14.2 探究欧姆定律 教案

《探究欧姆定律》
【教学内容分析】
引导学生猜想电流与电压、电阻的数量关系，以及用控制变量法设计完整的实验电路，是本节教学的关键，本节通过“猜想假设”、“设计实验1”“设计实验2”三个模块突破教学难点。在每一个模块中，学生围绕老师提出的问题，通过讨论、交流、展示等方式，积极主动地开展活动，进行自主合作学习，从而对探究过程中的关键步骤有具体化、明确化的认识。
【教学对象分析】
初三学生刚刚开始学习电学，思维能力有限，认知比较浅显，必须要及时引导，促进学生深层次的思考才能顺利完成制定的计划。对于控制变量法，学生比较熟悉，但将实验方案具体化还是要老师引导。
【教学目标】
1、知识与技能
理解欧姆定律。
2、过程与方法
通过实验，利用控制变量法探究电流与电压、电阻的关系，归纳得出欧姆定律。
3、情感、态度与价值观
体验探究自然规律的曲折过程和科学发现的喜悦，保持对科学探究的好奇心，增强学习物理的兴趣和克服困难的信心。
【教学重、难点】
教学重点：欧姆定律及其探究过程
教学难点：学生设计并进行实验探究欧姆定律
【教学用具】
教师演示：探究“电压一定时，电流与电阻成反比”方案设计，如图
磁吸式电学实验器材

学生分组实验：干电池（4节）、开关、定值电阻（5Ω，10Ω，15Ω）、电流表、电压表、滑动变阻器、导线若干
【教学流程图】
【教学过程设计】
教学环节
和教学内容
教师活动
学生活动
设计意图
课题引入
（提出问题）
播放情景剧
师：现在我们已经学了电压电流电阻，那电压是形成电流的原因，电阻对电流有阻碍作用，那就有同学来问我们了，说电流与电压之间是不是有什么关系，那她们是怎么解决的呢？大家　请看一段小视频。
师：他们是通过实验得出了电流与电压、电阻是有关系的这样一个初步结论，但是，这是关系到底是怎么样的呢？这节课我们就通过探究欧姆定律来认识它们的关系。
学生在课前提出电流与电压电阻是不是有什么关系并通过如图实验进行初步探究，得出电流与电压电阻是有关的。
创设情境，提出问题，让学生通过观察现象，发现电流与电压电阻是有关的，从而引出问题：电路中的电流与电压电阻存在什么定量关系？
制定实验步骤
实验设计
师：既然电流跟两个因素有关，实验肯定分两步进行，分别探究电流与电压的关系和电流与电阻的关系。因此，探究时要用到什么研究方法？（学生一边回答，教师一边展示ppt）
师：控制变量法大家已经非常熟悉了，那么现在大家来告诉我。第一步探究电流与电压的关系时，要控制什么？改变什么？观察什么？（学生一边回答，教师一边展示ppt）
师：第二步探究电流与电阻的关系时，要控制什么？改变什么？观察什么？（学生一边回答，教师一边展示ppt）
生：控制变量法
生：控制电阻，改变电压，观察电流
生：控制电压，改变电阻，观察电流
学生讨论制定实验步骤
第一步实验：当电阻一定时，电流与电压的关系
电路设计
电路设计
师：接下来我们要研究这两个问题必须先要明确好研究对象。今天我们以定值电阻作为我们的研究对象。
（板书：画出定值电阻）
1、电阻一定，探究电流与电压的关系。
师：我们看第一步实验，由于定值电阻阻值不变，因此电阻一定的目的就达到了。接着我们要改变定值电阻的电压，就必须要用什么来监测电压的改变？因此，我们把电压表与定值电阻怎么连接？然后要用什么来观察通过定值电阻的电流？电流表要与定值电阻怎样连接？（一边引导一边根据学生的回答画出电路图）

师：要使电路完整，我们还需要什么？（根据学生回答完善电路图）
师：按这个电路进行测量，我们如何改变定值电阻的电压呢？怎样做？
(这是一种改变电压的方法。还有没有别的方法？是否可以利用串联分压的原理去改变定值电阻的电压？)
（板书：根据学生的回答在电路图上加一个滑动变阻器，如图。）
师：现在有两种方案都可以改变定值电阻两端的电压，如果让你们选择，你会选择哪种方案？
师：既然大家都认为第二方案好，因此，我们就选择第二方案进行实验。在此过程中要注意（PPT展示注意事项）
生：电压表
生：并联
生：电流表
生：串联
生：电源和开关
生1：增加电池个数
生2：在电路中串联一个滑动变阻器。
（很好，掌声鼓励）
生：第二种。（为什么？请一位同学来分享一下自己的看法。）
生：第二种方案方便，不用拆装电路，而且定值电阻两端的电压值还可以任意调节。（大家认为他说得有没有道理？掌声鼓励）
引导设计电路图
进行实验
学生实验
师：为了使实验结论更具普遍性，第一组的同学选择5Ω定值电阻作为研究对象进行实验，第二、三组的同学选择10Ω定值电阻作为研究对象，第四组的同学选择15Ω定值电阻作为研究对象，而每组同学至少测量四组数据，把测量结果记录在实验报告中，下面将时间交给大家。
学生分组进行第一步实验探究
培养学生自主探究、实验的能力
分析与结论
分析实验数据
R=10Ω（表1）
U/V
1
2
3
4
I/A
0.1
0.2
0.3
0.4
R=15Ω（表2）
U/V
1.5
1.8
2.8
3
I/A
0.1
0.12
0.19
0.2
师：我拿到了一组同学的实验数据（表1），这是用10Ω定值电阻所做的实验数据，我们请这组的同学来分享一下他们是如何从这些实验数据得到结论（投影表1实验记录的数据）
师：很明显他们的数据很容易得出电阻一定时，电流与电压成正比的关系。
（根据学生的结论板书：R一定时，I与U成正比）
师：但是，我们来看看另一组用15欧电阻做的实验数据，那么现在大家还能不能很容易的得出电流与电压的关系呢？
师：有没有一种可以快速又直观的得出电流与电压关系的方法吗？
师：现在请大家把你们的实验数据在坐标纸上画出它们的图像。
师：大家都已经画好了，首先我们来展示刚刚那15欧电阻的数据图像。大家应该一眼就看出这是什么函数的图像了吧？
师：对，这是一条正比例函数图像，由此，再次说明了，电流与电压成正比的关系。
师：那么，大家画出来的图像是不是都是这样的呢？……我收集了好几组同学的数据图像，大家来欣赏一下，（逐个将画在投影胶片上的图像放在投影）这些是用5欧电阻做的数据……我们发现了什么？
师：是不是只有5欧电阻才这样？我们继续看，（逐个将画在投影胶片上的图像放在投影）这些是10欧电阻做的数据，这些是15欧电阻做的数据……我们发现在同一样的坐标上，相同电阻的图像都重叠了在一起！不同电阻的图像呢？我把5欧、10欧、15欧电阻的数据线叠放在一起，发现不重叠！这就特别有意义了！我们知道，对于同一条正比例函数图像，上面的每一点所对应的纵坐标和横坐标的比值是相等的，是一个定值，现在这个坐标的纵坐标是U，横坐标是I，也就是电压和电流的比值是一个定值（边说边板书：U/I=定值），相同的电阻这个比值相同，不同的电阻这个比值不同，可见这个比值是能够反映导体的一种性质，那这个性质是什么呢？我们结合数据表看看，5欧电阻的，电压和电流的比值是多少？再看看10欧电阻的是不是也是这样，电压和电流的比值是多少？可见，这个定值就是电阻的大小。
师：用式子表示：。这个式子可以推出：。由式子可以看出，当电压一定时，电流与电阻成反比。
师：这个推导出来的关系就是第二步我们将要研究的问题，接下来，我们就通过实验来验证这个关系。
学生分享实验数据
生：我们发现定值电阻两端电压越大，电流也越大，且它们增大的倍数相同。所以我们的实验结论是：当电阻相同时，电流与电压成正比。
（非常精彩，掌声鼓励）
生：不能
生：画图像
学生描绘图像
生：可以
生：这是正比例函数图像。
生：直线重叠了
生：5
生：10
分析实验数据，总结出I与U的关系
利用学生在投影片上画出的图像，老师将不同组的数据图像放在实物投影上叠加在一起，引导学生观察分析图像及数据的异同，得出R=U/I，从而推出I=U/R
第二步实验：当电压一定时，电流与电阻的关系
电路设计
电路设计
2、电压一定，探究电流与电阻的关系。
师：同样，我们仍然选择定值电阻作为研究对象，仍然用电压表监测定值电阻的电压，用电流表观察定值电阻的电流，因此，我们很自然想到能不能用第一步实验的电路图来研究呢？
师：我已经按第一步的电路图连好了电路

师：根据这步实验的设计，我们是要改变定值电阻的大小的，怎么改？
师：而我们有三个不同阻值的定值电阻可以更换。
（将三个定值电阻一一摆上去）
师：但是，当每次改变定值电阻的大小时，我们都要保持定值电阻两端的电压不变，那么，这个方案可以达到这个目的吗？
师：是不是这样，我们来试试，现在接入的是5欧的电阻，大家注意观察电压表的示数。接着换上15欧的电阻，再注意观察。
师：大家发现什么？
师：那么就不能保持电压不变了！
（学生程度高的，回答可以移动滑动变阻器的滑片来改变电阻时，进行如下讲授：
师：有同学说可以移动滑动变阻器的滑片来改变定值电阻的电压，是这样吗？我们来试试。
师：可见，这个方案可行。因此我们就用这个方案进行实验！）
学生有回答把滑动变阻器拆去时，进行如下讲授：
师：拆掉滑动变阻器就可以了吗？我们用实验来判断。
师：可见，这个方案理论上是可行的，但在实际操作中是不可行的，想知道为什么不可行，我们可以在课后探讨，那现在这个方案不可行，我们怎样控制定值电阻两端电压不变呢？有没有同学可以想到？
（根据学生的回答补上一个滑动变阻器）
根据学生回答，加上滑动变阻器后，演示利用滑动变阻器改变电压的过程。
学生说应该可以
生：拆下这个定值电阻，换上一个不同阻值的定值电阻
生：可以
学生学观察实验演示。
生：电压表示数发生改变
（学生程度高的，会有回答可以移动滑动变阻器的滑片来调节，这时就顺着学生的回答演示移动滑动变阻器滑片是否可以改变定值电阻的电压。学生观察现象。）
生：拆掉滑动变阻器。
学生观察演示实验
生：滑动变阻器不能拆。通过移动滑片来改变定值电阻的电压。
学生观察演示实验
引导学生设计电路，并演示确定实验方案。
进行实验
学生实验
师：接下来大家根据这个方案来进行实验，定值电阻两端的电压我们可以取任意值固定不变，将测量结果记录在实验报告中。
学生分组进行第二步实验
培养学生自主探究、实验的能力
分析与
结论
分析实验数据
选取实验数据，投影。
师：这是两组同学的测量数据，从中我们可以看出……(当电压不变时，电流与电阻成反比)
师：由此，通过实验的验证，我们证实了电流与电阻的反比关系。
师：综合以上的两个结论，我们可以得到这样的规律：（PPT）一段导体的电流，跟这段导体两端的电压成正比，跟这段导体的电阻成反比
这个规律最早是由德国的科学家欧姆提出的，因此科学家就把这个规律命名为欧姆定律。下节课我们将继续学习欧姆定律在生产和生活中的广泛应用。
学生分享实验数据
分析实验数据，得出当电压不变时，电流与电阻的关系。
综合两步结论得到欧姆定律
课堂练习
PPT展示练习
学生完成练习
学生巩固所学知识
课堂小结
师：本节课我们通过实验得出两个结论，分别是什么？
师：最后，我们综合两个结论我们得到欧姆定律，它是……
生：当电阻一定时，电流与电压成正比。当电压一定时，电流与电阻成反比。
生：一段导体的电流与它的电压成正比，与它的电阻成反比。
【板书设计】
14.2探究欧姆定律
U
I
R
R一定时，I与U成正比。
U/I＝定值（R） I=U/R
U一定时，I与R成反比。
【教学设计亮点】
课前引入采用了播放学生课前预习小视频的方式，引起学生的兴趣。
分析数据采用图像法，巧妙的利用投影胶片的透明效果看到数据线重合，从而通过图像理解UIR的关系，并深入理解U-I图线的物理意义；最后利用比值定义法得出I=U/R。
3、通过理论推导和实验相结合的方式把探究实验变成验证性实验，降低实验难度提高实验的成功率