探究欧姆定律12.1怎样认识电阻

第十二章探究欧姆定律一、《课标》要求1．通过实验探究电流、电压和电阻的关系。解读：《课标》要求通过实验探究，让学生体验和经历科学探究的过程，自己找出电流与电压、电阻的关系，学习科学探究的方法，发展初步的科学探究能力，形成尊重事实、探求真理的科学态度，培养学生乐于探索的兴趣、良好的思维习惯和初步的科学实践能力。通过参与科学探究活动，初步认识科学方法的重要性，学习控制变量的方法、处理信息的方法，有对信息的有效性作出判断的意识，有初步的信息处理能力，学习从实验中归纳简单的科学规律。关于“电阻”，《课标》在“活动建议”中指出：“通过实验，探究影响金属导体电阻的因素。”所以，为了完成该项探究活动，进一步学习滑动变阻器，探究并理解欧姆定律，有必要让学生了解电阻的概念，知道导体的电阻跟长度、横截面积和材料的定性关系。2．理解欧姆定律，并能进行简单计算。解读：《课标》要求在实验探究的基础上，分析、归纳出欧姆定律，并能应用欧姆定律公式进行简单的计算或解释现象。《课标》根据实际需要和科学发展的趋势，有意弱化了电路的计算，而更多地重视通过实验探究欧姆定律的过程和方法。关于应用欧姆定律解决实际问题，《课标》在“活动建议”中作了补充说明：“测量小灯泡工作时的电阻，画出电阻随电压变化的图线，并进行讨论。”所以，利用“伏安法”测量电阻仍然是《课标》所要求的实验活动，并且在培养学生收集信息、处理信息的能力等方面，与原来的《大纲》相比，要求有所提高。二、本章教材分析1．本章概述本章主要内容有：电阻和滑动变阻器，欧姆定律及其探究过程和主要应用。本章教材紧接上一章的内容，继续对电路进行定量而深入的研究，可以说是上一章电路、电流、电压等知识的综合和延伸。欧姆定律揭示了电流、电压、电阻之间的定量关系，是电学中的基本规律，是分析、解决电路问题的重要依据，也是进一步学习电功、电功率、焦耳定律的基础。通过本章的学习，不仅能增加学生对电路的深入认识，而且有利于发展学生的观察能力、分析能力，有助于培养学生的科学探究能力，同时还能让学生领悟科学研究的方法。本章教材的编写思路：本章教材是以“欧姆定律”为核心组织编排的。第一节先让学生认识电阻，探究导体的电阻与哪些因素有关，介绍电阻知识的应用——滑动变阻器。这些内容为探究欧姆定律作好铺垫：电阻的概念中隐含着“电流的大小跟电阻有关”；探究影响电阻大小的因素，让学生进一步领悟控制变量的科学方法；滑动变阻器是探究欧姆定律所需用的重要仪器。所以第一节的教学为探究欧姆定律奠定了知识基础、方法基础和实验基础。对于欧姆定律，教材按照“探究——结论——应用”的思路展开：第二节先让学生经历完整的科学探究过程，运用控制变量法探究电流跟电压、电阻的关系，通过对实验数据的分析论证，得出欧姆定律，并进行简单的计算；第三节让学生运用欧姆定律测量小灯泡的电阻、分析短路的危害，在应用中加深了对欧姆定律的理解，又解决了一些实际问题。本章教学重点：欧姆定律是电学中最重要的基本定律之一；探究欧姆定律的过程能够培养学生科学探究的能力和探索精神，特别是培养学生运用控制变量法设计实验的能力，以及从实验数据中分析归纳出物理规律的能力，并使学生从科学探究过程中体验到学科学的乐趣。所以，欧姆定律及其探究过程是本章教学的重点。本章教学难点：用控制变量法设计并进行实验，探究电流跟电压、电流的关系，涉及到的物理量比较多（电流、电压、电阻），使用的器材也比较多（电流表、电压表、滑动变阻器、多个定值电阻、电源等），实验过程中既要更换定值电阻，又要调节滑动变阻器，每次探究还要测量多组实验数据……因些，让学生自主设计并进行实验探究欧姆定律，是本章教学的难点。编写特点本章教材在编写上有以下一些特点。⑴改变传统教材内容“繁、难、偏、旧”和过于重视单纯计算的状况，加强教材内容与学生生活以及现实社会的联系，关注学生的学习兴趣和经验。例如电阻的概念从生活现象引入：“在家庭电路中，同样是220V电压，不同的灯泡，亮度却不同，这是什么原因？”通过司空见惯的现象提出问题，启发学生思考，感悟到亮度不同的灯泡，灯丝对电流的阻碍作用是不同的。关于欧姆定律的应用，传统教材往往把计算作为教学的重点，人为编造大量纯计算的题目，很多题目脱离学生经验和社会实际，繁难枯燥，这种做法不仅挫伤了学生对科学的兴趣，而且不利于培养学生的创新精神和实践能力。本教材淡化了对纯计算题的要求，问题只涉及一个用电器，不要求进行串联电路和并联电路的计算，而且注意在实际问题情景中让学生分析与解决问题。如第3节“活动1”让学生设计并进行实验，测量小灯泡的电阻，研究灯丝的电阻跟灯丝温度的关系，培养学生运用物理规律解决实际问题的能力；“活动2”研究短路及其危害，通过计算，给学生一种“震撼”，深刻地体会到短路和把电流表直接接在电源上时电流之大，从而意识到短路的危害。通过这些活动使学生认识到，欧姆定律有重要的实用价值。教材这样编写，使新知识、新概念建立在学生现实生活的基础上，课程内容密切联系学生生活经验，将会有效地改变学生的学习生活与现实世界相脱节的状况，极大地调动学生学习的积极性和主动性。⑵教材的设计和安排有利于转变教师的教学方式和学生的学习方式，让学生通过实验探究活动获取新的知识，培养学生设计和进行实验的能力、搜集和处理信息的能力、分析和解决问题的能力以及合作交流的能力。如第2节“探究欧姆定律”，就是以学生的探究活动作为学习的主要形式。教材从学生已有的经验出发，引导学生思考电流与电压、电阻的关系，让学生先提出猜想，再运用控制变量法设计实验，分别研究电流跟电压的关系和电流跟电阻的关系，根据实验数据，得出通过导体的电流与导体两端的电压、导体的电阻之间的定量关系。这种活动不仅加深了学生对欧姆定律的理解，同时以科学探究为载体，承载了物理课程在知识与能力、科学研究过程与方法、情感态度与价值观等方面的任务。⑶重视科学方法的渗透和教育，对学生的探究活动从宏观上给以指导，为学生积极参加实验探究活动创造条件，使学生逐步学会科学探究，尽快步入自主学习的轨道。例如关于控制变量法，教材本着“由浅入深、循序渐进”的原则，从展示、模仿，到自主应用，让学生逐步学会这一重要的科学方法。在第1节“活动1探究导体的电阻跟哪些因素有关”中，教材用明确的步骤引导学生开展实验，分别探究导体的长度对电阻的影响、导体的横截面积对电阻的影响、导体的材料对电阻的影响，让学生在“过程中”实实在在地体会控制变量的科学方法；然后作为提炼和升华，教材又安排了“金钥匙”栏目，起到画龙点睛的作用，让学生真正理解控制变量法。这样处理，学生对“控制变量法”既获得了实践经验，又具有了理性认识，为后面的学习打下基础。第2节探究电流跟电压、电阻的关系，在设计实验环节中，教材只提到：“可先保持一个量（如电阻）不变，研究其余两个量（电流跟电压）间的变化关系；再……；最后就可得到三个量之间的变化关系了。”学生自然心领神会，明晰实验设计的总体思路，然后经过讨论细化（如怎样改变电压或保持电压不变？怎样改变电阻或保持电阻不变？怎样测量电流、电压的值？等等），就能顺理成章地自主设计出具体实验方案，有效地突破教学难点。课时安排本章教材共3节，建议全章教学用6课时，其中第1节用2课时，第2节用2课时，第3节用1课时，复习总结用1课时。怎样认识电阻1．教学目标知识与技能⑴知道什么是电阻，知道电阻的单位，知道决定导体电阻大小的因素。⑵了解滑动变阻器的基本结构和原理，会使用滑动变阻器改变电路中的电流。过程与方法⑶通过实验探究，了解导体的电阻跟导体的材料、长度、横截面积有关，理解控制变量的科学方法。情感态度与价值观⑷通过观察和使用滑动变阻器，体会滑动变阻器的结构之巧、之妙，培养学生的创新意识和实践能力。2．教材说明本节主要内容有：电阻及其单位，决定电阻大小的因素，滑动变阻器。电阻与电流、电压一样，是电学中的重要物理量。电阻器是电阻知识的应用，定值电阻和变阻器在电学实验和无线电技术中应用很广泛。滑动变阻器的学习，既有助于学生更好地理解电阻的概念，又为后续的学习——特别是做电学实验作了必要的准备。本节教材的编写思路：教材开宗明义，通过一个生活现象，使学生意识到“两灯泡的灯丝”对电流的阻碍作用不同，进而学习什么是电阻和电阻的单位，并激发学生探究电阻的兴趣。知道了电阻及其单位，自然会产生一个疑问：不同的导体，电阻有大有小，那么电阻的大小与哪些因素有关？“活动1”让学生通过动手实验，探究影响导体电阻大小的因素，并在实验过程中体会控制变量的科学方法。研究导体的电阻跟长度、横截面积、材料的关系，不仅加深了学生对电阻的理解，也是学生学习滑动变阻器的基础。关于滑动变阻器，教材安排了两个活动。“活动2”让学生对照实物和结构图，边观察、边阅读，并通过几个问题引导学生思考讨论，从而搞清滑动变阻器的结构和原理，学会画其结构示意图和符号。“活动3”让学生练习使用滑动变阻器，重点学习滑动变阻器的接法和调节，为下一节探究欧姆定律奠定基础。本节教学重点：电阻的概念、导体的电阻跟哪些因素有关。本节教学难点：滑动变阻器的结构和使用。3．教学建议本章内容是上一章电路知识的继续，思路顺承上一章，所以，对于章标题可不必设计专门的“引入”（如直接点题：本章我们将继续探讨电路中的规律），仅引入第一节电阻即可。什么是导体的电阻图12-1关于电阻，可以像教材那样从生活现象引入，也可以通过演示实验引入，以下几个实验可供参考。图12-1实验1：如图12-1所示，电源为三节干电池串联组成的电池组，L为的小灯泡，先后将两根长度、横截面积相同的铜导线丝和镍铬合金线接入电路M、N之间，引导学生观察比较电流表的示数和小灯泡的亮度。启发学生思考：前后两次实验，电源电压相同，为什么接入铜线时电流较大，而接入镍铬合金线时电流较小？学生思考、讨论。教师：这两段导体分别接入电路时，电路中的电流大小不同，这说明导体在导电的同时，对电流还有一定的阻碍作用（让学生指出哪段导体对电流的阻碍作用较大）。为了表示导体对电流阻碍作用的大小，物理学中引入了电阻的概念。图12-2实验2：如图12-2所示，电源由两节干电池串联组成，L1和L2分别为和的小灯泡，闭合开关，观察比较小灯泡的亮度。图12-2图12-3教师（启发）：两个小灯泡两端的电压相等吗？通过它们的电流相等吗？（当学生回答电流不等后，可用电流表测量各支路的电流，证明学生的推测。）原来，小灯泡的灯丝一方面能够导电，另一方面对电流有阻碍作用，而且这两个灯泡的灯丝对电流的阻碍作用不同。谁对电流的阻碍作用较大？（学生：的灯泡。）物理学中把导体对电流阻碍作用的大小叫电阻。图12-3实验3：如图12-3所示，用一个金属夹（作滑片）、一段镍铬合金线制作一个滑线变阻器，将该“变阻器”与小灯泡、电流表、开关串联起来，接在电源上。缓缓滑动金属夹，小灯泡的亮度逐渐变化。学生首次看到这种现象，感到既“好玩”又好奇。教师：小灯泡的亮度为什么会变化呢？（稍停，让学生思考或猜测。）原来，当移动金属夹时，合金导线对电流阻碍作用的大小发生了变化，致使电路中的电流发生变化。滑动金属夹使灯泡变亮，此时合金线对电流的阻碍比刚才大了还是小了？（学生：对电流阻碍作用变小了。）物理学中把导体对电流阻碍作用的大小叫电阻。还可以根据滑动变阻器的原理，制作诸如电子拉力计、压力计或风力计等，通过电流表显示其工作时电流的变化情况，引入电阻。关于电阻的单位，可以直接告诉学生，或让学生看书自学，然后出示两道练习题，让学生进行单位换算，既及时巩固了知识，又锻炼了学生换算单位的能力。为了使学生对电阻的单位“欧姆”具有感性认识，可以向学生介绍一些电器正常工作时的电阻值（参见教材）。电阻与哪些因素有关教师（过渡）：不同的导体，电阻有大有小。那么电阻的大小与哪些因素有关呢？我们通过实验进行探究。关于“活动1”的教学，这里提供两种方案，以资参考。方案1：教材中的“活动1”，是以“学案”的形式编写的，可以按照教材的编写思路进行教学，即先让学生参照教材进行实验，待学生有了感性认识，再归纳总结、反思方法。具体教学时，教师可先向学生介绍实验器材，然后让学生认真阅读教材，明确每一步的实验目的和方法，再动手操作。学生分组实验、得出结论后，再让各小组汇报交流。汇报和交流包括两个方面：一是得出的结论，即导体的电阻跟导体的材料、长度、横截面积有关；二是总结方法，让学生结合实验过程，具体说明怎样用控制变量法进行实验，如保持哪些量不变？改变什么量？比较哪两个量的变化？二者是否有关？方案2：对于学生基础比较好的学校或班级，可以按下面的方法进行教学，让学生经历科学探究的过程。首先让学生猜想电阻的大小可能与哪些因素有关？为便于学生提出猜想，本节课的引入最好采用上面图12-3所示的实验。因为学生结合图12-3所示的实验，很容易想到电阻跟导体的长度有关，经过思考、讨论，他们一般能陆续说出电阻还可能跟导体的横截面积、材料有关。为启发引导学生设计实验，教师可把学生的猜想板书在黑板上：电阻的大小可能与导体的长度、横截面积、材料有关。教师：要研究电阻跟几个因素的关系，应当选用什么方法？（控制变量法）具体说明控制哪些量不变？改变什么量？通过什么办法可以比较出电阻的大小？在教师的启发下，学生结合自己桌面上的器材，经过思考讨论，设计出实验方案。学生按照设计的实验方案进行实验，最后分析归纳得出结论。关于“导体的电阻跟温度有关”，可通过演示实验得出结论。取废旧日光灯的灯丝或用细铁丝绕制的线圈，接入图12-1所示电路的M、N两端，用酒精灯缓缓地给灯丝加热，让学生观察加热前后小灯泡亮度的变化，由此判断电阻的变化，进而得出结论：导体的电阻跟温度有关。同时向学生说明：对大多数导体来说，温度越高，电阻越大。关于“几种导电材料的电阻”和“一些电器正常工作时的电阻”，目的是增加学生对电阻大小的感性认识，使所学知识与生活实际联系起来，不要求学生记忆有关数据。对于这两个表格，可以让学生阅读自学；为加强学生的印象，也可以由老师提出某材料或电器，学生查找对应的电阻值，或者让学生比较它们电阻的大小；也可以让学生结合表中数据，说说为什么前面图12-3中的实验用镍铬合金作滑线？导线为什么用铜丝？还可以再补充一些电阻值，以拓展学生的视野。电阻器关于定值电阻和电位器，可以收集一些实物照片，用多媒体展示、介绍。如果条件允许，最好能收集（或到电子元件商店购买）一些实物，课上分发给学生，让学生观察。也可以准备一些带有电位器的用电器，如收音机等，通过调节音量旋钮，改变其音量。对于电阻的符号，可在介绍了定值电阻之后告诉学生。作为练习，可以让学生画一个由电阻、开关、电源组成的电路图。变阻器的符号可在“活动2”中介绍。滑动变阻器的结构是本节教学的难点。对于“活动2”，可以让学生对照实物和教材图12-5及有关文字，观察、阅读、思考。通过活动2，应达到如下目的：⑴搞清楚滑动变阻器的结构：金属杆的电阻很小，其两端接线柱间的电阻值几乎为零，可以忽略不计；圆筒上缠绕的是表面涂有绝缘层的电阻丝，其阻值较大，标牌上所标的“50Ω”即指电阻丝两端接线柱间的电阻值；滑片可以在金属杆上左右移动，滑片的上部与金属杆相连，下端通过电阻丝的接触滑道（刮去绝缘层的部分）与电阻丝相连通。⑵了解滑动变阻器的原理：通过改变连入电路的电阻丝的长度来改变接入电路中电阻的大小。当把滑动变阻器的两个接线柱接入电路时（不要求不出现三个接线柱同时接入电路的情况），学生应能指出或画出电流的路径，知道电阻丝的哪部分被连入电路；当滑片向左或向右移动时，能判断出连入电路的电阻变大还是变小。为使教学更加直观，最好制作一个关于滑动变阻器的动画，当连入不同的接线柱时，动画能清楚地显示电流的路经。如果条件不允许，可以在黑板上画几个滑动变阻器图12-4的结构示意图，如图12-4所示，教师画出不同的连接方法，让学生用彩色粉笔描出电流的路径，判断移动滑片时电阻的变化情况。最后总结：将“A与D”、“A与C”、“B与C”或“B与D”两个接线柱分别接入电路时，能起到变阻作用；将“A与B”或“C与D”两个接线柱分别接入电路时，不能起到变阻的作用。图12-4⑶会画滑动变阻器的符号：学生知道了滑动变阻器的结构和原理，学习变阻器的符号就容易了。需要注意的是，有的学生虽然会画一个滑动变阻器的符号，但应用到具体电路图中却容易出错，所以应当结合一个完整的电路图，让学生练习滑动变阻器的画法。为培养学生的创新意识和能力，对于“活动2”，也可以采取“让学生自制变阻器”的方法开展教学：首先明确活动目的，即让学生利用电阻丝等器材自制一个能改变电阻大小的仪器，学生通过构思、实验、尝试、交流、改进，体会到发明创造的曲折和乐趣；然后让学生观察实验室实用的滑动变阻器，并与自己制作的变阻器对比，体会到滑动变阻器设计之巧妙（如将电阻丝绕在圆筒上等）。“活动3”的目的是让学生练习使用滑动变阻器，学生通过动手操作，学会滑动变阻器的连接、调节及判断电阻的变化，同时体会到成功的喜悦（当小灯泡的亮度发生变化时），激发学生的学习兴趣。学生活动时，教师要注意指导，培养学生形成良好的实验习惯。如：连接电路时，要断开开关，滑动变阻器的滑片要调到阻值最大的位置；调节滑片前，可先分析当向左或向右移动滑片时，电阻将如何变化，电流如何变化，然后通过实验检验自己的判断，或者先实验观察后分析原因，使理论分析与实践操作相结合。4．教学评价课堂测评1．生活中常用的导线通常是用铜或铝做的，你是否思考过：钢铁也是导体，而且价格便宜，为什么不用钢铁来做导线呢？2．人的皮肤干燥时，双手之间的电阻约为几千欧至几万欧，10kΩ＝Ω；我们平常说的绝缘体，其电阻一般应在1MΩ以上，1MΩ＝Ω。图12-53．实验室里某滑动变阻器名牌上标有“20Ω1A”的字样，它表示该变阻器电阻的变化范围是，1A表示的是该滑动变阻器。图12-54．在图12-5所示的电路中，滑动变阻器接入电路的电阻丝是段（用字母表示）。闭合开关，当滑动变阻器滑片P向左移动时，变阻器连入电路的电阻（选填“变大”“变小”或“不变”）。图12-65．如图12-6所示，当开关闭合后，用酒精灯对导线加热，电流表的读数会，这是因为导体的电阻与有关，酒精灯对导线加热时，导线的电阻（选填“变大”“变小”或“不变”）。图12-66．关于导体的电阻值，下列说法中正确的是（）A.粗细相同的两根导线，较长的导线电阻一定较大B.镍铬合金丝的电阻一定比铜丝的电阻大C.长短相同的两根导线，横截面积较小的那根电阻一定较大D.常温下同种材料制成的长短相同的两根导线，粗导线的电阻一定小7．如图12-7所示，滑动变阻器有A、B、C、D四个接线柱，将该变阻器与一个小灯泡串联后接入电路，通电后使滑片P向右移动，小灯泡逐渐变亮，下面4种接法中正确的是（）ABCD图12-7图12-88．电位器是变阻器的一种，它可以用来改变收音机的音量。小红买了一个电位器，如图12-8所示。如果把它与灯泡串联起来，利用它改变灯的亮度，请仔细观察，现想使滑动触头顺时针转动，灯泡变暗，下列连法正确的是（）图12-8A．连接A、CB．连接B、CC．连接A、BD．以上都不正确9．在做“研究导体的电阻跟哪些因素有关”的实验时，老师为同学们准备了以下几种电阻丝。导线代号ABCDEFG长度/m横截面积/mm2材料铁钨镍铬合金铁钨镍铬合金铝⑴为了研究导体的电阻与长度的关系，应选用导线C和（填写代号）进行实验；⑵为了研究导体的电阻与材料的关系，应选用两根导线进行实验比较；⑶如选用了A和D两根导线进行实验，则是为了研究导体的电阻与的关系。10．如图12-9所示，AC、EG分别为长度和粗细都相同的锰铜丝和镍铬合金丝，B、F分别