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第17章 欧姆定律
第1节 电流与电压、电阻的关系
新课导入
方式 【问题导入】
如图17-1-1所示的电路中,当通过增加电池的节数来增加定值电阻两端的电压时,我们会发现通过定值电阻的电流增大。另外,通过前面的学习我们知道:电阻表示导体对电流的阻碍作用,当电压一定时,电阻越大,电流越小。通过导体的电流与加在它两端的电压及导体的电阻之间存在怎样的定量关系呢 你有怎样的猜想
图17-1-1
过渡语:我们可以通过实验来寻找三者之间的关系。电压、电阻的改变都会引起电流的变化。今天,我们来一起探究电流与电压、电阻的关系。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
增加对比实验——用学生电源探究电流与电压、电阻的关系
在学生经历了教材中探究电流与电压、电阻的关系实验后,可以及时展示学生电源,让学生用学生电源(可以改变输出电压)和若干定值电阻,探究电流与电压、电阻的关系。
[实验一] 在探究电阻一定时电流和电压的关系时,将学生电源、开关、电流表、定值电阻(10 Ω)串联,把电源电压直接加到定值电阻的两端,调节电源的电压,使电压成倍增加,如分别调到1 V、2 V、3 V,同时读出相应的电流值。
对于该实验,学生可以从简单的实验数据中得到:当电阻不变时,电路两端的电压增大为原来的几倍,电路中的电流也增大为原来的几倍。由数学知识,学生很容易得出结论一:当电阻一定时,电流与电压成正比。
[实验二] 在探究电压一定时电流与电阻的关系时,电源电压保持3 V不变,改变接入电路中的电阻,如依次接入5 Ω、10 Ω、15 Ω的电阻。
通过观察和记录电流表相应的示数,分析实验数据可知:电阻增大为原来的几倍,电流减小为原来的几分之一。由数学知识,学生即可得出结论二:当电压一定时,电流与电阻成反比。
[实验目的] 增加该组实验的目的:
(1)让学生对电流与电压、电阻的关系有更明确的认识,增强了结论的普遍性、可信度。
(2)有意培养学生在外部条件变化时如何灵活、机智地应对这种变化的能力。
(3)通过对比实验,学生会对滑动变阻器的作用和实验条件的控制理解得更加深刻。
[注意事项] 实验过程要注意定值电阻两端允许加的最大电压和允许通过的最大电流,不要烧坏定值电阻!
本节教材链中考
[考点小说] “探究电流与电压、电阻的关系”实验是欧姆定律的理论基础,是欧姆进行的大量实验探究的缩影,一直是物理电学部分实验探究的重点。对于该考点常常将电路连接、作图纠错、电路故障分析、实验结论的归纳概括、误差原因分析等综合在一起考查。主要以实验探究题的形式出现。
[考点对接] 探究电流与电压、电阻的关系
[源起教材P93~P95]实验
探究电阻一定时电流与电压的关系
实验思路
可以用定值电阻进行实验。要研究通过定值电阻的电流I怎样随着它两端的电压U的变化而变化,需要确定改变定值电阻两端电压的方法。
……
探究电压一定时电流与电阻的关系
实验思路
要探究电压一定时电流与电阻的关系,需要知道导体的电阻和通过导体的电流。可以将不同阻值的定值电阻接入电路中,以改变电阻,测量通过每个定值电阻的电流,找出电流与电阻的关系。
……
例1 (长沙中考)在“探究电阻一定时电流与电压的关系”实验中,小明连接了如图17-1-2甲所示的电路,其中定值电阻R=5 Ω。
图17-1-2
(1)请你用笔画线表示导线将电路连接完整。
(2)小明测量并记录了几组电压和电流值,如下表所示。最后一次实验中电流表的示数如图乙所示,此时电流为 A。
电压U/V 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
电流I/A 0.10 0.20 0.30 0.40
(3)请在图丙中画出上表各组数据对应的点,并作出I-U图像。
(4)分析可得实验结论:电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成 比。
[答案] (1)如图17-1-3所示 (2)0.5 (3)如图17-1-4所示 (4)正
图17-1-3 图17-1-4
例2 (临沂中考)用电压表和电流表等器材探究电流与电阻的关系,电源电压为4.5 V,所用定值电阻的阻值分别为5 Ω、10 Ω、15 Ω、20 Ω、25 Ω、30 Ω。
图17-1-5
(1)先将30 Ω的电阻接入如图17-1-5甲所示电路,闭合开关前,应将滑动变阻器的滑片移到最 (选填“左”或“右”)端。
(2)图甲电路中有一条导线连接错误,请在该导线上打“×”,并用笔画线代替导线,将电路连接正确。
(3)改正错误后闭合开关,电流表无示数,电压表有示数,可能是定值电阻 路。
(4)排除故障后闭合开关,移动滑动变阻器的滑片,当电压表的示数为3.0 V时,电流表的示数为0.1 A。断开开关,将30 Ω的电阻换成25 Ω电阻后再闭合开关,应将滑动变阻器的滑片向 (选填“左”或“右”)移动,直至电压表示数为3.0 V,此时,电流表的示数如图乙所示,为 A。
(5)实验数据如表所示,请在图丙中描绘出I-R的关系图像。
实验次数 1 2 3 4 5 6
电阻R/Ω 30 25 20 15 10 5
电流I/A 0.1 0.15 0.2 0.3 0.6
[答案] (1)左 (2)如图17-1-6所示 (3)断 (4)右 0.12 (5)如图17-1-7所示
图17-1-6 图17-1-7
能力培优题 (详见电子资源)
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第17章 欧姆定律
第1节 电流与电压、电阻的关系
教材 解读 本节内容包括两部分:实验探究电流和电压的关系、实验探究电流与电阻的关系。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:通过实验,探究电流与电压、电阻的关系。 电流与电压、电阻的关系实际上就是欧姆定律。这一节内容综合性较强,从知识上讲,要用到电路、电流、电压和电阻的知识;从技能上讲,要用到电流表、电压表和滑动变阻器等。学生要通过自己动手设计实验得出欧姆定律,最关键的是掌握实验方法。实验方法的掌握是学生进行实验探究的基础,也是本节教学的重点和难点。本节实验难度比较大,主要体现在实验的设计、数据的记录以及数据的分析方面,所以实验中学生出现错误的可能性比较大,因此实验的评估和交流很重要。教材知识的设计是在“电路”“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。这样处理有两个好处:一是给接下来的实验结果做铺垫,不会使学生感到突然;二是目的明确,使学生对将要探究的问题产生强烈的愿望。知道电流与电压、电阻的定性关系,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“探究电流与电压、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,这节课无论是在知识学习上,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,教学中在注重培养学生理论联系实际能力的同时,更要关注学生科学探究能力的提高。
学 习 目 标 物理观念 1.知道电流与电压、电阻的关系。 2.能使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和通过导体的电流。 3.会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压。
科学思维 根据实验数据归纳得出电流与电压、电阻的关系。
科学探究 1.能正确测量、读取、记录电阻两端的电压及通过电阻的电流。 2.能够解释和说明实验过程中出现的各种现象。 3.学会用控制变量法来研究物理问题的科学方法。
科学态度 与责任 通过科学探究活动,形成尊重事实、合作探究的科学态度。
教学 重、 难点 重点:实验探究电流与电压、电阻之间的关系。 难点:根据数据分析出电流与电压、电阻之间的关系。
教学 建议 由猜想知道导体中的电流与导体两端的电压和导体的电阻有关,那么如何研究电流与电压、电阻间的定量关系呢 让学生分组讨论下面的问题: (1)电流可能受电压和电阻两个因素的影响,如果两个因素同时变化(如在改变电压的同时也改变电阻),能判断电流变化是谁引起的吗 引导:先让电阻保持不变,改变电压,观察电流随电压变化的情况;然后使电压保持不变,改变电阻,观察电流随电阻变化的情况。 (2)前面学过的哪些实验课题与该实验课题类似 举例说明。 (3)你所列举的实验中用到的物理研究方法是什么 总结:在物理学中,一个物理量往往受两个或多个因素影响,为了研究这个物理量与其中的一个因素的关系,可以保持其他的因素不变,只改变这一个因素,以此进行实验研究,这种研究物理问题的方法叫“控制变量法”。下面我们就利用控制变量法来探究电流与电压、电阻之间的关系。 说明:设计实验是学生学习的一个难点,教师要进行引导,不要轻易否定学生的想法,在设计过程中教师可以提出启发性的问题,让学生自己发现问题。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 实验引入: 探究活动1 用一节干电池与两节干电池先后给同一小灯泡供电,观察小灯泡的亮度有什么不同,哪一次小灯泡较亮 对此,你有什么猜想 [归纳]用两节干电池给同一小灯泡供电,小灯泡较亮。猜想:电压越大,电流越大。 探究活动2 在如图所示的电路中,闭合开关后,当滑动变阻器的滑片向右移动,变阻器连入电路的阻值变大时,观察灯泡的亮暗情况。对此,你有什么猜想 [归纳]当滑动变阻器连入电路的阻值变大时,灯泡变暗。猜想:电阻越大,电路中的电流越小。 提出问题:电流与电压、电阻之间有没有定量的关系呢 引入新课:这节课通过实验探究电流与电压、电阻的关系。 思考、实验、观察、交流、分析 让学生从探究活动入手来体会电流与电压、电阻有关,符合学生的认知特点,使学生有亲切感,乐于探究。
【探究新知】 一、探究电阻一定时电流与电压的关系 1.设计实验 设计实验时我们首先应该考虑以下几个问题: (1)怎样测量电阻两端的电压U (2)怎样测量通过电阻的电流I (3)实验中的电阻是一定的,还是变化的 (4)用什么来改变电流和电压 探究归纳:实验需要的主要器材: 设计电路图: 思考、交流、回答 通过问题设置和制订计划、设计实验的讨论与交流,进一步激发学生的学习兴趣。
2.实验步骤 (1)将电流表、电压表调零,按电路图连接电路,调节滑动变阻器的滑片至阻值最大端。 (2)闭合开关,调节滑动变阻器滑片至适当位置,将电压表示数U、电流表示数I记录到表格中。 (3)分别调节滑动变阻器滑片在不同位置,仿照步骤(2)再做5次实验,分别记录电压表示数U、电流表示数I,填入表格。 电阻R= Ω 电压U/V电流I/A
3.分析和论证 根据测量数据绘制图像。 探究归纳:在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 二、探究电压一定时电流与电阻的关系 1.设计实验 在电路中如何改变电阻 选用什么器材 怎么操作 如何使电阻两端电压不变 如何控制其不变 滑动变阻器在实验中都起到什么作用 设计电路图: 2.实验步骤 (1)将电流表、电压表调零,按电路图连接电路,调节滑动变阻器的滑片至阻值最大端。 (2)闭合开关,调节滑动变阻器滑片至适当位置,读出电压表示数U,将定值电阻的阻值R和电流表示数I记录到表格中。 (3)断开开关,改变电路中的定值电阻,闭合开关,调节滑动变阻器使电压表的示数为U不变,将定值电阻的阻值R和电流表示数I记入表格。 (4)仿照步骤3再做4次实验,分别记录定值电阻的阻值R和电流表示数I,填入表格。 电压U= V 电阻R/Ω电流I/A
思考、实验、交流、总结 思考、实验、交流、总结 通过经历探究电流与电压关系的全过程,让学生对探究型实验和控制变量法有一个深刻的认识。 建立一个合适的坐标系,在坐标系中描点并画出函数图像,结合图像特点确定结论的正确性。 学生通过经历教师设计的探究电流与电阻的关系的活动,进一步掌握控制变量法,此设计推进课程,使教学进程层层递进。
3.分析和论证 根据测量数据绘制图像。 探究归纳:在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 思考、实验、交流、总结 建立一个合适的坐标系,在坐标系中描点并画出函数图像,结合图像特点确定结论的正确性。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 探究电阻一定时电流与电压的关系
(1)提出问题:电阻一定时,电流与电压存在怎样的关系 猜想:因为电压是形成电流的原因,所以电阻一定时,可能电压越大,电流越 大 。
(2)实验思路
实验中,应该控制哪些物理量不变,哪些量改变 画出电路图,写出用到的实验器材。
①运用控制变量法,控制 电阻的阻值 不变,并用电流表测出电路中的电流,用电压表测出定值电阻两端的电压,通过调节滑动变阻器改变电阻 两端的电压 。
②实验电路图如图17-1-8甲所示。
③实验器材:电源、定值电阻、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。
图17-1-8
(3)实验过程
①按电路图甲把一个10 Ω的定值电阻连入电路,如图乙所示。
②闭合开关前,检查电路中各元件的连接是否正确,将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。
③调节滑动变阻器使电阻两端的电压分别为1 V、2 V、3 V、4 V、5 V、6 V,读出此时相应的电流值记入下表中。
电阻R 10 Ω
电压U/V 1.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0
电流I/A 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6
④分析实验数据发现电流与电压有关,电阻不变,电流随电压的增大而增大,并且成 正 比。
⑤在坐标系中根据各电流值和对应的电压值描点,画出I-U图像,如图17-1-9所示。分析图像可得出:电阻一定,通过导体的电流与导体两端的电压成 正 比。
图17-1-9
(4)实验结论:在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成 正比 。
(5)交流反思
①滑动变阻器的作用:保护电路、改变定值电阻 两端的电压 。
②表格错误数据的分析:分析比较各组数据电压与电流的比值是否相同,不同的一组数据为错误数据。
③提示
a.结论中的电流、电压、电阻是针对同一导体而言的。
b.明确电流与电压存在的因果关系,电压是产生电流的原因,而不是导体中有了电流才在导体两端产生电压,所以不能说电阻一定时,电压与电流成正比。
c.在归纳结论时,不能漏掉前提条件“电阻一定”。
学点2 探究电压一定时电流与电阻的关系
(1)提出问题:电压一定时,电流与电阻存在怎样的关系 猜想:因为电阻对电流有阻碍作用,所以电压一定,可能电阻越大,电流越 小 。
(2)实验思路
①要研究电流与电阻的关系,必须改变接入电路的 电阻 ,所以要更换不同的定值电阻接入电路。实验中要控制 定值电阻两端的电压 不变,所以需要在电路中串联滑动变阻器,通过调节滑动变阻器,达到这一目的,电路图如图17-1-10甲所示。
②实验器材:电源、不同阻值的定值电阻多个、滑动变阻器、开关、电流表、电压表、导线等。
图17-1-10
(3)实验过程
①按图甲电路图连接电路,如图乙所示。
②闭合开关前,检查电路中各元件的连接是否正确,将滑动变阻器的滑片调到阻值最大处。
③把阻值为5 Ω的定值电阻接入电路,闭合开关,调节滑动变阻器,使电压表示数为3 V保持不变,读出电流表的示数,记录在下面的表格中。
④把阻值为5 Ω的定值电阻依次更换为10 Ω、15 Ω、25 Ω、30 Ω的定值电阻,调节滑动变阻器,使电压表示数保持3 V不变,读出电流表的示数,记录在下面的表格中。
电压U/V 3
电阻R/Ω 5 10 15 25 30
电流I/A 0.6 0.3 0.2 0.12 0.6
⑤分析实验数据发现:电流与电阻有关,电压不变,电流随电阻的增大而减小,且电流与电阻的乘积为一定值,说明电流与电阻成 反 比。
⑥如图17-1-11所示,根据实验数据在坐标系中画出I-R图像。分析图像可得出:电压一定,通过导体的电流与导体的电阻成 反 比。
图17-1-11
(4)实验结论:在电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成 反比 。
(5)交流反思
①对I-R图像的改进是作出I-图像,“电压一定时,导体中的电流与导体的电阻成反比”也可以说成“电压一定时,导体中的电流与导体 电阻的倒数 成正比”。
②更换阻值大的定值电阻后,若电压表示数不能调节到所需要的电压值,原因可能是电源电压过大或滑动变阻器的最大阻值过小;更换阻值较小的定值电阻后,电流变大,若实验无法进行,原因可能是电流表所选的测量范围过小。
③如果用干电池做实验,可以通过改变 串联干电池的节数 来改变定值电阻两端的电压(图17-1-12甲);如果用学生电源做实验,可以通过转动电源上的旋钮来改变定值电阻两端的电压(图乙);如果用滑动变阻器,可以将滑动变阻器串联在电路中起分压作用,改变定值电阻两端的电压。
图17-1-12
④注意:对实验结论两种错误的语言描述:
a.“导体中的电流跟导体的电阻成反比”。——漏掉了结论的前提条件(在电压一定时)。
b.“电压一定时,导体的电阻与导体中的电流成反比”。——弄错了结论的因果关系(因为电阻是导体本身的性质,跟电压和电流都无关)。
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第十七章 欧姆定律 章首语
教材分析
本章包括探究电流与电压、电阻的关系,欧姆定律及其应用等内容。欧姆定律是电学中重要的基本定律,它是进一步学习电学知识和分析电路的基础,是学习电功率、家庭电路等后续章节内容的必备知识。
本章以欧姆定律为主线,在实验探究电流与电压、电阻的关系的基础上,分析电流、电压、电阻三者之间的定量关系,得出欧姆定律,经历科学探究的全过程;通过伏安法测电阻实验,巩固和加深对欧姆定律的理解,提升实验能力;学会联系串、并联电路知识,运用欧姆定律解决电路中的实际问题。
在本章知识的学习中,要重视运用控制变量法进行实验探究,提升实验数据的处理能力,形成严谨的科学态度,感受欧姆定律与技术和社会的紧密联系。
学情分析
学生在没有学习本章知识之前,已了解了电流、电压、电阻的概念,初步学会电压表、电流表、滑动变阻器的使用,具备学习欧姆定律的基础知识和基本技能。但对电流与电压、电阻之间的联系,认识是肤浅的,不完整的,没有上升到理性认识,没有形成科学的体系。学生探究学习本章的内容,既是对以前知识的总结和升华,又为接下来即将学习的电功和电功率打下坚实的基础,所以本章内容是九年级学生所学电学知识的阶段性总结和提升。
课标要求
1.探究电流与电压、电阻的关系,理解欧姆定律。
2.用电流表和电压表测量电阻。
本章目标
【物理观念】
理解电流与电压、电阻的关系;理解欧姆定律,会进行简单的计算;掌握串、并联电路中电流、电压、电阻的规律。
【科学思维】
归纳得出电流与电压、电阻的关系;应用欧姆定律测量电阻;归纳串、并联电路中电阻的关系;归纳串联分压、并联分流规律。
【科学探究】
经历探究电流与电压、电阻的关系的实验过程;经历测量定值电阻与小灯泡电阻的实验过程。
【科学态度与责任】
通过实验探究培养学生实事求是、严谨认真的科学态度。
教学思路
本章包括电流与电压、电阻的关系,欧姆定律及其应用两大版块的内容。从实验出发,探究电流与电压、电阻的关系,然后归纳出欧姆定律,结合变形式学会用电压表和电流表测量电阻;结合之前学过的串、并联电路中的电流、电压特点,归纳出串、并联电路中的电阻特点以及串联分压、并联分流的基本规律。
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