高中物理2 导体的电阻教学设计及反思

这是一份高中物理2 导体的电阻教学设计及反思，共12页。教案主要包含了设计思想，指导思想与理论依据，教学背景分析，教学目标，重点和难点，教学流程图，教学过程，板书设计等内容，欢迎下载使用。

1．本节课是本章的第一节课，起到衔接初高中相关知识的作用。在初中知识基础上进一步加深对电流、电压和电阻的理解，对学生进一步学习电路的基本知识和掌握电学实验的基本技能有重要作用。
2．本节课采用讲授与启发相结合的教学方式。
二、指导思想与理论依据
奥苏贝尔认为，意义学习有两个先决条件：（1）学生表现出一种意义学习的倾向，即表现出一种在新学的内容与自己已有的知识之间建立联系的倾向；（2）学习内容对学生具有潜在意义，即能够与学生已有的知识结构联系起来。
2017年版课程标准中提出要促进学生科学思维的发展。“科学思维”是从物理学视角对客观事物的本质属性、内在规律及相互关系的认识方式，是基于经验事实建构物理模型的抽象概括过程，是分析综合、推理论证等方法在科学领域的具体运用，是基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解的能力和品格。
三、教学背景分析
电流、电压、电阻在初中阶段都学过，在高中阶段，要有所深入和提高。
1．教材首先把初中阶段学习过的有关电路的基本知识进行了回顾。
2．关于电流这个概念，加入了恒定电场及电流的微观意义。静电场，是指静止电荷产生的电场（在中学阶段，讨论电磁学问题，都选择地面为参考系）。在电路中存在着恒定电流的情况下，导体内部有电荷定向移动，电源两极以及电路的其他部位会有一定的电荷积累，它们产生的电场的电场线沿导体中电流流动的方向。这些电荷并不是静止的，但它们的分布情况是稳定的，不随时间变化而变化，这种电场称为恒定电场。
3．关于电压这个概念，由于在第一章电势与电势差中已经说明了“电压就是两点间的电势差”，教材中没有再重复，但在例题示范的拓展中，涉及这个问题。
4．关于电阻，初中阶段只是说“电阻是导体对电流的阻碍作用”，教材则从欧姆定律出发，定义为R＝UI。
5．关于多用电表的原理部分，放在本节，是为下节实验做准备。由于没有讲到电动势的概念，故采用回避的办法。
四、教学目标
1．知道简单电路的组成及电路的三种状态；知道电流及其形成条件；理解电流的定义式I＝q/t；知道电流的微观表达式I＝nqvS。
2．知道恒定电场及其在电路中的作用，知道某段电路两端的电压指的是该段电路两个端点的电势差。
3．理解串并联电路的电流、电压关系及其在测定电流、电压时的作用。
4．理解欧姆定律及电阻概念，会用伏安法测电阻，知道内接法和外接法的误差来源，了解欧姆表的原理。
5．通过对电流、电压、电阻的教学，培养学生的理解能力；通过介绍恒定电场在电路中的作用渗透相互作用观，通过电流的教学培养学生的情景想象能力及建模意识。
五、重点和难点
1．重点：正确理解欧姆定律。
2．难点：电流微观表达式的推导。
六、教学流程图
七、教学过程
环节一：知识回顾
讨论交流：请回忆并整理，初中阶段学过哪些有关电路的知识。什么是电流、电压和电阻？怎样测量它们？设计一个测量电阻的基本电路。
学生通过思考和阅读课本讨论得出：
电路至少由电源、用电器、导线、开关四部分组成。通路、断路和短路是电路的三种状态，其中短路是必须避免的。
电流是自由电荷的定向移动形成的，I＝q/t，规定正电荷的移动方向是电流方向。测量电流用电流表，它必须串联在被测量电流支路中。串联电路中电流处处相等。
电压是形成电流的必要条件。测量电压用电压表，它必须与被测部位并联。并联电路各支路电压相等。
导体的欧姆表示导体对电流的阻碍作用，R＝U/I。
环节二：新课教学
在初中阶段所学知识基础上进一步深入学习。
1．电流、电压、电阻及其关系。
（1）电流。
阅读课本，回答以下问题：
①电流形成的条件是什么？
内因——有自由移动的电荷。
要使大量自由电荷做定向移动，必须要有一种力，这种力就是电场力。
外因——导体两端存在电压。
当导体与电源连接时，它的两端有了电压，即电势差，导体中就有了电场，这样导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。
②导体内电荷在移动，为什么能形成稳定的电场？
电源的作用使电路的不同部位聚集了一定的电荷。
电荷在流动，有的流走了，另外的又来补充。
当电荷在电路中的分布是稳定的，这些电荷产生的电场也是稳定的，这时的电场称为恒定电场。
静电场，是指静止电荷产生的电场。
恒定电场的性质类似于静电场，电荷在恒定电场内受到的电场力，仍称为静电力。
③在恒定电场作用下，自由电荷加速运动，但为什么电流是恒定的？
在恒定电场作用下，导体中的自由电荷沿电场线方向加速。同时，自由电荷在运动过程中又不断地与导体内不能自由移动的粒子发生碰撞而减速。从宏观上看，这些自由电荷定向移动的速率保持不变，即电流的大小保持不变，这种电流称为恒定电流。
④如图所示，设一段粗细均匀的导体的横截面积为S，导体每单位体积内的自由电荷数为n，每个自由电荷的电荷量为e。两端加一定的电压，导体中的自由电荷沿导体定向移动的速率为v。
a．试证明：导体内的电流可表示为I＝neSv。
b．如果该导体的电阻为R，求它两端的电压大小。
当我们说A、B两点的电势差时，如果A点电势高于B点电势，则为正值，如果A点电势低于B点电势，则为负值。但有时我们说电压时，常常不说明是哪两点的电势差，而只说“两端电压”，这时就只说绝对值，而不带正负号。
⑤电子定向移动的速率约为10-5m/s。思考：既然电子的定向运动速率很小，为什么闭合开关时电路中的电灯立刻就亮了？
闭合开关的瞬间，电路中的各个位置以光速建立了恒定电场，在恒定电场的作用下，电路中各处的自由电子几乎同时开始定向移动，整个电路也就几乎同时产生了电流。
电路接通时电灯中的电流并不是电源中的自由电子“跑”过去了，而是灯丝“自己的自由电子”定向移动产生的。
例1 截面积为S的导线中通有电流I。已知导线每单位体积中有n个自由电子，每个自由电子的电荷量是e，自由电子定向移动的速率是v，则在时间Δt内通过导线截面的自由电子数是（ ）
A．nSv∆t B．nv∆t C．I∆te D．I∆tSe
答案：AC
例2 在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流多大？
解析：水溶液中导电的是自由移动的正、负电荷，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B。
每个离子的电荷量是e＝1.6×10-19C。该水溶液导电时负电荷由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和。
I＝＝＝A＝0.16A
（2）电流、电压、电阻的关系（欧姆定律）。
①对于金属导体，通过它的电流和它两端电压之间是什么关系？
通过导体的电流I与电压U成正比，I＝U/R——欧姆定律。
②欧姆定律是在金属导体的基础上总结得出的，对其他导体是否适用？
对金属导体、电解液适用，对气态导体、半导体（如二极管）不适用。也就是说，对于气态导体、二极管，电流与电压不成正比。
（3）电阻的定义。
①定义式：R＝U/I。
②物理意义：U一定时，R越大，I越小。R反映导体对电流的阻碍作用。
③能否说R与U成正比，与I成反比？
不能，同一个金属导体，R不变，R与U、I无关。
④在欧姆定律适用的电路中，I与U成正比，那么I-U图像应是什么样的？
该图中图像斜率的物理意义是什么？哪个电阻大？
符合欧姆定律的导体的I-U图像是一条通过坐标原点的直线，其电阻为定值，我们把这种电阻称为线性元件。
⑤有些情况下，I与U不成正比，I-U图像不是直线。如何描述在某一点的电阻？在某一点上能否用R＝U/I？
电流和电压不成正比，I-U图像不是直线，即其电阻不是定值，这种电学元件称为非线性元件。
对于非线性元件，电阻是变化的，但我们仍可用R＝U/I来定义电阻。如果测出了导体两端的电压U，同时测出通过导体的电流I，则导体的电阻通过R＝U/I也就被测出来了。I、U、R对应同一时刻、同一导体而言。
例3 某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是（ ）
A．加5V电压时，导体的电阻约是5Ω
B．加12V电压时，导体的电阻约是14Ω
C．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小
D．由图可知，随着电压的减小，导体的电阻不断减小
解析：对某些导体，其I-U图像不是直线，但曲线上某一点的U/I值仍表示该点所对应的电阻值。本题中给出的导体在加5V电压时，U/I值为5Ω，所以此时电阻为5Ω；当电压增大时，U/I值增大，即电阻增大。综合判断可知B、C项错误，A、D项正确。
2．串并联电路基本知识。
（1）串联电路。
基本规律：，。
根据欧姆定律：，即总电阻。
等效思想：R与R1＋R2＋R3等效（）。
根据P＝I2R，，。
（2）并联电路。
基本规律：，。
，根据，得。
若R1＝R2＝R3，则R＝R1/3。
Ri↑→R↑
R＜Ri
根据P＝U2/R，，。
串并联电路中，电流关系对应“电荷守恒定律”，电压关系对应“能量守恒定律”。
例4 如图所示，四个白炽灯泡的电阻分别是R1＝R3＝10Ω，R2＝R4＝30Ω，灯泡都被点亮，问灯由亮到暗的顺序是怎样的？
答案：。
例5 两灯泡L1、L2分别标有“110V 60W”和“110V 100W”，另有一只滑动变阻器R，要将它们连接后接入220V的电路中，使两灯泡都正常发光，并使整个电路消耗的总功率最小，应使用下面哪个电路？（ ）
解析：由P＝U2/R知，灯的电阻R1＞R2。
对于A，因R并＜R1，两灯电压不会均分，A方案不行。
对于C，因R1＞R2，两灯电压不会均分，C方案不行。
B、D中两灯泡都能正常发光，而B总电流较小，电路消耗的总功率较小，所以选B。
答案：B
3．电阻的测量。
（1）伏安法测电阻。
例6 如图为用伏安法测电阻的原理图。图中电压表内阻为4000Ω，电流表内阻为50Ω；E为电源，R为电阻箱，Rx为待测电阻，S为开关。闭合开关后电压表示数U＝1.6V，电流表示数I＝2.0mA。
（1）我们把U与I的比值称为Rx的测量值，试求出该值的大小。
（2）实际上U与I的比值是Rx与电压表并联后的总电阻，请据此求出Rx的真实值。
解析：（1）；（2），解得。
，这种接法称为电流表外接法。
例7 如图所示为另一种伏安法测电阻的电路。如果闭合开关后两电表示数仍为U＝1.6V，I＝2.0mA。请按照上题的思路，分别求出待测电阻的测量值与真实值。
解析：（1）；（2）。
，这种接法称为电流表内接法。
请同学们课下思考：什么情况下用内接法误差小？
除了用伏安法测电阻，我们还可以用欧姆表直接测量电阻。
（2）欧姆表测电阻。
原理：待测电阻的数值与电流表的示数是一一对应的，只要把表头的刻度盘刻成相应电阻的数值就成为可以直接读出电阻值的欧姆表。
测电阻时，直接将表笔接在待测电阻两端（欧姆表内部有电源）。
红表笔连接的是内部电源的负极，对表头来说，电流仍然是“红进黑出”。
将电流表、电压表和欧姆表共同使用一个表头，就成为多用电表。在技术领域、电工操作和实验室中，人们更常用多用电表。
多用电表具有多种功能，比较简单的多用电表就可以测量电流、电压、电阻等。
测量前先选好对应的挡位，再调零、测量、读数。

测电压 测电流
环节三：总结
引导学生回忆本节课的收获。
本节课所学的电流、电压、电阻与初中阶段所学有什么区别？
八、板书设计
1．电流 电压 电阻
一、电流、电压、电阻及其关系
1．电流
导体中有自由电荷
①电流的形成条件
导体两端有电压→产生恒定电场（区别于静电场）
②电流的微观表达式：I＝q/t＝neSv
③电子定向移动的速率：10-5m/s
2．电流、电压和电阻的关系
通过导体的电流I与电压U成正比：I＝U/R。
对金属导体、电解液适用，对气态导体、半导体（如二极管）不适用。
3．电阻定义：R＝U／I

二、串并联电路基础知识
1．串联电路
基本规律：，
根据欧姆定律：，得总电阻
等效思想：R与R1＋R2＋R3等效（）
根据P＝I2R，，
2．并联电路
基本规律：，
，根据，得
若R1＝R2＝R3，则R＝R1/3
Ri↑→R↑
R＜Ri
根据P＝U2/R，，。
串并联电路中：电流关系对应“电荷守恒定律”，电压关系对应“能量守恒定律”。
三、电阻的测量
1．伏安法测电阻

外接法 内接法



2．欧姆表测电阻
原理：
九、教学反思
1．本节课的很多知识在初中阶段都学过，但还是有必要引领学生对基本概念和规律进行回顾。
2．讲解恒定电场时要与静电场进行区别。
3．本节课内容较多，可以根据学生的学习情况安排进度，必要时可以分两个课时讲解。
4．多用电表的使用在下一节会详细说，本节课可以不用展开太多。