時間：2023-10-08 15:32:41
序論：寫作是一種深度的自我表達。它要求我們深入探索自己的思想和情感，挖掘那些隱藏在內心深處的真相，好投稿為您帶來了七篇歐姆定律的推導過程范文，愿它們成為您寫作過程中的靈感催化劑，助力您的創(chuàng)作。
《閉合電路歐姆定律》是高中物理電學部分中各種電路的基礎內容，同時也是高中物理電路部分的重點內容，深刻理解并掌握本節(jié)內容對今后電路學習具有極大的幫助。在高中物理課堂教學活動開展中，為了有效提高《閉合電路歐姆定律》教學設計的有效性，下面本文首先簡單分析了《閉合電路歐姆定律》教學目標，并在此基礎上提出創(chuàng)設“問題情境”的教學設計為方法的課堂教學實踐，以供參考。
高中物理《閉合電路歐姆定律》教學主要是圍繞定律的推導和定律的應用這兩個問題展開的。教材在設計中意在從能量守恒的觀點推導出閉合電路歐姆定律，從理論上推出路端電壓隨外電阻變化規(guī)律及斷路短路現象，將實驗放在學生思考與討論之中。為了有效提高課堂教學質量和教學效果，我們特提出在《閉合電路歐姆定律》教學中創(chuàng)設“問題情境”的教學設計。
1.《閉合電路歐姆定律》教學目標分析
《閉合電路歐姆定律》教學目標主要有以下幾個方面：一是，經進閉合電路歐姆定律的理論推導過程，體驗能量轉化和守恒定律在電路中的具體應用，培養(yǎng)學生推理能力；二是，了解路端電壓與電流的U-I圖像，培養(yǎng)學生利用圖像方法分析電學問題的能力；三是，通過路端電壓與負載的關系實驗，培養(yǎng)學生利用實驗探究物理規(guī)律的科學思路和方法；四是，利用閉合電路歐姆定律解決一些簡單的實際問題，培養(yǎng)學生運用物理知識解決實際問題的能力。高中物理《閉合電路歐姆定律》教學主要是圍繞定律的推導和定律的應用這兩個問題展開的，其中涉及到了“電動勢和內阻”、“用電勢推導電壓關系”、“焦耳定律”以及“歐姆定律”等諸多內容，這些內容之間具有一定的聯系， 只要能夠為其構建一個完善的體系，將這些知識有機的結合起來，就能夠得出閉合電路的歐姆定律。以建構主義教學思想為基礎，采用創(chuàng)設“問題情境”的教學設計，對于提高課堂教學有效性具有積極意義。
2.創(chuàng)設“問題情境”的教學設計具體實踐
首先，通過問題的提出激發(fā)學生的求知欲。例如：將一個小燈泡接在已充電的電容器兩極，另一個小燈泡在干電池兩端，會觀察到什么現象？并展示生活中的一些電源，演示手搖發(fā)電機使小燈泡發(fā)光和利用紐扣電池發(fā)聲的音樂卡片實驗，使學生進行思考這些現象出現的原因。通過觀察學生會發(fā)現手搖發(fā)電機是將機械能轉化成電能的過程，停止搖動就沒有電能，燈泡就不會亮，而干電池、蓄電池是將化學能轉化成電能，其化學能能夠為干電池提供持續(xù)供電的功能，因此小燈泡能夠持續(xù)發(fā)光。然后教師再在這個基礎上提出問題：什么是電源的電動勢？之后指出電源電動勢的概念，幫助學生認識電源的正負極，并畫出等效的電路圖，利用學生已知的知識，如電勢相當于高度，電勢差則相當于高度差，這樣學生就能夠很好的對電勢差以及電源電動勢的內電壓和外電壓等概念進行理解了。
其次，在教學中可采用類比、啟發(fā)、多媒體等多種方法進行教學。教師在課堂教學匯總可借助于多媒體播放flash課件， 借助于升降機舉起的高度差或者兒童滑梯兩端的高度差，幫助學生更好的理解電源電動勢。另外還可以從能量的角度引導學生對其進行理解，例如小花去買衣服，共有100元，其中10元用于打車，90元用于買衣服，在這里，100元就相當于電源的電動勢，車費相當于內電壓（必要的無用功），買衣服的費用就相當于外電壓（有用功），從而使學生掌握內外電壓的本質屬性。
最后，要通過實驗來引導學生進行探究。物理學是一門以實驗為基礎的科學，觀察和實驗是提出問題的基礎，在實驗教學中應鼓勵學生觀察要細致人微，要善于從實驗中發(fā)現問題，直觀、形象的實驗現象能激發(fā)學生思考?？梢宰寣W生通過實驗來探究路端電壓與外電阻（電流）的關系，得出路端電壓與外電阻（電流）的關系，再從理論上進行分析。然后演示電動勢分別為3V和9V（舊）的電源向一個燈泡供電實驗，引發(fā)學生學習的興趣，讓學習進行討論，解釋現象原因。通過這種方式能夠讓學生很容易就明白流過燈泡的實際電流不僅與電源的電動勢有關，還與電路中的總電阻有關，從而順理成章的得出閉合電路歐姆定律，完成課堂教學任務。
3.總結語
一、寓培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度于學生實驗操作之中
歐姆定律是一個實驗定律，因此在教學“歐姆定律”一節(jié)時，教師必須在學生對“電流與電壓、電阻”之間關系進行猜想假設的基礎上，引導學生設計實驗方案，精心組織學生進行實驗。在實驗前指導學生：（1）根據電路圖準確連接電路；（2）仔細檢查電路及電表、滑動變阻器等連接是否準確；（3）在確認無誤時，動手實驗，并認真觀察、精確記錄數據；（4）明確滑動變阻器在兩次實驗中的作用：使定值電阻兩端電壓成整數倍變化和保持電阻兩端電壓不變；（5）分析實驗中可能出現的數據差異原因，重復實驗，直至準確。對于在實驗中怕麻煩、湊數據的學生及時用科學家尊重事實、刻苦鉆研及時教育他們，端正他們態(tài)度，幫助他們用實驗得出準確結果。通過實驗，使學生得到了歐姆定律實驗所需要的數據，也培養(yǎng)了學生觀察實驗能力和實事求是、客觀、細致的科學態(tài)度，從而激發(fā)學生勤奮求真的熱情。
二、寓培養(yǎng)學生科學方法于分析實驗數據和歸納出實驗結論之中
在得出實驗數據之后，就著手組織學生分析數據、歸納出結論。在引導時，引導學生回憶“探究影響導體電阻大小的因素”的實驗方法，并要學生用之中方法研究電流跟電壓、電阻兩個因素的關系，即（1）固定電阻不變時，研究電流跟電壓的關系；（2）固定電壓不變時，研究電流跟電阻的關系。最后將兩次結論綜合起來，應用數學函數知識得出電流跟電壓、電阻的關系。接著，根據學生實驗數據組織討論，并分析歸納實驗結論。（1）分析“研究電流跟電壓關系”表格：電流隨電壓增大而增大，且電壓增大幾倍電流也增大幾倍。得出結論1：當電阻一定時，電流與電壓成正比。（2）分析“電流與電阻關系”表格：電流隨電阻的增大而減小，且電阻增大幾倍，電流就減小到原來的幾分之一。得出結論2：當電壓一定時，電流與電阻成反比。歸納結論1、2，即得歐姆定律。在整個研究、分析、抽象，歸納過程中，使學生潛移默化地學會了：（1）研究問題的方法――控制變量法；（2）對實驗數據的綜合――分析――抽象――歸納的處理方法，從而學到了由特殊、個別推到一般的邏輯推理方法。這些方法都是學生終生受益的科學研究方法。在得出實驗結論――歐姆定律后，教師接著就組織學生用他們已學過的數學知識推導歐姆定律的計算公式：（1）把電流與電壓成正比表達成I∝U；（2）把電流與電阻成反比表達成I∝1/R，把（1）、（2）結合起來得出計算公式：I=U/R；通過公式推導使學生了解到不同學科之間的聯系，它不僅開闊了學生的視野，也可使學生學到物理公式常用的科學的數學方法。
三、寓培養(yǎng)學生科學思想于理解、應用定律之中
對于實驗定律――歐姆定律，在理解其內容時，引導學生討論：能不能把定律敘述的導體的電流與導體兩端電壓成正比、與導體兩端電阻成反比改敘述成導體兩端電壓與導體電流成正比、導體電阻與導體電流成反比？讓學生在討論中明白：敘述定律時只能按課本那樣敘述，否則是錯誤的。這是因為事物內部矛盾的雙方有主有次，這里電壓、電阻是矛盾的主要方面，是事物變化的依據，對事物變化起決定作用的；而電流則是矛盾的次要方面，它是隨電壓、電阻變化而變化的，在事物變化中處于服從地位；這樣使敘述在討論中理解了定律，在理解定律過程中獲得了一次科學的認識教育。
在講解定律公式的應用時，如教師通過P111教材例1的講解，強調了定律的應用是有條件的，即（1）同體性：只能適用于同一段電路中的電流、電壓以及電阻之間的關系的運算；（2）同時性；（3）計算時數字代入單位必須是國際單位制中主單位。引導學生認識到真理是有局限性的，是離不開特定條件的。又如教師通過課本例2講解，強調了定律的應用性，即通過歐姆定律可以求出導體的電阻值，也就是可用伏安法測未知電阻，使學生體會到：理論的實踐性以及理論與實踐的一致性。此外取平均值可以減小實驗誤差；表格可以得到實驗結論1等。
四、寓培養(yǎng)學生的科學精神于介紹科學家的事例之中
結合課本中“信息庫”介紹，使學生了解德國的物理學家歐姆發(fā)現了電路中遵循的基本“交通規(guī)則”，但他幼年家貧，曾中途輟學，后全憑自己努力，完成學業(yè)。他為了得到歐姆定律，花費了十年心血。當時的實驗條件非常差，他自制了測電流的電流扭秤，花五年時間才找到電壓穩(wěn)定的電源。經過長期細致的研究，終于取得了成果。在教學中把歐姆的對學習勤奮刻苦，對科學知識的執(zhí)著追求，在科學研究道路上勇于探索、百折不撓的獻身精神及對人類社會的貢獻，展現在學生面前，使學生從中接受了熱愛科學、追求真理的科學接受教育。
教育者在實施科學素養(yǎng)教育時不是生硬的說教，應有機結合教材適時適量地滲透；科學素養(yǎng)教育是素質教育的核心，在實施時教師還應當有意識、有目的地進行，同時聯系教材中其他素質教育因素如能力、智力、科學美等全方位地開展，并做到主、次得當，這就需要安排好教學過程和節(jié)奏，從而使素質教育得到全面培養(yǎng)。
【參考文獻】
知識目標
1．鞏固串聯電路的電流和電壓特點.
2．理解串聯電路的等效電阻和計算公式.
3．會用公式進行簡單計算.
能力目標
1．培養(yǎng)學生邏輯推理能力和研究問題的方法.
2．培養(yǎng)學生理論聯系實際的能力.
情感目標
激發(fā)學生興趣及嚴謹的科學態(tài)度，加強思想品德教育.
教學建議
教材分析
本節(jié)從解決兩只5Ω的定值電阻如何得到一個10Ω的電阻入手引入課題，從實驗得出結論.串聯電路總電阻的計算公式是本節(jié)的重點，用等效的觀點分析串聯電路是本書的難點，協調好實驗法和理論推導法的關系是本書教學的關鍵．
教法建議
本節(jié)擬采用猜想、實驗和理論證明相結合的方式進行學習.
實驗法和理論推導法并舉，不僅可以使學生對串聯電路的總電阻的認識更充分一些，而且能使學生對歐姆定律和伏安法測電阻的理解深刻一些．
由于實驗法放在理論推導法之前，因此該實驗就屬于探索性實驗，是伏安法測電阻的繼續(xù)．對于理論推導法，應先明確兩點：一是串聯電路電流和電壓的特點．二是對歐姆定律的應用范圍要從一個導體擴展到幾個導體（或某段電路）計算串聯電路的電流、電壓和電阻時，常出現一個“總”字，對“總”字不能單純理解總和，而是“總代替”，即“等效”性，用等效觀點處理問題常使電路變成簡單電路．
教學設計方案
1．引入課題
復習鞏固，要求學生思考，計算回答
如圖所示，已知，電流表的示數為1A，那么
電流表的示數是多少？
電壓表的示數是多少？
電壓表的示數是多少？
電壓表V的示數是多少？
通過這道題目，使學生回憶并答出串聯電路中電流、電壓的關系
（1）串聯電路中各處的電流相等．
（2）串聯電路兩端的總電壓等于各支路兩端的電壓之和．
在實際電路中通常有幾個或多個導體組成電路，幾個導體串聯以后總電阻是多少？與分電阻有什么關系？例如在修理某電子儀器時，需要一個10的電阻，但不巧手邊沒有這種規(guī)格的電阻，而只有一些5的電阻，那么可不可以把幾個5的電阻合起來代替10的電阻呢？
電阻的串聯知識可以幫助我們解決這個問題．
2．串聯電阻實驗
讓學生確認待測串聯的三個電阻的阻值，然后通過實驗加以驗證．指導學生實驗．按圖所示，連接電路，首先將電阻串聯入電路，調節(jié)滑動變阻器使電壓表的讀數為一整數（如3V），電流表的讀數為0．6A，根據伏安法測出.
然后分別用代替，分別測出．
將與串聯起來接在電路的a、b兩點之間，提示學生，把已串聯的電阻與當作一個整體（一個電阻）閉合開關，調節(jié)滑動變阻器使電壓示數為一整數（如3V）電流表此時讀數為0．2A，根據伏安法測出總電阻．
引導學生比較測量結果得出總電阻與、的關系.
再串入電阻，把已串聯的電阻當作一個整體，閉合開關，調節(jié)滑動變阻器，使電壓表的示數為一整數（如3V）電流表此時示數為0．1A，根據伏安法測出總電阻．
引導學生比較測量結果，得出總電阻與的關系：.
3．應用歐姆定律推導串聯電路的總電阻與分電阻的關系：
作圖并從歐姆定律分別求得
在串聯電路中
所以
這表明串聯電路的總電阻等于各串聯導體的電阻之和．
4．運用公式進行簡單計算
例一把的電阻與的電阻串聯起來接在6V的電源上，求這串聯
電路中的電流
讓學生仔細讀題，根據題意畫出電路圖并標出已知量的符號及數值，未知量的符號．
引導學生找出求電路中電流的三種方法
（1）（2）（3）
經比較得出第（3）種方法簡便，找學生回答出串聯電路的電阻計算
解題過程
已知V，求I
解
根據得
答這個串聯電路中的電流為0.3A.
強調歐姆定律中的I、U、R必須對應同一段電路.
例二有一小燈泡，它正常發(fā)光時燈絲電阻為8.3，兩端電壓為2.5V.如果我們只有電壓為6V的電源，要使燈泡正常工作，需要串聯一個多大的電阻？
讓學生根據題意畫出電路圖，并標明已知量的符號及數值，未知量的符號.
引導學生分析得出
（1）這盞燈正常工作時兩端電壓只許是2.5V，而電源電壓是6V，那么串聯的電阻要分擔的電壓為
（2）的大小根據歐姆定律求出
（3）因為與串聯，通過的電流與通過的電流相等.
（4）通過的電流根據求出.
解題過程
已知，求
解電阻兩端電壓為
電路中的電流為
一、滑動變阻器的變動對電流電壓的影響
圖1例1（2011年山東臨沂）如圖1所示的電路，電源電壓保持不變，閉合開關，當滑動變阻器的滑片向右滑動時，下列分析正確的是（）
（A） 燈泡變亮，電流表的示數變大
（B） 燈泡變暗，電流表的示數變小
（C） 燈泡亮度不變，電流表的示數變大
（D） 燈泡亮度不變，電流表的示數變小
解析：滑片移動時可知滑動變阻器接入電阻的變化，則由歐姆定律可得出電路中電流的變化，由電流變化可知燈泡的亮度變化.當滑片向右移動時，接入電阻變小，故電路中總電阻減小，因電壓不變，由歐姆定律I=U/R 可得，電流增大，故電流表示數變大，燈泡的實際功率變大，故亮度變大.（A）正確.
答案：（A）
點撥：本題屬于電路的動態(tài)分析，此類題可先分析局部電阻的變化，再將滑動變阻器和定值電阻視為整體進行分析，得出總電阻的變化，最后由歐姆定律分析電流的變化.此類題目也屬于歐姆定律的常規(guī)題目，體現了電學中整體法的應用.
圖2例題延伸：如圖2所示，電源電壓保持不變，閉合開關，將滑動變阻器的滑片向右滑動時，則（）
（A）通過燈L的電流變小，變阻器兩端的電壓變小
（B） 通過燈L的電流變大，變阻器兩端的電壓變大
（C） 燈L兩端的電壓變小，通過變阻器的電流變小
（D） 燈L兩端的電壓變大，通過變阻器的電流變小
解析：滑動變阻器的滑片右移，變阻器接入電路中的電阻增大，電路中的總電阻增大，則電流減小，同時燈L分得的電壓也減小，則變阻器分得的電壓就變大.
答案： （C）
點撥：本題考查滑動變阻器的原理、電阻對電路中電流的影響以及串聯電路的分壓原理，考查學生分析問題的能力.
二、滑動變阻器與電表的測量目標問題
例2（2011年山東聊城）如圖3所示，閉合開關S，使滑動變阻器的滑片向左移動，則（ ）
（A） 電流表示數變?。˙） 電壓表示數變大
（C） 電壓表示數不變（D） 燈泡變亮
解析：從圖中可以看出，這是一個串聯電路，即滑動變阻器與小燈泡串聯，電壓表測量的是滑動變阻器兩端的電壓.當滑片向左移動時，其阻值減小，電路中的總電阻減小，故在電源電壓不變的情況下，電流中的電流變大，通過小燈泡的電流變大，小燈泡變亮，（A）項錯誤，（D）項正確；由于滑動變阻器的阻值減小，故它分得的電壓也減小，（B）、（C）兩項錯誤.
答案：（D）
點撥：判斷電路中的電表示數變化情況時，應首先明確電路的連接方式及電表的測量對象，然后根據歐姆定律及串并聯電路的電流、電壓特點進行分析.
圖3圖4例題延伸： 如圖4所示電路，電源兩端電壓保持不變.閉合開關S，當滑動變阻器的滑片P向右滑動時，下列判斷正確的是 （ ）
（A） 電壓表V1示數變小，電壓表V2示數變大，電流表示數變小
（B） 電壓表V1示數變大，電壓表V2示數變小，電流表示數變小
（C） 電壓表V1示數變小，電壓表V2示數變小，電流表示數變小
（D） 電壓表V1示數變大，電壓表V2示數變大，電流表示數變大
解析：從題圖可知，電路為串聯電路，電壓表V1測滑動變阻器兩端的電壓，電壓表V2測定值電路R2兩端的電壓.閉合開關S，當滑動變阻器的滑片P向右滑動時，變阻器連入電路的電阻變大，電路中電流變小，定值電阻R2兩端的電壓變小，即電壓表V2的示數變小，根據串聯電路的電壓規(guī)律可知，變阻器兩端的電壓變大，即電壓表V1的示數變大，答案為（B）.
答案：（B）
點撥：本題考查串聯電路和歐姆定律的知識，解此類題的關鍵是明確電壓表所測的對象，弄清各用電器之間的關系，熟記串聯電路的分壓原理.
三、滑動變阻器與伏安法實驗探究
例3（2011年浙江紹興）小敏用如圖5甲所示的電路圖，研究通過導體的電流與導體電阻的關系，電源電壓恒為6 V.改變電阻R′的阻值，調節(jié)滑動變阻器滑片，保持R兩端的電壓不變，記下相應的4次實驗的電流和電阻值，描繪在乙圖中.
圖5 （1）實驗過程中，移動變阻器滑片時，眼睛應注視（選填序號）；
（A） 變阻器滑片（B） 電壓表示數（C） 電流表示數
（2）在丙圖中，用筆線代替導線，將電壓表正確連入電路.
（3）實驗中，他所選擇的變阻器是（選填序號）
（A） 10 Ω，0.5 A（B） 20 Ω，1 A（C） 50 Ω，2 A
（4）乙圖中陰影部分面積表示的科學量是.
（5）實驗過程中，如果出現了電流表示數為0，電壓表示數接近6 V，電路發(fā)生的故障可能是.
解析：探究電壓一定時，電流與電阻的關系時，在不斷的改變定值電阻的同時，必須不斷的移動滑動變阻器，使得電壓表的示數是一個定值，故在移動滑片的同時，眼睛觀察電壓表的示數；通過電流與電阻的圖像中可以看出保持電壓表的示數是2 V，故電壓表接入電路中時，所選的量程應該是0～3 V的，且并聯在電阻兩端；陰影部分為電壓值；滑動變阻器型號的選擇應該與定值電阻的阻值差不多，故所選型號為“10 Ω，0.5 A”的；如果電路中出現電流表的示數為零，說明在電路中出現了斷路，電壓表有示數說明是電阻R處出現了斷路.
圖6答案：（1）（B）
（2）如圖6所示 （3）（C） （4）電壓 （5）電阻R處有斷路
點評：此題從實物圖的連接、滑動變阻器型號的選擇、故障的分析等方面較為綜合的考查了學生，從中加強了學生綜合能力的培養(yǎng)，是一道不錯的電學中考題.
圖7例4（2011年四川綿陽）如圖7所示是測量小燈泡電阻和電功率的實驗電路圖，當滑動變阻器的滑片向左移動時，電流表、電壓表的示數變化情況是（ ）
（A） 增大、增大 （B） 增大、減小
（C） 減小、增大 （D） 減小、減小
解析：當滑動變阻器的滑片向左移動時，電阻R的阻值減小，電路中的總電阻減小，根據歐姆定律I=U/R可知電路中的電流增大，即電流表的示數增大.同樣根據歐姆定律推導公式U=IR可得出燈泡兩端的電壓增大，即電壓表的示數也增大，所以（B）（C）（D）均是錯誤的.
答案：（A）
點撥：本題考察的是綜合運用歐姆定律的知識，這也是初中物理的重點和難點內容，也是同學們容易出錯的地方，在套用公式時容易“張冠李戴”.
四、滑動變阻器與電阻的匹配問題
圖8例5（2011年南京）小華用如圖8所示的電路探究電流與電阻的關系.已知電源電壓為6 V，滑動變阻器R2的最大電阻為20 Ω，電阻R1為10 Ω.實驗過程中，將滑動變阻器滑片移到某一位置時，讀出電阻R1兩端電壓為4 V，并讀出了電流表此時的示數.緊接著小華想更換與電壓表并聯的電阻再做兩次實驗，可供選擇的電阻有15 Ω、30 Ω、45 Ω和60 Ω各一個，為了保證實驗成功，小華應選擇的電阻是 Ω和 Ω.
解析：為了探究電流與電阻的關系，應保持4 V電壓，當所換電阻為45 Ω和60 Ω時，無論如何調節(jié)，所換電阻兩端的電壓都超過4 V，故45 Ω和60 Ω電阻不可以.
關鍵詞：電動機；純電阻與非純電阻；電路分析
在直流電路中，通過電阻的電流產生的能量轉化是能量計算的重點知識，但由于不能夠正確區(qū)分純電阻與非純電阻，導致求解中出現問題，特別含有電動機的相關計算。下面以電動機為例，來解決純電阻與非純電阻應用中的區(qū)別與聯系。
一、過程再現及分析
含有電動機電路，有電流通過電動機時，線圈消耗電能，產生其他形式能量（內能、機械能等），該能量轉化過程為電流做功的過程，即消耗電功W=UIt，電流通過線圈產生的焦耳熱Q=I2Rt，那么，兩者之間有何關系呢？
解決方案：假如Q=W，則UIt=I2Rt，推導出I=，即歐姆定律，而歐姆定律是需在純電阻情況下才成立的。
分析：根據歐姆定律的適用條件，電流通過電阻產生的電能全部轉化為內能，即電功等于電熱，此時由歐姆定律適用的電路叫做純電阻電路；歐姆定律不適用的電路叫做非純電阻電路。
問題設計1：電機在受阻不轉動的情況下，電壓、電流和電阻的存在的何種關系，消耗的電能和產生的電熱有何關系？
問題設計2：電動機在轉動的狀態(tài)下，電壓、電流和電阻的關系有何特點，消耗的電能和產生的電熱有何關系？
問題設計意圖：明確辨別純電阻電路與非純電阻電路。
問題設計3：進一步探究電機在受阻不轉動的情況下，電壓、電流和熱功率、總功率的有何關系？
探究結果：在純電阻電路中，熱功率在總功率中所占比重大，純電阻電路產生的電熱近似等于消耗的電功，即W=Q。
問題設計4：探究電動機在正常轉動的情況下，電壓、電流和熱功率、總功率之間有何關系？
探究結果：在非純電阻電路中，熱功率在總功率中所占比重小。根據能量守恒，W=E+Q，即電動機消耗的電能等于產生的機械能及產生的熱量的總和。
二、例題分析
工地經常用電動機提升重物，其裝置如圖所示，電動機兩端電壓為5V，電路中的電流為1A，物體A重20N，電動機線圈的電阻為r=1Ω。求：
（1）電動機正常工作時，線圈電阻消耗的熱功率為多少？
（2）電動機正常工作時，電動機輸入功率和輸出功率各是多少？
（3）如果接上電源后，線圈被卡住，不能轉動，這時通過電動機的電流，以及電動機消耗的電功率和發(fā)熱功率是多少？
解析：電動機正常工作時，其電路為非純電阻電路，其中消耗的電功率一部分轉化為線圈的熱功率，另一部分轉化為電動機的機械功率。
（1）電動機線圈上消耗的熱功率為
P熱=I2r=12×1W。
（2）電動機的輸入功率為消耗的電功率
P入=UI=5×1W=5W
電動機的輸出功率
P出=P入-P熱=5W-1W=4W。
（3）線圈被卡住后電動機不轉時可視為純電阻，通過電動機的電流
I==5A
電動機消耗的電功率
P=UI=5×5W=25W
電動機發(fā)熱功率
P內=I2R=52×1W=25W
小結：由例題中不難看出U、R、P三個物理量的數值并不滿足歐姆定律，而根據對電路能量轉化分析，解決有關純電阻電路和非純電阻電路的問題，就比較清楚了。
從上面的實驗探究與例題可見，含有電動機工作過程中的能量的計算，關鍵是要正確區(qū)分是純電阻還是非純電阻電路，其能量關系是：電流通過非純電阻時，E總=Q熱+E其他；電流通過純電阻時，E總=Q熱。
參考文獻：
2.理解焦耳定律的內容、公式、單位及其運用.
能力目標
知道科學研究方法常用的方法等效替代法和控制變量法在本節(jié)實驗中的運用方法.
情感目標
通過對焦耳生平的介紹培養(yǎng)學生熱愛科學，勇于克服困難的信念.
教學建議
教材分析
教材從實驗出發(fā)定性研究了電熱與電流、電阻和時間的關系，這樣做的好處是體現物理研究問題的方法，在實驗過程中學生能更好地體會的一些科學研究的方法，避免了一開始就從理論上推導給學生造成理解的困難和對純電阻電路的理解的困難.在實驗基礎上再去推導學生更信服.同時啟發(fā)學生從實驗和理論兩方面學習物理知識.
做好實驗是本節(jié)課的關鍵.
教法建議
本節(jié)課題主題突出，就是研究電熱問題.可以從電流通過導體產生熱量入手，可以舉例也可以讓學生通過實驗親身體驗.然后進入定性實驗.
對焦耳定律內容的講解應注意學生對電流平方成正比不易理解，可以通過一些簡單的數據幫助他們理解.推導中應注意條件的交代.定律內容清楚后，反過來解決課本中在課前的問題.
教學設計方案
提問：
(1)燈泡發(fā)光一段時間后，用手觸摸燈泡，有什么感覺?為什么?
(2)電風扇使用一段時間后，用手觸摸電動機部分有什么感覺?為什么?
學生回答：發(fā)燙.是電流的熱效應.
引入新課
(1)演示實驗：
1、介紹如圖9-7的實驗裝置，在兩個相同的燒瓶中裝滿煤油，瓶中各裝一根電阻絲，甲瓶中電阻絲的電阻比乙瓶中的大，串聯起來，通電后電流通過電阻絲產生的熱量使煤油的溫度升高，體積膨脹，煤油在玻璃管里會上升，電流產生的熱量越多，煤油上升得越高.觀察煤油在玻璃管里上升的情況，就可以比較電流產生的熱量.
2、三種情況：
第一次實驗：兩個電阻串聯它們的電流相等，加熱的時間相同，甲瓶相對乙瓶中的電阻較大，甲瓶中的煤油上升得高.表明：電阻越大，電流產生的熱量越多.
第二次實驗：在兩玻璃管中的液柱降回來的高度后，調節(jié)滑動變阻器，加大電流，重做實驗，讓通電的時間與前次相同，兩次實驗比較甲瓶前后兩次煤油上升的高度，第二交煤油上升的高，表明：電流越大，電流產生的熱量越多.
第三次實驗：如果加長通電的時間，瓶中煤油上升越高，表明：通電時間越長，電流產生的熱量越多.
(2)焦耳定律
英國物理學家焦耳做了大量的實驗于1840年最先精確地確定電流通過導體產生的熱量跟電流的二次方成正比，跟導體的電阻成正比.跟通電時間成正比，這個規(guī)律叫做焦耳定律.
焦耳定律可以用下面的公式
表示：Q=I2Rt
公式中的電流I的單位要用安培(A)，電阻R的單位要用歐姆(Ω)，通過的時間t的單位要用秒(s)這樣，熱量Q的單位就是焦耳(J).
例題一根60Ω的電阻絲接在36V的電流上，在5min內共產生多少熱量.
解：I=U/R=36V/60Ω=0.6A
Q=I2Rt=(0.6A)2×60Ω×300s=6480J
在一定的條件下，根據電功公式和歐姆定律公式推導出焦耳定律公式如果電流通過導體時，其電能全部轉化為內能，而沒有同時轉化為其他形式的能量，也就是電流所作的功全部用來產生熱量.那么，電流產生的熱量Q就等于電流做的功W，即Q=W.W=UIt，根據歐姆定律U=IR推導出焦耳定律Q=I2Rt，
(3)總結
在通電電流和通電時間相同的條件下，電阻越大，電流產生的熱量越多.
在電阻和通電時間相同的條件下，電流越大，電流產生的熱量越多，進一步的研究表明產生的熱量與電流的平方成正比.
在通電電流和電阻相同的條件下，通電時間越長，電流產生的熱量越多.
探究活動
【課題】“焦耳定律”的演示
【組織形式】學生分組或教師演示
【活動方式】
1.提出問題
2.實驗觀察
3.討論分析
【實驗方案示例】
1.實驗器材：干電池四節(jié)，玻璃棒，若干電阻絲，蠟燭，火柴棒.
2.制作方法
把同一根電阻絲分別繞在玻璃棒的兩端，繞線匝數比例為1∶8，兩線圈相距5cm左右，然后在這兩個線圈上滴上同樣多的蠟，使線圈被蠟均勻地包住.點著火柴立即吹滅，靠其余熱將兩根火柴桿粘在兩個線圈上，如圖1所示.
圖1
3.實驗步驟
(1)用兩節(jié)干電池給玻璃棒上的電阻絲通電，可看到匝數多的線圈(電阻大)上的火柴桿比匝數少的線圈(電阻小)上的火柴桿先掉.這就表明：在電流強度和通電時間相同的情況下，電阻越大，電流產生的熱量就越多.
關鍵詞：虛擬仿真實驗 ； 初中物理； 教學應用
一、虛擬仿真實驗概述
目前，初中物理實驗教學中因實驗儀器價格昂貴、制作復雜、構造精密所限，學生不能真實參與到理解實驗思想理念、練習調整實驗儀器、熟悉儀器性能構造的實踐中去，而虛擬仿真實驗則可以代替實際實驗，提供全開放性、高綜合性的平臺和提供相關的實驗實時數據供學生計算分析。虛擬仿真實驗運用多媒體課件開發(fā)工具，通過計算機操作系統(tǒng)演示實驗過程中的圖形、圖像、文字、數據等，它具有快捷、易學、簡單、直觀等優(yōu)點，能使老師根據教學計劃制作實驗課件，模擬實驗情境，展現教學意圖，有效提升物理實驗課程的教學質量并幫助教師探索新的教學方法和模式。虛擬仿真實驗改善傳統(tǒng)物理實驗教學的原因如下：其一是虛擬仿真實驗真實展現了物理實驗的環(huán)節(jié)和過程，構建了活靈活現的實驗畫面；其二是虛擬仿真實驗以學生為教學主體，使學生主動積極的參與到物理實驗課程中，激發(fā)了其學習物理實驗的熱情和興趣，使其在實驗課程中發(fā)現理論知識的問題并及時糾正調整；其三是虛擬仿真實驗能創(chuàng)新性的整合學生的理論知識，使其知識模塊結構化、系統(tǒng)化，“溫故而知新”，在知識的不斷學習和理解中，動態(tài)的掌握知識、理解知識、應用知識；其四是虛擬仿真實驗能在物理實驗課程中營造真實性、直觀性、開放性的實驗環(huán)境，使學生通過虛擬網絡下的探究性學習，培養(yǎng)學生自主設計實驗、模擬實驗、觀察實驗、歸納總結的學習能力，培養(yǎng)學生發(fā)現實驗規(guī)律、探究實驗問題、優(yōu)化實驗意識的學習精神，全面提升學生的文化素質和技能水平。與此同時，虛擬仿真實驗仍然存在著缺陷，其不可否認的提升了教學效率和避免了實驗誤差，但因為其模擬性、理想化的操作缺少了實際實驗的可操作性和真實感，不能真正鍛煉學生的動手操作能力。
二、虛擬仿真實驗的教學應用
1.利用虛擬仿真實驗探究電路短路問題
電路短路問題是初中物理教學中的重點難點問題，虛擬仿真實驗通過虛擬電學工具箱，增強了學生對于短路問題的理解和認識，保障解決變式問題和實際問題的能力。以下為實驗環(huán)節(jié)演示：
實驗環(huán)節(jié)1：觀察電源短路現象
第一步通過虛擬電學工具箱提供的電源、電表、開關、保險絲等組件，使用鼠標拖動組成一個短路電路；第二步將電源兩極直接與開關兩端相連并打開開關，（提問學生“將會出現什么現象？”）觀察現象；第三步連接電流表（提問學生“將會出現什么現象？”）觀察現象。通過實驗演示，第二步中會出現“干電池短路”的警告語，第三步則會出現電流表超出最大值的現象。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學生體驗電源短路并了解電源短路會造成極大電流出現并燒毀電源、引發(fā)火災的事故。
實驗環(huán)節(jié)2：電源短路后的保護措施
第一步在已短路的電路（連接電流表）中串聯保險絲并打開開關（提問學生“將會出現什么現象？”）觀察現象；第二步得出結論，即保險絲斷裂，電流表數值歸零。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學生認識串聯保險絲是防止電源短路的措施之一，同時在條件允許的情況下可展示閘刀開關、空氣開關等防止短路的組件。
實驗環(huán)節(jié)3：認識用電器短路現象
第一步組建串聯電源與燈泡和并聯電源與燈泡的電路，先打開串聯開關，后打開并聯開關（提問學生“將會出現什么現象？”）觀察現象；第二步觀察實驗現象，即串聯開關打開后兩只燈泡均發(fā)光，打開并聯開關后一只燈泡熄滅，另一只亮度增強；第三步向學生提出“為什么一只燈泡熄滅了而另一只卻變亮了？”、“熄滅的燈泡被燒毀了嗎？”“這種操作是否安全？”等問題并鼓勵思考。這一環(huán)節(jié)的虛擬實驗使學生認識用電器串聯時，若其中某一用電器短路，則整體電路電流增大、可能燒毀其他用電器或者其他用電器使用不正常。
實驗環(huán)節(jié)4：并聯電路的短路現象
第一步組件兩組并聯電源與燈泡的電路，打開開關，（提問學生“將會出現什么現象？”）觀察現象；第二步觀察現象并得出結論，即并聯電路中，若其中某一用電器短路，則其他用電器都不正常工作同時燒毀保險絲。這一虛擬實驗可以使學生發(fā)散到多個用電器并聯短路時的結論，即并聯電路短路情況下所有用電器均不工作；家用電器一般并聯使用并安裝保險絲，同時需要合理避免電器短路。
2.利用虛擬仿真實驗探究閉合電路中的歐姆定律
歐姆定律是初中物理教學中的基本定律之一，是拓展電學知識和分析電路的基礎，虛擬仿真實驗通過虛擬電學工具箱，設計閉合電路中歐姆定律的推導演示環(huán)節(jié)如下：
實驗環(huán)節(jié)1：推導前的猜想與假設
第一步利用虛擬仿真實驗中的虛擬電學工具箱，演示出不同電壓下小燈泡的亮度現象；第二步演示出相同電壓不同電阻下小燈泡的亮度現象；第三步提問如“電流的變化可能與哪些因素有關？”“電壓不變，電阻增大，電流有什么變化”等并給出結論，即電阻相同，電壓增大的情況下電流變大；電壓相同，電阻增大的情況下電流變小。
實驗環(huán)節(jié)2：探究電阻相同情況下電流與電壓的關系
保持電阻不變，通過改變電池個數增大電壓值，觀察電流的變化情況并記錄，得出結論和規(guī)律。即：在電阻保持不變的情況下，電流隨著電壓的增大而增大并且始終保持電壓和電流的比值不變，得出R=U/I的結論公式。
實驗環(huán)節(jié)3：探究電壓相同情況下電流與電阻的關系
保持電壓不變，通過改變電阻的個數增大電阻值，觀察電流的變化情況并記錄，得出結論和規(guī)律。即：在電壓保持不變的情況下，電流隨著隨著電阻的增大而減小并且始終保持電阻和電流的乘積不變，得出U=IR的結論公式。
三、 小結
新課程標準的要求：“物理課程應改變過分強調知識傳承的傾向，讓學生經歷科學探究的過程，學習科學研究方法，培養(yǎng)學生的探索精神，實踐能力以及創(chuàng)新意識?！彼栽诔踔形锢韺嶒灲虒W中，可以結合虛擬仿真實驗教學模式和傳統(tǒng)實驗，以學生為教學主體，通過實驗環(huán)節(jié)的展示，使學生形成模塊化、系統(tǒng)化的知識體系，將虛擬仿真實驗中學到的知識運用到實際操作中，提高學生學習物理實驗的興趣和熱情。
參考文獻：
[1]戶永清：在實驗教學中引入虛擬實驗技術的研究[J]，達縣師范高等?？茖W校學報，2005年02期
[2]賀曉華；李強：虛擬實驗技術在教學中的應用淺析[J]，職業(yè)教育研究，2007年09期