高中物理人教版1第二章恒定電流第3節(jié)歐姆定律 全國一等獎

歐姆定津一、設(shè)計思想《歐姆定律》是高中物理選修3-1第二章恒定電流第三節(jié)的內(nèi)容，本節(jié)內(nèi)容涉及兩個問題。一是歐姆定律，二是導(dǎo)體的伏安特性曲線。其中歐姆定律是實驗定律，這一塊內(nèi)容學(xué)生在初中階段已經(jīng)學(xué)過，但高中階段對學(xué)生能力的培養(yǎng)提出了更高的要求。主要體現(xiàn)在讓學(xué)生體驗和領(lǐng)會科學(xué)的實驗方法以及提高實驗動手能力。因此基于這樣的要求，對于教材中給予安排的演示實驗---歐姆定律---將改成學(xué)生探究實驗，使學(xué)生經(jīng)歷：引出問題---猜想---設(shè)計實驗電路---評價實驗設(shè)計(教師的引導(dǎo))---確定最佳方案---實驗驗證(學(xué)生協(xié)作)---獲取實驗數(shù)據(jù)---實驗處理數(shù)據(jù)（用列表對比和圖象法進(jìn)行探究）---得出規(guī)律。這樣使學(xué)生在實驗探究中體驗科學(xué)探究的過程，從中體現(xiàn)了新課程物理課堂以實驗為基礎(chǔ)，學(xué)生“自主、合作、探究”學(xué)習(xí)的理念。對導(dǎo)體的伏安特性曲線的研究，安排了測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗，這是一個研究性學(xué)生實驗，是在歐姆定律實驗的基礎(chǔ)上，要求學(xué)生通過實驗采集數(shù)據(jù)，學(xué)會描繪伏安特性曲線，發(fā)現(xiàn)非線性的特征，并分析其主要原因，使學(xué)生對歐姆定律的認(rèn)識更加深化，從而提高解決問題的能力。《歐姆定律》教學(xué)設(shè)計具有以下幾個特色：（1）充分挖掘可調(diào)式臺燈中所蘊含的物理知識，使學(xué)生通過親自動手實驗進(jìn)一步認(rèn)識了臺燈中的物理規(guī)律。首先以可調(diào)臺燈為實例創(chuàng)設(shè)情境，引出課題，展開歐姆定律的實驗探究，然后又通過臺燈電路的設(shè)計進(jìn)一步理解歐姆定律，最后通過研究燈泡的伏安特性曲線，使日常生活的臺燈貫穿整個教學(xué)過程，使教學(xué)更加貼近生活實際。（2）在歐姆定律和測繪燈泡的伏安特性曲線實驗探究中經(jīng)歷科學(xué)探究的過程，使學(xué)生在體驗中學(xué)習(xí)和領(lǐng)悟科學(xué)方法和科學(xué)思想（3）多媒體輔助教學(xué)在物理教學(xué)中的有效應(yīng)用。主要采用仿真物理實驗對學(xué)生進(jìn)行實驗規(guī)范操作，并且很好的突破難點---分壓式接法。另外還采用excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。本節(jié)課在全章中的作用和地位也是重要的，它一方面起到復(fù)習(xí)初中知識的作用，另一方面為學(xué)習(xí)閉合電路歐姆定律奠定基礎(chǔ)．本節(jié)課分析實驗數(shù)據(jù)的兩種基本方法，也將在后續(xù)課程中多次應(yīng)用．因此也可以說，本節(jié)課是后續(xù)課程的知識準(zhǔn)備階段．二、教學(xué)目標(biāo)一、知識與技能1、在實驗探究中，掌握歐姆定律，在簡單電路中會運用歐姆定律進(jìn)行分析。2、在U-I圖象中，會分析電壓與電流的正比關(guān)系，進(jìn)一步理解用比值定義法定義電阻的概念。3、通過測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗，學(xué)會用描點法繪制伏安特性曲線；通過比較加深對線性元件和非線性元件的感性認(rèn)識。二、過程與方法通過實驗和合作，掌握科學(xué)研究中的常用方法──控制變量方法。經(jīng)歷探究實驗過程，學(xué)會利用列表和圖象法處理、分析和討論實驗數(shù)據(jù)，總結(jié)實驗規(guī)律的方法。三、情感、態(tài)度與價值觀體會可調(diào)式臺燈中所蘊含的物理知識，通過親自動手實驗進(jìn)一步認(rèn)識了臺燈中的物理規(guī)律，提高學(xué)生的興趣，感受到物理貼近生活實際。體驗歐姆定律探究實驗過程，領(lǐng)會科學(xué)探究實驗的使過程。五、重點難點重點：1、電阻：利用U-I圖象分析以理解電阻是反映導(dǎo)體本身的性質(zhì)。2、歐姆定律：它是閉合電路歐姆定律的基礎(chǔ)，更是整個電學(xué)的基礎(chǔ)。通過實驗探究親自體驗知識的學(xué)習(xí)過程，也是本節(jié)課的核心內(nèi)容。3、伏安特性曲線：通過對小燈泡伏安特性曲線的研究，可以深入理解歐姆定律及其適用條件，感性認(rèn)識線性元件和非線性元件。難點：1、比值法定義電阻，由于學(xué)生缺乏較多的感性認(rèn)識，從數(shù)學(xué)上的恒定比值到理解其物理意義并進(jìn)而認(rèn)識其代表一個新的物理量，還是存在著不小的思維臺階和思維難度．2、電阻的定義式和歐姆定律表達(dá)式的區(qū)別，從數(shù)學(xué)角度看只不過略有變形，但它們卻具有完全不同的物理意義．有些學(xué)生常將兩種表達(dá)式相混，對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清，要注意提醒和糾正．3、實驗的電路采用了分壓式接法，是一個難點，本節(jié)課通過學(xué)生討論分壓式的優(yōu)勢以及與限流式的比較，再結(jié)合仿真物理實驗式進(jìn)行模擬使學(xué)生理解分壓式接法的目的。六、教學(xué)策略與手段（1）本節(jié)課由可調(diào)式臺燈引入課題，創(chuàng)建一個物理貼近生活實例，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，通過探究實驗總結(jié)規(guī)律，體驗科學(xué)探究過程；然后在課堂拓展中，又通過讓學(xué)生畫出臺燈的簡易電路圖，運用歐姆定律解釋原因；最后測繪燈泡的伏安特性曲線，感性認(rèn)識線性元件和非線性元件。（2）在進(jìn)行歐姆定律實驗時，組織學(xué)生2人為一小組進(jìn)行實驗研究（兩種阻值不同的固定電阻），創(chuàng)建一個探究、合作學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境。（3）采用多媒體進(jìn)行輔助教學(xué)，應(yīng)用仿真物理實驗室不僅用于進(jìn)行實驗規(guī)范操作，同時突破難點，另外用excel進(jìn)行實驗數(shù)據(jù)處理。七、課前準(zhǔn)備學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備學(xué)生的學(xué)習(xí)準(zhǔn)備概括成生理機(jī)能、智力、情趣、社會性、學(xué)習(xí)策略、知識基礎(chǔ)等六個方面。電學(xué)知識比較貼近生活實際，歐姆定律應(yīng)用廣泛，更能增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。在初中學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過歐姆定律的有關(guān)內(nèi)容，但只是初步學(xué)習(xí)，而高中要求提高了，對于歐姆定律的學(xué)習(xí)主要側(cè)重在科學(xué)的實驗方法和數(shù)據(jù)處理等科學(xué)思想方法，即知識學(xué)習(xí)的過程。因此對于本節(jié)課的學(xué)習(xí)，通過設(shè)計問題，讓學(xué)生進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，安排了學(xué)生實驗，讓學(xué)生在真實的體驗中，學(xué)習(xí)知識和科學(xué)的思想方法，以提高能力，同時也為深入學(xué)習(xí)電學(xué)奠定基礎(chǔ)。教師的教學(xué)準(zhǔn)備教師應(yīng)當(dāng)具備“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念以及建構(gòu)主義理論，結(jié)合本節(jié)課的教材內(nèi)容以及學(xué)生已有的認(rèn)識水平來設(shè)計教學(xué)案例，多媒體教學(xué)課件，excel數(shù)據(jù)處理軟件，學(xué)生實驗設(shè)計和實驗報告表。教學(xué)環(huán)境的設(shè)計與布置本節(jié)課一開始利用可調(diào)式臺燈引入課題，創(chuàng)建一個物理貼近生活實例，使學(xué)生產(chǎn)生學(xué)習(xí)的興趣，然后又通過讓學(xué)生畫出臺燈的簡易電路圖，分析電流的變化原因。最后，通過實驗探究小燈泡的伏安特性曲線，并分析其中的原因，使課堂教學(xué)前呼后應(yīng)。對歐姆定律和小燈泡的伏安特性曲線這兩個實驗，安排梯度，有利于比較和提高。第一個實驗組織學(xué)生2人為一小組進(jìn)行實驗研究（兩種阻值不同的固定電阻）。第二個實驗是研究性小實驗，要求學(xué)生通過實驗自己發(fā)現(xiàn)問題和分析問題，是對歐姆定律的進(jìn)一步研究學(xué)習(xí)，為學(xué)生創(chuàng)建一個探究、合作學(xué)習(xí)的教學(xué)環(huán)境。教學(xué)用具的設(shè)計和準(zhǔn)備（1）可調(diào)式臺燈一盞，調(diào)節(jié)臺燈，讓學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，通過提問臺燈為什么亮和亮度為什么發(fā)生明暗變化，引入課題。（2）學(xué)生實驗用來研究歐姆定律和測繪小燈泡的伏安特性曲線。實驗儀器有干電池2節(jié)，電壓表，電流表，滑動變阻器，導(dǎo)線若干，開關(guān)，待測電阻（兩種固定電阻和燈泡）．（3）創(chuàng)建仿真物理實驗室電學(xué)實驗平臺，用于演示電學(xué)實驗的規(guī)范操作和演示分壓式接法，可視性大大提高。（4）設(shè)計一張實驗報告單，便于學(xué)生進(jìn)行實驗研究。八、教學(xué)過程（－）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課教師活動：給學(xué)生展示一盞臺燈，將臺燈插頭插入電源，但發(fā)現(xiàn)沒有亮；調(diào)節(jié)開關(guān)，要求觀察看到的現(xiàn)象，并說明原因。問題1：如何才能讓臺燈亮起來呢？臺燈為什么會出現(xiàn)明暗變化？教師活動：總結(jié)學(xué)生的回答之后，引出這節(jié)課要要研究的課題“電流的大小與什么因素有關(guān)？”（點評：利用可調(diào)式臺燈引入課題，一方面使物理更貼近生活，使學(xué)生產(chǎn)生興趣。另一方面通過研究這盞臺燈的工作原理以及物理規(guī)律，可以也很好的切入本節(jié)課的重點，貫穿課堂始終。）（二）探究歐姆定律1、從現(xiàn)象出發(fā)，進(jìn)行猜想通過特定導(dǎo)體的電流的大小與什么因素有關(guān)？學(xué)生提出猜想：導(dǎo)體兩端的電壓與導(dǎo)體電阻。教師對所提出的猜想進(jìn)一步要求學(xué)生思考：如何由實驗得到電流和電壓與電阻的關(guān)系呢？對一特定的導(dǎo)體，通過該導(dǎo)體的電流與電壓有什么關(guān)系？要求學(xué)生猜想。（旨在由學(xué)生給出科學(xué)的研究一個物理量與兩個物理量之間的關(guān)系的實驗方法---控制變量法。）2、實驗設(shè)計，進(jìn)行評價教師活動：展示仿真物理實驗室平臺，介紹實驗儀器，要求學(xué)生根據(jù)給出的實驗儀器，結(jié)合實驗要求（電壓的取值盡可能大）設(shè)計“研究通過特定導(dǎo)體的電流與其兩端電壓關(guān)系”的電路圖，并說出實驗設(shè)想。圖1圖2學(xué)生活動：設(shè)計實驗電路圖，并要求學(xué)生代表上臺匯報設(shè)計的電路圖以及說明實驗設(shè)想，并將所設(shè)計的電路畫在黑板以便交流。一般學(xué)生都能設(shè)計如圖1的電路，少數(shù)學(xué)生可能與教材中提供的實驗電路如圖2相同。圖1圖2教師活動：在仿真物理實驗室平臺，按照圖2進(jìn)行電路連接，并請學(xué)生觀察電表的正負(fù)接線柱的接法，以及滑動變阻器的初始位置，以規(guī)范操作。對程度好的學(xué)生提出較高的要求，即引導(dǎo)學(xué)生思考滑動變阻器所采用的分壓器方式的接法與歐姆定律實驗的限流式接法進(jìn)行分析、比較，提高學(xué)生電路分析和設(shè)計的能力，也可以討論分壓接法對采集數(shù)據(jù)的好處等。并可在仿真物理實驗室里，演示滑動變阻器觸頭c從a到b時觀察電壓的變化范圍（從0開始逐漸增大到接近額定電壓）。（通過仿真物理實驗室即可以規(guī)范操作，又可以比較兩種電路，以突破滑動變阻器采用分壓式接法的優(yōu)勢---可以使電壓在大范圍內(nèi)變化。）3、進(jìn)行實驗，驗證猜想圖3學(xué)生實驗：研究定值電阻兩端的電壓與電流的關(guān)系。根據(jù)圖2，由2位學(xué)生為一組進(jìn)行合作，全班分成兩大組分別測量兩種阻值不同的電阻，要求學(xué)生完成實驗，收集數(shù)據(jù)至少5組，處理數(shù)據(jù)，并完成實驗報告表。圖3學(xué)生對數(shù)據(jù)處理時思考：（1）、從實驗數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？（2）、是否有更直觀的方法反映電流與電壓的關(guān)系？4、處理實驗數(shù)據(jù)教師活動：啟發(fā)學(xué)生思考物理與數(shù)學(xué)的聯(lián)系．與數(shù)學(xué)中函數(shù)圖象進(jìn)行類比，把所得數(shù)據(jù)描繪在I-U直角坐標(biāo)系中，確定I和U之間的函數(shù)關(guān)系．學(xué)生活動：其中兩小組同學(xué)（測量不同阻值的固定電阻）把數(shù)據(jù)輸入圖3的excel軟件表格中。）其他學(xué)生在實驗表格中繪制I-U圖象。I1I2I1I2圖4要求學(xué)生觀察這些點所在圖象是一條什么曲線？教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)規(guī)律：由圖象可知，對于特定的導(dǎo)體，導(dǎo)體中電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比，I∝U，或者I=KU。（通過列表法和圖象法來處理數(shù)據(jù)的比較，使學(xué)生體會到一種直觀研究兩個物理量之間的關(guān)系的有效方法。）5、概念教學(xué)----電阻教師活動：引導(dǎo)討論對于不同的導(dǎo)體，圖象斜率是不同的。并比較1、2兩個導(dǎo)體，在相同電壓下，兩導(dǎo)體電流分別為I1、I2，I1>I2，導(dǎo)體2對電流阻礙作用比導(dǎo)體1大，由I1=k1U1，I2=k2U2,則k1>k2。由此可知，k的倒數(shù)反映了導(dǎo)體對電流的阻礙作用。對于同一導(dǎo)體，不管電流、電壓怎樣變化，電壓跟電流的比值都是一個常數(shù)，也就是說1/k是一個不變的量，若用一個物理量來描述導(dǎo)體對電流的阻礙作用，用R=1/k；I=U/(1/k)=U/R，R稱為電阻．由以上可若知，導(dǎo)體1的電阻小于導(dǎo)體2的電阻，相同電壓下則有I1>I2。（通過引導(dǎo)學(xué)生對圖象的分析，提高學(xué)生圖象分析問題的能力）電阻定義：導(dǎo)體兩端電壓與通過導(dǎo)體電流的比值，叫做這段導(dǎo)體的電阻。定義式：R=U/I說明：①對于給定導(dǎo)體，R一定，不存在R與U成正比，與I成反比的關(guān)系。②在這里利用比值定義法來定義電阻，但電阻的大小與U和I無關(guān)。與電阻定義方法相類似的還有電場強(qiáng)度、密度等。單位：電壓單位用伏特（V），電流單位用安培（A），電阻單位用歐姆，符號Ω，且lΩ=1V／A常用單位：1kΩ=1000Ω；1MΩ=Ω教師活動：引導(dǎo)思考1Ω的物理意義是什么？學(xué)生活動：如果在某段導(dǎo)體的兩端加上1V的電壓，通過導(dǎo)體的電流是1A，這段導(dǎo)體的電阻就是1Ω。所以1Ω=1V/A教師引導(dǎo)學(xué)生實驗總結(jié)：對于特定的導(dǎo)體，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端電壓成正比；對于不同的導(dǎo)體，在相同的電壓下，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。這就是著名的德國物理學(xué)家歐姆提出的歐姆定律。6、規(guī)律教學(xué)---歐姆定律教師活動：介紹歐姆定律的由來。德國物理學(xué)家歐姆最早花了10年的時間用實驗研究了電流跟電壓、電阻的關(guān)系，后人將這個定律以他的名字來命名。歐姆定律內(nèi)容：導(dǎo)體中電流強(qiáng)度跟它兩端電壓成正比，跟它的電阻成反比．表達(dá)式：I=U/R注意：式子中的三個量U、I、R必須對應(yīng)著同一個研究對象大量實驗表明，歐姆定律適用于純電阻電路（金屬、電解液等）．教師總結(jié)：科學(xué)實驗研究過程：提出問題—提出設(shè)想—設(shè)計電路—實驗驗證—數(shù)據(jù)處理—總結(jié)規(guī)律。（讓學(xué)生經(jīng)歷了一次科學(xué)實驗的探究過程，在體驗中領(lǐng)會科學(xué)實驗方法和科學(xué)思想，從而更好的理解規(guī)律。）擴(kuò)展：要求學(xué)生畫出臺燈的簡易電路原理圖，并分析亮度發(fā)生明暗變化的原因。（歐姆定律的應(yīng)用）三、伏安特性曲線1）線性元件教師活動：結(jié)合實驗中得出的導(dǎo)體I-U圖象。定義：在實際應(yīng)用中，常用縱坐標(biāo)表示電流I、橫坐標(biāo)表示電壓U，這樣畫出的I-U圖象叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線?？偨Y(jié)：符合歐姆定律的導(dǎo)體的伏安特性曲線是一條通過坐標(biāo)原點的傾斜直線，具有這種伏安特性的電學(xué)元件叫做線性元件。引導(dǎo)學(xué)生：進(jìn)一步來了解臺燈是否是線性元件？就從研究燈泡的伏安特性曲線是開始，燈泡的伏安特性曲線怎樣？2）非線性元件學(xué)生實驗：將歐姆定律實驗電路中的定阻電阻換成小燈泡，由2人一組用小燈泡代替原來的電阻，其它儀器不變，按照如下圖所示的電路連接電路。改變電壓和電流，讀出電壓值和相應(yīng)的電流值。引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計表格并進(jìn)行處理數(shù)據(jù)，最后在坐標(biāo)紙上將表格中的數(shù)據(jù)用描點法畫出I-U圖象。U/V0I/A0學(xué)生思考并討論：在自己得到的曲線中有什么新的發(fā)現(xiàn)？怎樣解釋這個發(fā)現(xiàn)？（旨在引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)問題，并自己解決問題）教師活動：將學(xué)生的數(shù)據(jù)輸入電腦，利用excel軟件中繪制燈泡的I-U圖象。學(xué)生活動：1、燈泡的伏安特性曲線不是直線。2、由于電壓、電流的不同，使燈泡燈絲的溫度不同，電阻也不同，造成I-U圖象的斜率不同。在燈泡兩端電壓在額定電壓附近變化（小燈泡接近正常發(fā)光）時，曲線的斜率幾乎不變，也就是說，燈絲的電阻變化很小，我們在一般計算時也可以忽略這個變化。教師總結(jié)：實際生活中，那些不符合歐姆定律的導(dǎo)體和器件，電流和電壓不成正比，伏安特性曲線不是直線，這種電學(xué)元件叫做非線性元件。舉例二極管、氣態(tài)導(dǎo)體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）、發(fā)動機(jī)和半導(dǎo)體元件等。（點評：通過實驗使學(xué)生感性認(rèn)識什么是伏安特性曲線以及非伏安特性曲線。測繪小燈泡的伏安特性曲線是一個研究性學(xué)生實驗。學(xué)生通過實驗采集數(shù)據(jù)，描繪伏安特性曲線，據(jù)此自己發(fā)現(xiàn)其非線性的特征，并分析其主要原因。教師通過引導(dǎo)學(xué)生思考，給學(xué)生多一點思維