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第17章 欧姆定律
第2节 欧姆定律
新课导入
方式一 【情境导入】
先用多媒体分别展示一组探究“电流与电压、电阻关系”时获得的表格数据,请学生分别说出对应的实验结论,然后提问:谁能把这两个结论再进一步集中概括一下呢
教师:要注意这个综合性的结论中隐含了两个“一定”,一旦拆开来说,千万不能忘记明确指出前提条件!
学生回答。
教师:归纳得太好了!这应该叫作“XX定律”啊!(“XX”指回答问题的学生名字,适度调侃可以使课堂气氛更加活跃,有利于学生思维的开发。)不过早在一百八十多年前,德国物理学家欧姆就发现了这个规律,史称“欧姆定律”!(板书课题)
方式二 【问题导入】
教师提问:上节课我们通过实验探究得出了电流跟电压、电阻之间的关系,结论是什么呢
学生回答后,教师引导设问:如何用数学表达式来建立三者之间的数量关系呢
导入语:最早发现并用数学表达式来描述这个关系的是德国物理学家欧姆,所以我们把这个规律叫作欧姆定律。(板书课题)
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
1.明确欧姆定律表述时的逻辑关系
在叙述欧姆定律的内容时,容易受数学知识影响,而忽略了物理学中的因果关系,从而犯逻辑性错误。常见错误有:电压与电流成正比、电阻与电流成反比等。对于这种逻辑错误,老师要及时纠正。在电压、电流、电阻三者之间,电压、电阻是因,电流是果,三者关系的正确表述是:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比;反向叙述错误。
2.注意理解欧姆定律的“同一性”
欧姆定律叙述的是同一时刻、同一导体的三个物理量之间的关系。
3.注意公式中物理量单位的统一
利用欧姆定律公式进行计算时,一定要注意,各物理量所使用的单位应为国际单位:电流——A,电压——V,电阻——Ω。如果不是,一定要换算成国际单位,才能进行相关计算,否则会导致计算结果错误。
本节教材链中考
[考点小说] 准确理解欧姆定律及其推导公式的内涵,是灵活应用欧姆定律,解决单一用电器电路和串、并联电路实际问题的先决条件。要深刻理解欧姆定律的“同一性”;搞清电流、电压、电阻三者之间的因果关系,牢记电阻是导体本身的一种性质,与加在导体两端的电压和导体中的电流无关。此部分知识多以选择题、填空题、简单计算题的形式出现。
[考点对接] 欧姆定律
[源起教材P98]
例1 (自贡中考)由欧姆定律I=变形可得R=,下列说法正确的是 ( )
A.导体电阻大小跟它两端的电压成正比
B.导体电阻大小跟通过它的电流成反比
C.导体电阻大小由它两端电压和通过的电流决定
D.导体电阻大小等于它两端电压与通过电流的比值
[答案] D
例2 (临沂中考)如图17-2-1所示电路,电源电压为1.5 V,电阻R1的阻值为2 Ω,闭合开关后,电流表的示数为0.3 A,则 ( )
A.通过R1的电流大于0.3 A B.电阻R1和R2是并联的
C.电压表的示数为0.9 V D.电阻R2的阻值为3 Ω
[答案] D
图17-2-1 图17-2-2
例3 (四川中考)如图17-2-2所示,R1=10 Ω,开关闭合后电流表的示数是0.2 A,电压表的示数是4 V,R2的阻值为 Ω,电源电压是 V。
[答案] 20 6
例4 (重庆中考)将阻值为10 Ω的电阻R1与另一电阻R2接入电路,如图17-2-3所示。闭合开关S,电流表A1的示数为0.45 A,电流表A2的示数为0.3 A。求:
图17-2-3
(1)通过R2的电流。
(2)电源电压。
[答案] (1)由图可知:两电阻并联,电流表A1测量干路电流,电流表A2测量R1中的电流,则干路电流I=0.45 A,通过R1的电流I1=0.3 A,
因为并联电路中干路电流等于各支路电流之和,所以通过定值电阻R2的电流:
I2=I-I1=0.45 A-0.3 A=0.15 A。
(2)由I=可得,R1两端的电压:U1=I1R1=0.3 A×10 Ω=3 V,
因并联电路各支路两端的电压相等,且等于电源电压,所以,电源电压U=U1=3 V。
拓展材料
材料一——酒精测试仪
执勤交警利用呼气式酒精测试仪来确定驾驶人的血液酒精浓度,我国目前主要应用的类型有半导体型和燃料电池型呼气酒精测试仪。
半导体型酒精测试仪利用仪器中气敏材料的电阻率随空气中酒精蒸气浓度的增加而减小的特性进行测量。当接触的气体中其敏感的气体浓度增加,它对外呈现的电阻值就降低。使用简单的电路即可将电阻值的变化转换为与该气体浓度相对应的电信号输出。
电池型酒精测试仪主要基于电化学原理。如图17-2-4所示,燃料电池有两个铂(Pt)电极,中间夹着多孔酸电解质材料。当司机呼出的气体流过燃料电池的一侧(如图中为左侧)时,铂(Pt)会氧化气体中的全部酒精,产生醋酸、质子和电子。产生的电子从该铂(Pt)电极流过导线,通过微处理器(测量电流)、液晶显示屏和另一端的铂(Pt)电极,形成电流。质子通过电极间的质子交换膜,与氧和另一侧的电子结合形成水。在此过程中,被氧化的酒精越多,微处理器显示的电流值就越大。
图17-2-4
材料二——欧姆遇到的难题
欧姆定律在我们今天看来很简单,然而它的发现过程却远非一般人想象得那么简单。欧姆为此付出了十分艰辛的劳动。在那个年代,人们对电流、电压等概念都还不太清楚,特别是电阻的概念还没有形成,更没有什么专业的测量仪器,甚至连电压相对稳定的电源都没有,所以根本谈不上对它们进行精确测量。况且欧姆本人在他的研究过程中,几乎没有机会跟他那个时代的物理学家进行接触,所以他的研究也基本是独立进行的。因此,欧姆进行科学研究的难度可想而知!在他的实验过程中,测量仪器和电压相对稳定的电源,几乎都是他自己思考、研究、发明制造的。他的发现奠定了物理电学规律的基础,他为人们进一步揭开电现象的神秘面纱立下了汗马功劳!
材料三——逆境中的欧姆
在欧姆的探究实验中,为了准确地量度电流,他巧妙地利用电流的磁效应设计了一个电流扭秤,并创造性地在放磁针的托盘上划上刻度,以便记录实验的数据。这样,1825年从实验数据中,欧姆得出了一个公式,不过是错的!用这个公式计算的结果与欧姆本人后来的实验不一致。欧姆意识到问题的严重性,打算收回已发出的论文,可惜已经晚了,论文已发散出去了。急于求成的轻率做法,使欧姆吃了苦头,科学家对他也表示反感,认为他是假充内行。
欧姆决心要挽回影响和损失,更重要的是他还要继续通过实验寻找规律。这时欧姆多么需要人们的理解和支持啊!当时有位科学家叫波根多夫,他从欧姆这位中学教师身上看到了追求真理、敢于创新的勇气和才华,写信鼓励欧姆将实验研究继续下去,并提出了一些很有价值的建议。欧姆鼓起勇气重新认真地做实验。经过多次实验之后,他终于在1827年提出了一个关系式,后来演化成了我们现在所熟悉的公式:I=。但是,科学界仍不承认欧姆的科学发现,许多人对他还抱有成见,甚至认为定律太简单,不足为信。这一切使欧姆感到万分痛苦和失望。
真理之光终究会放射出来。凑巧的是,1831年一位叫波利特的科学家发表了一篇论文,论述了与欧姆同样的结论,这才引起科学界对欧姆的重新注意。
1841年,英国皇家学会授予欧姆科普利金质奖章,并且宣称欧姆定律是“在精密实验领域中最突出的发现”。欧姆得到了他应有的荣誉。
材料一 酒精测试仪
材料二 欧姆遇到的难题
材料三 逆境中的欧姆
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能力培优题 (详见电子资源)
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第17章 欧姆定律
第2节 欧姆定律
教材 解读 本节内容包括两部分:一是欧姆定律的公式及单位,二是欧姆定律的应用。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:理解欧姆定律。欧姆定律反映了电流、电压、电阻这三个重要的电学量之间的定量关系,是分析解决电路问题的金钥匙。本节是本章的教学重点,也是初中电学部分重点内容之一。欧姆定律是初中电学知识的基础和重点,处于电学的核心位置,为将来学习电能、电功率奠定基础,同时也为进入高中学习做铺垫。本节是在“探究电流与电压、电阻的关系”所得结论的基础上,直接给出欧姆定律,即电流、电压、电阻三者之间的关系。欧姆定律编排在电流表,电压表,滑动变阻器的使用方法,电流与电压、电阻的关系之后,在教学中起着承前启后的作用,这既符合学生由易到难、由简到繁的认知规律,又保持了知识的结构性、系统性。
学 习 目 标 物理观念 1.理解欧姆定律。 2.知道欧姆定律的公式,并能利用公式进行简单的计算。
科学思维 通过例题计算,归纳解答电学计算题的一般方法。
科学态度 与责任 通过了解科学家发现物理规律的过程,学习科学家坚忍不拔的精神。
教学 重、 难点 重点:理解欧姆定律的内容及表达式。 难点:运用欧姆定律进行简单的计算。
教学 建议 学生已学过的相关知识有:电路的连接,用电流表测电流,用电压表测电压,串联电路电流和电压的特点,并联电路电流和电压的特点,影响电阻大小的因素,电流与电压、电阻的关系等,学生对实验探究已有一定的思路,这些知识技能都是学好本节的基础。基于教材内容和学生实际情况分析,根据几年来实施自主互助学习型课堂的经验,主要在教法中突出以下几方面: (1)在学习前一节“探究电流与电压、电阻的关系”的基础上,体现新课程“注重科学探究,提倡学习方式多样化”的基本理念,让学生自己得出结论。 (2)注重渗透物理科学方法——控制变量法、等效法,让学生在探究学习知识的过程中,领会物理学研究的科学方法,培养学生的探究能力和创造性素质。 (3)学生学习的过程不是一种简单的刺激和反应,而是个人借助某种“认知桥梁”或者“同化与异化”不断组织和构建知识的过程。 因此,在物理教学中对学生进行学法指导应重视学情,突出自主学习,让学生在探究学习中自己摸索,通过观察、比较、分析,归纳出新的物理规律。
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】 回忆上节课学过的内容:导体中的电流与导体两端的电压和电阻的关系。 ①在电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 ②当导体两端的电压一定时,通过导体的电流跟导体的电阻成反比。 早在19世纪20年代,德国物理学家欧姆就对电流跟电阻、电压之间的定量关系进行了大量实验研究,并得出了著名的欧姆定律。 观察、思考、交流 从学生已学的知识和上节课的问题入手,引出本节课的课题,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、欧姆定律 1.内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成正比,跟导体的电阻成反比。 2.公式及单位 (1)公式:I=。 (2)单位:U表示导体两端的电压,单位为V。 R表示这段导体的电阻,单位为Ω。 I表示通过导体的电流,单位为A。 (3)推导式:U=IR;R=。 3.对欧姆定律的理解 (1)I、U、R应是针对同一导体或同一部分电路的物理量。 (2)I、U、R的单位应统一,采用国际单位。 (3)欧姆定律只适用于部分电路或纯电阻电路,即不含电动机等在内的电路。 4.科学家简介 欧姆(G.S.Ohm,1789-1854),生于德国埃尔兰根城,父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识,并教给了少年时期的欧姆,唤起了欧姆对科学的兴趣。欧姆是一个很有天赋和科学抱负的人,他长期担任中学教师,由于缺少资料和仪器,给他的研究工作带来不少困难,但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究,自己动手制作仪器。欧姆最重要的贡献是建立了欧姆定律。 二、欧姆定律的应用 1.多媒体课件展示例题(教材P99例题) 例题 如图所示,闭合开关后,电阻为R的电阻器两端电压为6 V,通过电阻器的电流为0.3 A。 (1)计算电阻器的电阻R。 (2)调节电源电压,当电阻器两端电压变为原来的2倍时,通过电阻器的电流为原来的几倍 观察、交流、回答R与的关系 听讲、思考、交流 练习、思考、交流 通过新课讲解,推动课堂进程。 学生通过课堂交流,对欧姆定律有了更深刻的认识。 在介绍欧姆时,通过了解欧姆的事迹,培养学生努力学习、乐于探究的热情。 利用例题的讲解推进课程,使教学进程层层递进,同时纠正学生在利用欧姆定律解题中出现的问题。
引导学生分析解电学计算题的一般步骤。 归纳: (1)用公式进行计算的一般步骤 ①审读题意,及时将已知条件和要求解的物理量转换为字母等式。 ②根据题意在电路图上标注已知物理量和要求解的物理量。 ③选用对应的物理公式,进行计算。(书写格式要完整、规范) (2)规范解法 解:(1)电阻器两端电压U=6 V,通过的电流I=0.3 A。 根据欧姆定律,可以得出电阻器的电阻: R===20 Ω。 (2)根据欧姆定律,当电阻不变、电压变为原来的2倍时,通过电阻器的电流为原来的2倍。 2.例题应用 多媒体课件展示变式题 变式题 在如图所示的电路中,闭合开关,调节滑动变阻器R',使灯泡正常发光,用电流表测得通过灯泡的电流为0.6 A。已知该灯泡正常发光时的电阻是20 Ω,求灯泡两端的电压。 (1)思路整理 ①审读题意,及时将已知条件和要求解的物理量转换为字母等式: 已知通过灯泡的电流IL=0.6 A,灯泡电阻RL=20 Ω。求灯泡两端的电压UL。 ②在电路图中标注已知物理量和要求解的物理量,如图所示。 ③选用对应的物理公式,进行计算: 根据欧姆定律I=得,U=IR。 (2)规范解法 解:已知通过灯泡的电流IL=0.6 A,灯泡电阻RL=20 Ω。 根据欧姆定律I=得,灯泡两端的电压: UL=ILRL=0.6 A×20 Ω=12 V。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 练习、思考、交流 本题用小灯泡串联一个变阻器,看似复杂,但本题只研究单一导体(小灯泡这一段)中欧姆定律的应用,加强了学生对“同一性”“同时性”的理解,同时也为下一节“电阻的测量”的学习打下了基础。
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 欧姆定律
[想一想]上一节课通过实验得出的实验结论是什么 把上一节课的实验结论综合起来,就得到了欧姆定律。
1.欧姆定律的内容:导体中的电流,跟导体两端的电压成 正 比,跟导体的电阻成 反 比。
2.公式: I= 。
公式中各字母的含义及单位:I表示电流,单位是 安培(A) ;U表示电压,单位是 伏特(V) ;R表示电阻,单位是 欧姆(Ω) 。
3.变形公式
由欧姆定律的公式I=可推出:U=IR、R=。
(1)U=IR的意义:表示导体两端的电压等于通过导体的电流与其电阻的乘积。因电压是由电源提供的,电压是形成电流的原因,所以 不能 (选填“能”或“不能”)说成电压与电流成正比。
(2)R=的意义:表示导体的电阻在数值上等于加在导体两端的电压与通过导体的电流的比值。电阻是导体本身的一种性质,只与导体的材料、长度、横截面积及温度 有关 ,与加在导体两端的电压和流过的电流大小 无关 。(均选填“有关”或“无关”)
学点2 欧姆定律的应用
1.应用欧姆定律进行分析与计算的依据
(1)求电流:I=;(2)求电压:U=IR;(3)求电阻:R=。
只要知道I、U、R中的任意两个量就可以利用欧姆定律计算出第三个量。
2.酒精浓度检测仪
(1)酒精气体传感器
酒精测试仪中装有酒精气体传感器。酒精气体传感器是一种气敏电阻,它的阻值随酒精气体浓度的变化而变化,从而引起电路中电流和电压的变化。
(2)酒精测试仪原理
酒精测试仪实际上是由酒精气体传感器R1(相当于随酒精气体浓度变化的变阻器)、一个定值电阻R2及一个电流表和电压表组成。如图17-2-5所示是酒精测试仪的电路原理图。已知酒精气体传感器的电阻R1随酒精气体浓度的增大而减小,用电压表显示测试仪的示数。如果驾驶员呼出的酒精气体浓度越大,那么传感器的电阻R1越小,根据欧姆定律I=可知,电路中的电流越大,则定值电阻R2两端的电压越 大 ,即测试仪的示数越 大 。
图17-2-5
例题 如图17-2-6所示,闭合开关后,电阻为R的电阻器两端电压为6 V,通过电阻器的电流为0.3 A。
(1)计算电阻器的电阻R。
图17-2-6
(2)调节电源电压,当电阻器两端电压变为原来的2倍时,通过电阻器的电流为原来的几倍
[答案] (1)电阻器两端电压U=6 V,通过的电流I=0.3 A。
根据欧姆定律,可以得出电阻器的电阻:
R===20 Ω。
(2)根据欧姆定律,当电阻不变,电压变为原来的2倍时,通过电阻器的电流为原来的2倍。
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