一、欧姆表测电阻的本质
电池使用一段时间后,由于电动势减小,内阻变大,但仍然能调零,则重新调零后满足Ig=E′R内′,可见欧姆表的内阻减小;根据公式R内=(R0+r+Rg)和内阻r增大可知内部的可变电阻R0的有效阻值增大.由于表盘上所标注的电阻阻值满足关系式: R=(n-1)R内,所以当电动势减小导致欧姆表内阻减小后将导致各个刻度值对应的电阻阻值减小,由于电动势变化后我们并不会在表盘上重新进行标注,所以我们仍然按照原来标注的数值读数,读出的数值比实际值偏大.
说明由于内阻的增大可以通过适当减小R0来进行补偿,所以并不会对读数造成影响,读数造成的影响全部来自于电动势的变化.
3.利用规律解决挡位比较问题
解析在使用欧姆表时,如果指针指到某一位置对于不同的挡位,读出的数值不同,根据关系式R=(n-1)R内可知不同挡位对应的欧姆表的内阻不同,根据Ig=ER内可知,要改变欧姆表的内阻就必须改变欧姆表内置电源的电动势(或等效电动势)或者是改变欧姆表的最大电流.
从高挡位调到低挡位时,欧姆表内阻减小,我们有两种途径可以实现欧姆表内阻的减小.第一种:减小电动势,可以通过切换电路更换连入电路的电源;或者是通过改变电路来减小其有效输出电动势,比如给电源并联一个和它内阻相当的电阻,这样就可以达到减小电动势的目的.第二种:增大欧姆表的电流,可以增大和表头串联的电阻阻值,也可以减小和表头并联的电阻阻值,从而增大分流电路所能分得的电流,增大欧姆表的总电流.
在图3和图4中,将单刀双掷开关在不同的触点之间进行切换时,电源提供的电动势都不会发生变化,那么不同挡位之间只能靠改变电流来实现内阻的改变.图4中将单刀双掷开关在不同的触点之间进行切换时,电流不变,所以欧姆表的量程不变.图3中将单刀双掷开关从b掷到a时,欧姆表内的总电流增大,欧姆表内阻减小,倍率变小,所以开关和b相接触时,表示选用了高挡位.
反思
1.欧姆表的常规改装和使用方法是将待测电阻和表头串联形成回路,简单地说欧姆表的常规使用方法是串联使用.本题中欧姆表的改装和使用方法是将待测电阻和表头并联形成回路,简单地说本题中欧姆表是并联使用的.首先要认真审题发现这一区别,然后还要求熟悉欧姆表的常规测量原理,才有可能正确解题.
2.认识两种改装、使用方式下的欧姆表在测量原理上的异同.
用R0表示可变电阻的有效阻值、r表示内置电源的内电阻、Rg表示表头的阻值.
(1)待测电阻和表头为串联关系的欧姆表
欧姆表使用的第一步就是欧姆调零,调零后满足Ig=ER0+r+Rg,把(R0+r+Rg)称为选择该挡位时的欧姆表内阻,即R内=(R0+r+Rg).当将欧姆表与一个电阻R串联时,根据闭合电路的欧姆定律得1nIg=ER内+R,n表示满偏电流和实际电流之间的比值,也就是满偏时的偏转角和实际偏转角之间的比值.将Ig=ER0+r+Rg,R内=(R0+r+Rg)和1nIg=ER内+R联立得R=(n-1)R内,表盘上所标注的数值是依据这一关系来确定的,也就是表盘上所标注的数值必须满足这一规律.我们读出的数据总是内阻的一个倍数,这就是欧姆表测量电阻的一个基本规律.
(2)待测电阻和表头为并联关系的欧姆表
知识目标
1.理解欧姆定律及其表达式.
2.能初步运用欧姆定律计算有关问题.
能力目标
培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
情感目标
介绍欧姆的故事,对学生进行热爱科学、献身科学的品格教育.
教学建议
教材分析
本节教学的课型属于习题课,以计算为主.习题训练是欧姆定律的延续和具体化.它有助于学生进一步理解欧姆定律的物理意义,并使学生初步明确理论和实际相结合的重要性.
教法建议
教学过程中要引导学生明确题设条件,正确地选择物理公式,按照要求规范地解题,注意突破从算术法向公式法的过渡这个教学中的难点.特别需强调欧姆定律公式中各物理量的同一性,即同一导体,同一时刻的I、U、R之间的数量关系.得出欧姆定律的公式后,要变形出另外两个变换式,学生应该是运用自如的,需要注意的是,对另外两个公式的物理含义要特别注意向学生解释清楚,尤其是欧姆定律公式.
教学设计方案
引入新课
1.找学生回答第一节实验得到的两个结论.在导体电阻一定的情况下,导体中的电流
跟加在这段导体两端的电压成正比;在加在导体两端电压保持不变的情况下,导体中的电
流跟导体的电阻成反比.
2.有一个电阻,在它两端加上4V电压时,通过电阻的电流为2A,如果将电压变为10V,通过电阻的电流变为多少?为什么?
要求学生答出,通过电阻的电流为5A,因为电阻一定时通过电阻的电流与加在电阻两
端的电压成正比.
3.在一个10的电阻两端加上某一电压U时,通过它的电流为2A,如果把这个电压加在20的电阻两端,电流应为多大?为什么?
要求学生答出,通过20电阻的电流为1A,因为在电压一定时,通过电阻的电流与
电阻大小成反比,我们已经知道了导体中电流跟这段导体两端的电压关系,导体中电流跟这段导体电阻的关系,这两个关系能否用一句话来概括呢?
启发学生讨论回答,教师复述,指出这个结论就叫欧姆定律.
(-)欧姆定律导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
1.此定律正是第一节两个实验结果的综合,电流、电压、电阻的这种关系首先由德国
物理学家欧姆得出,所以叫做欧姆定,全国公务员共同天地律,它是电学中的一个基本定律.
2.介绍《欧姆坚持不懈的精神》一文.
3.欧姆定律中的电流是通过导体的电流,电压是指加在这段导体两端的电压,电
阻是指这段导体所具有的电阻值.
如果用字母U表示导体两端的电压,用字母R表示导体的电阻,字母I表示导体中的电流,那么欧姆定律能否用一个式子表示呢?
(二)欧姆定律公式
教师强调
(l)公式中的I、U、R必须针对同一段电路.
(2)单位要统一I的单位是安(A)U的单位是伏(V)R的单位是欧()
教师明确本节教学目标
1.理解欧姆定律内容及其表达式
2.能初步运用欧姆定律计算有关电学问题.
3.培养学生应用物理知识分析和解决问题的能力.
4.学习欧姆为科学献身的精神
(三)运用欧姆定律计算有关问题
【例1】一盏白炽电灯,其电阻为807,接在220V的电源上,求通过这盏电灯的电流.
教师启发指导
(1)要求学生读题.
(2)让学生根据题意画出简明电路图,并在图上标明已知量的符号及数值和未知量的
符号.
(3)找学生在黑板上板书电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下图
(5)找学生回答根据的公式.
已知V,求I
解根据得
(板书)
巩固练习
练习1有一种指示灯,其电阻为6.3,通过的电流为0.45A时才能正常发光,要使这种指示灯正常发光,应加多大的电压?
练习2用电压表测导体两端的电压是7.2V,用电流表测通过导体的电流为0.4A,求这段导体的电阻,
通过练习2引导学生总结出测电阻的方法.由于用电流表测电流,用电压表测电压,
利用欧姆定律就可以求出电阻大小.所以欧姆定律为我们提供了一种则定电阻的方法这种
方法,叫伏安法.
【例2】并联在电源上的红、绿两盏电灯,它们两端的电压都是220V,电阻分别为
1210、484.
求通过各灯的电流.
教师启发引导
(1)学生读题后根据题意画出电路图.
(2)I、U、R必须对应同一段电路,电路中有两个电阻时,要给“同一段电路”的I、U、R加上“同一脚标”,如本题中的红灯用来表示,绿灯用来表示.
(3)找一位学生在黑板上画出简明电路图.
(4)大家讨论补充,最后的简明电路图如下
学生答出根据的公式引导学生答出
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
解题步骤
已知求.
解根据得
通过红灯的电流为
通过绿灯的电流为
答通过红灯和绿灯的电流分别为0.18A和0.45A.
板书设计
2.欧姆定律
一、欧姆定律
导体中的电流跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比.
二、欧姆定律表达式
三、欧姆定律计算
1.已知V,求I
解根据得
答通过这盏电灯的电流是0.27A
2.已知求.
解根据得
通过的电流为
通过的电流为
答通过红灯的电流是0.18A,通过绿灯的电流是0.45A
探究活动
【课题】欧姆定律的发现过程
【组织形式】个人和学习小组
【活动方式】
1.制定子课题.
(1)牛顿第一定律。采用边讲、边讨论、边实验的教法,回顾“运动和力”的历史。消除学生对力的作用效果的错误认识;培养学生科学研究的一种方法——理想实验加外推法。教学时应明确:牛顿第一定律所描述的是一种理想化的状态,不能简单地按字面意义用实验直接加以验证。但大量客观事实证实了它的正确性。第一定律确定了力的涵义,引入了惯性的概念,是研究整个力学的出发点,不能把它当做第二定律的特例;惯性不是状态量,也不是过程量,更不是一种力。惯性是物体的属性,不因物体的运动状态和运动过程而改变。在应用牛顿第一定律解决实际问题时,应使学生理解和使用常用的措词:“物体因惯性要保持原来的运动状态,所以……”教师还应该明确,牛顿第一定律相对于惯性系才成立。地球不是精确的惯性系,但当我们在一段较短的时间内研究力学问题时,常常可以把地球看成近似程度相当好的惯性系。
(2)牛顿第二定律。在第一定律的基础上,从物体在外力作用下,它的加速度跟外力与本身的质量存在什么关系引入课题。然后用控制变量的实验方法归纳出物体在单个力作用下的牛顿第二定律。再用推理分析法把结论推广为一般的表达:物体的加速度跟所受外力的合力成正比,跟物体的质量成反比,加速度的方向跟合外力的方向相同。教学时还应请注意:公式F=Kma中,比例系数K不是在任何情况下都等于1;a随F改变存在着瞬时关系;牛顿第二定律与第一定律、第三定律的关系,以及与运动学、动量、功和能等知识的联系。教师应明确牛顿定律的适用范围。
(3)万有引力定律。教学时应注意:①要充分利用牛顿总结万有引力定律的过程,卡文迪许测定万有引力恒量的实验,海王星、冥王星的发现等物理学史料,对学生进行科学方法的教育。②要强调万有引力跟质点间的距离的平方成反比(平方反比定律),减少学生在解题中漏平方的错误。③明确是万有引力基本的、简单的表式,只适用于计算质点的万有引力。万有引力定律是自然界最普遍的定律之一。但在天文研究上,也发现了它的局限性。
(4)机械能守恒定律。这个定律一般不用实验总结出来,因为实验误差太大。实验可作为验证。一般是根据功能原理,在外力和非保守内力都不做功或所做的总功为零的条件下推导出来。高中教材是用实例总结出来再加以推广。若不同形式的机械能之间不发生相互转化,就没有守恒问题。机械能守恒定律表式中各项都是状态量,用它来解决问题时,就可以不涉及状态变化的复杂过程(过程量被消去),使问题大大地简化。要特别注意定律的适用条件(只有系统内部的重力和弹力做功)。这个定律不适用的问题,可以利用动能定理或功能原理解决。
(5)动量守恒定律。历史上,牛顿第二定律是以F=dP/dt的形式提出来的。所以有人认为动量守恒定律不能从牛顿运动定律推导出来,主张从实验直接总结。但是实验要用到气垫导轨和闪光照相,就目前中学的实验条件来说,多数难以做到。即使做得到,要在课堂里准确完成实验并总结出规律也非易事。故一般教材还是从牛顿运动定律导出,再安排一节“动量和牛顿运动定律”。这样既符合教学规律,也不违反科学规律。
(6)欧姆定律。中学物理课本中欧姆定律是通过实验得出的。公式为I=U/R或U=IR。教学时应注意:①“电流强度跟电压成正比”是对同一导体而言;“电流强度跟电阻成反比”是对不同导体说的。②I、U、R是同一电路的3个参量。③闭合电路的欧姆定律的教学难点和关键是电动势的概念,并用实验得到电源电动势等于内、外电压之和。然后用欧姆定律导出I=ε/(R+r)(也可以用能量转化和守恒定律推导)。④闭合电路的欧姆定律公式可变换成多种形式,要明确它们的物理意义。⑤教师应明确,普通物理学中的欧姆定律公式多数是R=U/I或I=(1/R)U,式中R是比例恒量。若R不是恒量,导体就不服从欧姆定律。但不论导体服从欧姆定律与否,R=U/I这个关系式都可以作为导体电阻的一般定义。中学物理课本不把 R=U/R列入欧姆定律公式,是为了避免学生把欧姆定律公式跟电阻的定义式混淆。这样处理似乎欠妥。
一、教材分析 《欧姆定律》一课,学生在初中阶段已经学过,高中必修本(下册)安排这节课的目的,主要是让学生通过课堂演示实验再次增加感性认识;体会物理学的基本研究方法(即通过实验来探索物理规律);学习分析实验数据,得出实验结论的两种常用方法——列表对比法和图象法;再次领会定义物理量的一种常用方法——比值法.这就决定了本节课的教学目的和教学要求.这节课不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容,重点在于要让学生知道结论是如何得出的;在得出结论时用了什么样的科学方法和手段;在实验过程中是如何控制实验条件和物理变量的,从而让学生沿着科学家发现物理定律的历史足迹体会科学家的思维方法.
本节课在全章中的作用和地位也是重要的,它一方面起到复习初中知识的作用,另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础.本节课分析实验数据的两种基本方法,也将在后续课程中多次应用.因此也可以说,本节课是后续课程的知识准备阶段.
通过本节课的学习,要让学生记住欧姆定律的内容及适用范围;理解电阻的概念及定义方法;学会分析实验数据的两种基本方法;掌握欧姆定律并灵活运用.
本节课的重点是成功进行演示实验和对实验数据进行分析.这是本节课的核心,是本节课成败的关键,是实现教学目标的基础.
本节课的难点是电阻的定义及其物理意义.尽管用比值法定义物理量在高一物理和高二电场一章中已经接触过,但学生由于缺乏较多的感性认识,对此还是比较生疏.从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量,还是存在着不小的思维台阶和思维难度.对于电阻的定义式和欧姆定律表达式,从数学角度看只不过略有变形,但它们却具有完全不同的物理意义.有些学生常将两种表达式相混,对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清,要注意提醒和纠正.
二、关于教法和学法 根据本节课有演示实验的特点,本节课采用以演示实验为主的启发式综合教学法.教师边演示、边提问,让学生边观察、边思考,最大限度地调动学生积极参与教学活动.在教材难点处适当放慢节奏,给学生充分的时间进行思考和讨论,教师可给予恰当的思维点拨,必要时可进行大面积课堂提问,让学生充分发表意见.这样既有利于化解难点,也有利于充分发挥学生的主体作用,使课堂气氛更加活跃.
通过本节课的学习,要使学生领会物理学的研究方法,领会怎样提出研究课题,怎样进行实验设计,怎样合理选用实验器材,怎样进行实际操作,怎样对实验数据进行分析及通过分析得出实验结论和总结出物理规律.同时要让学生知道,物理规律必须经过实验的检验,不能任意外推,从而养成严谨的科学态度和良好的思维习惯.
三、对教学过程的构想 为了达成上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性和自觉性,对一些主要教学环节,有以下构想:1.在引入新课提出课题后,启发学生思考:物理学的基本研究方法是什么(不一定让学生回答)?这样既对学生进行了方法论教育,也为过渡到演示实验起承上启下作用.2.对演示实验所需器材及电路的设计可先启发学生思考回答.这样使他们既巩固了实验知识,也调动他们尽早投入积极参与.3.在进行演示实验时可请两位同学上台协助,同时让其余同学注意观察,也可调动全体学生都来参与,积极进行观察和思考.4.在用列表对比法对实验数据进行分析后,提出下面的问题让学生思考回答:为了更直观地显示物理规律,还可以用什么方法对实验数据进行分析?目的是更加突出方法教育,使学生对分析实验数据的两种最常用的基本方法有更清醒更深刻的认识.到此应该达到本节课的第一次高潮,通过提问和画图象使学生的学习情绪转向高涨.5.在得出电阻概念时,要引导学生从分析实验数据入手来理解电压与电流比值的物理意义.此时不要急于告诉学生结论,而应给予充分的时间,启发学生积极思考,并给予适当的思维点拨.此处节奏应放慢,可提请学生回答或展开讨论,让学生的主体作用得到充分发挥,使课堂气氛掀起第二次高潮,也使学生对电阻的概念是如何建立的有深刻的印象.6.在得出实验结论的基础上,进一步总结出欧姆定律,这实际上是认识上的又一次升华.要注意阐述实验结论的普遍性,在此基础上可让学生先行总结,以锻炼学生的语言表达能力.教师重申时语气要加重,不能轻描淡写.要随即强调欧姆定律是实验定律,必有一定的适用范围,不能任意外推.7.为检验教学目标是否达成,可自编若干概念题、辨析题进行反馈练习,达到巩固之目的.然后结合课本练习题,熟悉欧姆定律的应用,但占时不宜过长,以免冲淡前面主题.
四、授课过程中几点注意事项 1.注意在实验演示前对仪表的量程、分度和读数规则进行介绍.
2.注意正确规范地进行演示操作,数据不能虚假拼凑.
3.注意演示实验的可视度.可预先制作电路板,演示时注意位置要加高.有条件的地方可利用投影仪将电表表盘投影在墙上,使全体学生都能清晰地看见.
4.定义电阻及总结欧姆定律时,要注意层次清楚,避免节奏混乱.可把电阻的概念及定义在归纳实验结论时提出,而欧姆定律在归纳完实验结论后总结.这样学生就不易将二者混淆.
关键词:维吾尔族音乐理论体系 木卡姆研究 共性与源流
一、版本的准确性是研究工作的客观依据 二、从维吾尔民族音乐理论体系人手开展研究工作
维吾尔音乐尤其维吾尔木卡姆音乐能够体现出乐制的多样性。乐制包括音乐和律制的音乐体系概念。世界各地区的乐制大体可分为三种体系,“五声体系”即中国主体体系、“七声体系”和“四分之三音体系”。这一理论最初由奥地利音乐学家霍恩博斯特尔(Eirch Von Hormboste1,1877-1935)提出。我国音乐学家王光祈在《东方民族之音乐》中最早以国文刊出该理论,理论名称略有改动。五声体系(即五声音阶体系)流行地区极广,亚洲地区的中国、朝鲜、日本、蒙古、越南、吉尔吉斯以及俄罗斯接近亚洲地区的靴靶、马里和巴什科尔托斯坦(原巴什基尔)等地;并流行于非洲地区,美洲黑人和美洲印第安人之间。七声体系(即七声大小音阶体系)几乎流行于整个欧洲,并及于美洲。这个体系与古代希腊乐制有密切联系。四分之三音体系就是在音阶中相邻两音之音存在着“四分之三音”(即“半音”加“半音之半”的音程的一种乐制)。这种四分之三音是阿拉伯民族音乐的主要特征流行于阿位伯和伊朗,亦见于西亚和北非地区以阿拉伯民族为主体的诸国,如伊拉克、叙利亚、黎巴嫩、约旦、沙特阿拉伯、利比亚以及埃及、阿尔及利亚和摩洛哥等。三种体系互有影响,在同一体系内,不同民族其乐制又各有特点。维吾尔木卡姆音乐是三大音乐体系均存在的复杂音乐主体,它的复杂结构形态和维吾尔民族这个音乐客体的认知心理、情感心理、音乐心理密切相联。三类心理状态又与维吾尔民族的生存环境息息相关,自古以来新疆就是丝绸之路要冲,各种古老文明交汇于此。受惠于这得天独厚的地理条件和文化条件,维吾尔民族在继承和发扬民族文化的基础之上又从古老的汉文化、印度文化、波斯—阿拉伯伊斯兰文化以及古希腊文化中汲取营养。
音乐作品要获得认可就必须考虑听众音乐认知的基本要求,使作品或多或少地保持在对象认知结构之内,使之或多或少地引起对象的期待,并使作品与听众期待的实现之间完成一种平衡:既不使听众期待立即实现,又不至于离开得太远。音乐心理学家迈耶尔(L.Meyer)指出:“一种音乐风格的出现,有赖于文化和个体成熟。这种成熟的标志之一,体现在不断向前看的意愿,及在一定程度上舍弃现实满足而追求长远的理想。这样,人为地设置期待的抑制,情愿承受不确定性,就成为实现这种理想所必备的条件。维吾尔木卡姆音乐形态的规范属性与科学程式正是维吾尔民族本位音乐成熟的重要标志。现今的维吾尔木卡姆音乐形态研究只是立足于欧洲音乐理论体系的框架内,从记谱工作到理论阐述均用着十二平均律的耳朵与欧洲影响下的固定节拍、节奏模式。如果音高、节奏型问题出了“偏差”,就设计出一些本位与客位都难以理解、难以实践的新符号、新注解,而忽视了局内人的说法与表现。维吾尔木卡姆音乐的律制与十二平均律的律制,难道可以简单地认为是音程关系多一点儿或少一点儿吗,节奏型的规范、节拍的强弱关系能用欧洲音乐理论体系说明吗,显然,这是不合适的。应当从音乐形态学方面入手,系统研究维吾尔木卡姆的乐制,从理论上健全维吾尔音乐体系,用比较音乐学的方法对三大体系的音阶、律制、节奏型、节拍等音乐根本要素进行分析,对应维吾尔木卡姆音乐本身,找出维吾尔木卡姆音乐理论体系的科学、合理的规律。维吾尔木卡姆音乐的形态特征不能用某一音乐体系来审视其乐制,而应该逐步认识维吾尔音乐自身的规律。总之,解决维吾尔木卡姆音乐形态问题,必须建立维吾尔民族音乐体系并以此对维吾尔木卡姆音乐进行科学分析。
1实验准备
教师预先将全班学生5人1组,分成若干组,每组实验桌面上放置的仪器有:电源(6 V)、滑动变阻器(0~20 Ω)、电阻箱、定值电阻R0(20 Ω)、阻值约10 Ω的定值待测电阻Rx各1个,电流表、电压表各1只,开关、导线若干等。
首先,引导学生回顾电阻的相关知识,如:电阻的定义、符号、单位,影响电阻大小的因素;滑动变阻器改变电路电阻的原理、连接方法、元件符号;电阻箱的符号及其连接和读数方法。
其次,引导学生回顾一个实验,即伏安法测电阻,复习伏安法测电阻的原理,电路图如图1所示。学生依据电路图连接实物,着重指出实验注意事项,认真讨论滑动变阻器在电路中的作用。
2合作探究
在此基础上,引导学生动手操作、实验测量,并依据欧姆定律,实际计算出Rx的阻值。
教师接着问:“如果现实中缺少电流表,该如何测量未知电阻Rx呢?”
学生马上想到“串联电路电流处处相等”,于是就会想到如图2所示的设计方案。
学生代表解释说:“如图2所示,先用电压表测出R0两端的电压U0;再测出Rx两端电压Ux。先依据I=U0/R0,计算出通过R0的电流I,由于R0与Rx串联,故通过R0的电流也就是通过Rx的电流,利用欧姆定律:
Rx=Ux/Ix=Ux/(U0/R0)=UxR0/U0。
待阐述完毕,各组根据该同学的讲述,选择桌面上的仪器,实际操作。教师适时点拨,利用滑动变阻器,再测量两组数据,实现多次测量求平均值从而减少误差的目的,并与已测得的Rx比较,验证该办法的正确性。
教师又问:“若缺少电压表呢?”
学生马上想到利用“并联电路各支路两端电压相等”来完成实验。
各组学生积极投入到设计实验中。不一会儿,有学生发言:如图3所示,先用电流表测出通过R0的电流I0,再用电流表测出通过Rx的电流Ix,由于R0与Rx并联,根据欧姆定律和并联电路的特点,推算出:Rx=Ux/Ix=U0/Ix=I0R0/Ix。
接着,教师见学生探究的积极性高,乘胜追问道:“上述方法我们都进行了两次测量,并利用了串、并联电路特点,利用欧姆定律测出了Rx的值。下面大家开动脑筋,能否仅连接一次测量出Rx的值呢?”
学生都积极投入探索之中,教师适时巡视点拨,一会儿功夫,探究成果便出来了。
学生1:如图4所示,开关S闭合时,Rx短路,电路中仅有R0工作,故电流表此时的示数是通过R0的电流即I合。根据欧姆定律,电源电压为:U=I合R0;当S断开时,电流表的示数是通过Rx和R0的电流,即I断,故此时电源电压为:
U=I断(R0+Rx)
由于前后电源电压不变,有:
I合R0=I断(R0+Rx),
所以Rx=R0(I合-I断)/I断。
学生2:如图5所示,当开关S闭合时,电路中仅Rx工作,电压表的示数为Rx两端电压U合;当S断开时,R0与Rx串联,电压表的示数为Rx,此时分得的电压为U断,根据串联电路特点,此时R0分得的电压为U0=U合-U断,故通过R0的电流为:I0=(U合-U断)/R0。
即此时通过Rx的电流,故Rx的值为:
Rx=U断R0/(U合-U断)
学生3:如图6所示,当开关S断开时,电流表的示数是通过R0的电流I断;当S闭合时,R0与Rx并联,电流表的示数是Rx与R0的总电流I合;由于电源电压不变,根据并联电路特点与欧姆定律得:
Rx=U/(I合-I断)=R0I断/(I合-I断)
学生4:如图7所示,由于R0为滑动变阻器,且阻值为0~20 Ω,所以,当滑片P在a端时,电流表的示数是通过Rx的电流Ia;当滑片P滑到b端时,电流表的示数是通过Rx与R0的电流Ib;由于电源电压不变,故有:IaRx=Ib(Rx+R0最大)。
所以Rx=IbR0最大/(Ia-Ib)。
学生5:如图8所示,开关S闭合后,滑片P在a端时,电压表的示数为Rx两端电压,即电源电压为Ua;当滑片P滑至b端时,由于Rx与R0串联,此时电压表的示数仅为Rx分得的电压Ub,根据串联电路特点和欧姆定律得:Rx=UbR0最大/(Ua-Ub)。
教师分析、表扬后,接着问:“你们能否利用电阻箱测出未知电阻Rx?”学生很快讨论、设计出实验方案,并积极发言。
学生6:如图9所示,把开关S接a点时,读出此时电流表的示数为I;再把开关S接b点,调节电阻箱,使电流表的示数仍为I,读出此时电阻箱的示数R0。因为(R0+Rx)I=(R0+R)I,所以Rx=R0。
教师总结说:“电路计算题关键是根据电路中开关的断开和闭合,正确判断电流的流向,从而得出用电器的串、并联情况,然后根据串、并联电路特点和欧姆定律灵活解决电学有关计算问题。同学们只要掌握方法,牢记规律,一定没有解决不了的问题。”
3结束语
论文关键词:多用电表,欧姆档,多倍率,电路图
多用电表是中学物理教材电学内容的一个基本点,也是重点。因为多用电表的原理包含了串、并联电路的规律和闭合电路欧姆定律,而这些规律是电流计改装成电流表、电压表和欧姆表的理论基础,更是历年高考电学实验考察的重点。新课程改革中,人教版教材在本节的编写上充分体了现新课程理念,摆脱了旧教材中单纯理论的推导和仪表结构、原理、使用方法的讲解,而是先以例题的形式引入,让学生结合教材中的电路图(图1),通过“体验式探究”的方式,来理解欧姆表的工作原理。然后过度到图2探究如何把三个单独的电压表、电流表、欧姆表合为一个单量程多用电表,通过共用表头让学生体会实现“多用功能”的巧妙之处。最后的难点是让学生掌握如何实现多量程多用功能的,结合图3领悟转换开关在实现“多量程”功能上的作用。
笔者教学中就是把这些难点进行梯度化处理的,以探究的方式来完成本节“欧姆表”、“多用电表”两模块内容的。但在师生探究多用电表原理时,学生通过讨论发现书中的电路图与实际的电表内部结构不同,并向教师提出疑问:教材的电路图(图3)虽然能实现多功能测量,即能测电流、电压、电阻,而且能实现测电流和电压的多量程功能,但却不能实现测电阻的多量程功能,即不能实现电阻档的倍率转换功能。
学生的提出的两个主要问题如下:
1、电路图中多路电源与实际表内只有一路电源相矛盾
keyimg22、如果实际电路有多路电源按着教材中的原理图去设计时,确实能实现多倍率功能,但有一个基本要求:即每路电源的电动势关系应满足E=nE1。(E1是×1档的那条支路电源电动势)。由此可推知若E1=1.5V,则×10、×100档的电源分别为15V、150V,而×1K档的电源电动势就应高达1500V!显然这不可能,也很荒谬!任何电表内都不可能装有这么高的电源,还是直流电源!
提出第1个问题,是因为学生打开多用电表后发现确实表内只有一个含源电路,且通常只装有一节或两节干电池,即电动势只有1.5V或3V,这与教材电路图中的多个含源支路相矛盾。
提出第2个问题,是通过分析教材电路图图3必然会得出的结论。由于虚线框内的电路相当于一个安培表,选择开关置于3或者4,等于制作了两个欧姆表(类似图1),很显然这两个欧姆表是同一个安培表改装的。那么实际测电阻时,只要指针偏角相同,流过两个表头的电流就应相等(因为表头G一样),且流过电源的总电流——即安培表的电流也应相同(因为安培表内部结构一定,流入表头的电流占总电流的比例也就确定)。不防设3为×1档,4为×10档,显然多用电表要求用这两档测电阻时,若指针均指在I0(假设为半偏)的地方,3档对应的阻值若为R0,则4档对应的阻值应为10R0。现在就用3档来测某个实际的电阻(阻值就为R0),首先要进行欧姆调零操作,即短接两表笔,调节电源支路的可调电阻,使指针满偏,操作的结果是欧姆表现在的总内阻
R内=E/Ig,(由闭合电路欧姆定律Ix=E/(RX+R内)决定的);然后测电阻R0时,指针刚好半偏,则必有R内= R0。同理用4档来测另一个电阻R`X(其阻值为10R0)时,也要进行以上操作,且必有R`内=E`/ Ig ,R`内=10R0,综上可知R`内=10R内,即有E`/Ig= 10E/Ig,显然要求E`=10E。同理可推:若多用电表还有其它倍率档,辟如×n(n可以为1、10、100、1K)档,则必须要增加类似3、4那样的含源支路,且电动势大小应是E`=nE(E为×1档支路电源的电动势)。可见按照教材原理图实现欧姆档多倍率功能就必须要满足E`=nE这一条件。试想一上,若×1档支路是一节干电池, E1=1.5V,那么×10档的支路电池就必须为15V,而×1K档的电池就会高达1500V!这显然是不可能的!
实际的学生电表内部是没有那么多含源电路的,更不可能有那么高的电动势,但学生电表又确实具有欧姆档多倍率功能的。矛盾产生的原因在哪里呢?通过查找各种厂家多用电表的资料,发现实际电路远非教材中的示意图那么简单,矛盾的焦点在于实际的电表欧姆档的多倍率功能,并不是靠增加含源支路和提高电源电动势来实现,而是靠改变安培表的量程来实现的!笔者研究后设计了一个简单的电路图(图4),用它向学生说明欧姆档多量程原理,就很容易,也与实际的电表内部结构吻合。本图相当于把三个量程IA不同的电流表用相同的电源和可调电阻改装成了三个欧姆表。根据R内=E/IA可知,由于IA不同(IA是安培表的满偏电流,流过总电路而不是流过电流计的满偏电流Ig),所以三个档所对应的欧姆表内阻R内是不同的,由闭合电路欧姆定律Ix=E/(RX+R内)可知,当指针指在相同的电流值Ix上,由于R内不同,所以RX不同,举例来说:假设现在来测一个未知电阻RX,刚好使指针半偏。因为欧姆刻度线上正中间的刻度值对应的电流为IA/2,所以所测电阻RX =R内,如果测量前选择的开关置3且欧姆调零后R内=15Ω,则说明所测的RX =15Ω;若开关置的是2且R内=150Ω,则所测的RX =150Ω;如果开关置1且R内=1500Ω,则RX =1500Ω。可见,尽管原来的电流刻度盘一样,但改装时相同电流刻度值I(注:不是电源的总电流,而是流过电流计的电流)所对应的电阻值RX是不同的,因此原来的一条电流刻度线就可以表示三个欧姆刻度盘,因而实现了多倍率功能。
教材中电路图和本图的最大区别在于,是否体现出换档后电流表的电路变化。对于前者(见图3)不论接3档还是4档,当表头指针偏转角度相同,电路的总电流也会相同,由Ix=E/(RX+R内)知,欧姆调零时由于指针都要满偏,所以电路总电流Ix相等,此时Ix=E/R内,所以要想R内不同只有改变E才行,这也是前面学生发现的矛盾E=nE1原因所在。对于后者(图4)即使表头指针偏转相同角度,由于换档导致其他支路与表头支路的电阻比例关系已经变化,总电流仍然是不同的。可见,本图设计一方面保证了换档后即使指针偏转角度相同,但流经电源的总电流也是不同的;同时也重点保证了换档后欧姆调零时表的总内阻会不同,这就确保了欧姆档多倍率功能的实现。
参考文献
1.廖佰琴、张大昌主编《物理课程标准(实验)解读》湖北教育出版社
2.赵沃槐.优化物理实验教学培养学生创新能力.教学仪器与实验,2002,(10).
3.安忠刘炳升《中学物理实验与教学研究》高等教育出版社
关键词:类比法;全电路;电动势;全电动欧姆定律
全电路欧姆定律是《电工基础》第一章重要的一节内容,后续的章节中多处电路的分析和计算要用这一定律,因此掌握全电路欧姆定律对于学好《电工基础》这门课程至关重要。但是由于本节涉及较多的概念且各物理量之间的关系复杂,再加上教材未附加相应的实验,因此学生很难理解和接受。针对这种情况,我通过实践,采用类比法讲解本节内容,取得了令人满意的效果。下面我就什么叫类比法以及如何用类比法讲全电路欧姆定律,介绍如下。
类比法是指在新事物同已知事物间具有类似方面比较,是人们所熟知几种逻辑推理中,最富有创造性的。科学史上很多重大发现、发明,往往发端于类比。例如:安培从环形电流的磁效应现象类比推出了分子环形电流的假说;库仑根据静电力与万有引力的类比,建立了库仑定律等。类比又被誉为科学活动中“伟大的引路人”。是它首先推动了假说的产生,尽管类比不能代替论证,但可以理解新知识、新概念和规律提供依托。全电路是指含有电源的闭合电路,电流通过时,可用电流类比水流。在重力作用下,水在水管中是由高处向低处流动的,通过重力作功使水的重力势能转变为水的动能。电流是电荷的定向移动形成的,在电场力的作用下,正电荷在导体中由电势高处向电势底处移动,通过电场力做功转变为其他形式的能,即电能转化为其他形式的能。我们知道重力使水向下流,但却不能使水循环流动。要想实现循环流动,就必须在循环系统中有水泵,水泵不停把低处水抽向高处,这样水就一直在循环流动。同样,在电路中要想维持一个循环稳定的电流,也要有一个“电泵”,即电源。这样电荷就在电源内部依靠电源力,把正电荷从低电位的负极经内电路送到高电位的正极,内电路和外电路连接而成一个闭合电路,这样电路中就有持续稳定的电流了。
在水泵中,水泵功率的大小是看它把单位质量的水提升多高,提升越高,其对水做的功率越多。同样,电源的强弱是看它把单位正电荷的电势提高的程度,提得越高对电荷所做的功就越多,即该电源把其他形式的能转化成电能的本领就越强。这样一类比,就很生动形象地向学生引出了难懂又抽象的电动势的概念。即电源力将单位正电荷从电源负极移到正极所做的功,用符号E表示。当水流在水泵内部时,要受水流阻力,同样,电流通过电源内部时,也受到阻碍,即电源内阻,一般用符号r0表示。很明显全电路就分为内外两部分:电源内部的电路成为内电路,电源外部的电路成为外电路,内外电路电压降之和等于电动势,用E表示。有部分电路欧姆定律来类比全电路欧姆定律为:全电路中的电流I与电源的电动势E成正比,与电路的总电阻(外电路的电阻R和内电路的电阻r0之和)成反比,即I=/。由此事还可得出,E=IR+Ir0=U+Ur0,U是外电路中的电压降,也是电源两端的电压,称为路端电压;Ir0是电源内部的电压降。通过类比,学生很容易理解和记忆全电路欧姆定律。下面举一例题:
如图电路中,已知电源电动势E=24V,内阻r0=2?赘,负载电阻R=10?赘,求:
(1)电路中的电流;
(2)电源的端电压;
(3)负载电阻上的端电压;
(4)电源内阻上的电压降。
解:根据全电路欧姆定律I=得:
(1)电路中的电I=流=24/10+2=2A
(2)电源中的端电压U=E-Ir0=24-2×2=20V
(3)负载电阻上的端电压U=IR=2×10=20V
关键词:维吾尔族音乐理论体系 木卡姆研究 共性与源流
一、版本的准确性是研究工作的客观依据
维吾尔木卡姆是维吾尔民族的传统音乐、诗词、舞蹈的组合体。它具有严谨规范的结构,个性化的鲜明特点与精密的科学性。《维吾尔十二木卡姆》迄今已出版了三个版本。第一个版本由新疆维吾尔自治区文化厅十二木卡姆整理工作组记谱整理,1960年由音乐出版社和民族出版社联合出版;第二个版本由新疆维吾尔自治区十二木卡姆研究学会和新疆维吾尔自治区文化厅编,1993年由新疆人民出版社出版;第三个版本由新疆维吾尔自治区十二木卡姆研究会和新疆维吾尔自治区古典文学研究会编,1997年由中国大百科全书出版社出版。第一个版本的乐曲数为245首;第二个版本增至320首(增添了75首);第三个版本又在第二个版本的基础上增添了《阿比倩希曼》、《穆斯台扎特》和《依希热提恩格兹木卡姆》等三个部分。就传统音乐研究而言,版本的原始性与准确性是我们进行科学研究的客观依据。现今创作或其他形式增补后的木卡姆在历史价值与学术价值上与第一版《维吾尔十二木卡姆》不可同日而语。除了民间遗存的乐曲外,人为的弥补《维吾尔十二木卡姆》,不符合学术研究对资料的要求,是不可取的。遗存的十二木卡姆曲调可以增补,但应当说明增补乐曲的出处。最近,有些海外学者对《维吾尔十二木卡姆》三个版本作出评价,“他们认为第二、第三种版本的学术价值远不如第一版本,因此他们在研究维吾尔木卡姆音乐时只使用第一种版本。其理由之一是第一种版本是由民间艺人演唱、演奏的原始材料,是民族音乐学家田野工作的成果,而第二、三种版本是由专业演员演唱、演奏的音乐,不是采自于民间音乐生活,不具有真正传统音乐的性质;理由之二是第二、第三种版本在原套曲中增添了不少新曲目,又未加详尽说明。这些新加曲目并非来自民间传承”。民族文化的继承与发展是两个概念,不能正确处理两者关系,将会给这块世界罕见的瑰宝带来负面影响。我们应当本着尊重历史、展示传统音乐原貌的原则,实事求是的学风开展民族传统音乐整理工作。我们应准确把握作为民族历史精神财富的维吾尔十二木卡姆的非物质文化的原始风貌,否则将对今后的研究工作及维吾尔木卡姆的传播不利。
二、从维吾尔民族音乐理论体系人手开展研究工作
维吾尔音乐尤其维吾尔木卡姆音乐能够体现出乐制的多样性。乐制包括音乐和律制的音乐体系概念。世界各地区的乐制大体可分为三种体系,“五声体系”即中国主体体系、“七声体系”和“四分之三音体系”。这一理论最初由奥地利音乐学家霍恩博斯特尔(Eirch Von Hormboste1,1877-1935)提出。我国音乐学家王光祈在《东方民族之音乐》中最早以国文刊出该理论,理论名称略有改动。五声体系(即五声音阶体系)流行地区极广,亚洲地区的中国、朝鲜、日本、蒙古、越南、吉尔吉斯以及俄罗斯接近亚洲地区的靴靶、马里和巴什科尔托斯坦(原巴什基尔)等地;并流行于非洲地区,美洲黑人和美洲印第安人之间。七声体系(即七声大小音阶体系)几乎流行于整个欧洲,并及于美洲。这个体系与古代希腊乐制有密切联系。四分之三音体系就是在音阶中相邻两音之音存在着“四分之三音”(即“半音”加“半音之半”的音程的一种乐制)。这种四分之三音是阿拉伯民族音乐的主要特征流行于阿位伯和伊朗,亦见于西亚和北非地区以阿拉伯民族为主体的诸国,如伊拉克、叙利亚、黎巴嫩、约旦、沙特阿拉伯、利比亚以及埃及、阿尔及利亚和摩洛哥等。三种体系互有影响,在同一体系内,不同民族其乐制又各有特点。维吾尔木卡姆音乐是三大音乐体系均存在的复杂音乐主体,它的复杂结构形态和维吾尔民族这个音乐客体的认知心理、情感心理、音乐心理密切相联。三类心理状态又与维吾尔民族的生存环境息息相关,自古以来新疆就是丝绸之路要冲,各种古老文明交汇于此。受惠于这得天独厚的地理条件和文化条件,维吾尔民族在继承和发扬民族文化的基础之上又从古老的汉文化、印度文化、波斯—阿拉伯伊斯兰文化以及古希腊文化中汲取营养。
音乐作品要获得认可就必须考虑听众音乐认知的基本要求,使作品或多或少地保持在对象认知结构之内,使之或多或少地引起对象的期待,并使作品与听众期待的实现之间完成一种平衡:既不使听众期待立即实现,又不至于离开得太远。音乐心理学家迈耶尔(L.Meyer)指出:“一种音乐风格的出现,有赖于文化和个体成熟。这种成熟的标志之一,体现在不断向前看的意愿,及在一定程度上舍弃现实满足而追求长远的理想。这样,人为地设置期待的抑制,情愿承受不确定性,就成为实现这种理想所必备的条件。维吾尔木卡姆音乐形态的规范属性与科学程式正是维吾尔民族本位音乐成熟的重要标志。现今的维吾尔木卡姆音乐形态研究只是立足于欧洲音乐理论体系的框架内,从记谱工作到理论阐述均用着十二平均律的耳朵与欧洲影响下的固定节拍、节奏模式。如果音高、节奏型问题出了“偏差”,就设计出一些本位与客位都难以理解、难以实践的新符号、新注解,而忽视了局内人的说法与表现。维吾尔木卡姆音乐的律制与十二平均律的律制,难道可以简单地认为是音程关系多一点儿或少一点儿吗,节奏型的规范、节拍的强弱关系能用欧洲音乐理论体系说明吗,显然,这是不合适的。应当从音乐形态学方面入手,系统研究维吾尔木卡姆的乐制,从理论上健全维吾尔音乐体系,用比较音乐学的方法对三大体系的音阶、律制、节奏型、节拍等音乐根本要素进行分析,对应维吾尔木卡姆音乐本身,找出维吾尔木卡姆音乐理论体系的科学、合理的规律。维吾尔木卡姆音乐的形态特征不能用某一音乐体系来审视其乐制,而应该逐步认识维吾尔音乐自身的规律。总之,解决维吾尔木卡姆音乐形态问题,必须建立维吾尔民族音乐体系并以此对维吾尔木卡姆音乐进行科学分析。