闭合电路欧姆定律

闭合电路欧姆定律卢湾区教师进修学院杨鸣华一、背景和教学任务简介本节课是选自二期课改教材拓展型课程第二册（试验本）第十二讲的第一节课的内容。为了探究的需要，在设计时，对教学内容的安排稍做了些调整。按照历史上当年欧姆发现欧姆定律的思路，引导学生利用数学描述物理，再利用数学得出物理规律。这样的设计对学生应用数学工具解决物理问题的能力要求较高。我们选择了卢湾高级中学高二年级物理拓展班的学生进行教学。卢湾高级中学是一所区重点中学，拓展班的学生是全年级中对物理感兴趣并且打算在高三选修物理的同学。二、教学目标1．知识和技能（1）知道电源的电动势和内阻；理解闭合电路欧姆定律。（2）学会设计实验、操作实验、记录数据、将数据输入计算机利用计算机处理数据。2．过程和方法（1）经历提出猜想、实验验证、得出结论、在第一次探究的结论基础上再进行第二次探究的过程，（2）在信息化技术的支持下，经历通过对数学图像及数学方程式的分析、推理来寻找、发现新的物理规律的科学探究的方法。3．情感态度和价值观（1）已有的认识在新的情景下不再适用，有助于建立“事物都是相对的、规律都是有适用范围”的辩证的观点，不盲目地将学过的规律随意的应用于在新的情景。（2）在探究物理规律的过程中体验科学探究的艰辛、发现新规律的成就感，有助于建立求知的信念。三、教学重点和难点1．教学重点：通过对实验结果的分析，建立、得出闭合电路欧姆定律。2．教学难点：寻找数学图像、表达式与物理规律之间的联系，并在此基础上建立电源电动势、内阻的概念，需要有一定的数学基础，对部分学生而言是个难点。（可通过教师设问，学生讨论，相互启发来突破）四、教学设计思路在学生已有的认知中，电池为电路带来的只有电压，且电源电压与电源两端的电压没有分别。本节课就是在学生原有的认知基础上提出在闭合电路中电流和电阻是否成反比这样一个问题，引导学生做实验、利用R-1/I图像来研究这个问题，在得出实验结论的同时引发一个新的问题：在闭合电路中电流和电阻到底存在什么关系？最后，在对图线方程的讨论中建立电源电动势、内阻的概念，导出闭合电路欧姆定律。五、教学资源和实验器材准备在excel程序中设计好表格、数据处理程序、图像绘制程序；课前利用其它水果做电池得到的实验结果水果电池（柠檬、铜片、锌片）、电阻箱、数字式多用表、导线若干六、案例实录教学流程教师活动学生活动用意引入问：在A、B两点间加一恒定的电压U，变阻箱的电阻调至R，电流表的示数会是多少？电流表的示数和变阻箱的阻值之间是什么关系？若是我们建立一个直角坐标系，纵轴为R，横轴为1/I，在这个坐标系中表示上述关系会得到怎样的图线？呈现已有认知：根据欧姆定律，可得：I=U/R进一步认识到：I和R成反比，可表示为IR1或IR1。在坐标系中该关系表现为一条经过原点的一条直线。使学生再现已有的的认识，为引发问题、开展探究活动作铺垫。提出问题我们可以用电池作为电源，为这个电路提供电压（引出闭合电路的概念）。问：如果将这个电池接入电路中供电，电流表的示数和变阻箱的阻值之间又会是什么关系？引导：实践是检验真理的标准，应该通过实验来验证你们的结论。根据已有认知部分学生认为I和R还是成反比，即IR1。有部分同学认为该关系不存在，也有同学不确定。在新的情景下，已有知识能否适用，引起学生探究的欲望。教师提出用实验来进行对问题的研究。设计实验方案请设计实验来研究在闭合电路中IR1是否成立。教师引导、补充得到完善的实验方案。活动：讨论设计方案培养学生根据实验的目的，设计实验方案的能力。实施实验采集数据指导学生实验活动：连接电路、采集数据、利用excel软件处理数据学生自主活动，为探究活动搜集证据。在此过程中学生的实验能力得到锻炼。利用现代信息技术，为实验的数据处理节约了大量的时间。得出结论根据所得到的图线得出：在闭合电路中，IR1不成立。学生通过实验研究，为第一个问题找到了答案。同时也为第二个问题的提出设置了情景。提出新问题提问：在闭合电路中，电阻和电流之间到底存在什么关系？探究规律引导学生利用得出的R-1/I图像去寻找电阻和电流之间的关系。讨论：如何寻找闭合电路中R和1/I之间的关系。将数学表达式中的符号换成物理量对应的符号。引导：①先将变量用物理符号替换。②通过确定k、b的单位来确定k、b所对应的物理量。③猜测k、b分别是哪里的电压和电阻。④引导学生通过分析排除b是电路中导线中的电阻。活动：利用电脑给出的直线方程：y=kx–b寻找R和1/I之间的关系。①将方程式写成：R=bIk)1(②确定k、b分别是电压和电阻。③猜测出k是电源的电压；有部分同学猜测b是导线的电阻，也有人猜测b是导线上的电阻与电源电阻的和，还有一种可能b就是电源的电阻。指导学生分析图线，从数学表达式中探究物理规律通过实验来进一步确定k、b的物理意义引导学生想办法通过实验来验证猜测得出的结论。针对学生的设想，分析可能出现的结果，与学生共同得出实验方案。学生讨论学生回答：改变电阻，把电阻箱从电路中拿掉，看得到的图像有没有变化。改变电流表试试看。改变使用的电源，看再次得到图线的斜率、截距是否发生变化来确定k、b是否为电源的电压、电阻。利用控制变量法来验证猜测因课堂时间的限制，教师展示改用其它水果电池得到的数据及图线。观察比较试验数据及图线，得出结论问：若本节课的实验用一节干电池作为电源，会怎样？讨论：图像得到的斜率是1.5V，截距很小，几乎为零。将以前的知识纳入到新的知识体系中，消除学生的困惑。小结得出结论板书在研究过程中发现的两个新的物理量：电源电动势E及.电源的内阻r现在我们再来看这个电路，当电源接入电路中，整个电路接通，电路中的电流受到两部分电阻的阻碍作用，一部分在电源的外部，另一部分在电源的内部，所以我们把电路分为两部分：外电路和内电路。整个电路称为闭合电路。那么，在闭合电路中，电路中的电流的大小跟哪些因素有关？有怎样的关系呢？活动：电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比。rREI引出外电路、内电路的概念，由学生根据探究的结果总结出闭合电路的欧姆定律。回顾历史呈示一段关于在历史上欧姆定律被发现的文章。问学生看完文章后有些什么想法。阅读文章，交流想法。回顾当年欧姆的实验，让学生体会探究的艰辛以及物理学的发展对推动科技进步的意义。七、教学反思1．真正的科学探究过程有提出问题、作出假设、制定计划、实验收集证据、处理数据和解释问题等若干过程，而探究课由于受到时间、教学任务等的制约，不可能在一节课上让学生充分的经历每一个过程，这其间就有一个取舍的问题。在我最初的设计中，做怎样的图像、设计怎样的实验方案最有利于研究等都是要通过学生的自主活动来确定的，这些也确实值得学生探究。可是这样的话，学生在整节课中的自主活动非常多，思维要求对他们来说可能会应接不暇。结果只能有两个：要么什么都探究了，但只是浮于表面上、形式上的；要么下课铃声响起的时候，一切才刚刚开始。后来听取了其他老师的意见后，我将本节课探究的重点落在分析数学图线、方程式—从中建立新的物理量—寻找新的物理规律这一环节上，而在其它环节的处理上较多地采用了接受式学习的方式。最后的事实也说明，这一环节所实现的对学生某一方面的探究能力的培养是在其他大多数探究课上触及不到的。教师在设计教学流程的时候，应考虑在本节课中，探究过程的哪个环节最适宜在本节课中展开，或本设计最适合哪个环节的展开，这一环节就应该作为本节课的重点，充分的让学生经历。其他的环节可以淡化。不同的教学内容可能会适合不同的探究环节的展开，这样通过长期系统的教学活动，同样也可以逐步的培养学生完整的科学探究的能力。2．不同的设计方案培养学生不同的探究能力，它所能达到的过程和方法、情感态度和价值观的教学目标也不相同。在本节课的设计中，学生利用计算机的Excel软件系统处理数据、得出图线，为后面的探究活动的展开节约了大量的时间。我在另一所学校进行该节课的教学时，因为实验室没有学生电脑，因此我请学生利用计算器计算电流的倒数，在事先准备好的坐标纸上描点连线，由学生自己得到图线。由于时间紧，我将学生分成四人一组，合作完成实验操作、采集数据、处理数据、描点连线等过程。多数组都能在较短的时间里完成上述任务。在这个的过程中，学生对处理数据的数学方法的理解、应用数学方法的能力、对分工合作的体验在二期课改即将全面推开的今天，多数教师的理念都已逐步改变，而我们的学生却更习惯过去接受式的学习方式，导致教师精心设计的探究活动有些时候不能够很好的落实，使探究的质量打折。若是能在日常的教学中长期地实施探究式的学习方式，使学生的探究意识逐步加强，这又必将有利于探究活动的展开。实验数据记录表格电阻R（Ω）电流I（mA）电流倒数1/I（×103A-1）190002800037000460005500064000730008200091000R-1/I图像R（Ω）1/I（×103A-1）800060004000200010000510152025