電動(dòng)機(jī)電路教學(xué)難點(diǎn)的突破

張飛翔

(無錫市第一中學(xué) 江蘇 無錫 214031)

電動(dòng)機(jī)電路是非純電阻電路，它的電路分析與計(jì)算歷來是教學(xué)難點(diǎn)，形成教學(xué)難點(diǎn)的主要原因有以下兩點(diǎn).

(1)學(xué)生沒有真正理解電動(dòng)機(jī)電路中的能量關(guān)系，或?qū)δ芰筷P(guān)系對(duì)應(yīng)的量化關(guān)系不清楚，如為什么電動(dòng)機(jī)電路歐姆定律不能成立，且U>IR.

(2)初中階段，在對(duì)純電阻電路的分析和計(jì)算時(shí),對(duì)歐姆定律和電功率公式已經(jīng)相當(dāng)熟練，形成了很強(qiáng)的思維定勢(shì).遇到非純電阻電路這種新電路仍不自覺沿用舊的方式進(jìn)行分析與計(jì)算，形成很強(qiáng)的負(fù)遷移.

如何在教學(xué)中對(duì)這一難點(diǎn)加以突破呢？我們的做法主要從三個(gè)層面出發(fā).

1 重視知識(shí)的生成過程

在授新課時(shí)讓每個(gè)學(xué)生從能量關(guān)系出發(fā)，推導(dǎo)一下電動(dòng)機(jī)電路中電壓與其中電流、電阻的關(guān)系.

【例題】一臺(tái)電動(dòng)機(jī)，線圈電阻是R,當(dāng)電動(dòng)機(jī)兩端加上電壓U時(shí)，通過電動(dòng)機(jī)的電流為I，這時(shí)電動(dòng)機(jī)的電壓U與IR的關(guān)系如何？請(qǐng)同學(xué)們從能量轉(zhuǎn)換角度推導(dǎo)出來.

推導(dǎo)：從能量轉(zhuǎn)換角度，電動(dòng)機(jī)消耗的電能只能有部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，即

W>Q

也就是

UIt>I2Rt

于是有

U>IR

學(xué)生親自推導(dǎo)，必然對(duì)此結(jié)果產(chǎn)生強(qiáng)烈的震撼，認(rèn)知上也將產(chǎn)生新的飛躍.

教學(xué)中可因勢(shì)利導(dǎo)，結(jié)合本例繼續(xù)提出以下問題.

電功率的計(jì)算公式有以下形式

P=UI

(1)

(2)

P=I2R

(3)

若是上述電動(dòng)機(jī)，它的電功率計(jì)算只能是哪種形式？為什么？它發(fā)熱的功率計(jì)算又可以是哪種形式？不能是哪種形式？

學(xué)生在理解電功率、熱功率的同時(shí),強(qiáng)化了對(duì)于非純電阻電路歐姆定律不適用.

但即便教學(xué)中這樣做了，在關(guān)鍵的時(shí)候?qū)W生又不時(shí)地產(chǎn)生錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí).這說明學(xué)生對(duì)已有的部分電路知識(shí)，印象深刻，思維定勢(shì)難以扭轉(zhuǎn)，需要突破認(rèn)知的瓶頸，有新的飛躍.

2 讓學(xué)生親自實(shí)驗(yàn)體驗(yàn)

可以讓學(xué)生做這樣一個(gè)簡單的實(shí)驗(yàn)，用一臺(tái)玩具電動(dòng)機(jī)和干電池、小燈泡、電流表、開關(guān)、導(dǎo)線等組成一個(gè)簡單電路，如圖1所示.

圖1 用手?jǐn)D住電動(dòng)機(jī)的軸，觀察現(xiàn)象

先用手?jǐn)D住電動(dòng)機(jī)的軸，不讓它轉(zhuǎn)動(dòng)(這時(shí)電動(dòng)機(jī)可看做一電阻)，合上開關(guān)，觀察小燈泡亮度和電流表讀數(shù).

再放手讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，此時(shí)，觀察燈泡亮度和電流表讀數(shù)，如圖2所示(由于相機(jī)普通，拍攝時(shí)電風(fēng)扇在轉(zhuǎn)動(dòng)).啟發(fā)學(xué)生思考為什么兩次燈泡亮度不同，電動(dòng)機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)燈泡電流較小，其原因是什么.當(dāng)學(xué)生完成這一過程后，若再遇到類似問題，便不會(huì)輕易弄錯(cuò).

圖2 放開手讓電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，觀察現(xiàn)象

教師可和學(xué)生一起簡單分析一下，無論電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)與不轉(zhuǎn)，其兩端電壓可以認(rèn)為相同(不計(jì)電源內(nèi)阻，要求新干電池)，容易得出這樣一個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)論，電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流I1小于電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)電流I2.當(dāng)電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)時(shí)，電動(dòng)機(jī)相當(dāng)于一個(gè)普通電阻，此時(shí)，由歐姆定律

U=I2r

當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，由于

I1

得到

I1r

即轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)歐姆定律不成立.

3 換個(gè)新的角度加以內(nèi)化

學(xué)到電磁感應(yīng)的內(nèi)容時(shí)，還要結(jié)合反電動(dòng)勢(shì)的概念，幫助學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)電路換個(gè)新的角度審視這一問題.

首先，介紹反電動(dòng)勢(shì)的概念及其作用.電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，線圈中也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)電動(dòng)勢(shì)總是削弱電源電動(dòng)勢(shì)的作用，我們稱之為反電動(dòng)勢(shì).它的作用是阻礙線圈的轉(zhuǎn)動(dòng).如果要使線圈維持原來的轉(zhuǎn)動(dòng)，電源就要向電動(dòng)機(jī)提供能量.這正是電能轉(zhuǎn)化為其他形式的能的過程.

再解釋為什么當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)與不轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，電流表讀數(shù)會(huì)有不同的結(jié)果.

如電動(dòng)機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，電路有關(guān)系式

U=I2r

(4)

而當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，此時(shí)

U-E反=I1r

(5)

容易有

U>I1r

至此，學(xué)生對(duì)電動(dòng)機(jī)電路有了深刻的理解，完成了認(rèn)識(shí)的飛躍，內(nèi)化成功.再推廣到其他非純電阻電路，也比較容易接受.

通過這樣一系列的方法，在教學(xué)中比較好地突破了電動(dòng)機(jī)等非純電阻電路的教學(xué)難點(diǎn).這讓我們認(rèn)識(shí)到在教學(xué)中應(yīng)加強(qiáng)教學(xué)研究，做有心人，特別要運(yùn)用課程意識(shí)，設(shè)計(jì)好教學(xué)鋪墊，成功突破教學(xué)中的每一個(gè)難點(diǎn)，使我們的教學(xué)變得既有趣又有效.