1、人教版高中物理选修 3-1欧姆定津的教学设计浙江省回浦中学 游海女 317000一、设计思想欧姆定律是高中物理选修 3-1 第二章恒定电流第三节的内容，本节内容涉及两个问题。一是欧姆定律，二是导体的伏安特性曲线。其中欧姆定律是实验定律，这一块内容学生在初中阶段已经学过，但高中阶段对学生能力的培养提出了更高的要求。主要体现在让学生体验和领会科学的实验方法以及提高实验动手能力。因此基于这样的要求，对于教材中给予安排的演示实验-欧姆定律-将改成学生探究实验，使学生经历：引出问题-猜想-设计实验电路-评价实验设计(教师的引导)-确定最佳方案-实验验证(学生协作)-获取实验数据-实验处理数据（用列表对比
2、和图象法进行探究）-得出规律。这样使学生在实验探究中体验科学探究的过程，从中体现了新课程物理课堂以实验为基础，学生“自主、合作、探究”学习的理念。对导体的伏安特性曲线的研究，安排了测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，这是一个研究性学生实验，是在欧姆定律实验的基础上，要求学生通过实验采集数据，学会描绘伏安特性曲线，发现非线性的特征，并分析其主要原因，使学生对欧姆定律的认识更加深化，从而提高解决问题的能力。欧姆定律教学设计具有以下几个特色：（1）充分挖掘可调式台灯中所蕴含的物理知识，使学生通过亲自动手实验进一步认识了台灯中的物理规律。首先以可调台灯为实例创设情境，引出课题，展开欧姆定律的实验探究，然后又
3、通过台灯电路的设计进一步理解欧姆定律，最后通过研究灯泡的伏安特性曲线，使日常生活的台灯贯穿整个教学过程，使教学更加贴近生活实际。（2）在欧姆定律和测绘灯泡的伏安特性曲线实验探究中经历科学探究的过程，使学生在体验中学习和领悟科学方法和科学思想（3）多媒体辅助教学在物理教学中的有效应用。主要采用仿真物理实验对学生进行实验规范操作，并且很好的突破难点-分压式接法。另外还采用 excel 软件进行数据处理。本节课在全章中的作用和地位也是重要的，它一方面起到复习初中知识的作用，另一方面为学习闭合电路欧姆定律奠定基础本节课分析实验数据的两种基本方法，也将在后续课程中多次应用因此也可以说，本节课是后续课程的
4、知识准备阶段二、教学目标 一、知识与技能1、在实验探究中，掌握欧姆定律，在简单电路中会运用欧姆定律进行分析。2、在 U-I 图象中，会分析电压与电流的正比关系，进一步理解用比值定义法定义电阻的概念。3、通过测绘小灯泡伏安特性曲线的实验，学会用描点法绘制伏安特性曲线；通过比较加深对线性元件和非线性元件的感性认识。二、过程与方法1、 通过实验和合作，掌握科学研究中的常用方法控制变量方法。2、 经历探究实验过程，学会利用列表和图象法处理、分析和讨论实验数据，总结实验规律的方法。三、情感、态度与价值观1、 体会可调式台灯中所蕴含的物理知识，通过亲自动手实验进一步认识了台灯中的物理规律，提高学生的兴趣，
5、感受到物理贴近生活实际。2、 体验欧姆定律探究实验过程，领会科学探究实验的使过程。五、重点难点重点：1、电阻：利用 U-I 图象分析以理解电阻是反映导体本身的性质。2、欧姆定律：它是闭合电路欧姆定律的基础，更是整个电学的基础。通过实验探究亲自体验知识的学习过程，也是本节课的核心内容。3、伏安特性曲线：通过对小灯泡伏安特性曲线的研究，可以深入理解欧姆定律及其适用条件，感性认识线性元件和非线性元件。难点：1、比值法定义电阻，由于学生缺乏较多的感性认识，从数学上的恒定比值到理解其物理意义并进而认识其代表一个新的物理量，还是存在着不小的思维台阶和思维难度2、电阻的定义式和欧姆定律表达式的区别，从数学角
6、度看只不过略有变形，但它们却具有完全不同的物理意义有些学生常将两种表达式相混，对公式中哪个是常量哪个是变量分辨不清，要注意提醒和纠正3、实验的电路采用了分压式接法，是一个难点，本节课通过学生讨论分压式的优势以及与限流式的比较，再结合仿真物理实验式进行模拟使学生理解分压式接法的目的。六、教学策略与手段（1）本节课由可调式台灯引入课题，创建一个物理贴近生活实例，使学生产生学习的兴趣，通过探究实验总结规律，体验科学探究过程；然后在课堂拓展中，又通过让学生画出台灯的简易电路图，运用欧姆定律解释原因；最后测绘灯泡的伏安特性曲线，感性认识线性元件和非线性元件。（2）在进行欧姆定律实验时，组织学生 2 人为
7、一小组进行实验研究（两种阻值不同的固定电阻） ，创建一个探究、合作学习的教学环境。（3）采用多媒体进行辅助教学，应用仿真物理实验室不仅用于进行实验规范操作，同时突破难点，另外用 excel 进行实验数据处理。七、课前准备1、 学生的学习准备学生的学习准备概括成生理机能、智力、情趣、社会性、学习策略、知识基础等六个方面。电学知识比较贴近生活实际，欧姆定律应用广泛，更能增强学生的学习兴趣。在初中学生已经学习过欧姆定律的有关内容，但只是初步学习，而高中要求提高了，对于欧姆定律的学习主要侧重在科学的实验方法和数据处理等科学思想方法，即知识学习的过程。因此对于本节课的学习，通过设计问题，让学生进行探究学
8、习，安排了学生实验，让学生在真实的体验中，学习知识和科学的思想方法，以提高能力，同时也为深入学习电学奠定基础。2、 教师的教学准备教师应当具备“以学生为本”的教学理念以及建构主义理论，结合本节课的教材内容以及学生已有的认识水平来设计教学案例，多媒体教学课件，excel 数据处理软件，学生实验设计和实验报告表。3、 教学环境的设计与布置本节课一开始利用可调式台灯引入课题，创建一个物理贴近生活实例，使学生产生学习的兴趣，然后又通过让学生画出台灯的简易电路图，分析电流的变化原因。最后，通过实验探究小灯泡的伏安特性曲线，并分析其中的原因，使课堂教学前呼后应。对欧姆定律和小灯泡的伏安特性曲线这两个实验，
9、安排梯度，有利于比较和提高。第一个实验组织学生 2 人为一小组进行实验研究（两种阻值不同的固定电阻） 。第二个实验是研究性小实验，要求学生通过实验自己发现问题和分析问题，是对欧姆定律的进一步研究学习，为学生创建一个探究、合作学习的教学环境。4、 教学用具的设计和准备 （1）可调式台灯一盏，调节台灯，让学生观察实验现象，通过提问台灯为什么亮和亮度为什么发生明暗变化，引入课题。（2）学生实验用来研究欧姆定律和测绘小灯泡的伏安特性曲线。实验仪器有干电池 2 节，电压表，电流表，滑动变阻器，导线若干，开关，待测电阻（两种固定电阻和灯泡） （3）创建仿真物理实验室电学实验平台，用于演示电学实验的规范操作
10、和演示分压式接法，可视性大大提高。（4）设计一张实验报告单，便于学生进行实验研究。八、教学过程（）创设情境，引入新课 教师活动：给学生展示一盏台灯，将台灯插头插入电源，但发现没有亮；调节开关，要求观察看到的现象，并说明原因。问题 1：如何才能让台灯亮起来呢？台灯为什么会出现明暗变化？教师活动：总结学生的回答之后，引出这节课要要研究的课题“电流的大小与什么因素有关？”（点评：利用可调式台灯引入课题，一方面使物理更 贴近生活，使学生产生兴趣。另一方面通过研究这盏台灯的工作原理以及物理规律，可以也很好的切入本节课的重点， 贯穿课堂始终。 ）（二）探究欧姆定律1、从现象出发，进行猜想通过特定导体的电流
11、的大小与什么因素有关？学生提出猜想：导体两端的电压与导体电阻。教师对所提出的猜想进一步要求学生思考：如何由实验得到电流和电压与电阻的关系呢？对一特定的导体，通过该导体的电流与电压有什么关系？要求学生猜想。（旨在由学生给出科学的研究一个物理量与两个物理量之间的关系的实验方法-控制变量法。 ）2、实验设计，进行评价教师活动：展示仿真物理实验室平台，介绍实验仪器，要求学生根据给出的实验仪器，结合实验要求（电压的取值尽可能大）设计“研究通过特定导体的电流与其两端电压关系”的电路图，并说出实验设想。学生活动：设计实验电路图，并要求学生代表上台汇报设计的电路图以及说明实验设想，并将所设计的电路画在黑板以便
12、交流。一般学生都能设计如图 1 的电路，少数学生可能与教材中提供的实验电路如图 2 相同。教师活动：在仿真物理实验室平台，按照图 2 进行电路连接，并请学生观察电表的正负接线柱的接法，以及滑动变阻器的初始位置，以规范操作。对程度好的学生提出较高的要求，即引导学生思考滑动变阻器所采用的分压器方式的接法与欧姆定律实验的限流式接法进行分析、比较，提高学生电路分析和设计的能力，也可以讨论分压接法对采集数据的好处等。并可在仿真物理实验室里，演示滑动变阻器触头 c 从 a 到 b 时观察电压的变化范围（从 0开始逐渐增大到接近额定电压） 。（通过仿真物理实验室即可以规范操作，又可以比 较两种电 路，以突破
13、滑 动变阻器采用分压式接法的优势-可以使 电压 在大范围内 变化。 ）3、进行实验，验证猜想学生实验：研究定值电阻两端的电压与电流的关系。根据图 2，由 2 位学生为一组进行合作，全班分成两大组分别测量两种阻值不同的电阻，要求学生完成实验，收集数据至少 5 组，处理数据，并完成实验报告表。学生对数据处理时思考：（1） 、从实验数据中发现什么规律？（2） 、是否有更直观的方法反映电流与电压的关系？4、处理实验数据教师活动：启发学生思考物理与数学的联系与数学中函图 1图 2图 3数图象进行类比，把所得数据描绘在 I -U 直角坐标系中，确定 I 和 U 之间的函数关系学生活动：其中两小组同学（测量
14、不同阻值的固定电阻）把数据输入图 3 的 excel 软件表格中。 ）其他学生在实验表格中绘制 I-U 图象。教师活动：用 excel 软件绘制 I-U 图象（如图 4） 。要求学生观察这些点所在图象是一条什么曲线？教师引导学生总结规律：由图象可知，对于特定的导体，导体中电流与导体两端电压成正比，IU，或者 I=KU。（通过列表法和图象法来处理数据的比较，使学生体会到一种直观研究两个物理量之间的关系的有效方法。 ）5、概念教学-电阻教师活动：引导讨论对于不同的导体，图象斜率是不同的。并比较 1、2 两个导体，在相同电压下，两导体电流分别为 I1、I 2， I1 I2，导体 2 对电流阻碍作用比
15、导体 1 大，由 I1= k1U1，I 2=k2U2,则k1k2。由此可知，k 的倒数反映了导体对电流的阻碍作用。对于同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值都是一个常数，也就是说 1/ k 是一个不变的量，若用一个物理量来描述导体对电流的阻碍作用，用 R=1/ k； I= U /(1/k)= U/R， R 称为电阻由以上可若知，导体 1 的电阻小于导体 2 的电阻，相同电压下则有 I1 I2。（通过引导学生对图象的分析，提高学生 图象分析问题的能力）电阻定义：导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。定义式：R= U/I说明：对于给定导体，R 一定，不存在 R 与 U
16、成正比，与 I 成反比的关系。在这里利用比值定义法来定义电阻，但电阻的大小与 U 和 I 无关。与电阻定义方法相类似的还有电场强度、密度等。单位：电压单位用伏特（V） ，电流单位用安培（A ） ，电阻单位用欧姆，符号 ，且 l=1VA常用单位：1k=1000；1M= 教师活动：引导思考 1 的物理意义是什么？学生活动：如果在某段导体的两端加上 1 V 的电压，通过导体的电流是 1 A，这段导体的电阻就是1 。所以 1 =1 V/A教师引导学生实验总结：对于特定的导体，导体中的电流跟导体两端电压成正比；对于不同的导体，在相同的电压下，导体中的电流跟导体的电阻成反比。这就是著名的德国物理学家欧姆提
17、出的欧姆定律。6、规律教学-欧姆定律教师活动：介绍欧姆定律的由来。德国物理学家欧姆最早花了 10 年的时间用实验研究了电流跟电压、电阻的关系，后人将这个定律以他的名字来命名。欧姆定律内容：导体中电流强度跟它两端电压成正比，跟它的电阻成反比表达式：I=U/R 注意：式子中的三个量 U、 I 、R 必须对应着同一个研究对象大量实验表明，欧姆定律适用于纯电阻电路（金属、电解液等） 教师总结：科学实验研究过程：提出问题提出设想设计电路实验验证数据处理总结规律。（让学生经历了一次科学实验的探究过程，在体 验中领会科学 实验方法和科学思想，从而更好的理解规律。 ）扩展：要求学生画出台灯的简易电路原理图，并
18、分析亮度发生明暗变化的原因。 （欧姆定律的应用）I1I2图 4三、伏安特性曲线1）线性元件教师活动：结合实验中得出的导体 I-U 图象。定义：在实际应用中，常用纵坐标表示电流 I、横坐标表示电压 U，这样画出的 I-U 图象叫做导体的伏安特性曲线。总结：符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的倾斜直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件。引导学生：进一步来了解台灯是否是线性元件？就从研究灯泡的伏安特性曲线是开始，灯泡的伏安特性曲线怎样？2）非线性元件学生实验：将欧姆定律实验电路中的定阻电阻换成小灯泡，由 2 人一组用小灯泡代替原来的电阻，其它仪器不变，按照如下图所示的电路连接电
19、路。改变电压和电流，读出电压值和相应的电流值。引导学生设计表格并进行处理数据，最后在坐标纸上将表格中的数据用描点法画出 I-U图象。学生思考并讨论：在自己得到的曲线中有什么新的发现？怎样解释这个发现？（旨在引导学生自己发现问题，并自己解决 问题）教师活动：将学生的数据输入电脑，利用 excel 软件中绘制灯泡的 I-U图象。学生活动：1、灯泡的伏安特性曲线不是直线。2、由于电压、电流的不同，使灯泡灯丝的温度不同，电阻也不同，造成 I-U 图象的斜率不同。在灯泡两端电压在额定电压附近变化（小灯泡接近正常发光）时，曲线的斜率几乎不变，也就是说，灯丝的电阻变化很小，我们在一般计算时也可以忽略这个变化
20、。教师总结：实际生活中，那些不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，这种电学元件叫做非线性元件。举例二极管、气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体） 、发动机和半导体元件等。 （点评：通过实验使学生感性认识什么是伏安特性曲线以及非伏安特性曲线。测绘小灯泡的伏安特性曲 线是一个研究性学生实验。学生通过实验采集数据，描绘伏安特性曲 线，据此自己 发现其非 线性的特征，并分析其主要原因。教 师通过引导学生思考，给学生多一点思 维的空间。另外通 过对灯泡伏安特性的研究，使学生进一步了解了电路中灯泡所蕴含的物理规律。 ）说一说：下图是某晶体二极管的伏安特性曲线，请你根据这条
21、曲线说出通过二极管的电流和二极管两端的电压的关系。引导学生分析：1、二极管的电流与电压不成正比，二极管是非线性关系；2、二极管加正向电压时，电压越高，电流随电压的变化越快；U/V 0 0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 1.0 2.0 3.0I/A 03、二极管加反向电压时，一般电压下电流为 0 表示不导通，当电压达到一定值时，电流迅速增大，这是反向击穿现象。（点评：一方面通过对图象的分析，以帮助学生 进一步理解 “线性元件”和“非线性元件”。另一方面可以达到通过图象获取信息的能力训练，培养 读图的习惯和方法，理解欧姆定律的适用条件。 ）（三）巩固练习例 1：图为两个导体的伏安特性曲线，
22、求：（1）R 1：R 2（2）电路中，若通过两个导体的电流相同，那么导体两端的电压比U1：U 2（3）若导体两端电压相同，通过导体的电流之比 I1：I 2 例 2：若加在某导体两端的电压变为原来的 3/5 时，导体中的电流减小了 0.4 A.如果所加电压变为原来的 2 倍，则导体中的电流多大?（四）小结学生：认真总结和反思本节所学的内容，并把自己这节课的体会和反思写下来。（点评：通过学后反思，培养学生的反思能力，以构建自己的知识结构。 ）九、知识结构或板书设计三 欧姆定律1、 电阻：R=U/I（比值定义法）对电流的阻碍作用2、欧姆定律：I=U/R （I 与 U 成正比，I 与 R 成反比）适用
23、条件：纯电阻电路3、伏安特性曲线：线性元件、非线性元件十、作业：课外探究活动：研究在酒精灯下加温的铅笔芯的伏安特性曲线 【问题研讨】1、欧姆定律是学生在初中就已经接触过，对于高中的第一个电学实验，如果按照教材给出的分压式电路一下子抬高了对学生的要求。如何降低这个台阶以更适合学生的原有知识是值得思考的。2、本节课是以实验探究为主的教学，如何才能更加积极的调动学生探究的兴趣，培养学生的科学方法和科学思想。本节课与老教材相比，增加了测绘小灯泡的伏安特性曲线实验，使一节课出现了两个实验。如何处理这两个实验是值得关注的。欧姆定律是本节课的重点，不仅要注重知识的本身，更要注重知识获得的过程和科学实验方法，
24、而现行新课程教材则安排为演示实验，测绘小灯泡的伏安特性曲线实验为学生实验，侧重点则在后面了。而本节课的设计中，将两个实验都作为学生实验，本人认为这两个实验实际上并不重复，侧重点不同，且后一个实验是对前一实验的深化。这样设计的科学合理性仍有待商榷。提出问题开 始创设情景，引入新课演示实验：可调台灯的明暗变化实验探究：欧姆定律经历科学探究过程实验设计和评价学生猜想实验验证（分两大组电阻不同以便比较）数据处理概念教学-电阻规律总结- 欧姆定律设计台灯电路，应用规律解释符合欧姆定律的线性元件伏安特性曲线感性认识非线性元件学生研究性实验：测绘灯泡的伏安特性曲线进一步认识灯泡的物理规律第二次呼应问题：电流大小与什么因素有关？学生讨论比较两种电路列表法分析，图象法分析利用仿真物理实验室模拟分压式接法的电压变化多媒体利用 excel 软件画 I-U 图象，并且进行分析多媒体第一次呼应欧姆定律的适用条件说一说学生反思和总结结束巩固练习媒体思考：1、从实验数据中发现什么规律？2、是否有更直观的方法反映电流与电压的关系？多媒体备注教师活动多媒体+教师活动学生活动一般流程（以学生为主体）说明 欧姆定律教学流程图
