初中物理人教版九年级全册第1节 电流与电压和电阻的关系第一课时教学设计

课程基本信息

课例编号

学科

物理

年级

9年级

学期

第1学期

课题

电流与电压和电阻的关系（第一课时）

教科书

书名： 物理 九年级全一册                         

出版社：人教版             出版日期： 2012   年 6 月

教学人员

姓名

单位

授课教师

指导教师

教学目标

教学目标：

知识目标：

（1）通过实验探究，得出并认识电流与电压的关系。

（2）会同时使用电压表和电流表测量一段导体两端的电压和其中的电流。

（3）会使用滑动变阻器来改变部分电路两端的电压。

能力目标：

（1）通过实验探究，使学生进一步熟悉用“控制变量法”来研究物理问题的科学方法。

（2）尝试用图像法对实验数据进行分析处理。

情感目标：

引导学生正确对待实验中的失误，实事求是，切忌弄虚作假，帮助学生分析实验失败的原因，研究实验改进的措施，研究减小误差的方法，培养学生严谨的科学态度。

教学重点：

学习科学探究的方法，并得出结论。

教学难点：

提高学生研究物理问题的能力。

教学过程

时间

教学环节

主要师生活动

2分钟

4分钟

6分秒

3分钟

3分钟

2分钟

2分钟

引入

提出猜想
实验方案

欧姆定律的应用

设计电路图

及数据表格

开始实验
播放视频

分析结果

课程结尾
布置作业

【讲解】在前面的章节里，电路中的电流、电压和电阻已经被我们熟知。
那么，通过导体的电流与加在导体两端的电压以及导体的电阻存在怎样的关系呢？
现在，我们就开始研究这个问题。【点PPT】

【提问】请同学们思考，我们应该使用什么样的方法来探究电流与电压和电阻这两个物理量之间的关系呢？【点PPT】
【学生回答】是控制变量法！
【疑问】屏幕前的你会如何控制变量呢？
【学生回答】
（1）在探究电流与电压的关系时，我们需要控制电阻不变，探究电流与电压的关系；【点PPT】
（2）而我们在探究电流与电阻的关系时，则需要控制电压不变，探究电流与电阻的关系。【点PPT】

【提问】同学们，对于电流与电压的关系，你们是怎么看的呢？【点PPT】
【学生回答】在学习《电压》时，我们知道了：电压是形成电流的原因。【点PPT】
【讲解】另外，在之前做过的实验中，我们也看到，增加串联接入电路的电池个数，电路中的同一只小灯泡就会变亮这样的现象。【点PPT】
所以，我们的猜想是：电压越高，电流越大。【点PPT】

【讲解】这一节课，我们来探究电流与电压的关系。
【提问】实验开始之前，请同学们想一想，我们应该如何来设计实验方案呢？【点PPT】
【学生回答】结合控制变量的思想，我们需要：控制电路中的电阻不变，改变电路两端的电压，测量通过电路的电流。【点PPT】
【讲解】考虑到实验结论的可信度，在可能的条件下，尽量多获取几组数据。

结合这一思路，我们需要解决几个具体问题：
（1）如何控制电路的电阻不变？
（2）如何改变电路两端的电压？
（3）如何测量电路中的电流？

【提问】第一个问题：如何控制电路电阻不变呢？【点PPT】【学生回答】小灯泡。【点PPT】
【讲解】但是，我们并不知道小灯泡的阻值。

也不能确定小灯泡的电阻值会不会发生变化。
所以，小灯泡不是一个合适的选择。【点PPT】
由于实验中需要控制电阻一定，所以在这里我们选择定值电阻。【点PPT】
顾名思义。定值电阻就是在一定范围内，它的电阻值是确定的，几乎不会发生变化。这正好符合我们的实验要求。【点PPT】
在实验室中，有几种在平时实验中常用的定值电阻。
它们的外形不同，材料不同，电阻值也不同，但共同点是有确定不变的电阻值。

【提问】那么电路两端的电压又该如何改变呢？【点PPT】
【学生1回答】我们可以在电路中分别串联一节、两节……甚至更多的干电池，即改变电源电压，来实现对定值电阻两端电压的调控作用。

【学生2回答】根据前面课上的实验，我们可以在电路中串联一个滑动变阻器。【点PPT】
【讲解】当移动滑动变阻器的滑片时，其接入电路中的电阻发生改变，通过导体的电流也将随之发生变化。
【提问】那么，接入电路中的滑动变阻器，是如何来调节定值电阻两端的电压呢？
让我们一起来做一个实验：

为了获取定值电阻两端的电压，我们将电压表接在定值电阻两端，与其并联。
再将定值电阻与滑动变阻器串联，获得如下的电路图。
闭合开关后，移动滑动变阻器的滑片，请大家仔细观察电压表示数的变化情况。【点PPT】

【实验视频】我们首先将电池组、滑动变阻器，电阻值为5欧的定值电阻和开关依次连接，使定值电阻和滑动变阻器的串联，然后再将电压表并联在定值电阻两端。检查无误后，闭合开关。我们看到电压表有比较小的示数。这时再移动滑片，使滑动变阻器接入电路的电阻变小。可以观察到，随着滑片的移动，电压表的示数在连续增大。

【讲解】不难看出，串联在电路中的滑动变阻器不但可以改变定值电阻两端的电压，而且可以使定值电阻两端的电压发生连续的变化。跟用更换电池来改变电压的方法相比，既简单又方便，为我们多次测量提供了很好的条件。所以，在接下来的实验中，我们选用滑动变阻器来改变电路两端的电压。

【提问】最后，如何测量电路中的电流？【点PPT】
【讲解】通过前面的学习，我们已经知道，测量电流需要用电流表，同学们也掌握了用电流表测量电路中电流的方法。【点PPT】
所以，在实验电路中，除了要有电压表、滑动变阻器之外，还需要在电路中串联一块电流表，至此，实验电路中需要用到的电路元件基本准备完毕。
【提问】同学们，你能设计出实验电路图吗？【点PPT】
在你的任务单上试着把它画出来，然后跟老师设计的电路图比较一下。看看是否一样。

现在老师要揭晓谜底了，快来看一看，你设计的电路图，与老师设计的是否一致呢？【点PPT】

不难发现，在闭合开关后，电路中就会有电流流过，我们就可以从电压表和电流表上读取数据了。
明确了需要测量的物理量，现在请同学们在任务清单上设计好收集实验数据的表格吧。
这是老师设计的实验数据记录表，咱们的一样吗？【点PPT】
需要注意的是，我们还应该记录定值电阻的电阻值。

【讲解】电路图和数据表格已经设计完毕。
接下来，我们需要设计相应的操作步骤。
首先是准备阶段，按照电路图来连接电路，检查无误后试触，确认电路连接状态正常后闭合开关。【点PPT】

【讲解】然后缓慢地移动滑动变阻器的滑片，最大幅度改变滑动变阻器连入电路的电阻值。观察电压表、电流表的示数变化范围，从而确定实验中数据的取值范围。
我们看看实验数据取值范围是如何确定的。【点PPT】

【实验视频】我们还是先完成电路的连接，根据经验，电流表使用小量程。串联电路连接完毕后，再把电压表并联在定值电阻两端。电压表也使用小量程。闭合开关前，电压表和电流表的示数均为零。检查无误，闭合开关。读出此时电压表、电流表的示数分别为0.4V和0.08A。这是本次实验中电压表和电流表的最小的示数，也是数据取值的下限。然后缓慢移动滑片，同时观察电压表和电流表示数的变化，直至滑动变阻器接入电路的电阻值最小。此时再次读出电压表、电流表的示数分别为3V和0.6A。这是电压表和电流表的最大的示数，也是数据取值的上限。

【讲解】通过观察，我们可以确定，电压表可以在0.4V～3V之间取值，电流表的示数也在量程范围之内。【点PPT】
这样，我们就可以确定从0 开始，每隔0.5V取值一次，共取7组数据。【点PPT】

【讲解】最后，根据实验条件和需要，决定了实验中的取值范围、次数后。闭合开关，改变滑动变阻器接入电路的电阻值，按计划读取、记录与电压表的示数相应的电流表的示数。
下面我们正式开始实验：探究电流与电压的关系【点PPT】

【实验视频】改变滑动变阻器接入电路的电阻值，当电压表的示数为0.5V时开始取值，记录此时电流表的示数为0.1A。
当电压表的示数为1.0V时，电流表的示数为0.2A。
当电压表的示数为1.5V时，电流表的示数为0.3A。
当电压表的示数为2.0V时，电流表的示数为0.4A。
当电压表的示数为2.5V时，电流表的示数为0.5A。
当电压表的示数为3.0V时，电流表的示数为0.6A。

【讲解】以下是通过实验获取的数据，我们发现当电阻一定时，电压越高，电流越大。【点PPT】

【讲解】仔细观察数据，不难发现，第三组数据中的电流值是第二组电流值的2倍。【点PPT】
而第四组数据的电流值是第二组电流值的3倍……【点PPT】
以上结果表明：电压与电流的大小都在以相同的倍数增加着。

有同学就会想到，每一组实验数据中，电流与电压的比值应该是一个定值。
到底是不是这样呢？
让我们一起来检查一下吧。
I2/U2=0.1A/0.5V=0.2A/V；I3/U3=0.2A/1V=0.2A/V；I4/U4=0.3A/1.5V=0.2A/V……

除第一组0之外，每一组的电流与电压的比值都是相等的，比值是一个不变的常数。【点PPT】
I2/U2= …… = I7/U7=0.2A/V=k，即电流与电压的比值为0.2A/V，是一个定值。【点PPT】
这种关系，我们可以借助数学表达式 I/U=k来进行描述，变形后I=kU，满足数学中对正比例函数的定义，以上这些均告诉我们：当电阻为5Ω且不变时，电流与电压成正比。

【提问】以上实验数据均是在定值电阻为5Ω时获得的，对于上述结论，不同阻值的定值电阻是否依然成立呢？
【讲解】我们可以换用10Ω、15Ω等其他阻值的定值电阻，重复上述的实验步骤。
比如刚才的实验，我们可以换用10Ω的电阻再次实验。

【讲解】以相同的方法，分析实验数据，我们可以发现当R=10Ω时，电流与电压仍成正比。

【提问】请同学们思考，还有更加直观的方法吗？
【学生回答】图像法
【讲解】在这里，我们取电压值为横坐标、电流值为纵坐标建立坐标轴，根据数据中的电压值、电流值描点。

【讲解】这样，我们可以获得一条过原点的直线。【点PPT】
这条过原点的直线再次说明：电阻为5Ω且不变时，电流与电压成正比。
不仅如此，我们还可以利用10Ω的定值电阻所获得的数据，再次在坐标系内描点、连线。【点PPT】
我们发现，当R=10Ω时，电流与电压依然满足正比关系，再次验证了我们的结论。
仔细观察，我们还发现不同阻值的电阻，在图像中直线的倾斜程度不同。
直线的倾斜程度越大，电阻越小。

【讲解】通过上面的讨论，我们得出了结论：当导体的电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比。
科学家做了大量的实验，得到的结论都是相同的。即导体的电阻一定时，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比。

【讲解】以上即为本节课的探究内容。
下面我们对本节课的内容进行小结：
通过今天的学习我们知道了电流与电压和电阻有关。
借助于探究性实验，我们发现：当电阻一定时，电流与电压成正比。
在研究过程中，我们使用控制变量法和图像法去解决物理问题的能力得到了提升。

【讲解】本节课后的基础性作业是请同学们完成“学生资源”中的课后练习。
拓展性作业是请同学们利用“探究电流与电压的关系”的实验数据计算U/I，并与电阻R比较，看看电阻R与U/I的关系。