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初中物理电学公式及其变形公式在解决问题中的应用被大多数学生认为是困难的事情,普遍感到:公式多、难记、不会应用,常出现课上在教师引导下能听懂、课后单独做题就不会,或是只会用简单公式及其变形公式计算,涉及公式推导和导出公式变形就无计可施。此类现象是各届学生普遍存在的问题,但也有少数学生学学习效果比教师想象还好。研究其原因:教的方面通常是教师沿教材内容完成教学任务,对公式产生的细节、过程可能缺少总结与归纳,尤其电学学完后的对公式只强调记忆,忽视了公式分类、归纳、总结和强化训练;学的方面可能只记公式,未理解公式来源及内涵,做简单计算没问题,需要对公式进行推导和较复杂变形应用时就受到阻碍,感觉吃力,不能解决较复杂的问题,于是感觉物理难学。其实,反思多年教学实践过程,电学学完后,有必要将初中物理电学公式进行分类归纳,把各公式来源、过程作详细梳理,让学生有充分理解,弄懂学习方法,提高学习的有效性。沿教材内容和难易程度,我将电学公式归纳和分类,与君共享。
一、特点式(六个)
在初中电学里,由电流、电压、电阻三个基本概念和欧姆定律构建电学框架,初入电学大门,通过实验探究总结得串并联电路中电流、电压、电阻的特点关系:串联电路中:①I=I1=I2,②U=U1+U2,③R=R1+R2;并联电路中:④I=I1+I2,⑤U=U1=U2,⑥1/R=1/R1+1/R2(R=R1R2/(R1+R2),其中,I=I1=I2,U=U1+U2,I=I1+I2,U=U1=U2都是由实验探究得出的结论式,它们产生于实验过程,具备客观规律,因而如何让学生亲历实验过程和论证数据规律,就成为领会内涵的关键点。而串并联电路电阻关系:R=R1+R2,和1/R=1/R1+1/R2,前者可利用探究实验中的物理方法等效法证明其关系,后者则偏重理论推导,推导时用着并联电路电流特点关系式I=I1+I2,电压关系式U=U1=U2和欧姆定律I=U/R的同一性有:U/R=U1/R1+U1/R2,约去U、U1、U2得1/R=1/R1+1/R2。熟悉公式的来源,就容易理解和记忆。
二、基本公式(四个)
基本公式多由定义和实验探究得出,分别把它们叫较定义式和探究式,初中电学要求学习的定义式有一个:电功率:①P=W/t物理意义是表示做功快慢的物理量,等于电功与时间的比值;探究式有三个:欧姆定律式①I=U/R,电功式②W=UIt , 电热式③Q=I2Rt,其中I=U/R和Q=I2Rt教材有细致的探究过程,都是采用控制变量法进行探究而得出的结论式,所以,引导好探究过程,充分感知探究过程是理解公式产生的重要保证。对W=UIt虽然没有探究过程,但教材也有“研究表明电流所做得功与I、U、t有关”表述,表明与实验有关,只是教材中没有实验,属于死记型公式,可是结合家庭电路知识:家庭电路有电压、电流、通电时间,它们作用被电能表记录,也不难记。
三、导出公式(四个)
由基本公式及其变形公式推导得出,它的产生过程具有一定逻辑性,要求学生具有一定逻辑思维和推理能力,导出公式有①P=UI,②P=I2R,③P=U2/R。④P实 = (U实/U额)2 P额,前三个公式和电功率定义式在计算时经常用到,尤其是解决电动机、电热器等生活中的实际问题,涉及公式的实用环境如是否纯电阻,就不能根据未知量和已知量的关系选择用公式,如果用到的是变形公式,更是不知如何下手,这就离不开在熟练公式的推导下,对各种类型的题型反复训练。推导如下:
学生碰到的最多困难就在此处,他要求学生记得基本公式并具有一定推理能力,根据题目所给信息选择公式并能根据已知与求解需要作必要推理和变形,能写出表达式,再带入数据计算。学习时离不开重复记忆、推导、实践计算,多次反复巩固应用才能熟练掌握,后者推导根据同一用电器电阻不变 :
此公式,少数场合用着,若记得它,做填空题时很方便。
四、变形公式(十个)
由基本公式和导出公式变形而得,一般不要作为强化记忆,以减少公式记忆数量,训练得多了,便可信手拈来。大概有I=U/R变形得①U=IR,②R=U/I, P=W/t变形③W=Pt ,④t=W/P,P=UI变形⑤U=P/I,⑥I=P/U,P=I2R变形得 ⑧R=P/I2, P=U2/R变形得⑨ , ⑩R=U2/P。要记这么多公式真让人害怕。若会对公式进行变形,就可减少记公式的繁琐,又能变死学为活学,重要的是推理能力的形成和增强。
五、比例式(两种)
初中电学中比例式常出现于不同导体、同一状态时各物理量之间的比例关系。熟悉比例关系在做题时速度可以提高很多。常用比例关系有:①串联电路中:除I1:I2=1:1外,其他各物理量与电阻成正比例关系,即:R1:R2=U1:U2=W1:W2=Q1:Q2;②并联电路中,除U1:U2=1:1外,他各物理量与电阻成反比关系即R1/R2=I2/I1=P2/P1=W2/W1=P2/P1=Q2/Q1,这些比例关于可推导给学生观看,但不要求学生会推导,当然,记得结果更实用。
在做题时还会碰到电能表测功率的两个公式:电能表表盘n转用电器耗电W=n/N kWh,一个用电器t时间使电能表转n转(指示灯闪n闪)该用电器功率P=n/(Nt)kW。
合计以上所有公式,共有二十六个公式及两个比例式,这些公式几乎覆盖全部电学内容,要记住这么多公式,不讲方法、不注重产生过程、不进行分类归纳,不经过反复训练,肯定不容易。若将电学公式按以上所述,记得六个特点式,理解四个基本公式和四个导出公式,知道两个比例式,学会对十个变形公式的变形,重点是拿下由四个基本公式和四个导出公式,其中难点是4个导出公式的变形应用,将难度推到最高峰。
总之若将这些公式做如上分类,重视公式的来源及过程,不难看出实际要记忆的主要有十来个公式,其他的可灵活掌握,当然要配合一些练习进行实践。只有弄懂了学习方法,重视公式的诞生过程,理解了公式内涵,记忆才轻松长久,应用才游刃有余。
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