沪粤版物理九年级上册教学设计：14.3欧姆定律的应用

14.3欧姆定律的应用
【教学目标】
知识与技能：
1.通过实验探究，巩固和加深对欧姆定律的理解。
2.进一步掌握电压表、电流表的使用方法及规则.
3.通过使用滑动变阻器，进一步理解滑动变阻器在电路中的作用，巩固滑动变阻器的正确使用方法.
过程与方法：
1.通过教师与学生的双边活动，进一步培养学生的观察能力，以及对信息的综合分析能力.
2．通过实验探究的全过程，培养学生做电学实验的良好习惯和一般方法。
学会伏安法测量电阻的方法。
情感态度与价值观：
1.通过学生自己的设计、操作、结论的分析，培养学生实事求是的科学态度和周密、严谨的科学思维方法，团结协作的精神，养成良好的学习习惯.
2.在共同完成的操作及实验过程中，培养同学之间相互协作的团队精神.　　
【教学重点】
根据实验课题的要求设计实验电路，掌握正确的操作顺序。.
【教学难点】
根据实验电路图进行实物连线，并排除接线过程中出现的种种故障。
【教学准备】
(学生可2人或4人一组)干电池组（带盒）或学生电源、电压表、电流表、小灯泡（带座）、开关、滑动变阻器、导线若干、投影仪.
【教学方法】实验法、探究法、讨论法.
课时安排：3课时
第一课时
【教学过程】
一、复习引入新课题
同学们上节课学习了欧姆定律，并已能用欧姆定律的公式做一些简单的计算，现在请同学们看这样的题目.
（投影题目）
用电压表测出一段导体两端的电压是7.2
V，用电流表测出通过这段导体的电流为0.4
A，这段导体的电阻是多少？
（同学们练习，两个同学板演）.
此题目是上节课欧姆定律公式的巩固应用，其目的有二：巩固旧知识；引入新课题。
通过该题的计算，同学们有什么启示吗？
生：如果知道一个电阻两端的电压和通过的电流，就可以计算出它的电阻。.
师：如何知道一个电阻两端的电压和通过的电流呢？
生：可以用电压表和电流表分别测出电压和电流。
这也让我们找到了一种测量电阻的方法，我们把它叫做“伏安法”测电阻。
（自然引入，并板书课题）
二、新课学习：
（一）、活动一测量小灯泡工作时的电阻
《一》制定计划和设计实验
1、引出伏安法
提问：现在有一个小灯泡，谁能想办法测出它工作时的电阻值
学生：只要能测出电灯两端的电压和通过电灯中的电流就可以由欧姆定律I=推出R=算出电阻值.
物理学中，把这种测量电阻的方法叫做伏安法
2、画出这两种电路，学生观察比较和讨论
3、按电路图连接电路进行实验
统一作如下的讲解和指导：
1．将仪器接入电路前要了解器材的规格，如电源的电压、电压表电流表的量程、最小刻度值、滑动变阻器的最大阻值和允许通过的最大电流等；
2．还要注意观察电流表、电压表的指针是否指在“0”刻线处，如果不在，还要注意先调零；
3．还要看一下小灯泡标识的电压值是多少；
4．在连接电路的过程中开关要始终处于断开状态；
5．注意看清电流表、电压表的正负接线柱，连接时不能接反；
6．合上开关前，滑片应该在滑动变阻器阻值最大的位置上（这一点可让学生充分讨论其道理，并得出滑动变阻器阻在这个实验中的作用之二：控制电路中的电流。
4、变阻器的连接作用
教师：为什么要将电路接入变阻器呢？
生：改变电路中的电流，从而改变灯泡两端的电压以进行多次测量。
（1）
引导学生分析
教师：像前一部分同学讲的，用电流表和电压表测出小灯泡中的电流和灯两端的电压就可以计算灯泡电阻.为什么还要改变电路中的电流，改变电路中的电流有什么用呢？
前一个电路只能测一个电流值和电压值,而后一个电路中，利用滑动变阻器通过改变接入电路中电阻的大小改变电路中的电流.由于灯泡的电阻一般不变，这样根据欧姆定律变形式U=IR，灯泡两端的电压改变时，电流也会改变.因此，就可以测出几组不同的电压值和对应的电流值。
5、进行实验，收集数据
实验序号
U/V
I/A
R/Ω
灯泡亮度
1
不亮
2
等死暗红
3
微弱发光
4
正常发光
6、分析与讨论
得出的一系列数据，为什么电阻都不同呢？
（2）
引导学生分析
1）
小灯泡由不亮逐渐变为正常发光，灯泡灯丝的温度是否在变化？
答：电灯发光发亮时，一段时间后，灯泡温度会上升发热。
2）
小灯泡灯丝的电阻跟灯丝的温度高低有什么关系
答：影响导体电阻的因素有温度，温度越高电阻越大，温度越低电阻越小。
3）
有同学将记录表中四次测得的电阻的平均值作为小灯泡的电阻，你认为这样做正确吗？为什么
答：在实验中测量几组数值的意义也在于此：多测几组不同的电流和相应电压的数据，就可以得到多个电阻的测量值，从而可以通过取平均值的方法，去掉测量过程中可能出现的偶然误差，提高物理量的测量精确度.
“多次测量求平均值”，这是我们在物理实验中经常要用到的方法.因此电路中连入变阻器是十分必要的。
4）
电流表指针偏得过了，出了刻度线以外，是什么原因？如何处理？
所选择的量程过小，应选择较大量程
5）
电流表指针偏转角度过小，是什么原因？如何处理？
所选择的量程过大，应选择较小量程
6）
电表指针反偏是为何？
正负接线柱接反了
师：往往在实践中会遇到许多问题，遇到问题要勇于去找到问题的答案并力求解决它。
三、小结
师生共同总结这堂实验课并强调：电学实验要求严格，操作要规范，步骤要严谨，否则，易损坏器材，或达不到实验目的。期望同学们在以后的学习中会做得更好。
四、布置作业：
课本练习1、2、3
五、【板书设计】
“伏安法”测电阻.
实验原理：
R=实验电路：
实验器材：
实验电路图：
实验步骤：
1.按电路图连接实物电路.连接电路时，开关应断开.
2.检查电路无误后，将滑动变阻器滑片调至滑动变阻器阻值最大的位置.
3.合上开关，移动滑动变阻器的滑片.改变被测小灯泡两端的电压，测出通过小灯泡的电流和小灯泡两端的电压，分别记下三组对应的电流和电压的数值，将测量的电流和对应的电压值，填入数据表格对应的空格内.
4.根据欧姆定律I=的变形公式R=算出小灯泡的电阻并求出其平均值.作为所小灯泡的阻值.
数据表格及记录：
实验次数
电压U（V）
电流I（A）
电阻R（Ω）
灯泡的亮度
1
2
3
小灯泡电阻的平均值：=
【教学反思】
第二课时
引入新课
　　通过实验引入，要注意实验的准确性和可见性。引导学生注意更换电阻后电流表的示数是否发生了变化，而不必观察电流表的具体示数，从此引入等效电阻的概念。
　　二、新课学习
　　（一）串联电路的等效电阻
　　1.串联电路的等效电阻
　　假设有一个电阻可以代替串联的电阻而不影响电路的效果，我们就称这个电阻是串联电路的等效电阻。等效电阻与串联各个电阻的关系可以利用欧姆定律求得。
说明：
（1）不影响电路的效果是指在电源电压不变时，其输出的电流也不变。
（2）等效电阻也叫总电阻。
　　2.串联电路中的电阻关系
　　在图甲中，两个串联导体的电阻值分别为R1和R2，设等效电阻的电阻值为R。R1、R2两端的电压分别为U1和U2，串联部分两端的电压为U。通过R1、R2的电流分别为I1、I2。由欧姆定律可知，U=IR，U1=I1R1，U2=I2R2。
从串联电路总电压与分段电压的关系：U=U1+U2，得IR=I1R1+I2R2。
因串联电路中的电流处处相等，即I=I1=I2，所以R=R1+R2。
对于多个电阻（R1、R2、R3……Rn）串联，同样可以得到R=R1+R2+R3+…+Rn。
这表明，串联电路的等效电阻等于各串联导体的电阻之和。
　　注意
　　（1）把几个导体串联起来，相当于增加了导体的长度，其总电阻一定比任何一个导体的电阻大。
　　（2）由R=R1+R2+…+Rn可推出，n个阻值均为R0的电阻串联，其总电阻为R=nR0。
（3）根据欧姆定律和串联电路的电流特点。不难推出，这说明：串联电路中，电压的分配与电阻成正比。
　　例题?一个阻值为3Ω的电阻R1和一个阻值为2Ω的电阻R2串联后，接在6V的电源上。问电路中的电流多大？
　　分析：画出电路图，要想求出电路中的电流I，只要知道总电压U和总电阻R就可以了。U已知，R可用串联电路的总电阻公式求出。
　　解?因为：R=R1+R2=3Ω+2Ω=5Ω
　　所以：I===?1.2A
答案：电路中的电流为?1.2A。
　　（二）并联电路的等效电阻
　　1.并联电路的等效电阻
　　假设有一个电阻可以代替并联的电阻而又不影响电路的效果，我们就称这电阻是并联电路的等效电阻。等效电阻与并联各个电阻的关系可以利用欧姆定律求得。
　　说明
　　（1）不影响电路的效果是指在电源电压不变时，其输出的电流也不变。
（2）等效电阻也叫总电阻。
　　2.并联电路中的电阻关系
　　推导：设各支路的电阻分别为R1和R2，并联电路的等效电阻为R。通过R1和R2的电流分别为I1和I2，并联电路的总电流为I（如图）。那么，由欧姆定律可知：
　　I1=，I2=，而I=。
　　又因为并联电路的总电流等于各支路的电流之和，即I=I1+I2。
　　所以=+
　　约去U得：=+
　　对于多个电阻（R1、R2、R3、……、Rn）并联，同理可以得到：
　　=++……+
　　这表明并联电路的等效电阻的倒数，等于各并联导体的电阻的倒数之和。
　　说明
　　（1）把n个导体并联起来，相当于增加了导体的横截面积，其总电阻比每一个导体电阻都要小。
　　（2）由=+，可推导出R=。
　　（3）由=++……+可推出，n个阻值均为R0的电阻并联，其总电阻为R=。
　　（4）根据欧姆定律和并联电路的电压特点，可推导出，这说明：并联电路中，电流的分配与电阻成反比。
　　例题??有一只弧光灯，正常工作电流为?5A，电阻力8Ω，要把它接入电压为110V的电路中，需要串联一个多大的电阻，弧光灯才能正常工作？
　　分析：先根据题意画电路图，并标出已知量和未知量的符号，如图?12-3-5所示。为了防止差错，习惯上在物理量代表符号的右下角加角标，分别表示与各导体的对应量，如电阻R1的电压、电流分别为U1、I1，电阻R2的电压、电流分别为U2、I2，总电阻、总电压、总电流分别为R、U、I。并且这九个量中一般知道三个量就可以求出另外六个量。此题根据题目所给条件，欲求电阻R2，可从欧姆定律的变形出发，先求出R1两端的电压U1，再根据串联电路的关系，求出电阻R2两端的电压U2，最后利用欧姆定律变形公式求出R?2；也可以从串联电路总电阻出发，先求出整个电路中的总电阻R，然后利用串联电路特点求出R2；也可以根据串联电路分压关系求出R2。
　　解法1：根据欧姆定律：U1=IR1=?5A×8Ω=40V
　　∵R1与R2是串联在电路中
　　∴U2=U-U1=110V-40V=70V
　　又根据欧姆定律可求出需要串联的电阻R2为：
　　R2=U2/I=70V/?5A=14Ω
　　解法2：根据欧姆定律I=U/R得：R===22Ω
　　∵R1与R2串联在电路中
　　∴R2=R-R1=22Ω-8Ω=14Ω
　　解法3：根据欧姆定律I=得：U1=IR1=?5A×8Ω=40V
　　∵R1与R2是串联在电路中
　　∴U2=U-U1=110V-40V=70V
　　根据串联电路分压关系式：得：R2=×R1=×8Ω=14Ω
答案：需要串联一个14Ω的电阻，弧光灯才能正常工作。
　　三、课后小结
　　1.知识小结
　　
　　2.方法规律总结
　　怎样进行简单电路的计算？串、并联电路属于简单的电路，在解题中要注意以下几点：
　　（1）先根据题意画电路图，并在电路图上标明已知量的符号、数值和未知量的符号，便于分析。
　　（2）利用电路的符号和欧姆定律解题时，特别要重视“对应”关系。也就是说，运用欧姆定律应是“同一导体”，并且“同一时间”上的U、R和I。
（3）如果题目给出的是两个物理过程，要注意分析两个过程之间的联系（如电路的总电压不变）。必要时可分别画出两个过程的电路图，分步加以解决。
四、教学反思
第三课时
教学过程
一、活动2：研究短路有什么危害
（1）通过欧姆定律求出电流
1)用一根长1m、横截面积为1mm的铜质导线（电阻为0.017Ω）跟220V的电源的两极直接连接起来，那么通过导线的电流有多大？
答：根据欧姆定律得I==220V/0.017Ω=12941A
2）如果一盏台灯的工作电流为0.2A，那么通过上述导线的电流相当于多少盏台灯在同时工作。
12941A/0.2A=64705盏
3）如果这样连接会有什么危害？
电源短路，烧坏电路
(2)某同学误将电流表（其电阻为0.1Ω，量程为0-3A）与一用电器并联，此用电器两端的电压为3V，那么通过电流表的电流有多大？这样连接会造成什么危害？
根据欧姆定律得I==3V/0.1Ω=30A
远远超过电流表的量程，这样会烧坏电流表。
(3)实验过程中如何分析电路故障：
??
在做探究串、并联电路中电流的规律的实验时，可能会遇到各种各样的电路故障，一般可以根据故障的现象推断产生的原因。以下就此实验中可能出现故障的现象进行分析诊断。
1．在串联电路(甲图)中的故障
(1)只有一个灯泡亮，如L1亮，其他电路完好，说明问题出在不发光的灯泡L2上，检查灯泡L2的灯丝和灯座是否有短路故障。
(2)两灯都不亮，则电路中一定有断路，可以用一只好灯泡检测故障部位，将检验灯泡分别与灯泡L1、
L2、电流表、开关、电源并联，或与多个元件并联，直到检验灯泡发光，说明所并电路部分存在着断路故障。例如：将检验灯泡L与灯泡L1并联(乙图)，如果L发光，说明灯泡L1处断路；如果L不亮，则其他元件处有断路情况。?
2.
在并联电路（丙图）中的故障
(1)只有一个灯泡亮，如L1亮，只能是不发光的灯泡L2支路上存在断路故障，检查灯丝是否烧断，灯座、导线是不是没有接好。?
(2)两灯都不亮，一般属于干路故障，检查电源、开关、电流表及干路导线中是否断路，也有可能是两条支路同时断路。
二、小结
师生共同总结这堂实验课并强调：电学实验要求严格，操作要规范，步骤要严谨，否则，易损坏器材，或达不到实验目的。期望同学们在以后的学习中会做得更好。
三、布置作业：
练习试卷题分析
四、教学反思