12.1 学生实验： 探究—电流与电压、电阻的关系
第1课时 探究—电流与电压、电阻的关系
导学目标
1．通过实验探究，认识影响电流大小的因素有电压和电阻。
2．知道导体中的电流与电压、电阻的关系。
3．会用滑动变阻器改变部分电路两端的电压。
重点：能通过实验使学生知道导体中电流跟电压电阻的关系
难点：如何用实验的方法研究导体中电流跟电压电阻的关系
自主学习
1．用 测量电路中的电流，用 测量用电器两端的电压。要改变电路中的电流，还有在电路中 联一个 。
2．对电流与电压的关系，你的猜想是 。
3. 对电流与电阻的关系，你的猜想是 。
合作探究
一、探究——电流与电压的关系
1．猜想假设：在电阻一定时，电压越高，电路中的电流越_____。
2．设计、进行实验：
（1）保持_______不变，用_______、_______测出定值电阻两端的电压和电流。
（2）实验器材： 。
（3）在虚线框内画出电路图，并将实物按电路图连成电路。（按电路图连接电路时开关应该_______；在闭合开关前，应使滑动变阻器连入电路中的电阻值调到_______（A或B）。）
（4）实验记录表格并画出图像：
（5）得出结论： 在 一定的情况下，导体中的电流跟导体两端的电压成 。
3.交流与评估
（1）此处滑动变阻器的作用是 。
（2）实验中是采用 法来探究的，本实验中应保持 不变，用 改变电路中的电流和电阻两端电压大小，得出的结论是： .
二、探究——电流跟电阻的关系
1.猜想假设：在电压相同时，电阻越大，电路中的电流越_______。
2.设计实验：
（1）保持_____不变，用电流表测出不同定值电阻的电流值，研究电流跟电阻的关系；
（2）器材 ；
（3）在虚线框内画出电路图，并将实物按电路图连成电路。
（4）实验记录表格并画出图像：
（5）得出结论： 在 一定的情况下，导体中的电流跟导体的电阻成 。
3.交流与评估
（1）此处滑动变阻器的作用是 。
（2）实验中是采用 法来探究的，本实验中更换阻值不同的电阻，用
控制电阻两端的电压不变，得出的结论是： .
当堂检测
1.这节课我们学会了用电流表和电压表测量一段导体两端的电压和流过导体的电流.通过实验探究的电流和电压的关系是 ；
2.当某导体两端的电压为6V时，通过它的电流为0.3A，若使通过它的电流变为0.1A，该电阻两端应该加 V的电压。
3. 逸舟和他的同学在探究电流与电阻的关系时，用到如下器材：电源1个，电流表、电压表各1只，定值电阻若干个，滑动变阻器1只，开关1个，导线若干。设计的电路如图所示。
（1）闭合开关前滑动变阻器的滑片应移到_______端。实验过程中应通过调整滑动变阻器，使_______保持不变。
（2）下面是他们获取的部分实验数据，请根据数据在坐标系上描点并连成光滑的曲线。
电阻R1／Ω
5
10
15
20
25
电流I／Ω
1.00
0.50
0.35
0.25
0.20
（3）如果实验过程电压表示数突然变为0，而电流表示数不变，则发生断路的是_______；如果电流表示数变为0，而电压表示数突然增大，则发生断路的是_______。
4.小明在探究，“电流大小与哪些因素有关”的实验中，
(1)连接电路时，开关应___________。请用笔画线代替导线，根据电路图将实物电路连接完整。
(2)闭合开关前，滑动变阻器的滑片P应位于_____________(选填“A”或“B”)端，可以起到__________作用。
(3)闭合开关后，发现电流表无示数，电压表有示数.故障的原因可能是:① ；② 。(写出两种)
(4)排除故障后.小明通过实验得到数据如表(一)所示，其中第1次实验的电流表示数如图所示.为_____A,所用电阻R的值是_____________,根据表(一)的数据，可得出的结论是:_______________。
(5)小明继续探究电流与电阻的关系，将电阻R先后更换为5和15的电阻进行实验，得到数据如表(二)所示。通过分析表(二)的数据，可知小明在操作过程中存在的错误是: 。
第一节 学生实验： 探究—电流与电压、电阻的关系
第2课时 欧姆定律
导学目标
1.记住欧姆定律的内容。
2.理解欧姆定律成立的条件，识别公式中电流、电压和电阻的单位。
3.会利用欧姆定律进行相关的计算。
重点：会利用欧姆定律进行相关的计算
难点：会利用欧姆定律进行相关的计算
自主学习
1.欧姆定律的内容是____________________________________________________
_____________________________。
2.欧姆定律的表达式是 ____________，各物理量的单位分别是______、________、_____________。
合作探究
一、欧姆定律
自学课本86页前四段，解答下面的问题：
1.内容： ；
2.公式： 。 公式中I、U、R的单位分别是 、 、 。
3.公式的物理意义：
（1）当导体的电阻R一定时，导体两端的电压增加几倍，通过这段导体的电流就增加几倍。这反映导体的电阻一定时，导体中的电流跟导体两端的电压成 关系。
（2）当电压一定时，导体的电阻增加到原来的几倍，则导体中的电流就减小为原来的几分之一。反映了电压一定时，导体中的电流跟导体的电阻成 的关系。
（3）公式I=U/R完整地表达了欧姆定律的内容。
4.说明： 欧姆定律中的电流、电压和电阻这三个量是对 而言的。
二、应用欧姆定律计算有关电流、电压和电阻的简单问题。
1.认真分析课本例题，并结合以前计算题的步骤，总结解答电学计算题的步骤：
（1）列出题目已知条件，并用相应的符号表示；（2）写出公式；（3）代入数据；（4）写出结果。
2.小练习：
（1）通过导体的电流是2A，此时它两端的电压是4V，当电压增大到12V时导体中的电流是多少。
（2）当电源电压不变的情况下，接上5Ω的电阻时通过的电流为0.6A，那么把电阻改为15Ω，则通过的电流为多少。
当堂检测
1．根据欧姆定律的数学表达式，下列说法正确的是（ ）
A．通过导体的电流越大，这段导体的电阻就越小
B．导体两端的电压越高，这段导体的电阻就越大
C．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
D．导体的电阻与电压成正比，与电流成反比
2. 在一段导体两端加上0.2V电压时，通过它的电流为0.04A，若使它两端的电压升高到3V，则通过它的电流为 A，这段导体的电阻为 Ω
3. 一个小灯泡的阻值为1OΩ，正常工作时的电流为0.4A，现要将其接入12 V 的电路中，要求仍能正常发光，则应 联一个阻值为 Ω的电阻。
4. 如图所示，为某探究小组测量电阻时所得到的两个定值电阻A和B的电流和电压关系的图象，则A的电阻为 Ω；若将A和B并联接入到电压为15V的电源两端时，电路中的总电流为 A。
5. 如图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合开关S后，当滑动变阻器的滑片P向左移动是，下列判断正确的是（ ）
A．电流表示数变大，电压表示数变小
B．电流表示数变大，电压表示数变大
C．电流表示数变小, 电压表示数变大
D．电流表示数变小, 电压表示数变小
6．在如图所示的电路中，R1=10Ω，R2=20Ω，闭合开关后，电流表的示数为0.3A。
（1）电阻R1两端的电压是多少？（2）通过R2的电流是多少？
12.1 学生实验:探究——电流与电压、电阻的关系
第1课时 探究——电流与电压、电阻的关系
1.通过实验探究电流、电压和电阻的关系.
2.使学生会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和流过它的电流.
3.使学生会使用滑动变阻器来改变一段导体两端的电压.
【重点难点】
重点:学生在实验探究电流、电压和电阻的关系的过程.
难点:科学实验探究的进行,对实验数据、信息的处理和综合.
【新课导入】
导入1:实验导入
1.教师演示:请同学们看一个最基本的电路连接,即电源、小灯泡、开关各一个,导线若干组成的一个简单电路.开关闭合灯亮,请同学们思考:你有哪些办法使小灯泡变暗?
学生讨论后回答:①可以减小电源电压.②可以在电路中串联一个电阻.
教师:按学生的方法演示.
教师分析:前面我们学习了电流、电压和电阻三个量的知识,这三个量之间的关系并不是孤立存在的,而是互相联系、互相影响的,即电压变化要引起电流变化,电阻变化要引起电流变化.
加在导体两端的电压越大,通过它的电流就会越大;导体的电阻越大,流过它的电流就会越小.这只是从定性的层面研究了电流与电压、电阻之间的关系,在物理学中更有意义的研究,应该是从定量的角度去研究电流与电压、电阻之间的关系.
2.师:在前面两章中我们学习了电流、电压和电阻三个量的知识.这三个量之间的关系并不是孤立存在的,而是互相联系、互相影响的.下面先请同学们认真观察演示实验:
(教师演示、学生观察,并得出实验结论)
演示一 加在同一个灯泡两端的电压越大,灯泡越亮.(即加在一段导体两端的电压越大,通过它的电流就会越大)
演示二 在相同电压下,不同的灯泡,其亮度不同.(即在相同电压下,导体的电阻越大,流过它的电流就会越小)这些例子同时还揭示了电流与电压、电阻之间的定性关系.
导入2:实验导入
演示:一只小灯泡和滑动变阻器串联,调节滑动变阻器,观察灯泡的亮度变化.
提出问题:你认为导体中的电流和导体两端的电压、导体的电阻之间存在什么关系?
从而引入新课.
导入3:复习导入
复习提问:
(1)电压在电路中有什么作用?
(2)什么是导体的电阻?
师生共同总结:电压使电路中形成电流,电阻用来表示导体对电流的阻碍作用,说明电路中的电流与电压和电阻都有关系,具体什么关系呢?从而引入新课.
【课堂探究】
1.提出问题
让学生回答:探究电流与电压、电阻之间有什么定量关系?
2.猜想或假设
教师:根据以下两个事实来引导和启发学生的想象力,进行猜想或假设.
(1)加在导体两端的电压越大,通过它的电流就会越大;
(2)导体的电阻越大,流过它的电流就会越小.
学生回答:
①可能是I=;
②可能是导体两端的电压增大几倍,导体中的电流也增大几倍;
③可能是U=IR;
④可能是……
3.设计实验(采用启发提问式,帮助学生设计实验)
以下教学过程是师生一问一答
问:我们所学电流、电压和电阻三个量,哪些量可以测量出,分别用什么仪器来测量?
答:能测量的量有电流和电压,仪器分别为电流表和电压表.
问:电阻不能测量,我们怎样知道导体的阻值呢?
答:可以给出导体的电阻值.
问:也就是说在研究电流和电压、电阻之间关系时,我们是固定电阻不变,让电压发生改变,观察电流的变化,这种研究物理问题的方法叫什么?
答:控制变量法.
问:实验时,针对某一导体测量一组电压和电流值,行吗?
答:不行.
问:为什么?
师生共同回答:多次测量可以减少误差,同时考虑到物理规律的客观性、普遍性和科学性,应该多测量几次.教师还应进一步指出:不仅针对同一导体测量几组电压和电流值,同时还要更换定值电阻反复进行实验,这种研究物理问题的方法是不可忽视的.实验时,给出了两个不同的定值电阻(R1=5 Ω和R2=10 Ω)
问:我们在实验时要多次测量电压和电流值,那么怎样去改变导体两端的电压和通过它的电流呢?
学生1答:改变电源的电压,如增减串联的干电池的节数.
学生2答:用滑动变阻器来改变.
教师总结指出:同学们知道了改变定值电阻两端电压的方法,请大家根据你认为最适合你的方法和刚才我们设计的思路,对照自己桌前的器材选择你所需的实验仪器,并画出能够同时测量电压和电流的电路图.
4.进行实验
实际操作中,要提醒学生注意以下几个问题:
(1)连接电路和更换元件时,开关应处于断开状态,滑动变阻器的滑片应放到最大阻值的位置上.
(2)正确连接电流表、电压表、滑动变阻器.
(3)闭合开关前,明确研究对象;控制什么量不变,改变什么量;观察记录哪些数据?
(4)测量过程中电路闭合时间不能过长,读取数据后要断开电路,以防止通电时间过长电阻发热给实验带来误差.
(5)测量次数不要过多,根据时间而定,一般测量三次或四次左右.
(6)若用滑动变阻器来改变导体两端的电压的情况下,尽量使定值电阻两端的电压成整数倍地变化(如0.5 V,1 V,1.5 V……).同样若用干电池(或学生电源)改变电源电压时,也尽量使电源电压成整数倍地变化.
教师巡回指导学生进行实验,指出学生在实验中错误,并要求学生实事求是地填写实验数据.
5.分析和论证
数据处理时,可引导学生仔细思考测量数据从不同的角度进行分析:分析电压是怎样发生变化,从而影响到电流的怎样变化;同时还应考虑到实验会有误差,可能数据不很一致.得出电流、电压的关系的结论.
结论:电阻相同时,通过导体的电流和导体两端的电压成正比.
然后指导学生用测量的数据对照课本画出UI图.启发学生对比数学中的一次函数的知识,推导出表达式U=IR.
6.评估
要求学生在探究报告反思自己的探究活动一些问题,如:
(1)实验设计方案是不是最优的,还可能会存在着不合理的地方.
(2)操作中有没有什么失误,读数时会不会有失误.
(3)测量结果是不是可靠的.
(4)探究中是不是还有哪些问题不清楚,哪些问题弄明白了.
……
7.交流
要求学生课后进行交流,交流时,可以相互交换各自的探究报告,也可以口头表述自己的经验,探究与他人不同的意见,同时还应听取他人正确的意见.交流时,不应只是交流探究结论,交流的重点应放在探究的过程中.
如:为什么我的猜想和别人不一样?
为什么我的方法与你不一样?
为什么你能得出这样的结论,我的结论不和你一样?
……
第1课时 探究——电流与电压、电阻的关系
1.电流与电压的关系
电阻不变
实验次数
1
2
3
电压/V
电流/A
结论:在电阻不变时,电流与电压成正比.
2.电流与电阻的关系
电压不变
实验次数
1
2
3
电阻/Ω
电流/A
结论:当电压不变时,电流与电阻成反比.
1.某同学探究通过导体的电流跟导体电阻的关系,电源电压保持不变,他不断改变电阻R的阻值,测得相应的电流如表所示.分析表中数据可知,电流跟电阻 不成 (填“成”或“不成”)反比,其原因是 没有控制电阻两端的电压不变 .?
次数
R/Ω
I/A
1
2
0.40
2
8
0.32
3
4
0.25
2.关于导体中通过的电流与导体两端电压关系,下列说法正确的是( D )
A.导体中的电流越大,其电压越大
B.导体中的电流越小,其电压越小
C.电阻一定的导体,其两端的电压与通过的电流成正比
D.在电阻不变时,导体中通过的电流与导体两端的电压成正比
3.一个电阻两端加上30 V电压时,通过它的电阻是5 Ω,现给它两端加上15 V的电压时,它的电阻是( A )
A.5 Ω B.2.5 Ω
C.0.2 Ω D.7.5 Ω
4.
某同学在探究“电流跟电压、电阻的关系”时,根据收集到的数据画了如图所示的图像,下列结论与图像相符的是( C )
A.电阻一定时,电流随着电压的增大而增大
B.电阻一定时,电压随着电流的增大而增大
C.电压一定时,电流随着电阻的增大而减小
D.电压一定时,电阻随着电流的增大而减小
描述结论时要注意因果关系
“控制变量法”研究导体中的电流跟电压和电阻关系的实验原理.操作方法及实验结论应注意因果关系,实验结论不能反过来说.例如“电阻一定时,电压与电流成正比”就违反了因果关系.电压是“因”,电流才是“果”,不是因为导体中通过了电流才有电压.也不能说“导体的电阻与通过它的电流成反比”,因为电阻是导体本身的一种特性,即使导体中没有电流,它的电阻也不会改变(温度不变时),更不会因为导体中的电流变化而使电阻发生变化.
第2课时 欧姆定律
1.能根据实验探究得到的电流、电压、电阻的关系得出欧姆定律.
2.理解欧姆定律,记住欧姆定律的公式,并能利用欧姆定律进行简单计算.
【重点难点】
重点:欧姆定律的内容和公式.
难点:正确理解欧姆定律的内容;弄清变形公式的含义.
【新课导入】
导入1:情景导入
师:上节实验课我们得了关于电流、电压和电阻的什么结论?
生:在电阻一定时,电流与电压成正比;在电压一定时,电流与电阻成反比.
师:电流、电压和电阻这三个物理量在数值上有怎样的关系?
这个关系首先是被德国的科学家欧姆发现的,所以我们把这个规律叫做欧姆定律.
导入2:复习导入
复习提问:
(1)电流和电压之间的关系是什么?
(2)电流和电阻之间的关系是什么?
学生回答
师:以上的同学回答的很好,表达得很准确,如果将上面的两个关系综合起来,又可以得到什么结论?
生:通过导体的电流与导体两端的电压成正比,与导体本身的电阻成反比.
师:同学们说得非常好,这个结论就是我们今天所要学习的欧姆定律,今天这节课,我们还要学习该定律的应用.
【课堂探究】
1.欧姆定律
师:电流和电压、电流和电阻之间的关系是什么?
生:电阻一定时,导体中的电流跟导体两端的电压成正比;电压一定时,导体中的电流跟导体的电阻成反比.
师:这个结论就是电流跟电压、电阻三者之间的定量关系,因此我们可以得出.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.这是德国物理学家欧姆在19世纪初经过大量的实验而归纳得出的,为了纪念他,把这个定律叫做欧姆定律.
用公式表示I=
式中:I——电流——单位:安培(A)
U——电压——单位:伏特(V)
R——电阻——单位:欧姆(Ω)
说明:
(1)欧姆定律中电流、电压、电阻的单位分别为安培、伏特、欧姆.
(2)运用欧姆定律应是“同一导体”,并且“同一时间”上的U,R和I,电流、电压、电阻三个物理量必须是同一段导体同时具有(同一性、同时性).
(3)U=IR不表示导体两端的电压和通过导体的电流成正比、和导体的电阻成正比.只能说导体两端的电压在数值上等于通过导体的电流和导体的电阻的乘积.
(4)R=不表示导体的电阻和导体两端的电压成正比、和导体的电阻成反比,只能说导体的电阻在数值上等于导体两端的电压和通过导体的电流的比值.
2.欧姆定律的应用
例题:课本86页例题
师:示范解电学题的一般规则:
(1)根据题意画出电路图.
(2)在电路图上标明已知量的符号、数值、未知量的符号.(3)利用欧姆定律求解.
师:要求学生在笔记本上画出图、标出量、写出数,训练学生基本的技能.
第2课时 欧姆定律
欧姆定律
1.
如图所示为A,B两个导体的IU图线,由图线可知( B )
A.RA>RB
B.RAC.RA=RB
D.无法确定
2.
如图所示,电源电压保持不变.闭合开关,当滑动变阻器的滑片向右移动时( C )
A.电流表示数变大
B.电压表示数变小
C.小灯泡亮度不变
D.电压表示数不变
3.当某导体两端的电压是6 V时,通过它的电流是0.3 A,则当该导体两端电压减小到4 V时,通过它的电流变为 0.2 A;当它两端电压为0时,该导体的电阻为 20 Ω.?
4.定值电阻R1=10 Ω,R2=5 Ω,把它们串联在电源电压不变的电路中时,通过R1的电流I1=0.2 A,则电源电压U= 3 V.?
5.某导体两端电压为9 V时,通过它的电流为0.3 A,该导体的电阻为 30 Ω;当该导体两端的电压为6 V时,此时该导体的电阻为 30 Ω.?
6.
如图所示电路中,R1=30 Ω,S断开时,电流表的读数是0.2 A,S闭合后电流表的读数是0.5 A.求R2的阻值.
解析:S断开时,电路中只有R1,此时电流表的示数为0.2 A,则电源电压U=I1R1=0.2 A×30 Ω=6 V.S闭合后两电阻并联,电流表的示数为0.5 A,所以通过R2的电流I2=I-I1=0.5 A-0.2 A=0.3 A,所以R2===20 Ω.
答案:20 Ω
欧姆定律的由来
乔治·西蒙·欧姆(Georg Simon Ohm,1787~1854年)是德国物理学家.欧姆从小就在父亲的教育下学习数学并受到有关机械技能的训练,这对他后来进行研究工作特别是自制仪器有很大的帮助.欧姆的研究,主要是在1817~1827年担任中学物理教师期间进行的.欧姆第一阶段的实验是探讨电流
产生的电磁力的衰减与导线长度的关系,其结果于1825年5月在他的第一篇科学论文中发表.1825年7月,欧姆也用上述初步实验中所用的装置,研究了金属的相对电导率.1826年,欧姆用上面的实验装置导出了他的定律.1826年4月欧姆得到了欧姆定律的数学表达式,即电路中的电流强度和电势差(电压)成正比而与电阻成反比.为了纪念欧姆对电磁学的贡献,物理学界将电阻的单位命名为欧姆,以符号Ω表示.
