人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流3 欧姆定律教学设计

这是一份人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流3 欧姆定律教学设计，共5页。教案主要包含了滑动变阻器，电流，欧姆定律等内容，欢迎下载使用。

eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


三维目标


(一)知识教学点


1．理解产生电流的条件。


2．理解电流的概念和定义式I＝q/t，并能进行有关计算。


3．了解直流电和恒定电流的概念。


4．知道公式I＝nqvS，但不要求用此公式进行计算。


5．熟练掌握欧姆定律及其表达式I＝U/R，明确欧姆定律的适用范围，能用欧姆定律解决有关电路问题。


6．知道导体的伏安特性，知道什么是线性元件和非线性元件。


7．知道电阻的定义及定义式R＝U/I。


(二)能力训练点


1．培养学生应用欧姆定律分析、处理实际问题的能力。


2．培养学生重视实验、设计实验、根据实验分析、归纳物理规律的能力。


3．培养学生用公式法和图象法相结合的解决问题的能力。


(三)德育渗透点


1．分析电流的产生有其内因和外因，引导学生研究自然科学时要坚持辩证唯物主义观点。


2．欧姆定律由实验演绎得出，培养学生动手能力，培养学生严谨治学、务实求真的科学态度。


3．处理实验数据有列表法和图象法。而图象法直观形象，渗透数学思维，要培养学生尊重实验结果，尊重客观规律。


重点、难点、疑点及解决办法


1．重点


正确理解欧姆定律并能解决实际问题。


2．难点


电流概念的理解；电阻的伏安曲线。


3．疑点


对电阻定义式R＝U/I，有同学误解为电阻由电压和电流决定。


4．解决办法


(1)在教师指导下学生参与演示实验，记录、分析数据，归纳结论，从感性到理性来认识、理解欧姆定律。


(2)利用电化教学手段，突破难点。


(3)对定义性公式和决定性公式要加以区别。


教具学具准备


小灯泡、学生电源、伏特表、安培表、待测电阻(约10～30 Ω，若干只)、滑动变阻器、晶体二极管、电键、导线若干。


学生活动设计


1．设问、举例，让学生积极参与，在复习初中知识基础上学习新知识。


2．在教师指导下让学生设计演示实验，设计表格、图象，参与读数、记数，分析处理数据，归纳出欧姆定律。


教学步骤


(一)明确目标


(略)


(二)整体感知


本节知识在初中学习已有基础，高中在新的要求下再次学习，可见本节知识是研究电路问题的基础，并且其中渗透了科学研究方法和思维训练。因此，在学习中要充分发挥学生的主体作用。


(三)重点、难点的学习与目标完成过程


1．引入新课


前面学习过电场知识，电场对放入其中的电荷有力的作用，促使电荷移动，电荷的定向移动就形成电流，这节课我们将在初中学习的基础上对电流作进一步的了解。


2．新课教学


(1)电流


①什么是电流？


大量电荷的定向移动形成电流。


②电流形成的条件是什么？


内因——有自由移动的电荷。金属中有自由移动的电子，电解液中有自由移动的离子。绝缘体中没有自由移动的电荷，其中不能形成电流。


那么，为什么用电流表直接连接金属导体两端却没有读数？


这是因为，导体中大量的自由电荷永不停息地做无规则的热运动，向各个方向运动的机会均等，不会出现大量自由电荷定向移动的现象，也就是说没有电流。


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。


[演示]按图1连接





图1








小灯泡发光，有电流流过小灯泡。


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，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。


干电池、蓄电池、发电机等都是电源，它们的作用是保持导体两端的电压，使导体中有持续的电流。


③电流的强弱——用电流(I)表示。


a．定义——通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值叫电流，用I表示。


b．表达式：I＝eq \f(q,t)


c．单位：安培(A)


d．电流的方向——规定正电荷定向移动的方向为电流的方向。


e．电流是标量。


④直流电：方向不随时间而改变的电流。


恒定电流：方向和强弱都不随时间而改变的电流。


(2)既然导体两端有电压，才有电流流过导体，那么导体中的电流与导体两端的电压有什么关系呢？





图2


[演示]先让学生设计电路示意图，然后用多媒体显示如图2所示，学生在教师指导下用导线连接实物，并要求学生注意电表的正负接线柱接法。


连好线后闭合开关S，指导学生调节滑动变阻器，记下电压表、安培表的读数，填入下表，再移动滑片P，同样记下读数，这样得出大约6组数据。


对表中数据分析可知，导体两端电压升高，导体中的电流也增大，但在误差允许范围内U/I＝定值。





对数据的处理除用列表法外，还可以用什么方法？


图象法：先画直角坐标IU，然后标刻度，按上述数据描点，连点成直线Ⅰ，连点时要使尽量多的点落在一条直线上，不在直线上的点，要对称地分布在直线两侧。


取下R，换上R′，重做上述实验，可得另一条直线Ⅱ。


分析上述实验，得知：


a．导体中的电流与导体两端电压成正比，即I∝U，U2/I2＞U1/I1。


b．在同样电压情况下，U/I值大的电流小，U/I值小的电流大，即U/I值反映了导体阻碍电流的性质。


①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


对于同一段导体；不论电压和电流大小怎样变化，比值R是恒定的。不能从数学角度认为R与U成正比，与I成反比。


单位：欧姆(Ω)，1 Ω＝1 V/A。


②欧姆定律


德国物理学家欧姆最早用实验研究了电流与电压、电阻之间的关系，得出了用他的名字命名的定律。


定律内容：导体中的电流跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。


公式：I＝U/R。


单位：1 A＝1 V/Ω。


适用范围：金属导体、电解液。


③导体的伏安特性


如图所示I－U图线叫做导体的伏安特性曲线，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直线。具有直线伏安特性的电学元件叫做线性元件。





提问：如图所示，图中两条直线哪一条代表的电阻大？


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。


(四)总结、扩展


通过本节课的学习，使我们了解电流的形成需要有自由电荷和导体两端有电压，应用电场知识可以充分理解。在实验的基础上，我们知道欧姆定律的内容及其适用范围。同时还充分理解电阻R＝U/I的物理意义，它是定义式，不是决定式，不能用纯数学关系来理解物理公式，最后了解金属导体的伏安特性曲线是一条通过原点的直线。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板书设计))








3 欧姆定律


一、电流


1．什么是电流


2．电流形成的条件


内因——


外因——


3．电流的强弱及方向


4．直流电及恒定电流


二、欧姆定律


1．电阻


2．欧姆定律


3．导体的伏安特性


活动与探究


课题：测绘晶体二极管的伏安特性曲线。


过程：


1．讨论、设计合理的实验电路图；


2．选择合适的实验器材(特别是测量仪器的选取)；


3．电路的连接、仪器的使用注意事项；


4．实验过程的安排以及操作顺序；


5．实验数据的处理：要求至少测8组数据以上，利用坐标纸作图，要求数据列表，在坐标纸中建立合适坐标系后作出图象；


6．讨论总结晶体二极管的伏安特性曲线的特点，并将其与一般金属导体电阻的伏安特性曲线进行对比分析。


eq \(\s\up7(),\s\d5(设计说明))


本节课是初中欧姆定律的延伸和扩展，对后续闭合电路欧姆定律的学习起到了奠基作用。在教学中，欧姆定律的讲法与初中不同，是用比值定义电阻的，这种讲法更科学，适合高中学生的特点。在实验数据的处理上，使用的是图象处理法，加强了学生对图象的认识，并能进一步学会如何运用图象来研究问题。需要注意的是对于电阻的定义式，有些学生会产生歧义，认为电阻是由电压和电流决定的，要注意引导解释。


教学中适当地向学生渗透一些研究物理的科学方法和分析的正确思路，如通过探索性实验去认识物理量之间的制约关系，用图象和图表的方法来处理数据、总结规律，以及利用比值来定义物理量的方法等。另外，在学习活动中结合及时的课堂训练，使学生不仅掌握了理论，而且学会了如何解决实际问题。


另外，本节课的设计考虑到新课改的要求，将测绘小灯泡伏安特性曲线的实验也放入其中，我们可以根据实际教学情况加以取舍，若一节课难以完成全部的教学事件，也可将测绘小灯泡伏安特性曲线的实验单独分离出来，另作处理。这样就可以有充分的时间对欧姆定律在课堂上做更多及时的强化训练。


eq \(\s\up7(),\s\d5(备课资料))


欧姆和欧姆定律的建立


欧姆(1787～1854年)，1787年3月16日生于德国埃尔兰根城，父亲是锁匠。父亲自学了数学和物理方面的知识，并教给少年时期的欧姆，唤起了欧姆对科学的兴趣。16岁他进入埃尔兰根大学研究数学、物理和哲学，由于经济困难，中途辍学，到1813年才完成博士学业。欧姆是一个很有天才和科学抱负的人，他长期担任中学教师，由于缺少资料和仪器，给他的研究工作带来不少困难，但他在孤独与困难的环境中始终坚持不懈地进行科学研究，自己动手制作仪器。


欧姆对导线中的电流进行了研究。他从傅立叶发现的热传导规律中受到启发，导热杆中两点间的热流正比于这两点间的温度差。因而欧姆认为电流现象与此相似，猜想导线中两点之间的电流也许正比于它们之间的某种驱动力，即现在所称的电动势。欧姆花了很大的精力在这方面。开始他用伏打电堆作电源，但是因为电流不稳定，效果不好。后来他接受别人的建议改用温差电池作电源，从而保证了电流的稳定性。但是如何测量电流的大小，这在当时还是一个没有解决的难题。开始，欧姆利用电流的热效应，用热胀冷缩的方法来测量电流，但这种方法难以得到精确的结果。后来他把奥斯特关于电流磁效应的发现和库仑扭秤结合起来，巧妙地设计了一个电流扭秤，用一根扭丝悬挂一磁针，让通电导线和磁针都沿子午线方向平行放置；再用铋和铜温差电池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用两个水银槽作电极，与铜线相连，当导线中通过电流时，磁针的偏转角与导线中的电流成正比。实验中他用粗细相同长度不同的八根铜导线进行了测量，得出了如下的等式：X＝eq \f(a,b＋x)。


式中X是磁效应强度，即电流的大小；a是与激发力有关的常数，即电动势；x表示导线的长度，b是与电路其余部分的电阻有关的常数，b＋x实际上表示电路的总电阻。这个结果于1826年发表。1827年欧姆又在《动电电路的数学研究》一书中，把他的实验规律总结成如下公式：S＝γE


式中S表示电流，E表示电动力，即导线两端的电势差，γ表示导线对电流的传导率，其倒数即为电阻。


欧姆定律发现初期，许多物理学家不能正常理解和评价这一发现，并提出怀疑和尖锐的批评。研究成果被忽视和经济的极其困难使欧姆精神抑郁。直到1841年英国皇家学会授予他最高荣誉的科普金奖，才引起德国科学界的重视。


1849年欧姆成为了慕尼黑大学教授，后人为了纪念他，就用他的名字作为电阻的单位。


U(伏)
I(安)