高中物理人教版1第二章恒定电流第3节欧姆定律 全国一等奖

欧姆定津一、设计思想《欧姆定律》是高中物理选修3-1第二章恒定电流第三节的内容，本节内容涉及两个问题。一是欧姆定律，二是导体的伏安特性曲线。其中欧姆定律是实验定律，这一块内容学生在初中阶段已经学过，但高中阶段对学生能力的培养提出了更高的要求。主要体现在让学生体验和领会科学的实验方法以及提高实验动手能力。因此基于这样的要求，对于教材中给予安排的演示实验---欧姆定律---将改成学生探究实验，使学生经历：引出问题---猜想---设计实验电路---评价实验设计(教师的引导)---确定最佳方案---实验验证(学生协作)---获取实验数据---实验处理数据（用列表对比和图象法进行探究）---得出规律。这样使学生在实验探究中体验科学探究的过程，从中体现了新课程物理课堂以实验为基础，学生“自主、合作、探究”学习的理念。对导体的伏安特性曲线的研究，安排了测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，这是一个研究性学生实验，是在欧姆定律实验的基础上，要求学生通过实验采集数据，学会描绘伏安特性曲线，发现非线性的特征，并分析其主要原因，使学生对欧姆定律的认识更加深化，从而提高解决问题的能力。《欧姆定律》教学设计具有以下几个特色：（1）充分挖掘可调式台灯中所蕴含的物理知识，使学生通过亲自动手实验进一步认识了台灯中的物理规律。首先以可调台灯为实例创设情境，引出课题，展开欧姆定律的实验探究，然后又通过台灯电路的设计进一步理解欧姆定律，最后通过研究灯泡的伏安特性曲线，使日常生活的台灯贯穿整个教学过程，使教学更加贴近生活实际。（2）在欧姆定律和测绘灯泡的伏安特性曲线实验探究中经历科学探究的过程，使学生在体验中学习和领悟科学方法和科学思想（3）多媒体辅助教学在物理教学中的有效应用。主要采用仿真物理实验对学生进行实验规范操作，并且很好的突破难点---分压式接法。另外还采用excel软件进行数据处理。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．二、教学目标一、知识与技能1、在实验探究中，掌握欧姆定律，在简单电路中会运用欧姆定律进行分析。2、在U-I图象中，会分析电压与电流的正比关系，进一步理解用比值定义法定义电阻的概念。3、通过测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，学会用描点法绘制伏安特性曲线；通过比较加深对线性元件和非线性元件的感性认识。二、过程与方法通过实验和合作，掌握科学研究中的常用方法──控制变量方法。经历探究实验过程，学会利用列表和图象法处理、分析和讨论实验数据，总结实验规律的方法。三、情感、态度与价值观体会可调式台灯中所蕴含的物理知识，通过亲自动手实验进一步认识了台灯中的物理规律，提高学生的兴趣，感受到物理贴近生活实际。体验欧姆定律探究实验过程，领会科学探究实验的使过程。五、重点难点重点：1、电阻：利用U-I图象分析以理解电阻是反映导体本身的性质。2、欧姆定律：它是闭合电路欧姆定律的基础，更是整个电学的基础。通过实验探究亲自体验知识的学习过程，也是本节课的核心内容。3、伏安特性曲线：通过对小灯泡伏安特性曲线的研究，可以深入理解欧姆定律及其适用条件，感性认识线性元件和非线性元件。难点：1、比值法定义电阻，由于学生缺乏较多的感性认识，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．2、电阻的定义式和欧姆定律表达式的区别，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．3、实验的电路采用了分压式接法，是一个难点，本节课通过学生讨论分压式的优势以及与限流式的比较，再结合仿真物理实验式进行模拟使学生理解分压式接法的目的。六、教学策略与手段（1）本节课由可调式台灯引入课题，创建一个物理贴近生活实例，使学生产生学习的兴趣，通过探究实验总结规律，体验科学探究过程；然后在课堂拓展中，又通过让学生画出台灯的简易电路图，运用欧姆定律解释原因；最后测绘灯泡的伏安特性曲线，感性认识线性元件和非线性元件。（2）在进行欧姆定律实验时，组织学生2人为一小组进行实验研究（两种阻值不同的固定电阻），创建一个探究、合作学习的教学环境。（3）采用多媒体进行辅助教学，应用仿真物理实验室不仅用于进行实验规范操作，同时突破难点，另外用excel进行实验数据处理。七、课前准备学生的学习准备学生的学习准备概括成生理机能、智力、情趣、社会性、学习策略、知识基础等六个方面。电学知识比较贴近生活实际，欧姆定律应用广泛，更能增强学生的学习兴趣。在初中学生已经学习过欧姆定律的有关内容，但只是初步学习，而高中要求提高了，对于欧姆定律的学习主要侧重在科学的实验方法和数据处理等科学思想方法，即知识学习的过程。因此对于本节课的学习，通过设计问题，让学生进行探究学习，安排了学生实验，让学生在真实的体验中，学习知识和科学的思想方法，以提高能力，同时也为深入学习电学奠定基础。教师的教学准备教师应当具备“以学生为本”的教学理念以及建构主义理论，结合本节课的教材内容以及学生已有的认识水平来设计教学案例，多媒体教学课件，excel数据处理软件，学生实验设计和实验报告表。教学环境的设计与布置本节课一开始利用可调式台灯引入课题，创建一个物理贴近生活实例，使学生产生学习的兴趣，然后又通过让学生画出台灯的简易电路图，分析电流的变化原因。最后，通过实验探究小灯泡的伏安特性曲线，并分析其中的原因，使课堂教学前呼后应。对欧姆定律和小灯泡的伏安特性曲线这两个实验，安排梯度，有利于比较和提高。第一个实验组织学生2人为一小组进行实验研究（两种阻值不同的固定电阻）。第二个实验是研究性小实验，要求学生通过实验自己发现问题和分析问题，是对欧姆定律的进一步研究学习，为学生创建一个探究、合作学习的教学环境。教学用具的设计和准备（1）可调式台灯一盏，调节台灯，让学生观察实验现象，通过提问台灯为什么亮和亮度为什么发生明暗变化，引入课题。（2）学生实验用来研究欧姆定律和测绘小灯泡的伏安特性曲线。实验仪器有干电池2节，电压表，电流表，滑动变阻器，导线若干，开关，待测电阻（两种固定电阻和灯泡）．（3）创建仿真物理实验室电学实验平台，用于演示电学实验的规范操作和演示分压式接法，可视性大大提高。（4）设计一张实验报告单，便于学生进行实验研究。八、教学过程（－）创设情境，引入新课教师活动：给学生展示一盏台灯，将台灯插头插入电源，但发现没有亮；调节开关，要求观察看到的现象，并说明原因。问题1：如何才能让台灯亮起来呢？台灯为什么会出现明暗变化？教师活动：总结学生的回答之后，引出这节课要要研究的课题“电流的大小与什么因素有关？”（点评：利用可调式台灯引入课题，一方面使物理更贴近生活，使学生产生兴趣。另一方面通过研究这盏台灯的工作原理以及物理规律，可以也很好的切入本节课的重点，贯穿课堂始终。）（二）探究欧姆定律1、从现象出发，进行猜想通过特定导体的电流的大小与什么因素有关？学生提出猜想：导体两端的电压与导体电阻。教师对所提出的猜想进一步要求学生思考：如何由实验得到电流和电压与电阻的关系呢？对一特定的导体，通过该导体的电流与电压有什么关系？要求学生猜想。（旨在由学生给出科学的研究一个物理量与两个物理量之间的关系的实验方法---控制变量法。）2、实验设计，进行评价教师活动：展示仿真物理实验室平台，介绍实验仪器，要求学生根据给出的实验仪器，结合实验要求（电压的取值尽可能大）设计“研究通过特定导体的电流与其两端电压关系”的电路图，并说出实验设想。图1图2学生活动：设计实验电路图，并要求学生代表上台汇报设计的电路图以及说明实验设想，并将所设计的电路画在黑板以便交流。一般学生都能设计如图1的电路，少数学生可能与教材中提供的实验电路如图2相同。图1图2教师活动：在仿真物理实验室平台，按照图2进行电路连接，并请学生观察电表的正负接线柱的接法，以及滑动变阻器的初始位置，以规范操作。对程度好的学生提出较高的要求，即引导学生思考滑动变阻器所采用的分压器方式的接法与欧姆定律实验的限流式接法进行分析、比较，提高学生电路分析和设计的能力，也可以讨论分压接法对采集数据的好处等。并可在仿真物理实验室里，演示滑动变阻器触头c从a到b时观察电压的变化范围（从0开始逐渐增大到接近额定电压）。（通过仿真物理实验室即可以规范操作，又可以比较两种电路，以突破滑动变阻器采用分压式接法的优势---可以使电压在大范围内变化。）3、进行实验，验证猜想图3学生实验：研究定值电阻两端的电压与电流的关系。根据图2，由2位学生为一组进行合作，全班分成两大组分别测量两种阻值不同的电阻，要求学生完成实验，收集数据至少5组，处理数据，并完成实验报告表。图3学生对数据处理时思考：（1）、从实验数据中发现什么规律？（2）、是否有更直观的方法反映电流与电压的关系？4、处理实验数据教师活动：启发学生思考物理与数学的联系．与数学中函数图象进行类比，把所得数据描绘在I-U直角坐标系中，确定I和U之间的函数关系．学生活动：其中两小组同学（测量不同阻值的固定电阻）把数据输入图3的excel软件表格中。）其他学生在实验表格中绘制I-U图象。I1I2I1I2图4要求学生观察这些点所在图象是一条什么曲线？教师引导学生总结规律：由图象可知，对于特定的导体，导体中电流与导体两端电压成正比，I∝U，或者I=KU。（通过列表法和图象法来处理数据的比较，使学生体会到一种直观研究两个物理量之间的关系的有效方法。）5、概念教学----电阻教师活动：引导讨论对于不同的导体，图象斜率是不同的。并比较1、2两个导体，在相同电压下，两导体电流分别为I1、I2，I1>I2，导体2对电流阻碍作用比导体1大，由I1=k1U1，I2=k2U2,则k1>k2。由此可知，k的倒数反映了导体对电流的阻碍作用。对于同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值都是一个常数，也就是说1/k是一个不变的量，若用一个物理量来描述导体对电流的阻碍作用，用R=1/k；I=U/(1/k)=U/R，R称为电阻．由以上可若知，导体1的电阻小于导体2的电阻，相同电压下则有I1>I2。（通过引导学生对图象的分析，提高学生图象分析问题的能力）电阻定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。定义式：R=U/I说明：①对于给定导体，R一定，不存在R与U成正比，与I成反比的关系。②在这里利用比值定义法来定义电阻，但电阻的大小与U和I无关。与电阻定义方法相类似的还有电场强度、密度等。单位：电压单位用伏特（V），电流单位用安培（A），电阻单位用欧姆，符号Ω，且lΩ=1V／A常用单位：1kΩ=1000Ω；1MΩ=Ω教师活动：引导思考1Ω的物理意义是什么？学生活动：如果在某段导体的两端加上1V的电压，通过导体的电流是1A，这段导体的电阻就是1Ω。所以1Ω=1V/A教师引导学生实验总结：对于特定的导体，导体中的电流跟导体两端电压成正比；对于不同的导体，在相同的电压下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。这就是著名的德国物理学家欧姆提出的欧姆定律。6、规律教学---欧姆定律教师活动：介绍欧姆定律的由来。德国物理学家欧姆最早花了10年的时间用实验研究了电流跟电压、电阻的关系，后人将这个定律以他的名字来命名。欧姆定律内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比．表达式：I=U/R注意：式子中的三个量U、I、R必须对应着同一个研究对象大量实验表明，欧姆定律适用于纯电阻电路（金属、电解液等）．教师总结：科学实验研究过程：提出问题—提出设想—设计电路—实验验证—数据处理—总结规律。（让学生经历了一次科学实验的探究过程，在体验中领会科学实验方法和科学思想，从而更好的理解规律。）扩展：要求学生画出台灯的简易电路原理图，并分析亮度发生明暗变化的原因。（欧姆定律的应用）三、伏安特性曲线1）线性元件教师活动：结合实验中得出的导体I-U图象。定义：在实际应用中，常用纵坐标表示电流I、横坐标表示电压U，这样画出的I-U图象叫做导体的伏安特性曲线。总结：符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的倾斜直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。引导学生：进一步来了解台灯是否是线性元件？就从研究灯泡的伏安特性曲线是开始，灯泡的伏安特性曲线怎样？2）非线性元件学生实验：将欧姆定律实验电路中的定阻电阻换成小灯泡，由2人一组用小灯泡代替原来的电阻，其它仪器不变，按照如下图所示的电路连接电路。改变电压和电流，读出电压值和相应的电流值。引导学生设计表格并进行处理数据，最后在坐标纸上将表格中的数据用描点法画出I-U图象。U/V0I/A0学生思考并讨论：在自己得到的曲线中有什么新的发现？怎样解释这个发现？（旨在引导学生自己发现问题，并自己解决问题）教师活动：将学生的数据输入电脑，利用excel软件中绘制灯泡的I-U图象。学生活动：1、灯泡的伏安特性曲线不是直线。2、由于电压、电流的不同，使灯泡灯丝的温度不同，电阻也不同，造成I-U图象的斜率不同。在灯泡两端电压在额定电压附近变化（小灯泡接近正常发光）时，曲线的斜率几乎不变，也就是说，灯丝的电阻变化很小，我们在一般计算时也可以忽略这个变化。教师总结：实际生活中，那些不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫做非线性元件。举例二极管、气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）、发动机和半导体元件等。（点评：通过实验使学生感性认识什么是伏安特性曲线以及非伏安特性曲线。测绘小灯泡的伏安特性曲线是一个研究性学生实验。学生通过实验采集数据，描绘伏安特性曲线，据此自己发现其非线性的特征，并分析其主要原因。教师通过引导学生思考，给学生多一点思维