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探究电流与电压、电阻的关系
黄泥中学 李建

一、 教材分析：
….探究电流与电压、电阻的关系是得出电路中电流的基本“交通规则”以及掌握电学最重要规律之一欧姆定律的前提o 这三个物理量的关系是在学习了电流、 电压、 电阻等概念以及电压表、 电流表、 滑动变阻器使用方法之后的进一步总结深入, 而且, 这节课很好地体现了探究性学习的要求, 十分重视科学方法的渗透, 重视科学探究过程, 让学生在探究过程中体验方法、 学习方法, 了解得出欧姆定律的大概过程。 其次, 这部分知识也是接下来学习“伏安法测电阻"和学习安全用电知识的理论基础, 所以这部分内容是本章教学内容的一个重点, 占据电学的核心地位。 其次本节内容的探究是一个比较完整的探究, 它涵盖了探究的七个基本要素: 提出问题、 猜想与假设、 制订计划与设计实验、进行实验与收集证据、 分析论证、 评估、 交流与合作。 通过这部分的学习使学生深刻领悟科学探究的意义， 掌握研究问题的科学方法。 通过本节课学习, 主要是为了让学生掌握同一电路中电学的三个基本物理量之间的关系, 进一步了解运用“控制变量法”研究多个变量间的关系的实验方法， 探究当电压一定时， 电流与电阻的关系， 及当电阻一定时,电流与电压的关系, 为进一步学习电学知识打下基础。
二、 学情分析
….在此之前， 我的学生已经学习了简单电路, 具有了一定的电学知识和探究能力, 同时,学生已经掌握了电流、 电压、 电阻的概念, 并且知道了电流表、 电压表以及滑动变阻器的使用方法, 具备了探究电流与电压、 电阻关系的基本知识和基本技能, 这为过渡到本章的探究性学习起到了铺垫作用;根据本学段学生心理和年龄特点及学生的实际水平, 针对教材的地位和作用o 依据课程标准我制定了以下教学目标。
三、 教学目标
….认知目标: 通过实验探究电流与电压、 电阻的关系, 认识影响电流大小的因素有电压和电阻。
技能目标: i、 学会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端电压和通过其的电流, 会用滑动变阻器改变部分电路两端电压。
2、 提高学生依据实验事实, 分析、 探究、 归纳问题的能九 知道通过实验总结物理规律的研究方法n
情感目标: 在情感态度、 价值观上, 学生通过自己提出问题， 激发学习的兴趣和欲望,从而打开探究的大门使探究一步一步地走下去, 进一步培养克服困难、 知难而进的勇气和科学探究精神; 通过记录实验数据, 对感性材料进行分析、 处理可养成务实求是、 严谨认真的科学态度n
四、 教学重点和难点
….这节课, 是通过实验去发现电流与电压、 电阻的关系, 通过运用数学方法分析得出结论。 所以, 制定计划与实验方案是本节课重点。
组织好学生用控制变量法开展探究活动并对数据进行分析、 论证, 得出结论。 是本节课难点。
四、 教学方法------实验、 讨论法
….针对本节以实验为基础的特点， 在教学过程中不能只限于探究的形式, 而必须充分发挥学生的主体作用， 教师的主导作用o 主要采用在教师的指导下让学生自主实验探究的方法进行教学。 通过提出问题叶学生猜想与假设叶制定计划与实验方案叶进行实验与收集证据叶分析论证、 得出结论叶评价叶交流与合作等探究的全过程, 让学生自主构建知识, 学习科学研究方法， 培养学生观察、 实验能力。 具体方法包括: 提问法、 讨论法、分组探究法等
五: 教具准备
(演示) 多媒体课件;
(探究小组) 干电池组、 电流表、 电压表、 滑动变阻器、 定值电阻 (sn、 mn、 嘈5n) 、开关等 .... ..。
为达到上述教学目标,充分发挥学生的主体作用,最大限度地激发学生学习的主动性、自觉性， 本节课教学程序设计如下:
六、教学过程：
【引入新课】
将电源、开关、定值电阻组成串联电路，如下图所示。

问题：如何改变通过定值电阻的电流？
学生回答：1、可以通过改变电路中的电压；
2、可以通过改变电路中的电阻。
电流与电压和电阻有什么定量关系呢？
【进行新课】
提出问题：电流与电压、电阻有什么关系？
根据提示：1、电压是形成电流的原因；
2、电阻是导体对电流的阻碍作用
做出猜想或假设。
二、猜想或假设：
1、导体中的电流可能与导体两端的电压成正比；
2、导体中的电流可能与导体的电阻成反比。
三、设计实验：
【提出问题】
（1）前面学过的哪个实验与该实验相似？
（2）这些实验中应用了哪种研究问题的方法？
（3）再这个实验中怎样应用控制变量法的？
（学生思考）回答：
（1）该实验与探究“决定电阻大小的因素”实验应用的是同一种方法，都是利用控制变量法进行探究的；
（2）研究电流与电压的关系，应该控制电阻不变，通过改变电阻两端的电压，来观察电流的变化情况；
研究电流与电阻的关系，应该控制电压不变，通过改变电阻，来观察电流的变化情况。
限于时间的原因，这节课只进行第一个实验的操作探究。
【提出问题】
（1）如何控制电阻不变？
（2）如何得知电流的变化情况？
（3）如何改变电压，并观察到变化的情况？
（学生思考）回答：
（1）为控制电阻不变，可以使用定值电阻；
（2）利用电流表和电压表分别测量流过定值电阻的电流及其两端的电压。
（3）电压的改变方法有两种：一是改变电池的个数；二是使用滑动变阻器进行调节。
通过学生对这三个问题的讨论，明确实验需要的基本测量工具，并设计实验电路图。
师生互动：师生共同讨论，对各组设计方案的优缺点进行评估，确定实验的最佳方案。
3、实验电路图：（课件展示）

在这个实验中我们是如何改变定值电阻两端的电压呢？
答：通过改变滑动变阻器滑片P的位置，从而使定值电阻R两端的电压发生成倍的变化。
四、进行实验：
实验时需注意以下几个问题：（课件展示）
(1)连接电路时，开关应处于断开状态；滑动变阻器的滑片应置于阻值最大处。
(2)电流表和电压表的使用方法要正确，采用试触法选择合适的量程。
(3)改变电压时，要使电压发生成倍的变化。
(4)通电时间不要太长，测量次数不少于三次。
(5)改变定值电阻，再次进行实验。
(6)设计记录数据的表格，及时记录数据。
五、分析和讨论：
下面这是教师在某一小组，以小组成员的身份参与实验，设计表格并记录的实验数据。
R1=2Ω
U(V)
1
2
3
4
I(A)

R1=4Ω
U(V)
1
2
3
4
I(A)

【提出问题】
电流与电压这两个物理量，哪个量随哪个量变化？
分析表一（或表二），可得出什么结论？你是怎么分析出来的？
这个结论是建立在控制哪个物理量不变的基础上得出的？
那我们能不能说成是“当导体的电阻不变时，导体两端的电压与通过导体的电流成正比”呢？为什么？
进一步分析实验数据，分析表一和表二的同一列，可得出什么结论？你是怎样分析出来的？这个结论是建立在控制哪个物理量不变的基础是那个得出的？
电流和电阻这两个物理量，哪个量随哪个量在变化？
那我们能不能说成是“当导体两端的电压不变时，导体的电阻与通过导体的电流成反比”呢？为什么？
【分析并逐层概括】
电流是由于电压产生的，电流随着电压变。
分析表一（或表二），发现每当导体两端的电压成某一倍数变化时，导体中的电流也成相同倍数变化。于是可得“当导体的电阻不变时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比”的结论。
这个结论是建立在控制电阻不变的基础上得出的。
“当导体的电阻不变时，导体两端的电压与通过导体的电流成正比”的说法是不正确的，因为“电压是电路中产生电流的原因，应该是电流随着电压的变化而变化的”；
分析表一和表二的同一列，由于导体两端的电压相同，电阻在成倍增大时，而导体中的电流却在成倍减小。于是可得结论“当导体的电阻不变时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比”。这个结论是建立在控制电压不变的基础上得出的。
电阻是导体本身的性质，与电流的大小无关，只与导体的材料、长度、横截面积有关，所以是电流随着电阻变。
“当导体两端的电压不变时，导体的电阻与通过导体的电流成反比”的说法是不正确的，因为“电流是随着电阻的变化而变化的”
总结：（课件展示）当导体的电阻不变时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；当导体的电阻不变时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。
学生活动：下面请同学们根据自己的实验数据，在课本25页的图7.1—1用描点法画出U—I图象。
（课件展示）U—I图象
问题：当导体两端没有加电压时，即U=0时，通过该导体的电流是多少？
答：通过导体的电流也为0.
所以，在U—I图象中，还有（0、0）这个点，描点连线。
【提出问题】
通过描点、连线后，得到的是一条什么线?
这两条经过原点的直线与数学上所学过的哪种函数图象相同
函数中的y、x分别对应图象中的哪个物理量？
请同学们利用所学过的函数知识，来确定出图象中的直线的函数表达式？
总结：（课件展示）I=U/R
六、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还不清楚，哪些问题弄明白了。
七、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在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？
八、 板书设计：
探究一电流与电压、 电阻的关系
t提出问题
2猜想与假设
3制订计划与设计实验
4进行实验与收集证据
5.分析论证
6.评估
7交流与合作

教学反思：
欧姆定律是初中物理电学部分最重要的一个知识点,能否掌握好该定律是学好电学知识的关键之一。在学习定律的同时, 我们还应注意到这样一个问题,现行教材中为了引入欧姆定律都要先做一个研究性实验,通过这个实验向初中学生介绍了物理学中最常用的研究问题的方法,即研究多个物理量之间的关系时,可以保持一些物理量不变,每一组实验中只看两个变化量间的关系,最后再将所有结论综合起来。我这几年对欧姆定律教学中为了适应新课标的要求,非常注重对实验方法和实验设计的教学,细细阅读现用教材,发现了一个问题:在引入欧姆定律的实验中,滑动变阻器的作用阻碍了学生对实验的理解。
现行教材中一般为引入欧姆定律所设计的实验电路如书图7-1所示。实验操作可分两部分:第一部分是保持电阻R不变,调节滑动变阻器的滑片, 改变加在电阻R两端的电压,研究通过电阻R 的电流I 与R 两端电压U 间的关系; 第二部分是变换连入电路的电阻,调节滑动变阻器的滑片,使加在电阻R 两端电压U 不变,研究通过R 的电流I 与电阻R 间的关系。完成第一部分实验时,如果学生问:“前面讲过移动变阻器的滑片,改变滑动变阻器连入电路的电阻, 可以改变电路中的电流, 但为什么可以改变了加在电阻两端电压呢?”或者在做第二部分实验时, 学生问:“刚刚是调节变阻器, 使电阻R 两端电压改变, 现在为什么同样是调节变阻器,却又是使加在R 两端的电压不变呢?”可能是觉得解释这两个问题并不难解释,只要用欧姆定律和串联电阻的知识来解释就可以了。但这就造成了这样一种局面:必须用欧姆定律来解释引入欧姆定律的实验,这在逻辑上是混乱、相悖、讲不通的。由于以上的问题,许多同学会对引入定律的实验百思不得其解,这必然影响他们对欧姆定律的理解和掌握。那么该怎么做才能使同学更轻松地完成实验,更容易地理解欧姆定律呢?笔者认为这里主要的问题出在滑动变阻器上,于是便思考现用教材中为什么要在实验中加上变阻器?笔者认为, 这个实验中加变阻器的作用是使实验操作更简单,因为有变阻器可以不改电路,只需调滑片就可以达到改变和不改变R两端的电压。但事实上这一设计不但不能简化实验,反而给学生理解实验和电流、电压和电阻的关系设置了一个不小的阻碍。经过一番思索后,在欧姆定律的教学中进行了以下的改进,效果不错,现叙述如下。
实验中将滑动变阻器去掉,电路简化为简单电路。第一部分实验中,直接通过改变电池数目或调节学生电源输出电压来改变加在R 两端电压。第二部分中,只需保持电池数目或学生电源输出电压不变即可, 当然, 相比之下用学生电源的效果要优于干电池。在讲完欧姆定律和串联电阻之后,再提出保持电源电压不变的前提下, 要改变加在R 两端的电压该如何改造上面的简单电路?在保持电源电压不变的前提下,电阻R 的阻值变化,如何改造电路,可以保证加在不同电阻两端电压不变?通过分析以上的两个问题,引导学生最后设计出原来的实验电路,这样可以进一步加深学生对欧姆定律的认识,也为今后设计伏安法测电阻和测定小灯泡电功率的实验电路打下基础。.　　
个人认为不加入变阻器确实有利于学生的理解，如果不加入变阻器，在不改变电源的情况下，电阻变了，由于电池有内阻，如果有电压表测的话可能会发现电压略有改变，而加入变阻器则可以消除这一点！

《电压　电阻》单元测试题
　　一、选择题                     

　　1．下列关于电压的说法中不正确的是（    ）

　　A．电压是使自由电荷发生绕核运动的原因

　　B．电压的大小用电压表测量

　　C．干电池、蓄电池都是提供电压的装置

　　D．每节蓄电池的电压2V

　　2．在同一个电源两端接有两个不同的灯泡，用电压表测得两个灯泡两端的电压不相等，则这两灯泡的连接方式（    ）

　　A．一定并联   B．一定串联    C．串联并联都有可能    D．无法判断

　　3．质量相等的铜丝和铝丝，它们的横截面积相等，铜丝和铝丝的电阻相比较（    ）

　　A．铜丝的电阻大    B．铝丝的电阻大    C．一样大     D． 无法比较

　　4．如图1所示，电源电压为5V，且保持不变，灯L1、L2正常工作的电压均为2．5V,小红同学选好电流表和电压表的量程连接好电路，闭合开关S后，电流表指针几乎未动，而电压表指针大约指在5V位置，灯L1、L2不发光，由此小红分析，该电路的故障可能是（    ）

图1

　　A．电流表坏了或接触不良而实际未接入电路

　　B．从A．L1到b部分电路中的某处出现了断路

　　C．灯L2灯丝烧断或与灯座接触不良

　　D．电流表，灯L1、L2都坏了

　　5．如图2所示电路中，小灯泡L1和L2均正常发光，则下列说法正确的是（    ）

图2

　　A．L1和L2串联在电路中

　　B．L1和L2并联在电路中

　　C．甲是电流表，乙是电压表

　　D．甲是电压表，乙是电流表

　　6．如图3所示，电源电压为6V，开关闭合后，电灯L1、L2均不发光。用电压表逐段测量，结果是：Uab=0，Uad=6V，Ubc=0，Ucd=6V，发生断路的部分是（    ）

图3

　　A．电路的aL1b部分        

　　B．电路的aL2C部分

　　C．电路的aEd部分          

　　D．电路的CRSd部分

　　7．如图4所示，当开关S闭合后，两表均有示数过一会儿发现电压表示数突然变小，电流表示数突然变大，则下列故障可能是（    ）

图4

　　A．L1短路     B． L2短路    C．L1灯丝断开    D．L2灯丝断开

　　8．如图所示，A为导线，BM、CN为两根相同的电阻丝，下列说法正确的是（    ）

图5

　　A．S和A接触，P向右移动灯泡变暗   

　　B．S和B接触，P向右移动灯泡亮度不变

　　C．S和C接触，P向左移动灯泡变亮   

　　D．S和C接触，P无论怎样移动灯泡亮度不变

　　9．如图6是小文同学研究串联电路中电流、电压特点的实物连接图，当开关闭合时，灯L1亮，灯L2不亮，电流表和电压表均有读数．则故障原因不可能是（    ）

图6

　　A．L1断路             B．L1短路    　　C．L2断路             D．L2短路

　　10．如图7所示，电路中的电源电压不变，当滑动变阻器的滑片P移动时下列说法正确的是（    ）

图7

　　A．P向a移动滑阻阻值变大

　　B．将滑片P移至a点，A1示数为零

　　C．P向右移动过程中，A1示数不变，A示数变小

　　D．P向左移动过程中，A示数不变，A1示数减小

　　二、填空题

　　11．如图8所示电路，电源电压为6V，开关闭合后电压表的示数为2．8V，则灯L1两端的电压为        V，灯L2两端的电压为       V。

图8

　　12．某导体接在10V的电源上时，它的电阻为10Ω；若将它改接在6V的电源上，它的电阻为        。若加在它两端的电压为零，它的电阻         。

　　13．把一根粗细均匀的电阻丝变成等边三角形ABC，如图9所示，图中D为AB边的中点，如果C、D两端的电阻值为9Ω，则AB两端的电阻值为        。

图9

　　14．如图10所示的电路中，当S1闭合、S2断开时，电压表的示数为2．5V；当S1断开、S2闭合时，电压表示数为6V，则灯L1两端电压为         V，灯L2两端的电压为      V，电源电压为       V。

图10

　　15．大量事实表明，不高于36V的电压才是安全电压。当因出汗或其他因素导致双手潮湿时，人若接触较高的电压，发生危险的可能性     （选填“变大”或“变小”），这是因为此时人的电阻明显      （选填“变大”或“变小”）。

　　16．小明用两节干电池和一个灯泡连接了如图11所示的电路，用来探究铅笔芯AB的导电性。闭合开关后发现灯泡能发光，这说明铅笔芯是　  　  　，发出微弱的光说明有       通过灯泡，当P向右移动时灯泡亮度增大，说明铅笔芯接入电路的电阻           （选填增大或减小），这个实验说明导体的电阻跟导体的               有关。

图11
　　17．小南和小雄将一块铜片和一块锌片插入西红柿，做成了一个“西红柿电池”．小南和小雄在探究过程中，找来了电压表，连成如图12所示的电路．发现电压表示数为0．5V，因此他们探究出第一个结果是：________片是西红柿电池的正极．

图12

　　18．上题中为了探究西红柿电池的电压大小与哪些因素有关，小雄猜想说：“可能与两金属片之间的距离有关”，小南想了想说：“也可能与两金属片插入西红柿的__________有关”；请你也提出一个合理的猜想：西红柿电池的电压大小还可能与__________________有关。

　　19．如图13所示，闭合开关S后，灯泡L发光，现把滑动变阻器的滑片P向a端移动，则灯泡L的亮度         （变暗、变亮、不变）；电流表示数的变化情况是        （变大、变小、不变）。

图13

　　20．小松在做“连接串联电路”的实验中，不慎把电路中一个灯泡的玻璃打碎了。此时，她惊奇的发现：这个小灯泡几乎不发光，可另一个灯泡不仅没熄灭，反而更亮了。小松对此产生了疑问：

　　①玻璃碎了以后，小灯泡仍有电流通过，灯丝却几乎不发光，那么玻璃外壳究竟起什么作用呢？请说出你的看法。答：                                           。

　　②引起完好的小灯泡亮度变化的原因是什么呢？请你提出一种猜想，并设计一种验证你猜想的实验方案。

　　猜想：                                                  

　　方案：                                                  

　　三、作图与实验探究题

　　21．图14中给出了几种元件，在图中用笔画线表示导线把电路元件连接起来，要求L1、L2并联，用滑动变阻器改变通过L2的电流大小，滑片P向左移动时灯L2变亮。

图14

　　22．（1）实验课上，老师拿出一个电路板如图15所示，当开关S闭合后发现灯L不亮。现已确定是灯L的短路或断路引起的，要求检测是哪一种故障，小羽和同学做了如图16的检测电路。将故障电路的开关S断开，分别把M、N接到a、b接线柱上．

图15                          图16

　　若检测灯亮，则故障是                         。

　　若检测灯不亮，则故障是                       。

　　（2）老师的表扬激发了小组成员的实验热情。小羽把家中带来的电位器连入检测电路M、N两点，且顺时针旋转，小灯泡逐渐变亮．请你说出他们的连接方法是如图17所示的       图（选填“A”“B”“C”）。

图17

　　（3）小组成员体会到成功的喜悦，实验热情更高涨了，还想探究一些其他的电学实验。如果你是小组成员，请你利用现有的器材（电池组、小灯泡和导线），添加一些实验常用的电学器材，还能完成哪些电学实验？

　　参照示例完成下表：

添加器材
电学实验名称
示例
小灯泡、电压表、开关各一个
研究串联电路电压的规律
1

2

　　四、创新应用

　　23．如图18所示是家用普通双桶波轮式洗衣机的简化电路，通电后洗涤电动机正常工作，而脱水电动机不工作，可能是盖开关、脱水定时器或电动机中其中一元件损坏。

　　（1）给你一只电压表，应如何检修这台洗衣机？

图18

　　（2）给你一只电流表，你能否检测出电路故障？

　　24．在烧杯中加入盐水，然后将连在电压表上的铜片和铝片放在盐水中如图19所示，试着用电压表测量这个自制电池的电压。通过测量能否得知哪个金属片是电池的正极？说出你的办法来。

图19