利用几何画板制作“欧姆定律”动态课件实例

朱红伟

欧姆定律是初中电学中的基本定律，也是进一步学习电学知识和分析电路的基础，常规教法是通过安排具体的学习任务，引导学生学习科学探究的方法，使用电学实验器材，体验科学探究过程，最终得出电流与电压、电阻的关系。这样做师生无法集体互动、难以直观展示、仅局限于实验课堂。因此，在平常教学中也会使用动画等课件进行辅助教学。但调查发现，现有的各类动画普遍存在电路中各物理量数值固定、无法二次开发等缺点。根据本人经验和查阅文献发现，使用几何画板制作的动态课件完全可以承担欧姆定律探究及相关习题解答的课堂教学任务，并已经在平常教学得到检验。

“几何画板”是一款适用于物理学科的教学软件，它具有几何作图、度量测算、参数计算、函数绘图等强大功能，并且课件制作简单。制作时利用点线工具构建物理模型，并将物理公式以函数形式进行设置，从而可以动态显示物理变量，量化讨论物理过程。基于此，本文将以几何画板5.0为工具，详细介绍欧姆定律动态课件的制作过程，通过课件演示得出结论，并给出相关说明。

1理论推导

2界面简介

欧姆定律动态课件界面如图2所示。

3课件制作

3.1第1步：滑动变阻器R滑的绘制

（1）打开几何画板5.0版，使用点工具在空白区任意位置绘制一点，选中该点并点击右键选择[属性]→[标签]，设置为A（下文中“标签”修改方法相同）；选中A点，选择菜单[变换]→[平移]，出现“平移”界面，平移变换默认为极坐标（下同），固定距离为4cm，固定角度为0°，得到另一点，标签为B；在线AB上任选一点，标签为P。

（2）同时选择A、P、B点，进行平移且参数为：固定距离为05cm，固定角度为90°，得到3点的标签分别为A′、P′、B′；使用线段直尺工具连接AA′、A′B′、B′B、AB构成矩形（线型为细线实线，颜色为黑色），作为电阻丝；同时选择A、P、B点，再次平移，参数为：固定距离为1.5cm、得到3点的标签分别为C、E、D，实线连接CD作为金属杆（线型为中细实线，颜色为黑色）；使用“自定义工具”的“箭头工具”绘制带箭头的线段PE作为滑片（线型为中细实线，颜色为红色）。

（3）选中A′、P′、A、P4个点，选择菜单[构造]→[四边形的内部]，将矩形APP′A′内部填充颜色，选择菜单[显示]，更改颜色为红色表示为接入电路中的电阻丝。

3.2第2步：定值电阻R定的绘制

（1）选择AA′和B′B，选择菜单[构造]→[中点]，得到1点为F和G，作为滑动变阻器与外部电路的连接点；选中F，进行平移且参数为：固定距离为2cm，固定角度为180°，得到1点标签为H；选中H点，进行两次平移，参数分别为固定距离为025cm，固定角度为90°和270°，分别得到2点标签为I、J；选中I、H、J点，进行平移，参数为：固定距离为2cm、固定角度为180°，得到3点标签为I′、H′、J′；使用线段直尺工具连接II′、JJ′、IJ、I′J′构成矩形（线型为细线实线，颜色为黑色），作为定值电阻。

3.3第3步：电路的绘制

（1）选中H′，进行平移参数为：固定距离为2cm，固定角度为180°，得到1点标签为K；选中K，进行平移参数为，固定距离为1.5cm，固定角度为270°，得到1点标签为K′，使用线段直尺工具连接G′K和KK′；选中K′，进行平移参数为：固定距离为1.5cm，固定角度为270°，得到1点标签为L，使用“自定义工具”的“物理工具”，选择其中的电表符号，将其连接在K′和L上，并选择“文字工具”在“○”内输入“A”，表示电流表；同理可以在第4步的定值电阻R定两端接上电压表。

（2）选中L，进行平移参数为：固定距离为1.5cm、固定角度为270°，得到1点标签为L′；选中L′，进行平移参数为：固定距离为2cm，固定角度为0°，得到1点标签为M，使用线段直尺工具分别连接两点；使用“物理工具”，调出电源符号及开关符号，依次连接在M点右侧。

（3）选中第4步中G点，进行平移参数为：固定距离为1cm，固定角度为0°，得到1点标签为G′；选中G′，进行平移参数为：固定距离为4.5cm，固定角度为180°，得到1点标签为N；使用线段直尺工具将开关右端点与N点连接；到此电路基本绘制完成。

3.4第4步：公式的设置

（1）选择菜单[数据]→[新建参数]，出现“新建参数”界面，参数名称改为“U”，数值为6.00，表示电源电压；再次新建参数“RAB”和“R定”，分别表示滑动变阻器最大阻值及定值电阻阻值，并选择“文字工具”在“U”、“RAB”、“R定”右方输入“V”或“Ω”（以上3个数值可以根据实际情况进行输入调整）。

（2）分别使用度量工具量取AB及AP长度；选择菜单[数据]→[计算]，出现“新建计算”界面，依次点击“RAB”值、“×”、“AP”值、“÷”、“AB”值得到数值并标签为“R滑”，并选择“文字工具”在“R滑”右方输入“Ω”，表示接入电路的滑动变阻器电阻值；同理依次计算出电流中电流I及定值电阻两端电压U定。

3.5第5步：美观调整及存档

（1）为保证课件简洁度，可以将无关图线及函数隐藏，如全选函数，选择菜单[编辑]→[操作类按钮]→[隐藏/显示]，标签为“函数隐藏”，以此类推；最终界面如图2所示。

（2）课件调整完成后，选择菜单[文件]→[另存为]，保存文件为“欧姆定律”。

4实验演示

4.1电流I与电压U的关系

在课件中，设置U=6V，RAB=50Ω、R定=10Ω，保持R定不变时，调节滑片P可以发现I和U定均在变化。为探究其线型关系，需要建立坐标系利用函数关系得出图像。

选择菜单[绘图]→[绘制函数曲线]，并在[网格样式]中选择“矩形网格”，可以通过x、y上的定位点调节坐标点分布，依次选择U定和I；选择菜单[绘图]→[绘制点“x，y”]，会在坐标系中得到1点，标签为“I-U”；选中该点，选择菜单[显示]→[绘制点“x，y”]，此时x轴表示U定，y轴电流I；调节滑片会看到“I-U”的跟踪轨迹，根据该轨迹初步可以判断为正比例函数；当然为了验证是否为正比例函数，还可以通过设置函数y=x/10来进行验证，如图3所示。

4.2电流I与电阻R的关系

保持上述设置不变，当改变R定时，U定会发生变化，因此需要通过调节滑动变阻器来保持U定不变，最终会得出I与R定成反比例关系，具体做法如下。

分别选中“R定”、“R滑”、“I”，选择菜单[数据]→[制表]，得到表格（双击表格记录数据）；分别设置R滑为5Ω、10Ω、15Ω、20Ω，调节R滑保持U定=2.5V不变，最终得到4组数据；选中表格，点击右键选择[绘制表中数据]，得到“绘制图像”界面，选择x为“R定”，y为“I”；点击确定得到4个点，初步判断为反比例关系；建立函数y=2.5/x进行验证，4点均在线上确为反比例关系，如图4所示。

5相关说明

（1）利用该课件可以与学生实验同步进行，相互印证并对学生的实验步骤、操作过程、实验数据进行纠错，通过几何画板呈现正反比例关系图像，培养学生的证据意识，从而来辅助课堂教学。

（2）该课件还可以用于习题课的辅助教学，比如滑动变阻器的调节问题、滑动变阻器的选择问题、I-U和I-R的图像问题等，利用动态课件模拟演示就可以快速、直观得出结论。