《探究电阻上的电流跟两端电压的关系》教学设计

　　【教材及学情分析】

 

　　电流跟电压、电阻的关系实际上就是欧姆定律，它是电学中的基本定律，是进一步学习电学知识和分析电路的基础，是本章的重点。要求学生通过探究活动得出，从而更进一步体验科学探究的方法。这一节综合性较强，从知识上讲，要用到电路中的电流、电压和电阻的概念；从技能上讲，要用到电流表、电压表和滑动变阻器等。学生要通过自己的实验得出欧姆定律，但最关键的又是实验方法，学生对实验方法的掌握既是重点也是难点，这个实验难度比较大，主要在实验的设计、数据的记录以及数据的分析方面，学生出现错误的可能性也比较大，所以实验的评估和交流也比较重要。

 

　　课本是在前面“电流”“电压”“电阻”等知识学习的基础上，推断出电流与电压、电阻的定性关系。这样处理：一是给接下来的实验结果做了铺垫，不致使学生感到突然；二是目的明确，使学生对将要探究的问题产生强烈的愿望，要想证实这个推断，有了定性的关系，又知道电流是可以用电流表测量的物理量，电压是可以用电压表测量的物理量，电阻也是可测量的物理量。在此基础上就可以引出“探究电流与电压、电阻会不会有定量关系”的问题。

 

　　本节课“探究电流跟电压、电阻的关系”是一个完整的科学探究过程，让学生经历科学的探究，学习科学猜想、设计实验、设计实验表格、分析论证、感悟科学方法。因此这节课无论在知识学习上还是在培养学生运用知识解决实际问题的能力上都具有十分重要的作用。所以教学中，在注重学生的理论联系实际能力的同时，更要关注学生的科学探究能力的提高。

 

　　【教学目标】

 

　　1．知识与技能

 

　　①通过实验探究电流、电压和电阻的关系；

 

　　②会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和其中的电流；

 

　　③会使用滑动变阻器来改变一段导体两端的电压。

 

　　2．过程与方法

 

　　①通过探究过程，进一步体会科学探究方法；

 

　　②领悟用“控制变量法”来研究物理问题的科学方法；

 

　　③通过实验、分析和探索过程，提高根据实验数据归纳物理规律的能力，学会用图像研究物理问题。

 

　　3．情感态度与价值观

 

　　①在解决问题的过程中，有克服困难的信心和决心，能体验战胜困难、解决物理问题时的喜悦；

 

　　②养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。

 

　　③重视学生对物理规律的客观性、普遍性和科学性的认识，培养学生科学世界观的形成。

 

　　【教学重点和难点】

 

　　重点：实验探究电流、电压和电阻的关系的过程。

 

　　难点：运用数学一次函数图象分析出电流、电压和电阻的关系式。

 

　　【教学资源】

 

　　教师方面：演示用具：示教板一套，实验表格、图像坐标纸、结合课堂多媒体课件一个。

 

　　学生方面：电流表和电压表各一个、三节干电池、滑动变阻器一个、定值电阻（R₁＝5Ω和R₂＝10Ω）、开关、导线若干。以上器材为一组，每三人准备一组器材。

 

　　【教学设计思路】

 

　　本节课的主要内容是探究电流跟电压的关系，其次是探究电流跟电阻的关系。其基本思路是：首先以教师演示实验为基础，引导学生提出问题：“电流与电阻、电压之间有什么定量关系”？激发学生的学习兴趣和学习欲望。再引导学生猜想和假设，培养学生科学猜想的方法。然后学生根据自己的猜想分析实验方法和所需的实验器材，设计出实验电路并进行实验，通过实验数据和图像的分析得出电流跟电压和电阻的关系。

 

　　本节课在设计上体现了以下几个特点：

 

　　1．体现了物理教学主线：生活─物理─社会。

 

　　2．突出观察、实验。将电流跟电压、电阻的关系实验设计为学生分组探究实验，体现了新课标的理念要求和物理学科的素质教育。培养了学生的观察、设计、动手操作、分析、归纳和探究的能力。

 

　　3．通过“科学猜想法”和“控制变量法”等科学方法的教学，使学生潜移默化地接受物理学中的研究问题的方法。

 

　　4．利用多媒体辅助教学手段，加大课堂教学容量，激发学生的学习兴趣，提高课堂效率。

 

　　【教学过程】

 

　　一、创设物理情境，引导学生进入科学探究

 

　　教师演示：请同学们看一个最基本的电路连接，即电源、小灯泡、开关各一个，导线若干组成的一个简单电路。开关闭合灯亮，请同学们思考：你有哪些办法使小灯泡变暗？

 

　　学生讨论后回答：①可以减小电源电压。②可以在电路中串联一个电阻。

 

　　教师：按学生的方法演示。

 

　　教师分析：前面我们学习了电流、电压和电阻三个量的知识，这三个量之间的关系并不是孤立存在的，而是互相联系、互相影响的，即电压变化要引起电流变化，电阻变化要引起电流变化。

 

 

　　加在导体两端的电压越大，通过它的电流就会越大；导体的电阻越大，流过它的电流就会越小。这只是从定性的层面研究了电流与电压、电阻之间的关系，在物理学中更有意义的研究，应该是从定量的角度去研究电流与电压、电阻之间的关系。

 

　　二、进行科学探究

 

　　1．提出问题

 

　　让学生回答：探究电流与电压、电阻之间有什么定量关系？

 

　　2．猜想或假设

 

　　教师：根据以下两个事实来引导和启发学生的想像力，进行猜想或假设。

 

　　①加在导体两端的电压越大，通过它的电流就会越大；

 

　　②导体的电阻越大，流过它的电流就会越小。

 

　　学生回答：

 

　　·可能是I＝U/R；

 

　　·可能是导体两端的电压增大几倍，导体中的电流也增大几倍；

 

　　·可能是U＝IR；

 

　　·可能是……。

 

　　3．设计实验（采用启发提问式，帮助学生设计实验）

 

　　以下教学过程是师生一问一答

 

　　问：我们所学电流、电压和电阻三个量，哪些量可以测量出，分别用什么仪器来测量？

 

　　答：能测量的量有：电流和电压，仪器分别为电流表和电压表。

 

　　问：电阻不能测量，我们怎样知道导体的阻值呢？

 

　　答：可以给出导体的电阻值。

 

　　问：也就是说在研究电流和电压、电阻之间关系时，我们是固定电阻不变，让电压发生改变，观察电流的变化，这种研究物理问题的方法叫什么？

 

　　答：控制变量法。

 

　　问：实验时，针对于某一导体测量一组电压和电流值，行吗？

 

　　答：不行。

 

　　问：为什么？

 

　　师生共同回答：多次测量可以减少误差，同时考虑到物理规律的客观性、普遍性和科学性，应该多测量几次。

 

　　教师还应进一步指出：不仅针对同一导体测量几组电压和电流值，同时还要更换定值电阻反复进行实验，这种研究物理问题的方法是不可忽视的。实验时，给出了二个不同的定值电阻（R₁＝5Ω和R₂＝10Ω）

 

　　问：我们在实验要多次测量电压和电流值，那么怎样去改变导体两端的电压和通过它的电流呢？

 

　　学生1答：改变电源的电压，如：增减串联的干电池的节数。

 

　　学生2答：用滑动变阻器来改变。

 

　　教师总结指出：同学们知道了改变定值电阻两端电压的方法，请大家根据你认为最适合你的方法和刚才我们设计的思路，对照自己桌前的器材选择你所需的实验仪器，并画出能够同时测量电压和电流的电路图。

 

　　4．进行实验

 

　　实际操作中，要提醒学生注意以下几个问题：

 

　　①连接电路和更换元件时，开关应处于断开状态，滑动变阻器的滑片应放到最大阻值的位置上。

 

　　②正确连接电流表、电压表、滑动变阻器。

 

　　③闭合开关前，明确研究对象；控制什么量不变，改变什么量；观察记录哪些数据？

 

　　④测量过程中电路闭合时间不能过长，读取数据后要断开电路，以防止通电时间过长电阻发热给实验带来误差。

 

　　⑤测量次数不要过多，根据时间而定，一般测量三次或四次左右。

 

　　⑥若用滑动变阻器来改变导体两端的电压的情况下，尽量使定值电阻两端的电压成整数倍地变化（如：0．5V，1V，1．5V……）。同样若用干电池（或学生电源）改变电源电压时，也尽量使电源电压成整数倍地变化。

 

　　教师巡回指导学生进行实验，指出学生在实验中错误，并要求学生实事求是地填写实验数据。

 

　　5．分析和论证

 

　　数据处理时，可引导学生仔细思考测量数据从不同的角度进行分析：分析电压是怎样发生变化，从而影响到电流的怎样变化；同时还应考虑到实验会有误差，可能数据不很一致。得出电流、电压的关系的结论。

 

　　结论：电阻相同时，通过导体的电流和导体两端的电压成正比。

 

　　然后指导学生用测量的数据对照课本画出U-I图。（高中物理中叫伏安特性曲线），启发学生对比数学中的一次函数的知识，推导出U-I表达式：U＝IR。

 

　　6．评估

 

　　要求学生在探究报告反思自己的探究活动一些问题，如：

 

　　（1）实验设计方案是不是最优的，还可能会存在着不合理的地方。

 

　　（2）操作中有没有什么失误，读数时会不会有失误。

 

　　（3）测量结果是不是可靠的。

 

　　（4）探究中是不是还有哪些问题还不清楚，哪些问题弄明白了。

 

　　……

 

　　7．交流

 

　　要求学生课后进行交流，交流时，可以相互交换各自的探究报告，也可以口头表述自己在探究与他人不同的意见，同时还应听取他人正确的意见。交流时，不应只是交流探究结论，交流的重点应放在探究的过程中。

 

　　如：为什么我的猜想和别人不一样？

 

　　为什么我的方法与你不一样？

 

　　为什么你能得出这样的结论，我的结论不和你一样？

 

　　……

 

　　三、课堂小结

 

　　本节你有哪些收获？让学生畅所欲言的说，教师尽量找学生的优点，多鼓励。

 

　　四、课堂练习

 

　　某实验小组同学在探究电流与电压的关系时，用到如下器材，电源一个，电流表、电压表各一个，定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω各一个），导线若干。设计的电路如图所示。

 

 

　　（1）连接电路时，开关应处于        状态，滑动变阻器的滑片应处于     位置，即图中的       端。（填“左”或“右”）

 

　　（2）这个实验使用了控制变量法，其中被控制的变量是___________，滑动变阻器的作用是___________。

 

　　（3）下面是他们获得的一组数据：

 

　　实验中他们选定的定值电阻为__________Ω。

 

　　请在坐标系上画出电流随电压的图像；

 

 

　　分析表中数据或图像，你能得出的探究结论是_________________________。

 

　　七、教学反思

 

　　1．教师备课时要亲自操作做实验，主要是提供的电源电压与滑动变阻器配套上的问题，有些电压达不到3V，甚至有些2．5V都达不到。

 

　　2．本实验一定要弄清实验目的，条理要清晰，才能很好的完成实验。

 

　　3．本堂课学生分析正比和反比很困难，是学生的一个难点，一定要注意突破，教师应从多角度分析。①小学的正比和反比知识，如：当a/b=常量，a与b成正比；当ab=常量时，a与b成反比。②从倍数角度分析；③从图像角度分析。

 

　　附：课后作业

 

　　1．如图所示是“探究电流与电压的关系”的实验电路图。

 

 

　　请回答下列问题：

 

　　（1）探究电流和电压关系时，应保持_________不变，同时向______（填“左”或“右”）移动滑动变阻器的滑片，使电压表的计数增大，并记下电流表的读数。

 

　　（2）探究电流和电阻的关系时，也要移动滑片，其目的是____________________。

 

　　2．有一根导线，如果在它两端加上12 V电压，通过它的电流是0．4 A，那么它的电阻是________Ω；如果在这根导线两端加15 V电压，通过它的电流是________A，它的电阻是________Ω；如果这根导线两端电压为零，则通过它的电流为________A，它的电阻是________Ω。

 

 

　　3．某同学按如图所示的电路探究通过导体的电流跟导体电阻的关系，电源电压保持不变，他不断改变电阻箱R（符号用表示）的阻值，测得相应的电流如下表所示。分析表中数据可知，电流跟电阻_________反比（填“成”或“不成”），其原因是________________________。

 

 

　　4．一个电阻两端加上30 V电压时，通过它的电流是6 A，现给它两端加上15 V的电压时，它的电阻是（    ）

 

　　A．5Ω      B．2．5Ω      C．0．2Ω      D．7．5Ω

 

　　5．某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时，根据收集到的数据画了如图所示的图像，下列结论与图像相符的是（    ）

 

 

　　A．电阻一定时，电流随着电压的增大而增大

 

　　B．电阻一定时，电压随着电流的增大而增大

 

　　C．电压一定时，电流随着电阻的增大而减小

 

　　D．电压一定时，电阻随着电流的增大而减小