【妙解教材】2016秋人教九年級物理上冊教案：17.1電流與電壓和電阻的關(guān)系第十七章歐姆定律1．通過實驗探究，認(rèn)識影響電流大小的因素有電壓和電阻，知道導(dǎo)體中的電流與電壓、電阻的關(guān)系。2．能運用歐姆定律進行簡單的計算。3．知道用電流表和電壓表測電阻的實驗原理。4．會同時使用電壓表和電流表測量導(dǎo)體的電阻。5．能連接簡單的串、并聯(lián)電路。能說出生活、生產(chǎn)中采用串聯(lián)或并聯(lián)電路的實例。歐姆定律是電學(xué)中最主要的定律之一，是進一步學(xué)習(xí)知識和分析電路的基礎(chǔ)，是解決電學(xué)問題的關(guān)鍵，是初中物理學(xué)的重要內(nèi)容。本章內(nèi)容以歐姆定律為線索，從歐姆定律的探究展開學(xué)習(xí)，到歐姆定律在實際中的應(yīng)用結(jié)束。主要學(xué)習(xí)電流、電壓和電阻的關(guān)系，歐姆定律及其在串聯(lián)、并聯(lián)電路中的應(yīng)用，以及伏安法測電阻的簡單知識。本章是前面所學(xué)習(xí)的電路、電流、電壓、電阻的基礎(chǔ)，是對電學(xué)知識的進一步深化，又是后面學(xué)習(xí)電功率、電能、電磁轉(zhuǎn)換的基礎(chǔ)，具有承上啟下的作用。學(xué)生通過前面的學(xué)習(xí)，已經(jīng)具有了有關(guān)電路方面的一些基本知識，知道了電流、電壓、電阻的基本概念。對實驗探究方法有了一定的經(jīng)驗和體會，理論上已經(jīng)具備了接受歐姆定律的能力。但是，由于學(xué)生對生活、生產(chǎn)中應(yīng)用事例與理論知識聯(lián)系不是很好，在學(xué)習(xí)新知識時，缺少該環(huán)節(jié)的思維訓(xùn)練，在問題的應(yīng)用上，學(xué)生仍然習(xí)慣于傳統(tǒng)的認(rèn)識經(jīng)驗和思維習(xí)慣，這樣就形成了方法上的思維障礙，因此要加強學(xué)生的應(yīng)用能力的培養(yǎng)，提高學(xué)生解決實際問題的能力。1．在內(nèi)容上要緊緊抓住歐姆定律。本章規(guī)律的得出都是建立在觀察和實驗的基礎(chǔ)上，實驗多，公式多，計算題多，要讓學(xué)生在正確理解概念、定律的基礎(chǔ)上，正確分析電學(xué)問題。2．在研究方法上，主要運用探究實驗的方法。在探究中，要讓學(xué)生注意觀察現(xiàn)象，整理好實驗數(shù)據(jù)，進而總結(jié)基礎(chǔ)規(guī)律和原理，再利用這些規(guī)律和原理解決實際問題。3．在思想上，要注意理論聯(lián)系生活實際。通過歐姆定律的運用，加深對電流與電壓、電阻關(guān)系的認(rèn)識。第1節(jié)電流與電壓和電阻的關(guān)系教材在電流、電路、電壓、電阻等知識的基礎(chǔ)上，推斷出電流與電壓、電阻的定性關(guān)系，給實驗結(jié)果做了鋪墊，不致使學(xué)生感到突然；同時使學(xué)生對將要探究的問題產(chǎn)生強烈的興趣，在此基礎(chǔ)上就可以引出“探究電流與電壓、電阻會不會有定量關(guān)系”的這個問題，進而自然轉(zhuǎn)入實驗的設(shè)計。教材對電流與電阻的關(guān)系的處理，不是運用控制變量法，而是在探究電流與電壓關(guān)系的實驗中，更換不同的電阻得出數(shù)據(jù)，一方面降低了實驗難度，另一方面培養(yǎng)學(xué)生靈活分析數(shù)據(jù)的能力，培養(yǎng)創(chuàng)新意識，教學(xué)中也可以在完成教材實驗后單獨作為探究實驗進行。歐姆定律是電學(xué)中的基本定律，是進一步學(xué)習(xí)電學(xué)知識和分析電路的基礎(chǔ)，是本章的重點。本節(jié)要求學(xué)生通過探究活動得出電流與電壓的關(guān)系，從而更進一步體驗科學(xué)探究的方法。創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的“探究電流跟電壓、電阻的關(guān)系”的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)猜想、設(shè)計實驗、設(shè)計實驗表格、分析論證、感悟科學(xué)方法，注重學(xué)生的理論聯(lián)系實際能力；更關(guān)注學(xué)生的科學(xué)探究能力的提高。本節(jié)綜合性強，要用到電路、電流、電壓和電阻的概念，涉及電流表、電壓表和滑動變阻器的使用等技能。關(guān)鍵的是實驗設(shè)計和數(shù)據(jù)分析，實驗操作難度比較大，要注意的細節(jié)多，教學(xué)中應(yīng)通過充分的交流和評估，讓每個學(xué)生都能在科學(xué)素養(yǎng)上有所提高。知識與技能1．通過實驗探究電流、電壓和電阻之間的關(guān)系。2．使學(xué)生懂得同時使用電流表和電壓表測量一段導(dǎo)體兩端的電壓和電流。3．會用滑動變阻器改變部分電路兩端的電壓。過程與方法1．通過實驗探究電流、電壓、電阻的關(guān)系，學(xué)會用“控制變量”來研究物理問題的科學(xué)方法。2．通過在科學(xué)探究中經(jīng)歷與科學(xué)家進行科學(xué)探究的相似過程，學(xué)會科學(xué)探究的方法，培養(yǎng)初步的科學(xué)探究能力。情感、態(tài)度與價值觀1．通過學(xué)生的科學(xué)探究活動，形成尊重事實、探究真理的科學(xué)態(tài)度。2．在學(xué)習(xí)知識與技能的同時，體驗科學(xué)探究的樂趣和方法，領(lǐng)悟科學(xué)的思想和精神。3．在同學(xué)們共同的探究活動中培養(yǎng)同學(xué)之間的協(xié)作意識。重點通過實驗探究電流、電壓、電阻之間的系。難點引導(dǎo)學(xué)生在探究過程中認(rèn)真觀察、仔細分析，并得出真實、科學(xué)的結(jié)論。探究法、實驗法、觀察法。一、新課引入師：通過前面的學(xué)習(xí)，同學(xué)們基本了解了電路、電流、電壓、電阻的概念，今天請同學(xué)們先看一組實驗。[演示]小燈泡和電池、開關(guān)組成串聯(lián)電路。演示1：分別用一節(jié)干電池和兩節(jié)干電池與2.5V小燈泡串聯(lián)，觀察小燈泡的發(fā)光情況。演示2：兩節(jié)干電池和6.3V的小燈泡串聯(lián)發(fā)光，觀察小燈泡的發(fā)光情況。師：我們發(fā)現(xiàn)，同一個燈泡，用兩節(jié)電池比一節(jié)電池時亮，同時同樣兩節(jié)電池，2.5V小燈泡比6.3V的小燈泡亮，那么，燈有時亮些，有時暗些，說明什么？生：可能是電流不同，電流大，應(yīng)該亮一些。師：差不多是這樣。那這2次實驗說明通過燈泡的電流各不相同，同學(xué)們考慮一下，2次實驗中電流為什么不同呢？還有什么方法可以改變燈泡的亮度？生：可以改變電源電壓，也可以用滑動變阻器改變燈泡的亮度。師：好，今天我們就來研究電阻中的電流與哪些因素有關(guān)，如何改變電路中的電流。二、新課教學(xué)師：根據(jù)同學(xué)們對電阻、電壓、電流的學(xué)習(xí)，你可以大膽地猜測一下它們之間的關(guān)系是什么嗎？生：電壓越大，電流越大；電阻越大，電流越小。生：……教師列出學(xué)生所有的猜想，根據(jù)已學(xué)知識、生活經(jīng)驗進行分析判斷，得到要探究的因素：電壓、電阻。(教師示范從電流、電壓、電阻的概念去分析判斷)[探究]電阻上的電流跟電壓的關(guān)系。師：我們要探究電阻上電流跟電壓的關(guān)系，必須要經(jīng)歷哪些過程呢？生：首先要設(shè)計實驗，然后進行實驗和收集證據(jù)，再對實驗數(shù)據(jù)進行分析和論證，得出一般的結(jié)論，最后進行評估。師：電流可能與電壓、電阻有關(guān)，剛才我們猜測它們的關(guān)系可能是：電壓越大，電流越大；電阻越大，電流越小。接下來，我們應(yīng)該設(shè)法驗證這個猜想了，哪位同學(xué)說說應(yīng)該怎樣驗證？生：可以分為兩步，首先保持電阻不變，改變電阻兩端的電壓，找出電流與電壓的關(guān)系，然后，保持電壓不變，改變電阻，找出電流與電阻的關(guān)系。師：很好，這是一種什么方法？生：控制變量法。師：下面請大家先設(shè)計好方案。等一會兒，我們先交流方案，再進行具體實驗探究。要求要有設(shè)計原理(方法)說明，實驗電路圖、實驗步驟、實驗數(shù)據(jù)表格。(學(xué)生設(shè)計方案，教師巡視指導(dǎo))選擇方案交流。交流評價方案。[投影]探究報告[題目]探究電阻、電壓、電流三者的關(guān)系[猜想和假設(shè)]1．電流和電阻成反比；2．電流和電壓成正比。[設(shè)計實驗](一)設(shè)計思想把定值電阻連入電路，用電流表測出電路中的電流值，用電壓表測出定值電阻兩端的電壓，就可以知道電阻、電壓、電流的數(shù)量關(guān)系，換用不同阻值的定值電阻及改變干電池組電池的節(jié)數(shù)進行多次測量，就能得出電阻、電壓、電流關(guān)系的一般規(guī)律。(二)實驗電路根據(jù)實驗思想，畫出如下電路圖：(三)實驗數(shù)據(jù)表格實驗次數(shù)電阻R(Ω)電壓U(V)電流I(A)123456(四)實驗器材根據(jù)實驗思想及所畫電路圖，選擇如下器材：電池組、定值電阻(三個不同阻值)、電流表、電壓表、開關(guān)各一個，導(dǎo)線若干。[進行實驗]步驟一：按設(shè)計好的電路圖正確連接實驗電路。注意開關(guān)斷開。步驟二：先保持電池組的電池節(jié)數(shù)不變，分別將5Ω、10Ω、15Ω的定值電阻接入電路，合上開關(guān)，讀出電壓表和電流表的讀數(shù)，將數(shù)據(jù)依次填入第一、二、三次測量數(shù)據(jù)表中。步驟三：保持定值電阻不變，改變電池組電池節(jié)數(shù)(分別為1節(jié)、2節(jié)、3節(jié))，合上開關(guān)，分別讀取三次電流表、電壓表的數(shù)值，依次填入第四、五、六次測量數(shù)據(jù)表中。[方案交流]師：請大家對照這一組同學(xué)的方案，提出自己的看法。生：我們設(shè)計的電路是這樣的(用投影展示)，也能得出和他們相同的結(jié)果，但是我認(rèn)為我們組設(shè)計的電路比他們的更好一些。(投影展示)師：能不能說說你們的設(shè)計為什么好，好在哪里？生：他們的設(shè)計操作起來麻煩：每測一組數(shù)據(jù)，就得改變一次電源，就要重新連接一次電路，很容易出錯，我們增加了一個滑動變阻器，不用改變電源，利用滑動變阻器就可以方便地改變電阻兩端的電壓。師：好，前面的設(shè)計從原理上來說，是可以的，但是要多次連接電路，同時還要測量電池的電壓，還容易造成電流表超過量程，所以我也覺得使用滑動變阻器方便、準(zhǔn)確一點。同學(xué)們，還有什么其他問題嗎？生：我有一個問題，實驗時電壓表是必須并聯(lián)在電阻兩端，電流表一定要串聯(lián)在電路中。是先用電流表和電阻串聯(lián)，電壓表接在電阻和電流表兩端，還是電壓表先并聯(lián)在電阻兩端，電流表再串聯(lián)。(教師可讓學(xué)生畫圖說明)這樣測出的結(jié)果沒有差別嗎？師：這位同學(xué)觀察得非常仔細。對于這樣的問題同學(xué)們可以先大膽猜測，在下節(jié)內(nèi)容的探究實驗中驗證你的猜測。這次實驗兩種接法都可以。如果沒有其他問題，可以根據(jù)修改的方案進行實驗了，注意電表的連接。(學(xué)生實驗，教師巡視指導(dǎo))選擇實驗數(shù)據(jù)。交流評價。[投影][實驗數(shù)據(jù)]實驗次數(shù)電阻R(Ω)電壓U(V)電流I(A)151.00.2251.50.28352.00.42452.50.55102.50.256202.50.13[分析和論證]分析由實驗得到的數(shù)據(jù)：1．在圖中作出圖象，先確定縱坐標(biāo)和橫坐標(biāo)的標(biāo)度，再描點，然后用一條平滑曲線連接數(shù)據(jù)點，使數(shù)據(jù)點平均分布在線條的兩側(cè)。發(fā)現(xiàn)電阻不變時，電流與電壓成正比；電壓不變時，電流與電阻成反比。2．第1、2、3、4次測量中，電阻的阻值不變，隨著電壓的改變，電壓表指示數(shù)值幾乎成倍地增加，電流表的示數(shù)也幾乎成倍地增大，并且和電壓增大的倍數(shù)相同，每次電壓除以電流的值都近似等于電阻的值。3．第4、5、6次測量中電壓基本不變，電流隨著接入電阻值的增大而減小，但每次電流值和電阻值的乘積都近似等于電壓值，甚至有一次完全相同。綜合以上分析結(jié)果，可以得到結(jié)論，我們的猜測是正確的。電流I，電阻R，電壓U的關(guān)系是：電壓一定時，電阻越大，電流越小，電流與電阻成反比；電阻一定時，電壓越大，電流越大，電流與電壓成正比。[評估]師：從實驗的過程和結(jié)果看，盡管數(shù)據(jù)之間不是完全吻合，但基本能反映規(guī)律，所以測得的數(shù)據(jù)和結(jié)論是基本可靠的。大家談?wù)剬嶒炛杏惺裁窗l(fā)現(xiàn)、感想、失誤或者教訓(xùn)。生1：我學(xué)到了研究方法，有的組先固定電壓測電流，比較電流和電阻關(guān)系；有的組先固定電阻測電壓和電流，比較電流和電壓關(guān)系。生2：實驗中應(yīng)該細心，閉合開關(guān)前，變阻器的滑片應(yīng)該在阻值最大處，電表量程要用試觸法選擇。師：在電流、電壓、電阻三個量中，我們先限制其中一個量不變，來討論余下兩個量的關(guān)系；然后再限制另一個量不變，研究剩下兩個量的關(guān)系，這就叫“控制變量”法，在以后的探究活動中即使遇到更多的物理量，同學(xué)們也可以嘗試用控制變量法來研究，這樣處理可以把一個多因素的問題轉(zhuǎn)變成一個單因素的問題來研究，可以為我們研究問題帶來許多的方便。課后，同學(xué)們可以進行更充分的探討、交流，互相取長補短，完善自己的探究報告。三、典型例題例1在做研究電流與電壓、電阻間關(guān)系的實驗時，有如下數(shù)據(jù)：表1用電阻R1＝5Ω實驗時的記錄電壓(V)246電流(A)0.40.81.2表2用電阻R2＝10Ω實驗時的記錄電壓(V)246電流(A)0.20.40.6試回答，由表1和表2的數(shù)據(jù)，可以得出哪些結(jié)論？[解析]從表1(或表2)的實驗數(shù)據(jù)中可見，電阻保持5Ω不變，導(dǎo)體兩端的電壓從2V增大到4V、6V時，通過導(dǎo)體的電流相應(yīng)地從0.4A增大到0.8A、1.2A，由此可以看出，電阻保持不變時，導(dǎo)體中的電流隨導(dǎo)體兩端的電壓的增大而增大，導(dǎo)體兩端的電壓增大幾倍，電流就增大幾倍。比較表1和表2中第1組實驗數(shù)據(jù)可見，兩次電壓保持2V不變，導(dǎo)體的電阻從5Ω增大為10Ω，通過導(dǎo)體的電流相應(yīng)地從0.4A減小為0.2A，即電壓保持不變時，導(dǎo)體中的電流隨導(dǎo)體的電阻的增大而減小，導(dǎo)體的電阻增大幾倍，電流就減小幾倍。[答案]當(dāng)導(dǎo)體的電阻保持不變時，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比；當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓保持不變時，導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體的電阻成反比。[說明]從兩表的數(shù)據(jù)中還可以看出這樣的特點：對同一組實驗，導(dǎo)體兩端的電壓U和導(dǎo)體中的電流I的比值U/I保持不變，即用同一電阻做實驗時，電壓和電流的比值是一個常數(shù)。這反映了導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓及導(dǎo)體中的電流無關(guān)，導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。例2一段導(dǎo)體兩端電壓為2伏時，電流為0.1安，當(dāng)它兩端電壓為8伏時，電流為多少？你能想到幾種方法？[解析]方法1：同樣的一段導(dǎo)體，所以電阻不變。由U＝2V，I＝0.1A，R＝U/I＝2V/0.1A＝20Ω；電阻不變，由U＝8V，R＝20Ω，得出I＝U/R＝8V/20Ω＝0.4A。方法2：同樣的一段導(dǎo)體，所以電阻不變。所以R＝eq\f(U1,I1)＝eq\f(U2,I2)，也就是eq\f(U1,I1)＝eq\f(U2,I2)。所以當(dāng)電壓是8V時，也就是電壓變成原來的4倍，所以電流也是原來的4倍，I2＝0.4A?；蛘哂蒭q\f(U1,I1)＝eq\f(U2,I2)可以得出：I2＝U2·eq\f(I1,U1)＝8V×eq\f(0.1A,2V)＝0.4A。[答案]0.4A四、課堂小結(jié)同學(xué)們一起來小結(jié)本節(jié)內(nèi)容。這節(jié)課我們學(xué)會了用電流表和電壓表測量一段導(dǎo)體兩端的電壓和流過導(dǎo)體的電流，通過實驗探究了定值電阻的電流和電壓