15.3伏安法测电阻.doc

伏安法测电阻一指导思想与理论依据 本节课是基于人本主义学习理论指导下的一节物理规律课。人本主义学习理论指出，当学习的内容是学习者自己认为是有意义、有价值的实践、知识和经验时，学习着才能真正激发出学习的潜能，才能使每个人所具有的学习、发现、丰富知识与经验的潜能和愿望被释放出来的。本节课的教学设计正是由此出发，通过生活情景创设，围绕现实场景下的问题，使学生认识到相关规律的意义、实践的价值，从而实现学生的主动探究、自主学习，最终使学生获得知识与技能、过程与方法，情感、道德和价值观的共同发展。 二教学背景分析 【学情分析】 教学班级的学生群体是我区普通高中的学生，有一定的相关知识储备。年级大部分的学生在初中阶段没有养成良好的学习习惯，缺乏学习的主动性，学习中缺少问题意识，往往不能主动提出问题。面对学习中出现的、具有一定难度的问题，缺乏解决问题的耐心和毅力。学生群体中也存在小部分优秀学生，对科学探索有很高的热情，善于观察，思考积极，实验能力、分析推理能力等综合素质较高，是物理学习的骨干，但思维的严谨性和细致度与示范高中学生存在较大差距。 【教材分析】 高中阶段的前期学习中，学生已经进一步学习了欧姆定律、电阻的串并联及其应用等相关知识，测量了小灯泡的伏安曲线，故能识别常见电路中的主要元器件，有一定的电路实验基本操作技能。而初中已有的关于伏安法测电阻的知识学生也有较深刻的印象，能够直接回忆出常见的两种电路。但初中阶段学生对其中的差异及其影响并没有进一步的讨论和研究，而这正是本节内容在高中教材再次出现的意义所在，也是本节课的重点和难点。 三教学目标设计 1知识与技能 （1）能够区分内、外接电路。学生能够正确连接内外接电路测量未知电阻。 （2）能够运用已有的知识解释电表内阻对电阻测量值的影响。 （3）在电阻测量中，会选择电流表内接或外接来减小测量误差。 2过程与方法 （1）学生掌握测量未知电阻的方法，并能正确操作实验过程，学生的实验能力、思维能力得到提高。 （2）小组合作，尝试科学探究和物理实验的整个过程。 3情感、态度与价值观 （1）培养学生细心操作、认真观察的习惯和分析实际问题的能力。 （2）培养学生积极参与讨论、自主思考，主动探究的学习品质 （3）体会科学探究的意义和价值。 【教学重点、难点及突破的思路和方法】 本课的重点是学生通过验证性实验和探究性实验，掌握电阻测量的基本原理和方法、理解引起误差的原因以及掌握减小测量误差的方法。教师由开放性问题开始，问题逐级深入，有针对性的引导学生思考和探究相关问题。难点是内、外接测量电路的选择、误差的分析及误差的相对性。 四教学过程与教学资源设计 【教学流程】 【导入新课】 情景创设：教师展示一种时尚的照明设备： USB键盘灯。配合其图片就其功能做简要介绍：“这是一种专门用来为在黑暗中准确敲击键盘而设计的一种既有效又节能的装置。它直接插在电脑的USB接口处。同学们你们能猜出它使用的电压是多少吗？” （设计意图：选取这样一个新潮电子产品一方面可以激发学生的学习兴趣，也体现了物理知识在生活中的运用。绝大多数的学生对电脑比较熟悉，对 USB设备也经常使用，如优盘、MP3等，贴近了学生生活。） 学生迅速答出： USB接口的输出电压是5V。 教师提问：“仔细观察提供给同学们的手电筒灯泡，它能否在这个电压下正常工作呢？为什么？” 学生：不能。因为这个灯泡的额定电压只有2.5V，所以不能直接接在5V电压上。 (设计意图：通过低起点的问题，使每个学生都有参与活动的可能。学生大都在初中时就接触过小灯泡，可以很容易从灯泡上发现标注的点压。) 教师提问：“那么同学们想一想，有什么办法可以让这样的灯泡在5V电压下工作？” 学生：“可以用一个和小灯泡阻值相同的电阻同小灯泡一起串联接在电源上。” 教师提问：“这的确是一个解决问题的办法。但我们怎样才能知道小灯泡的阻值是多少呢？” 学生1：“用电流表、电压表测一下，根据欧姆定律就可以求出电阻。” 学生2：可以直接从灯泡的标注的功率利用P=U2/R，求电阻 学生3（学生中部分爱动手的学生）：“可以使用万用表。” 教师讲解：“在生活中许多用电器都标有电器使用时的电压和功率，利用我们所学的知识就可以通过这些信息进一步了解电器工作时的状态。刚才同学们提到的几种方法，都是以纯电阻电路欧姆定律为基础的。而同学们提出的运用电流表、电压表测量纯电阻是最普遍采用的测量未知电阻的方法伏安法。” （设计意图：教师围绕物理知识在生活中的运用，通过一系列生活中的实际问题，把学生引入到本节课的重点问题上。而上述这些问题，都是建立在学生已有的知识基础上的，大部分学生经过知识回忆，可以很快想到问题的答案。学生由于回答的难度是逐步增加的，因此学生在回答问题中逐渐找到了自信，唤醒了学生的表现欲望，激发了学生的学习动机。） 【新课教学】 学生活动：请同学回想伏安法测电阻时用到了哪些仪器，电路图是如何联接的，在 3分钟的时间内，把回想出的电路图画在笔记本上。 （设计意图：伏安法对学生并不陌生，大部分学生都可以正确的画出电路图。教师通过对学生画出的电路图进行讨论，规范学生作图，重点复习滑动变阻器的作用和使用方法，并定义内外接。） 【实验1：内接法】 演示实验：教师取出早已联接好的电路，用内接法尝试测量用电阻箱制作的“黑箱子”。实验时，引导学生回忆电路的连接方法以及滑线变阻器、电流表和电压表的使用注意事项。教师只测量一次，并由学生读出相应的数值，根据欧姆定律计算出结果。 （设计意图：设计由教师演示内接法，主要是进一步帮助学生建立规范、正确的实验操作，为后续安排的学生分组探究实验提供操作示范以及问题研究场景。测量一组数据的目的是为了随后讨论正确的实验方法而做的策划。） 教师提问：“你们认为这次测量的结果，就是这个电阻的阻值吗？” 学生1：“不一定。因为测量的次数少，测量的结果可能比真值大也可能比真值小，这完全是偶然的。 教师提问：“怎样解决这个问题？” 学生2：“多次测量。” 教师提问：“哪位同学愿意给同学们再说的具体一些。” 学生：“改变滑动变阻器的阻值，分别记下每次的电压和电流。根据这些数据再分别计算阻值，取平均值。” 教师提问：“通过取平均值的方法的确可以进一步得到更准确的结果，但如果其中存在着不正确的测量结果，就可能影响测得的平均值。有没有更好的数据处理方法帮助我们得到更精确的结果？” 学生：“描点做图法，可以将把那些偶然误差的测量数据排除。” 学生活动：根据刚才同学们的讨论，请同学们用内接法测量各组的未知电阻。用图像法计算未知电阻的阻值。为了便于数据计算，让电压每次都是一个整数电压表的示数为整数。” （设计意图：让学生练习根据电路图进行实物连接和数据处理，训练学生的实验能力。） 然后，让学生打开黑箱，读出变阻箱设置的电阻值。 教师提问：“刚才我们测量的结果和电阻的真实值之间仍存在着一定的差异，同学们认为造成这种差异的原因可能是什么？” （设计意图：这种开放式的问题既是本节课的教学重点、难点，也可以使每个学生从自身的认知基础上对问题进行思考，而后积极参与课堂教学） 学生的回答主要集中在以下2个方面： 1测量仪器有问题 （这个学生很容易想到的原因和本节课对内外接中出现的误差原因分析密切相关） 2测量方法可能不合适 （少部分基础好的学生已经意识到可能是测量方法有问题） 教师就第一个答案引导学生进行讨论。 教师提问：“为什么你们会认为测量仪器可能影响我们的测量结果呢？” 学生：测量仪器不够精确。仪器本身存在误差。 教师启发：“通过同学们的积极思考，大家推测测量仪器本身可能影响我们测量结果。那么这个实验中的电压表和电流表是如何影响到我们测量的结果呢？” 学生：“通常我们认为电压表的电阻无穷大，电流表的内阻无穷小。但实际中的电压表只是“很大”，电流表内阻“很小”。” 教师讲解：“大和小都是相对的，是依据参照物决定的。乒乓球与篮球比很小，与一个原子核相比不知道大了多少万倍。那么分别用电阻表示电压表和电流表的内阻后，我们刚才的测量电路发生了怎样的变化。认真比较电压表和电流表的内阻对电路的影响。尝试和你周围的同学讨论一下测量结果和真实值之间存在差异的原因。” 至此，学生们进一步就本节课的重点展开深入讨论。教师则在学生讨论的基础上，进行总结梳理： 板书： 1误差的原因在于电压表和电流表的内阻。2电流表内接时电流表测量是准确的，由于电流表的分压，导致电压表测量值高于电阻两端的实际电压 3内接法测量值大于真实值。【探究外接法】 在学生对内接法有了一定的认识和理解后，教师引导学生进行理论分析：“如果采用外接法，测量值与真实值之间的大小关系如何？为什么？” （设计意图：由于学生刚刚对内接法进行了理论分析，因此紧接着安排的对外接法分析，学生并不感到困难。而教师也可以借此机会训练学生的分析、数学计算等能力） 很快学生得到结论：“外接法测量值小于真实值”。 教师梳理学生分析形成板书： 1外接法电压表测量是准确的 2由于电压表的分流，导致电流表测量值高于通过电阻的电流。 3此外接法测量值小于真实值。 随后，教师组织学生采用外接法测量同一电阻进行实验探究，验证理论结果。教师顺势对学生进行科学研究方法的教育：“对未知的现象，先运用理论知识进行推理，再通过实验进行验证这是物理学常用的研究方法。” 【内外接法的选取】 在学生对内外接有了比较清楚的认识后，教师提出难点问题：“内、外接法中，哪一种测量方法更接近真实值？” 大部分学生：“根据刚才的实验结果是外接法。” 个别学生，主要是学生中基础扎实的部分学生已经意识到：“可能和测量的电阻大小有关。”教师组织学生从理论上推导并总结规律：“外接法时电压表分流越少越准确，内接法电流表分压越少越准确。” 教师启发：“如果电压表和电流表的内阻近似于理想状态，你们推测内外接法哪种测量更精确？” 学生经过短暂思考后，给出正确结论：“如果电压表和电流表的内阻近似于理想状态，内外接测量的结果是一样的” 教师运用电流和电压传感器验证推理，从而加强了学生对电表内阻的理解。 教师追问：“在现实中，我们怎么能够判断出用哪种接法更适合？”提示学生，观察我们刚才用内外接测量时的实验数据，比较在电压变化幅度与电流变化幅度。个别基础扎实，善于思考的学生很快指出：电压表变化相同时，电流表变化幅度小于电压表变化幅度。 （设计意图：提出“幅度”的表述，主要是因为电压和电流的单位不同，观察指针的变化的幅度更容易理解“变化明显”的含义） 教师进一步说明：根据这个特点，我们可以用试触的方法观察先后两次试触时两电表的示数变化情况，如果电流表的示数变化比电压表的示数变化明显，说明接 M 点时电压表分流作用引起的误差大于接 N 点时电流表分压引起的误差，这时应采用内接法反之则应采用外接法 并请最先回答问题的学生演示试触法为另一个电阻黑箱选择适合的测量电路，加强学生理解。 【课堂小结】 教师：“本节课主要是讨论了伏安法，同学们你们认为运用伏安法测量电阻哪些需要注意的地方？” 教师在学生总结的基础上梳理本节课的重点，并对学生进行德育：“当实际情况与我们预想的存在差距时，不要轻易地否定自己。我们应该更深入的分析其中的原因，这样往往能够帮助我们自己找到解决问题的最有效的方法。” 五学习效果评价设计本节课评价学生的学习效果采用项目评价的办法。通过 让学生亲自设计、挑选电阻和制作完成个 USB键盘灯这一 有意义、有价值的实践过程， 可以对学生本节课掌握的情况进行检测，使学生进一步巩固本节课的所学，体会物理知识在生活种的应用。而学生在完成这个项目的过程中，还可以评定学生的创造力、计划能力、整合与归纳知识的能力、与他人合作的能力。教师要求学生每两个人一组，利用所给的实验器材，模拟制作一个能够正常工作的 USB 键盘灯。 实验器材：每组有 3 个未知电阻，额定电压2.5V 小灯泡1只，滑动变阻器1个，学生用电压表、电流表各一只，开关1个，导线若干。电源输出电压为 5V 。项目完成时，各组应提交的内容有： 1未知电阻的选取步骤和相关电路图 2USB 键盘灯的工作原理图。 3测量出小灯泡实际工作时两端的电压和通过的电流。 点评伏安法测电阻这节课是学生综合运用直流电路和欧姆定律等电学知识解决实际问题的典型课例。高老师的教学设计具有以下特点： 第一，注重创设问题情景，利用问题为线索来组织教学的各个环节。首先从贴近学生生活的 USB 键盘灯引入，激发学生的学习兴趣，并引出本节课要研究的问题。在教学过程中，教师设计了一系列具有启发性的问题引导学生积极思维，并由易到难、由浅入深、由理论到实践经历了学习和研究的过程。一些开放性问题的设计，锻炼了学生思维的多向性，并使学生利用原有的知识和经验，同化和索引出新的知识，很好的落实了基础知识和基本技能。 第二，多种教学方式和学习方式的优化组合，保证了三维教学目标的有效落实。教师以实验为本节教学的主要内容，提供充足的学习资源，创造教学条件，让学生在体验科学探究中学习物理知识。教师演示实验和学生探究实验的设计，让学生参与问题的猜想讨论、实验设计、动手实验、误差分析、理论推导出内外接法对测量结果的影响等，使学生对实验仪器的规范使用有了更清楚的认识，对伏安法测电阻的原理进一步加深了理解，培养了学生的物理思维能力和科学探究能力。教师用多种方式组织学生的学习活动，使学生始终保持一种积极探索求知的学习状态。 第三，发挥评价对了解学生实际学习和发展状况并促进学生发展的多元作用。高老师把评价融入教学过程，在学生回答问题后，教师都给予积极性的评价，特别是对于部分学困生，能发现他们的闪光点给以肯定和鼓励。对于课堂检测环节，教师设计了让学生完成自主设计、挑选电阻和制作完成个 USB 键盘灯的实践活动。这不仅可以对学生本节课知识掌握的情况进行检测，进一步巩固本节课的知识与技能，而且可以使学生形成物理知识源于现实生活，又应用于现实生活的认识，有益于提升学生运用物理知识解决实际问题的能力。该教学设计思路清晰，理论依据充分，符合物理课程标准的教学理念，符合教学规律和学习规律，是一篇很好的教学设计。