程實踐者10年經驗的總結，定稿后的新課標必將作為指導性文件引領新課改持久深入健康地發展。
為實踐新課標所倡導的“提倡教學方式多樣化，注重科學探究”的嶄新教學理念，我們在總結反思“自主·探究·合作”課堂教學模式的基礎上，更加突出“以人為本”的教學思想，以新編蘇科版物理教科書為載體，進一步改進《歐姆定律》一節的探究案例設計。在教學設計和實施過程中力圖體現以下理念：一是學生發展為本；二是比結論更重要的是過程；三是把思考還給學生。
二、內容分析與學情簡析
《歐姆定律》一節編排在學生學習了電流、電壓、電阻等概念，電壓表、電流表、滑動變阻器使用方法之后，這既符合由易到難、由簡到繁的認知規律，又保持了知識的結構性、系統性。歐姆定律作為一個重要的物理規律，反映了電流、電壓、電阻三者間的相互關系，是電學中最基本的定律，是分析解決電路問題的金鑰匙。歐姆定律是電學的教學重點，也是新課標規定的重點內容之一。
學生通過電阻和串、并聯電路的學習已初步掌握了實驗探究的基本程序：觀察現象—提出問題—猜想假設—方案設計—實驗探究—歸納總結—解釋現象，初步具備了設計實驗方案的能力、動手操作能力和思考與質疑、交流與討論的學習習慣，對“自主·探究·合作”教學模式已初步適應并產生了興趣。了解學生的學習現狀和發展潛能，便于確定學生的“最近發展區”，從合適的教學起點出發，有針對性地進行教學。
三、探究案例與設計解讀
（一）學習目標
1.知識與技能。①掌握歐姆定律及其表達式，并能進行簡單的計算；②學習運用“控制變量法”研究問題，培養知識遷移的能力；③進一步學會使用電壓表、電流表和滑動變阻器。
2.過程與方法。①進一步實踐實驗探究的一般程序和方法；②注重實驗探究方案設計的思考與改善。
3.情感態度與價值觀。①培養學生的科學態度和探索精神；②聯系歐姆定律的發現史，滲透鍥而不舍科學精神的教育；③體驗分工合作、團結互助精神。
解讀：依據新課標倡導的三維教學目標設計學習目標，把傳統的“教學目標”改為“學習目標”更能突現學生的主體地位。這里的學習目標是指：“學生從學習的起點出發，在教師的引導、支持和促進下，通過自己積極、主動和創造性的學習能夠達成和檢測的目標?！睂W習目標的編寫和描述要具有針對性和可操作性。
（二）重點與難點
1.教學重點。探究實驗的操作，用數學方法正確得出實驗結論；理解歐姆定律的內容及其表達式、變換式的意義。
2.學習難點。運用數學方法處理實驗數據，建立和理解歐姆定律；運用歐姆定律解決簡單的實際問題。
解讀：以知識為本的傳統教學觀注重教師教的重點與難點，而以學生發展為本的新課標教學觀，則注重學生學的重點和難點，注重探究電流和電壓、電阻關系的過程和方法，體現了“比結論更重要的是過程”這一新課標理念。
（三）教學媒體
1.教師用具。投影設備、多媒體課件等。
2.學生用具。多媒體教學軟件，干電池4節、電流表、電壓表、滑動變阻器、開關各1個，阻值不同的定值電阻3只、導線若干。
解讀：投影設備主要用于展示各組設計的探究性實驗方案和實驗數據的處理，以利于小組間交流、溝通與提升。多媒體課件包括：演示實驗電路圖的動畫幻燈片；數據處理的表格和圖像；調光電燈工作原理。
（四）教學過程
1.復習設疑，激發探究欲望。（1）提出問題：①既然電壓是形成電流的原因，那么導線中的電流與兩端的電壓有何關系呢？②既然電阻對電流起阻礙作用，那么導體中的電流與它本身的電阻有何關系呢？（學生舉手或隨機點名回答。）（2）猜想設疑：同學們對電流與電壓、電阻的關系作了各種猜想，那么這三者究竟有怎樣的數量關系呢？點出本課主題“歐姆定律”。
解讀：①在學生猜想的過程中，教師耐心傾聽而不要急著下結論，可讓學生互評，以面向全體學生，體現多元評價，發揮評價的發展。②復習舊知是為了導入新知，引起認知沖突，激發探究欲望，為后續的科學探究活動提供“腳手架”，體現了“教師是學生學習的組織者”。
2.設計實驗方案，進行實驗探究。（1）知識準備：教師向學生介紹“控制變量法”，說明研究電流與電壓、電阻間的關系時，必須保持其中一個變量（例如電阻）不變，再通過改變電壓，觀察電流是如何變化的。設問：在研究電流與電阻關系時，必須保持 不變，通過改變 ，來觀察 的變化。（2）方案設計和交流：在學生了解科學實驗的設計過程（明確研究目的，確定研究方法，設計合理的實驗方案）后，通過同桌討論，利用提供的儀器，設計一個實驗方案。選派幾組學生上臺交流設計的實驗方案，教師簡單評析后，投影實驗電路圖，介紹有關儀器，特別強調滑動變阻器在實驗中的作用。（3）實驗探究：學生分組實驗，實踐和體驗“控制變量法”，加深對歐姆定律的感性認識。（4）各組處理實驗數據，進行分析、歸納得出初步結論。新教材增加了利用實驗數據描繪函數圖像的方法，理解成正比、成反比的意思，體會構建數學模型在物理研究中的運用，培養學生的科學思維能力。
解讀：①把教材中的教師演示實驗改為學生分組實驗，一是因為學生已初步具備做此實驗的基本技能，二是使全體學生都能動手操作，參與體驗“控制變量法”，突出學生的主體地位。②本節探究課把重點放在利用“控制變量法”設計與完善實驗方案上，以初步培養學生的實驗設計能力和創新能力。③選派小組上臺交流實驗設計方案，旨在引導學生發散思維，相互取長補短，促進創新思維。④教師在這階段應不斷巡視、引導，傾聽學生討論，及時給予評價和指導，以體現“教師是學生學習的參與者”。
3.總結交流，合作共享。（1）各組匯報實驗結果，歸納得到兩個結論：在電阻不變的情況下，導體中的電流跟這段導體兩端的電壓成正比。在電壓不變的情況下，導體中的電流跟這段導體的電阻成反比。（2）引導得到歐姆定律及其表達式。（3）強調：歐姆定律中兩處用到“這段導體”，這是強調同一導體，即電流、電壓、電阻對應同一導體，而且具有同時性。
解讀：這一環節以師生互動、生生互動為主。通過總結交流使學生的認識從感性認識向理性認識飛躍，學生的情感在全班共享中得到升華。同時對教師的教和學生的學進行評價反饋。這一階段將在教師的引導下完成，以體現“教師是學生學習的引導者”。
4.鞏固反饋，知識遷移?！澳M調光臺燈”的工作原理，作為實驗探究的有效補充。學生通過模擬實驗，學會選擇儀器、設計簡單電路、掌握工作原理，加深對常用儀器的認識。
解讀：調光臺燈的模擬實驗，讓學生明白物理知識就在身邊，物理和生產生活有密切的聯系。讓學生參與學習的全過程，體現“一切為了學生發展”的理念。
四、感悟與反思
（一）課堂教學設計應是一個動態生成方案
傳統的課堂教學設計是以教師的教和書本知識為本位，從教師的主觀判斷或經驗出發，側重于教學過程的程式化、細節化的準備，這種“靜態教案”不能適應動態生成的實際教學過程，不利于促進學生的發展。新課標理念下的課堂教學設計以學生發展為本，從學生的“現有發展區”出發，通過對教材內容的“二次開發”，精心設計動態生成方案，促進學生過渡到“最近發展區”。
（二）探究性學習的真諦是做到“形散而神不散”
雖然全班分成很多小組分散進行探究實驗，但各組都圍繞“探究電流和電壓、電阻的關系”有條不紊地進行，看似無序實是有序。在這中間，教師的組織、引導和參與十分關鍵。教師一定要遵循“組內異質，組間同質”的原則進行分組，并對組內成員的分工提出責任分工。教師一定要給小組內每位學生分配一個角色，諸如主持人、操作者、記錄員、噪音控制者、匯報人等，使每個小組成員在各司其職中自主、合作、探究學習，使每位學生都能在原有基礎上有所發展。
參考文獻：
[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大
學出版社，2011.
歐姆定律的發現過程范文5
在“閉合電路歐姆定律”一節教學的導課中，我憑借上節課學習的電源及其特性等知識，運用演示實驗，并在演示實驗的前后以及過程中揭示矛盾、提出疑問，以激發學生思維的積極性，誘發學生的創造性思維。
1.如何方便地測定電源的電動勢？
演示：用伏特表按圖（1）電路直接測電源的電動勢，測得伏特表示數為2.9伏。
2.若電路中加接電阻R，閉合開關S，觀察此時伏特表的讀數。
演示：按圖（2）電路，測得伏特表的示數為2.1伏。
此時教師及時把握實驗造成的認識沖突進行設問：此時電源電動勢變化了嗎？為何第二次伏特表示數變小了呢？你能知道此時電源的內電壓是多大嗎？
通過上述的問題情境，使學生的思維進入專注的學習狀態，隨之，通過學生的思維，有利于理解E=U外+U內的關系式以及伏特表測量的物理意義，為閉合電路歐姆定律的教學埋下了伏筆。
3.若上述電路中再串聯一個安培表（圖3），當電阻R發生變化時，伏特表和安培表的示數將如何變化？
先讓學生進行猜想，后演示，并運用歐姆定律I=U/R進行分析。猜想與實驗結論形成了矛盾，使學生的認知再次發生了沖突。接著，在教師的引導下，讓學生在矛盾的思索中，以直觀的形象進入理性的頓悟，從而得出某部分電路R的變化對電路的影響，只用某部分電路的歐姆定律來分析已不適用，因而必須對整個電路進行認識把握。教師由此把握契機，導出本堂課的研究課題。
接著，我通過設計以下教學程序，讓學生主動參與探索規律的活動，使之身臨其境，再現了當年科學家研究的思維方法和發現的過程。
1.鼓勵學生進行大膽猜想。
設問：閉合電路中的電流強度可能與哪些因素有關？
教師可啟發學生在歐姆定律中決定電流強度I的有關要素，從而通過思維方法的遷移、猜想得到：I與R、與E、與r、等因素有關。
2.引導學生設計實驗驗證上述猜想。
設問：你能用什么方法驗證上述猜想呢？（教師提示：物理學中最有說服力的武器――科學實驗。）
設問：那么多變量之間的關系又如何處理？（教師啟發學生：探索牛頓第二定律時對那么多變量問題的處理――控制變量的方法。）
3.實驗的具體設計及演示驗證。
通過逐個控制變量的方法，討論、設計并演示如下實驗：
（1）用手搖直流發電機M作電源（圖4）。通過改變轉速來改變電動勢的大小。（當R、r一定時，I與E關系？）
（2）選用可調電源（圖5），改變外電阻R，觀察安培表示數變化。（當E、r一定時，I與R的關系？）
（3）選用可調電源（圖6），改變電源內阻，觀察安培表示數變化。（當E、R一定時，I與r的關系？）
通過上述教學程序，學生的思維實現了從猜想到實驗性驗證的探索過程。
4.引導學生根據已有知識進行科學推理，使之由定性升華到定量。
設問：由E=U外+U內能得出I與上述各量的定量關系嗎？
對于外電路U外=IR，那么內電路U內=Ir亦成立嗎？
再次引導學生運用實驗手段驗證。如圖（6）所示，用探針接伏特表，可測得內電壓，安培表可測得內電路的電流。通過改變R，測得伏特表和安培表的示數如下：
分析上表所得的數據，觀察得到U內/I=定值，得出歐姆定律也同樣適用于內電路，即U內=Ir。由此，學生可推導出：E=IR+Ir。討論I的決定因素，將公式變換得I=E/（R+r），即閉合電路歐姆定律的數學表達式。
對閉合電路歐姆定律進行剖析、運用時，好讓學生思考、觀察、分析、討論，增強課堂思維量，加深對規律的進一步理解，我通過設計以下問題的思維階梯來拓展思維層次：
設問：1.請大家運用此規律解釋前面導課中、的示數如何變化？
2.當外電路處于斷路狀態時，=E，為什么？
3.若電源兩端連接一根導線（即電路處于短路狀態），I=？短路狀態有何危害？（學生思考后，教師演示短路狀態時保險絲熔斷實驗。）
4.請大家根據U=E-I r關系式，畫出U-I函數圖線，并說明物理意義。
5.先通過實驗演示，然后提出問題。
如圖（7）電路，已知電阻R1=5Ω，當S閉合時，讀出的讀數（I1=0.35A），據此數據能否求電源的E和r？
（2）如何想法求得？（提示：若再給一只R2 =10Ω的電阻，行嗎？）演示實驗并測得的示數（I2 =0.22A），請學生列式求得（E=3V，r=3.5Ω）。
然后小結，此題告訴了我們一種測量E、r的重要方法，即課本中例題解決的問題，并進一步設問（留給學生課外思考）：
①若把改成一只，如何設計實驗測量E、r？
②若只給一只和一只及一只可變電阻，又如何設計實驗測量E、r？
6.先給實物電路，讓學生運用規律計算求解，后讓學生觀察實驗，在發生認知沖突中，使學生自悟自解，深化思維層次。
（1）圖（8）電路中，若把電阻R換成一只內阻為1.5Ω的電動機，當閉合開關S，的示數多大？（請學生求解。）
（2）演示實驗：閉合S，讓學生觀察電動機轉動以及電動機不轉動，兩種情況下的示數。
歐姆定律的發現過程范文6
在高中物理新課程標準中，把科學探究和科學內容放到同等重要的地位，明確提出讓學生“經歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題”. 基于這一理念，人教版教材突出了規律的建立過程. 但在教學中發現，由演繹方法建立起的部分物理規律之中，存在著以特殊模型為前提演繹得出一般物理規律的現象；而對于由實驗歸納方法建立起的部分物理規律之中，教材往往直接指出如何進行歸納，而沒有充分體現過程與方法.
二、 對幾個物理規律的重構建議
在人教版教材中，《動能定理》《焦耳定律》《閉合電路歐姆定律》三個物理規律都是以特殊模型為演繹起點、通過理論演繹建立起的一般規律，而演繹方法的規則是由一般到特殊，故教材的呈現方式隱含著邏輯問題；《楞次定律》是通過實驗歸納方法建立起來的，但在對實驗現象進行歸納時，沒有充分運用科學方法引導學生進行探究，而是直接提示學生通過“中介”——“感應電流的磁場”來進行歸納. 有鑒于此，建議對它們的呈現方式進行重構.
1. 對動能定理的重構建議
（1） 教材分析
動能定理是通過理論演繹的途徑建立起來的，具體過程如下：
由牛頓第二定律F＝ma=m及功的定義dW=F?dx得F?dx=m?dx=mv?dv，
將上式積分有W=mv22-mv21.
教材據圖1所示的物理模型，運用牛頓第二定律F＝ma與運動學公式v22-v21=2ax進行理論演繹，得出W=mv22-mv21，并直接指出此式即為動能定理，縱觀上面的推理過程，其邏輯關系實質如圖2所示.
上述演繹推理的大前提是牛頓第二定律，小前提是物體做勻變速直線運動，那么，由此演繹得出的W=mv22-mv21的適用條件自然是與小前提相同的，因此，我們不能將其稱之為動能定理. 盡管教材此后也就物體受多個力作用及曲線運動情況作了說明或提示，但仍然不是對動能定理真正意義上的建構，故有必要對其呈現方式進行重構.
（2） 重構方案
由于學生知識結構的限制，在高中階段不可能運用理論演繹的方法建立起動能定理，為此，建議根據分類方法，分別就直線運動與曲線運動兩類情況設計的遞進性問題鏈，變理論演繹為演繹與歸納相結合，引導學生在問題解決中“發現”動能定理.
類型一：直線運動
問題1 在圖1所示的水平面上，如果物體與水平面間有摩擦力作用，物體的動能變化量與什么功相對應？
通過對此問題的探究，把W=mv22-mv21的適用范圍推廣至多力做功情況，此時的W為合外力所做的功，同時能使學生產生問題意識，即：這一結論是否具有普遍性？是否適用變力、曲線運動情況？從而生成新的問題.
問題2 如圖3所示，物體在粗糙的水平面運動，在l1、l2段分別受到水平力F1、F2作用，則物體在整個過程中的動能變化量與什么功相對應？
通過對它的探究，引導學生建構起多過程問題中功和動能變化量的關系，并把單過程中的合外力功W擴展至各過程中功的代數和，從而加深了對功W的理解.
問題3 如果物體在粗糙的水平面上運動時，受到的水平作用力F是變化的，則物體的動能變化量又與什么功相對應？
這是由問題2衍生出的直線運動中更為一般的問題，通過問題2的啟發，學生能運用微元法進行演繹推理，并得出W=mv22-mv21.
在上面三個問題中，對應的物理模型都是在水平面上的運動物體，對于其他類型的直線運動，學生也容易得出W=mv22-mv21的結論，從而通過問題解決建構起直線運動中功與動能變化量間的關系，那么此結論對于曲線運動是否成立？如果成立，我們就發現了一條新的物理規律，由此生成類型二的問題.
類型二：曲線運動
問題4 從高為H處將一物體以一速度v0沿水平方向拋出，重力對物體所做的功與物體的動能變化量之間存在什么關系？
以此問題為支架，讓學生進一步體會物理科學方法在探究過程中的作用，實踐表明，學生對此問題能從兩個角度進行探究，一是運用“猜想—檢驗”模式，先提出假說“重力對物體做的功等于物體動能的變化量”，然后運用平拋運動知識進行檢驗；二是運用微元方法，化曲為直，進行演繹推理. 同時，也使學生意識到要建立一個新的物理規律，還需要對一般的曲線運動進行分析，從而衍生出問題5.
問題5 如果物體做曲線運動，且受到變力作用，則物體的動能變化量又與什么功相對應？
對此，學生運用類比方法得出W=mv22-mv21.
在對以上兩類問題探究的基礎上，引導學生進行理論歸納，進而在問題解決中建構起具有普遍意義的動能定理.
2. 對焦耳定律的重構建議
（1） 教材分析
在物理學史上，焦耳定律是由焦耳通過實驗歸納方法得出的. 而在新教材中，沒有重現物理學史，而是以電流通過純電阻元件為前提，通過理論演繹方法對其進行重構，具體的邏輯關系如圖4.
顯然，上面推理過程的大前提是普遍適用的電功公式W=IUt，小前提是電流通過純電阻元件，因而得到的結論Q=I2Rt也只適用于純電阻元件，而由實驗歸納方法建立起來的焦耳定律是適用于任何電路元件的，故需要對其呈現方式進行重構.
（2） 重構方案
盡管運用理論演繹方法在建立焦耳定律時面臨邏輯問題，但在課堂教學中，完全重現焦耳的實驗歸納方法也是不可取的，因為在運用實驗歸納方法時，要面臨諸如實驗類型、精度等一系列問題. 為此，建議運用理想實驗與真實實驗相結合方法來建構焦耳定律，具體內容如下.
①通過定性分析，得出影響焦耳熱的物理量有R、I、t
②理想實驗的設計及其思維操作
設阻值為R0的用電器通以電流I0，在時間t0內產生的焦耳熱為Q0，依據等效思想，運用控制變量法來探究其他情況下產生的焦耳熱與Q0的關系，進而建構起Q與R、I、t的大致關系.
問題1 在電流、電阻不變的情況下，探究焦耳熱Q與時間t的關系.
理想實驗：如圖5，在電流I0、電阻R0不變情況下，在兩個時間t0內產生的熱量Q之和即為2t0時間內產生的熱量Q1，故有Q1＝2Q0，由此可見，Q∝t.
在上面設計的理想實驗中，為探究焦耳熱Q與時間t的關系，運用了倍增方法和控制變量法，把待探究的時間設計為t0的整數倍，便于學生發現焦耳熱Q與時間t的關系，下面兩個理想實驗的設計思想與此相同.
問題2 在電流I0及時間t0一定的情況下，探究產生的焦耳熱Q與電阻R的關系.
理想實驗：如圖6所示，在電流I0及時間t0一定的情況下，電阻為2R0產生的焦耳熱與兩個阻值為R0的電阻串聯后在時間t0產生的焦耳熱等效，也即Q2=2Q0，故有Q∝R.
問題3 在電阻R0及時間t0一定的情況下，探究產生的焦耳熱Q與電流I的關系.
在運用理想實驗得出Q與R、t的關系后，要探究Q與I的關系，可用倍增方法構造出電流為I0的情況，以便借助上面的結論進行思維操作.
理想實驗：在電阻R0及時間t0一定情況下，通以2I0的電流時產生的熱量為Q3，根據等效思想，其產生的熱量等效為阻值為2R0的兩電阻并聯后產生的焦耳熱之和，見圖7. 由問題2知Q′3＝2Q0，而Q3與Q′3的關系為Q3＝2Q′3，也即有Q3＝2Q′3＝4Q0，故有Q∝I2.
③焦耳定律的建構
在對上面的理想實驗的思維操作基礎上，再運用綜合方法，可建構起焦耳熱Q與I、R及時間t的關系為Q＝kI2Rt，其中常數k可由實驗確定，從而運用理想實驗等科學方法建立起焦耳定律.
3. 對閉合電路歐姆定律的重構建議
（1） 教材分析
教材的編寫思想是通過理論演繹把能量守恒定律與閉合電路歐姆定律聯系起來，充分體現功和能的概念在物理學中的重要性，同時又能幫助學生形成完整的認知結構. 基于這一思想，教材以純電阻電路為前提，運用能量守恒定律建立起閉合電路歐姆定律，其邏輯關系如圖8所示.
從上面邏輯關系可以看出，理論演繹的小前提是純電阻電路，大前提是能量守恒定律，因而導出的E＝IR+Ir及I=也只適用于純電阻電路，但是教材緊接著又由只適用純電阻電路的E＝IR+Ir推出適用于一般電路的E=U外+U內，這就產生了邏輯問題. 因此有必要對其呈現方式進行重構.
（2） 重構方案
在運用能量守恒定律進行理論演繹時，應該遵循理論演繹的規則，即從一般情況出發，導出相應的規律，然后再運用理論演繹得出純電阻電路中的閉合電路歐姆定律，具體方式如下.
對于圖9所示的電路，電源電動勢為E，內阻為r，方框內元件性質未知，電路中的電流為I，路端電壓為U. ①在時間t內，外電路中消耗的電能E外為多少？②在時間t內，內電路中電能轉化成內能E內多少？③在時間t內，電源中非靜電力做的功W為多少？④根據能量守恒定律，W與E外、E內的關系是什么？
對于上面四個問題，學生依據有關功和能的概念及能量守恒定律得到IEt=IUt+I2rt，對其整理后得到E＝U+Ir，其中，Ir是電源的內電壓，故此式也可寫成E＝U外+U內，這兩個關系式即為一般意義上的歐姆定律，它適用于一切電路.
對于純電阻電路有U＝IR，則有I＝. 這是純電阻電路中的閉合電路歐姆定律.
4. 對楞次定律的重構建議
（1） 教材分析
本節教材的編寫是以問題與問題解決為紐帶，引導學生從發現問題分析問題解決問題等步驟去掌握知識，意在突出科學探究，著眼于學生探究能力的提高，其教學流程如下：
其中重溫的實驗如圖10所示，而且運用草圖記錄相關信息，以便歸納出楞次定律.
在運用圖10所示的實驗進行歸納時，面臨一個關鍵問題，就是如何從眾多的物理現象及實驗因素中尋找歸納的方向，對此，教材直接提出：“是否可以通過一個‘中介’——‘感應電流的磁場’來表述這一關系”，以此引導學生歸納出楞次定律. 但問題的關鍵是，我們是怎么想到從原磁場方向與感應電流的磁場方向的關系進行歸納的？
（2） 重構方案
根據分類方法，影響感應電流方向的因素有如下三類：一類是外部因素（磁場強弱、磁場方向、磁鐵運動方向、磁通量變化等）；第二類是自身因素（線圈粗細、線圈的繞制方式等）；最后是自身與外部相互聯系的方式. 在探究感應電流方向與哪些因素有關時，需要圍繞這三類因素設計一些針對性的問題，讓學生在問題解決中，提出猜想，設計實驗，修正猜想，最終“發現” 楞次定律，具體方案如下.
①探究感應電流方向與外界因素之間的關系
問題1 感應電流方向與磁場變化快慢有無關系？設計實驗驗證你的猜想.
問題2 感應電流方向與磁感應強度大小有無關系？設計實驗驗證你的猜想.
問題3 分析圖10甲和圖11所示的實驗現象，說明影響感應電流方向的外界因素有哪些.
設置問題3的目的是引導學生對兩類電磁感應問題的共同的外部特性進行歸納，總結出影響感應電流方向的外部因素是磁場方向和磁通量的變化，從而為進一步探究奠定基礎.
②探究感應電流方向與自身因素之間的關系
為了探究感應電流方向與自身因素的關系，可設置以下兩個問題.
問題4 試猜測感應電流方向與線圈的粗細、匝數是否有關，設計實驗驗證你的猜想.
問題5 感應電流方向與線圈的繞行方向是否有關？設計實驗驗證你的猜想，并把實驗信息記錄在草圖上.
通過問題5，引導學生提出猜想，并通過控制變量法，在保證磁場方向和磁通量變化方式相同的情況下，設計出圖12所示的實驗對猜想進行檢驗，進而研究感應電流方向與繞行方向的關系.
根據實驗所記錄的信息發現，在線圈的繞行方式變化時，回路中的感應電流方向也隨之變化，但是線圈中的電流繞行方向是不變的，此時引導學生探究在線圈的繞行方式變化時，什么因素是不變的？
實踐表明，按此方法重構后，學生能尋找到以“感應電流的磁場方向”為中介進行歸納，于是衍生出問題6.
③探究感應電流方向與內外關聯方式之間的關系