朱紅偉

歐姆定律是初中電學中的基本定律，也是進一步學習電學知識和分析電路的基礎，常規(guī)教法是通過安排具體的學習任務，引導學生學習科學探究的方法，使用電學實驗器材，體驗科學探究過程，最終得出電流與電壓、電阻的關系。這樣做師生無法集體互動、難以直觀展示、僅局限于實驗課堂。因此，在平常教學中也會使用動畫等課件進行輔助教學。但調(diào)查發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有的各類動畫普遍存在電路中各物理量數(shù)值固定、無法二次開發(fā)等缺點。根據(jù)本人經(jīng)驗和查閱文獻發(fā)現(xiàn)，使用幾何畫板制作的動態(tài)課件完全可以承擔歐姆定律探究及相關習題解答的課堂教學任務，并已經(jīng)在平常教學得到檢驗。

“幾何畫板”是一款適用于物理學科的教學軟件，它具有幾何作圖、度量測算、參數(shù)計算、函數(shù)繪圖等強大功能，并且課件制作簡單。制作時利用點線工具構(gòu)建物理模型，并將物理公式以函數(shù)形式進行設置，從而可以動態(tài)顯示物理變量，量化討論物理過程。基于此，本文將以幾何畫板5.0為工具，詳細介紹歐姆定律動態(tài)課件的制作過程，通過課件演示得出結(jié)論，并給出相關說明。

1理論推導

2界面簡介

歐姆定律動態(tài)課件界面如圖2所示。

3課件制作

3.1第1步：滑動變阻器R滑的繪制

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

（2）同時選擇A、P、B點，進行平移且參數(shù)為：固定距離為05cm，固定角度為90°，得到3點的標簽分別為A′、P′、B′；使用線段直尺工具連接AA′、A′B′、B′B、AB構(gòu)成矩形（線型為細線實線，顏色為黑色），作為電阻絲；同時選擇A、P、B點，再次平移，參數(shù)為：固定距離為1.5cm、得到3點的標簽分別為C、E、D，實線連接CD作為金屬桿（線型為中細實線，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（線型為中細實線，顏色為紅色）。

（3）選中A′、P′、A、P4個點，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]，得到1點為F和G，作為滑動變阻器與外部電路的連接點；選中F，進行平移且參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為180°，得到1點標簽為H；選中H點，進行兩次平移，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點標簽為I、J；選中I、H、J點，進行平移，參數(shù)為：固定距離為2cm、固定角度為180°，得到3點標簽為I′、H′、J′；使用線段直尺工具連接II′、JJ′、IJ、I′J′構(gòu)成矩形（線型為細線實線，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′，進行平移參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為180°，得到1點標簽為K；選中K，進行平移參數(shù)為，固定距離為1.5cm，固定角度為270°，得到1點標簽為K′，使用線段直尺工具連接G′K和KK′；選中K′，進行平移參數(shù)為：固定距離為1.5cm，固定角度為270°，得到1點標簽為L，使用“自定義工具”的“物理工具”，選擇其中的電表符號，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，進行平移參數(shù)為：固定距離為1.5cm、固定角度為270°，得到1點標簽為L′；選中L′，進行平移參數(shù)為：固定距離為2cm，固定角度為0°，得到1點標簽為M，使用線段直尺工具分別連接兩點；使用“物理工具”，調(diào)出電源符號及開關符號，依次連接在M點右側(cè)。

（3）選中第4步中G點，進行平移參數(shù)為：固定距離為1cm，固定角度為0°，得到1點標簽為G′；選中G′，進行平移參數(shù)為：固定距離為4.5cm，固定角度為180°，得到1點標簽為N；使用線段直尺工具將開關右端點與N點連接；到此電路基本繪制完成。

3.4第4步：公式的設置

（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個數(shù)值可以根據(jù)實際情況進行輸入調(diào)整）。

（2）分別使用度量工具量取AB及AP長度；選擇菜單[數(shù)據(jù)]→[計算]，出現(xiàn)“新建計算”界面，依次點擊“RAB”值、“×”、“AP”值、“÷”、“AB”值得到數(shù)值并標簽為“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變阻器電阻值；同理依次計算出電流中電流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）為保證課件簡潔度，可以將無關圖線及函數(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實驗演示

4.1電流I與電壓U的關系

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

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x、y上的定位點調(diào)節(jié)坐標點分布，依次選擇U定和I；選擇菜單[繪圖]→[繪制點“x，y”]，會在坐標系中得到1點，標簽為“I-U”；選中該點，選擇菜單[顯示]→[繪制點“x，y”]，此時x軸表示U定，y軸電流I；調(diào)節(jié)滑片會看到“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)；當然為了驗證是否為正比例函數(shù)，還可以通過設置函數(shù)y=x/10來進行驗證，如圖3所示。

4.2電流I與電阻R的關系

保持上述設置不變，當改變R定時，U定會發(fā)生變化，因此需要通過調(diào)節(jié)滑動變阻器來保持U定不變，最終會得出I與R定成反比例關系，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”；點擊確定得到4個點，初步判斷為反比例關系；建立函數(shù)y=2.5/x進行驗證，4點均在線上確為反比例關系，如圖4所示。

5相關說明

（1）利用該課件可以與學生實驗同步進行，相互印證并對學生的實驗步驟、操作過程、實驗數(shù)據(jù)進行糾錯，通過幾何畫板呈現(xiàn)正反比例關系圖像，培養(yǎng)學生的證據(jù)意識，從而來輔助課堂教學。

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