利用幾何畫板制作“歐姆定律”動(dòng)態(tài)課件實(shí)例

朱紅偉

歐姆定律是初中電學(xué)中的基本定律，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識(shí)和分析電路的基礎(chǔ)，常規(guī)教法是通過(guò)安排具體的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)探究的方法，使用電學(xué)實(shí)驗(yàn)器材，體驗(yàn)科學(xué)探究過(guò)程，最終得出電流與電壓、電阻的關(guān)系。這樣做師生無(wú)法集體互動(dòng)、難以直觀展示、僅局限于實(shí)驗(yàn)課堂。因此，在平常教學(xué)中也會(huì)使用動(dòng)畫等課件進(jìn)行輔助教學(xué)。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各類動(dòng)畫普遍存在電路中各物理量數(shù)值固定、無(wú)法二次開(kāi)發(fā)等缺點(diǎn)。根據(jù)本人經(jīng)驗(yàn)和查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，使用幾何畫板制作的動(dòng)態(tài)課件完全可以承擔(dān)歐姆定律探究及相關(guān)習(xí)題解答的課堂教學(xué)任務(wù)，并已經(jīng)在平常教學(xué)得到檢驗(yàn)。

“幾何畫板”是一款適用于物理學(xué)科的教學(xué)軟件，它具有幾何作圖、度量測(cè)算、參數(shù)計(jì)算、函數(shù)繪圖等強(qiáng)大功能，并且課件制作簡(jiǎn)單。制作時(shí)利用點(diǎn)線工具構(gòu)建物理模型，并將物理公式以函數(shù)形式進(jìn)行設(shè)置，從而可以動(dòng)態(tài)顯示物理變量，量化討論物理過(guò)程?；诖耍疚膶⒁詭缀萎嫲?.0為工具，詳細(xì)介紹歐姆定律動(dòng)態(tài)課件的制作過(guò)程，通過(guò)課件演示得出結(jié)論，并給出相關(guān)說(shuō)明。

1理論推導(dǎo)

2界面簡(jiǎn)介

歐姆定律動(dòng)態(tài)課件界面如圖2所示。

3課件制作

3.1第1步：滑動(dòng)變阻器R滑的繪制

（1）打開(kāi)幾何畫板5.0版，使用點(diǎn)工具在空白區(qū)任意位置繪制一點(diǎn)，選中該點(diǎn)并點(diǎn)擊右鍵選擇[屬性]→[標(biāo)簽]，設(shè)置為A（下文中“標(biāo)簽”修改方法相同）；選中A點(diǎn)，選擇菜單[變換]→[平移]，出現(xiàn)“平移”界面，平移變換默認(rèn)為極坐標(biāo)（下同），固定距離為4cm，固定角度為0°，得到另一點(diǎn)，標(biāo)簽為B；在線AB上任選一點(diǎn)，標(biāo)簽為P。

（2）同時(shí)選擇A、P、B點(diǎn)，進(jìn)行平移且參數(shù)為：固定距離為05cm，固定角度為90°，得到3點(diǎn)的標(biāo)簽分別為A′、P′、B′；使用線段直尺工具連接AA′、A′B′、B′B、AB構(gòu)成矩形（線型為細(xì)線實(shí)線，顏色為黑色），作為電阻絲；同時(shí)選擇A、P、B點(diǎn)，再次平移，參數(shù)為：固定距離為1.5cm、得到3點(diǎn)的標(biāo)簽分別為C、E、D，實(shí)線連接CD作為金屬桿（線型為中細(xì)實(shí)線，顏色為黑色）；使用“自定義工具”的“箭頭工具”繪制帶箭頭的線段PE作為滑片（線型為中細(xì)實(shí)線，顏色為紅色）。

（3）選中A′、P′、A、P4個(gè)點(diǎn)，選擇菜單[構(gòu)造]→[四邊形的內(nèi)部]，將矩形APP′A′內(nèi)部填充顏色，選擇菜單[顯示]，更改顏色為紅色表示為接入電路中的電阻絲。

3.2第2步：定值電阻R定的繪制

（1）選擇AA′和B′B，選擇菜單[構(gòu)造]→[中點(diǎn)]，得到1點(diǎn)為F和G，作為滑動(dòng)變阻器與外部電路的連接點(diǎn)；選中F，進(jìn)行平移且參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為180°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為H；選中H點(diǎn)，進(jìn)行兩次平移，參數(shù)分別為固定距離為025cm，固定角度為90°和270°，分別得到2點(diǎn)標(biāo)簽為I、J；選中I、H、J點(diǎn)，進(jìn)行平移，參數(shù)為：固定距離為2cm、固定角度為180°，得到3點(diǎn)標(biāo)簽為I′、H′、J′；使用線段直尺工具連接II′、JJ′、IJ、I′J′構(gòu)成矩形（線型為細(xì)線實(shí)線，顏色為黑色），作為定值電阻。

3.3第3步：電路的繪制

（1）選中H′，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為180°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為K；選中K，進(jìn)行平移參數(shù)為，固定距離為1.5cm，固定角度為270°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為K′，使用線段直尺工具連接G′K和KK′；選中K′，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為1.5cm，固定角度為270°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為L(zhǎng)，使用“自定義工具”的“物理工具”，選擇其中的電表符號(hào)，將其連接在K′和L上，并選擇“文字工具”在“○”內(nèi)輸入“A”，表示電流表；同理可以在第4步的定值電阻R定兩端接上電壓表。

（2）選中L，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為1.5cm、固定角度為270°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為L(zhǎng)′；選中L′，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為0°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為M，使用線段直尺工具分別連接兩點(diǎn)；使用“物理工具”，調(diào)出電源符號(hào)及開(kāi)關(guān)符號(hào)，依次連接在M點(diǎn)右側(cè)。

（3）選中第4步中G點(diǎn)，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為1cm，固定角度為0°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為G′；選中G′，進(jìn)行平移參數(shù)為：固定距離為4.5cm，固定角度為180°，得到1點(diǎn)標(biāo)簽為N；使用線段直尺工具將開(kāi)關(guān)右端點(diǎn)與N點(diǎn)連接；到此電路基本繪制完成。

3.4第4步：公式的設(shè)置

（1）選擇菜單[數(shù)據(jù)]→[新建參數(shù)]，出現(xiàn)“新建參數(shù)”界面，參數(shù)名稱改為“U”，數(shù)值為6.00，表示電源電壓；再次新建參數(shù)“RAB”和“R定”，分別表示滑動(dòng)變阻器最大阻值及定值電阻阻值，并選擇“文字工具”在“U”、“RAB”、“R定”右方輸入“V”或“Ω”（以上3個(gè)數(shù)值可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行輸入調(diào)整）。

（2）分別使用度量工具量取AB及AP長(zhǎng)度；選擇菜單[數(shù)據(jù)]→[計(jì)算]，出現(xiàn)“新建計(jì)算”界面，依次點(diǎn)擊“RAB”值、“×”、“AP”值、“÷”、“AB”值得到數(shù)值并標(biāo)簽為“R滑”，并選擇“文字工具”在“R滑”右方輸入“Ω”，表示接入電路的滑動(dòng)變阻器電阻值；同理依次計(jì)算出電流中電流I及定值電阻兩端電壓U定。

3.5第5步：美觀調(diào)整及存檔

（1）為保證課件簡(jiǎn)潔度，可以將無(wú)關(guān)圖線及函數(shù)隱藏，如全選函數(shù)，選擇菜單[編輯]→[操作類按鈕]→[隱藏/顯示]，標(biāo)簽為“函數(shù)隱藏”，以此類推；最終界面如圖2所示。

（2）課件調(diào)整完成后，選擇菜單[文件]→[另存為]，保存文件為“歐姆定律”。

4實(shí)驗(yàn)演示

4.1電流I與電壓U的關(guān)系

在課件中，設(shè)置U=6V，RAB=50Ω、R定=10Ω，保持R定不變時(shí)，調(diào)節(jié)滑片P可以發(fā)現(xiàn)I和U定均在變化。為探究其線型關(guān)系，需要建立坐標(biāo)系利用函數(shù)關(guān)系得出圖像。

選擇菜單[繪圖]→[繪制函數(shù)曲線]，并在[網(wǎng)格樣式]中選擇“矩形網(wǎng)格”，可以通過(guò)x、y上的定位點(diǎn)調(diào)節(jié)坐標(biāo)點(diǎn)分布，依次選擇U定和I；選擇菜單[繪圖]→[繪制點(diǎn)“x，y”]，會(huì)在坐標(biāo)系中得到1點(diǎn)，標(biāo)簽為“I-U”；選中該點(diǎn)，選擇菜單[顯示]→[繪制點(diǎn)“x，y”]，此時(shí)x軸表示U定，y軸電流I；調(diào)節(jié)滑片會(huì)看到“I-U”的跟蹤軌跡，根據(jù)該軌跡初步可以判斷為正比例函數(shù)；當(dāng)然為了驗(yàn)證是否為正比例函數(shù)，還可以通過(guò)設(shè)置函數(shù)y=x/10來(lái)進(jìn)行驗(yàn)證，如圖3所示。

4.2電流I與電阻R的關(guān)系

保持上述設(shè)置不變，當(dāng)改變R定時(shí)，U定會(huì)發(fā)生變化，因此需要通過(guò)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器來(lái)保持U定不變，最終會(huì)得出I與R定成反比例關(guān)系，具體做法如下。

分別選中“R定”、“R滑”、“I”，選擇菜單[數(shù)據(jù)]→[制表]，得到表格（雙擊表格記錄數(shù)據(jù)）；分別設(shè)置R滑為5Ω、10Ω、15Ω、20Ω，調(diào)節(jié)R滑保持U定=2.5V不變，最終得到4組數(shù)據(jù)；選中表格，點(diǎn)擊右鍵選擇[繪制表中數(shù)據(jù)]，得到“繪制圖像”界面，選擇x為“R定”，y為“I”；點(diǎn)擊確定得到4個(gè)點(diǎn)，初步判斷為反比例關(guān)系；建立函數(shù)y=2.5/x進(jìn)行驗(yàn)證，4點(diǎn)均在線上確為反比例關(guān)系，如圖4所示。

5相關(guān)說(shuō)明

（1）利用該課件可以與學(xué)生實(shí)驗(yàn)同步進(jìn)行，相互印證并對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)步驟、操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行糾錯(cuò)，通過(guò)幾何畫板呈現(xiàn)正反比例關(guān)系圖像，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)意識(shí)，從而來(lái)輔助課堂教學(xué)。

（2）該課件還可以用于習(xí)題課的輔助教學(xué)，比如滑動(dòng)變阻器的調(diào)節(jié)問(wèn)題、滑動(dòng)變阻器的選擇問(wèn)題、I-U和I-R的圖像問(wèn)題等，利用動(dòng)態(tài)課件模擬演示就可以快速、直觀得出結(jié)論。