eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設(shè)計(jì)))


三維目標(biāo)


(一)知識(shí)教學(xué)點(diǎn)


1．理解產(chǎn)生電流的條件。


2．理解電流的概念和定義式I＝q/t，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。


3．了解直流電和恒定電流的概念。


4．知道公式I＝nqvS，但不要求用此公式進(jìn)行計(jì)算。


5．熟練掌握歐姆定律及其表達(dá)式I＝U/R，明確歐姆定律的適用范圍，能用歐姆定律解決有關(guān)電路問(wèn)題。


6．知道導(dǎo)體的伏安特性，知道什么是線(xiàn)性元件和非線(xiàn)性元件。


7．知道電阻的定義及定義式R＝U/I。


(二)能力訓(xùn)練點(diǎn)


1．培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用歐姆定律分析、處理實(shí)際問(wèn)題的能力。


2．培養(yǎng)學(xué)生重視實(shí)驗(yàn)、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、根據(jù)實(shí)驗(yàn)分析、歸納物理規(guī)律的能力。


3．培養(yǎng)學(xué)生用公式法和圖象法相結(jié)合的解決問(wèn)題的能力。


(三)德育滲透點(diǎn)


1．分析電流的產(chǎn)生有其內(nèi)因和外因，引導(dǎo)學(xué)生研究自然科學(xué)時(shí)要堅(jiān)持辯證唯物主義觀(guān)點(diǎn)。


2．歐姆定律由實(shí)驗(yàn)演繹得出，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)、務(wù)實(shí)求真的科學(xué)態(tài)度。


3．處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)有列表法和圖象法。而圖象法直觀(guān)形象，滲透數(shù)學(xué)思維，要培養(yǎng)學(xué)生尊重實(shí)驗(yàn)結(jié)果，尊重客觀(guān)規(guī)律。


重點(diǎn)、難點(diǎn)、疑點(diǎn)及解決辦法


1．重點(diǎn)


正確理解歐姆定律并能解決實(shí)際問(wèn)題。


2．難點(diǎn)


電流概念的理解；電阻的伏安曲線(xiàn)。


3．疑點(diǎn)


對(duì)電阻定義式R＝U/I，有同學(xué)誤解為電阻由電壓和電流決定。


4．解決辦法


(1)在教師指導(dǎo)下學(xué)生參與演示實(shí)驗(yàn)，記錄、分析數(shù)據(jù)，歸納結(jié)論，從感性到理性來(lái)認(rèn)識(shí)、理解歐姆定律。


(2)利用電化教學(xué)手段，突破難點(diǎn)。


(3)對(duì)定義性公式和決定性公式要加以區(qū)別。


教具學(xué)具準(zhǔn)備


小燈泡、學(xué)生電源、伏特表、安培表、待測(cè)電阻(約10～30 Ω，若干只)、滑動(dòng)變阻器、晶體二極管、電鍵、導(dǎo)線(xiàn)若干。


學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)


1．設(shè)問(wèn)、舉例，讓學(xué)生積極參與，在復(fù)習(xí)初中知識(shí)基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)新知識(shí)。


2．在教師指導(dǎo)下讓學(xué)生設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)表格、圖象，參與讀數(shù)、記數(shù)，分析處理數(shù)據(jù)，歸納出歐姆定律。


教學(xué)步驟


(一)明確目標(biāo)


(略)


(二)整體感知


本節(jié)知識(shí)在初中學(xué)習(xí)已有基礎(chǔ)，高中在新的要求下再次學(xué)習(xí)，可見(jiàn)本節(jié)知識(shí)是研究電路問(wèn)題的基礎(chǔ)，并且其中滲透了科學(xué)研究方法和思維訓(xùn)練。因此，在學(xué)習(xí)中要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用。


(三)重點(diǎn)、難點(diǎn)的學(xué)習(xí)與目標(biāo)完成過(guò)程


1．引入新課


前面學(xué)習(xí)過(guò)電場(chǎng)知識(shí)，電場(chǎng)對(duì)放入其中的電荷有力的作用，促使電荷移動(dòng)，電荷的定向移動(dòng)就形成電流，這節(jié)課我們將在初中學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上對(duì)電流作進(jìn)一步的了解。


2．新課教學(xué)


(1)電流


①什么是電流？


大量電荷的定向移動(dòng)形成電流。


②電流形成的條件是什么？


內(nèi)因——有自由移動(dòng)的電荷。金屬中有自由移動(dòng)的電子，電解液中有自由移動(dòng)的離子。絕緣體中沒(méi)有自由移動(dòng)的電荷，其中不能形成電流。


那么，為什么用電流表直接連接金屬導(dǎo)體兩端卻沒(méi)有讀數(shù)？


這是因?yàn)椋瑢?dǎo)體中大量的自由電荷永不停息地做無(wú)規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，向各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的機(jī)會(huì)均等，不會(huì)出現(xiàn)大量自由電荷定向移動(dòng)的現(xiàn)象，也就是說(shuō)沒(méi)有電流。


要使大量自由電荷做定向移動(dòng)，必須要有一種力，這種力就是電場(chǎng)力。


[演示]按圖1連接





圖1








小燈泡發(fā)光，有電流流過(guò)小燈泡。


外因——導(dǎo)體兩端存在電壓。


當(dāng)導(dǎo)體與電源連接時(shí)，它的兩端有了電壓，導(dǎo)體中就有了電場(chǎng)，這樣導(dǎo)體中的自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)形成電流。


干電池、蓄電池、發(fā)電機(jī)等都是電源，它們的作用是保持導(dǎo)體兩端的電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)的電流。


③電流的強(qiáng)弱——用電流(I)表示。


a．定義——通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過(guò)這些電荷量所用時(shí)間t的比值叫電流，用I表示。


b．表達(dá)式：I＝eq \f(q,t)


c．單位：安培(A)


d．電流的方向——規(guī)定正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?br/>

e．電流是標(biāo)量。


④直流電：方向不隨時(shí)間而改變的電流。


恒定電流：方向和強(qiáng)弱都不隨時(shí)間而改變的電流。


(2)既然導(dǎo)體兩端有電壓，才有電流流過(guò)導(dǎo)體，那么導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端的電壓有什么關(guān)系呢？





圖2


[演示]先讓學(xué)生設(shè)計(jì)電路示意圖，然后用多媒體顯示如圖2所示，學(xué)生在教師指導(dǎo)下用導(dǎo)線(xiàn)連接實(shí)物，并要求學(xué)生注意電表的正負(fù)接線(xiàn)柱接法。


連好線(xiàn)后閉合開(kāi)關(guān)S，指導(dǎo)學(xué)生調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，記下電壓表、安培表的讀數(shù)，填入下表，再移動(dòng)滑片P，同樣記下讀數(shù)，這樣得出大約6組數(shù)據(jù)。


對(duì)表中數(shù)據(jù)分析可知，導(dǎo)體兩端電壓升高，導(dǎo)體中的電流也增大，但在誤差允許范圍內(nèi)U/I＝定值。





對(duì)數(shù)據(jù)的處理除用列表法外，還可以用什么方法？


圖象法：先畫(huà)直角坐標(biāo)IU，然后標(biāo)刻度，按上述數(shù)據(jù)描點(diǎn)，連點(diǎn)成直線(xiàn)Ⅰ，連點(diǎn)時(shí)要使盡量多的點(diǎn)落在一條直線(xiàn)上，不在直線(xiàn)上的點(diǎn)，要對(duì)稱(chēng)地分布在直線(xiàn)兩側(cè)。


取下R，換上R′，重做上述實(shí)驗(yàn)，可得另一條直線(xiàn)Ⅱ。


分析上述實(shí)驗(yàn)，得知：


a．導(dǎo)體中的電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比，即I∝U，U2/I2＞U1/I1。


b．在同樣電壓情況下，U/I值大的電流小，U/I值小的電流大，即U/I值反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)。


①電阻


定義：導(dǎo)體兩端電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的比值，叫做這段導(dǎo)體的電阻。


定義式：R＝U/I


對(duì)于同一段導(dǎo)體；不論電壓和電流大小怎樣變化，比值R是恒定的。不能從數(shù)學(xué)角度認(rèn)為R與U成正比，與I成反比。


單位：歐姆(Ω)，1 Ω＝1 V/A。


②歐姆定律


德國(guó)物理學(xué)家歐姆最早用實(shí)驗(yàn)研究了電流與電壓、電阻之間的關(guān)系，得出了用他的名字命名的定律。


定律內(nèi)容：導(dǎo)體中的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，跟導(dǎo)體的電阻R成反比。


公式：I＝U/R。


單位：1 A＝1 V/Ω。


適用范圍：金屬導(dǎo)體、電解液。


③導(dǎo)體的伏安特性


如圖所示I－U圖線(xiàn)叫做導(dǎo)體的伏安特性曲線(xiàn)，符合歐姆定律的導(dǎo)體的伏安特性曲線(xiàn)是一條通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的直線(xiàn)。具有直線(xiàn)伏安特性的電學(xué)元件叫做線(xiàn)性元件。





提問(wèn)：如圖所示，圖中兩條直線(xiàn)哪一條代表的電阻大？


不符合歐姆定律的導(dǎo)體和器件，電流和電壓不成正比，伏安特性曲線(xiàn)不是直線(xiàn)，這種電學(xué)元件叫做非線(xiàn)性元件。


(四)總結(jié)、擴(kuò)展


通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使我們了解電流的形成需要有自由電荷和導(dǎo)體兩端有電壓，應(yīng)用電場(chǎng)知識(shí)可以充分理解。在實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，我們知道歐姆定律的內(nèi)容及其適用范圍。同時(shí)還充分理解電阻R＝U/I的物理意義，它是定義式，不是決定式，不能用純數(shù)學(xué)關(guān)系來(lái)理解物理公式，最后了解金屬導(dǎo)體的伏安特性曲線(xiàn)是一條通過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板書(shū)設(shè)計(jì)))








3 歐姆定律


一、電流


1．什么是電流


2．電流形成的條件


內(nèi)因——


外因——


3．電流的強(qiáng)弱及方向


4．直流電及恒定電流


二、歐姆定律


1．電阻


2．歐姆定律


3．導(dǎo)體的伏安特性


活動(dòng)與探究


課題：測(cè)繪晶體二極管的伏安特性曲線(xiàn)。


過(guò)程：


1．討論、設(shè)計(jì)合理的實(shí)驗(yàn)電路圖；


2．選擇合適的實(shí)驗(yàn)器材(特別是測(cè)量?jī)x器的選取)；


3．電路的連接、儀器的使用注意事項(xiàng)；


4．實(shí)驗(yàn)過(guò)程的安排以及操作順序；


5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理：要求至少測(cè)8組數(shù)據(jù)以上，利用坐標(biāo)紙作圖，要求數(shù)據(jù)列表，在坐標(biāo)紙中建立合適坐標(biāo)系后作出圖象；


6．討論總結(jié)晶體二極管的伏安特性曲線(xiàn)的特點(diǎn)，并將其與一般金屬導(dǎo)體電阻的伏安特性曲線(xiàn)進(jìn)行對(duì)比分析。


eq \(\s\up7(),\s\d5(設(shè)計(jì)說(shuō)明))


本節(jié)課是初中歐姆定律的延伸和擴(kuò)展，對(duì)后續(xù)閉合電路歐姆定律的學(xué)習(xí)起到了奠基作用。在教學(xué)中，歐姆定律的講法與初中不同，是用比值定義電阻的，這種講法更科學(xué)，適合高中學(xué)生的特點(diǎn)。在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理上，使用的是圖象處理法，加強(qiáng)了學(xué)生對(duì)圖象的認(rèn)識(shí)，并能進(jìn)一步學(xué)會(huì)如何運(yùn)用圖象來(lái)研究問(wèn)題。需要注意的是對(duì)于電阻的定義式，有些學(xué)生會(huì)產(chǎn)生歧義，認(rèn)為電阻是由電壓和電流決定的，要注意引導(dǎo)解釋。


教學(xué)中適當(dāng)?shù)叵驅(qū)W生滲透一些研究物理的科學(xué)方法和分析的正確思路，如通過(guò)探索性實(shí)驗(yàn)去認(rèn)識(shí)物理量之間的制約關(guān)系，用圖象和圖表的方法來(lái)處理數(shù)據(jù)、總結(jié)規(guī)律，以及利用比值來(lái)定義物理量的方法等。另外，在學(xué)習(xí)活動(dòng)中結(jié)合及時(shí)的課堂訓(xùn)練，使學(xué)生不僅掌握了理論，而且學(xué)會(huì)了如何解決實(shí)際問(wèn)題。


另外，本節(jié)課的設(shè)計(jì)考慮到新課改的要求，將測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)也放入其中，我們可以根據(jù)實(shí)際教學(xué)情況加以取舍，若一節(jié)課難以完成全部的教學(xué)事件，也可將測(cè)繪小燈泡伏安特性曲線(xiàn)的實(shí)驗(yàn)單獨(dú)分離出來(lái)，另作處理。這樣就可以有充分的時(shí)間對(duì)歐姆定律在課堂上做更多及時(shí)的強(qiáng)化訓(xùn)練。


eq \(\s\up7(),\s\d5(備課資料))


歐姆和歐姆定律的建立


歐姆(1787～1854年)，1787年3月16日生于德國(guó)埃爾蘭根城，父親是鎖匠。父親自學(xué)了數(shù)學(xué)和物理方面的知識(shí)，并教給少年時(shí)期的歐姆，喚起了歐姆對(duì)科學(xué)的興趣。16歲他進(jìn)入埃爾蘭根大學(xué)研究數(shù)學(xué)、物理和哲學(xué)，由于經(jīng)濟(jì)困難，中途輟學(xué)，到1813年才完成博士學(xué)業(yè)。歐姆是一個(gè)很有天才和科學(xué)抱負(fù)的人，他長(zhǎng)期擔(dān)任中學(xué)教師，由于缺少資料和儀器，給他的研究工作帶來(lái)不少困難，但他在孤獨(dú)與困難的環(huán)境中始終堅(jiān)持不懈地進(jìn)行科學(xué)研究，自己動(dòng)手制作儀器。


歐姆對(duì)導(dǎo)線(xiàn)中的電流進(jìn)行了研究。他從傅立葉發(fā)現(xiàn)的熱傳導(dǎo)規(guī)律中受到啟發(fā)，導(dǎo)熱桿中兩點(diǎn)間的熱流正比于這兩點(diǎn)間的溫度差。因而歐姆認(rèn)為電流現(xiàn)象與此相似，猜想導(dǎo)線(xiàn)中兩點(diǎn)之間的電流也許正比于它們之間的某種驅(qū)動(dòng)力，即現(xiàn)在所稱(chēng)的電動(dòng)勢(shì)。歐姆花了很大的精力在這方面。開(kāi)始他用伏打電堆作電源，但是因?yàn)殡娏鞑环€(wěn)定，效果不好。后來(lái)他接受別人的建議改用溫差電池作電源，從而保證了電流的穩(wěn)定性。但是如何測(cè)量電流的大小，這在當(dāng)時(shí)還是一個(gè)沒(méi)有解決的難題。開(kāi)始，歐姆利用電流的熱效應(yīng)，用熱脹冷縮的方法來(lái)測(cè)量電流，但這種方法難以得到精確的結(jié)果。后來(lái)他把奧斯特關(guān)于電流磁效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)和庫(kù)侖扭秤結(jié)合起來(lái)，巧妙地設(shè)計(jì)了一個(gè)電流扭秤，用一根扭絲懸掛一磁針，讓通電導(dǎo)線(xiàn)和磁針都沿子午線(xiàn)方向平行放置；再用鉍和銅溫差電池，一端浸在沸水中，另一端浸在碎冰中，并用兩個(gè)水銀槽作電極，與銅線(xiàn)相連，當(dāng)導(dǎo)線(xiàn)中通過(guò)電流時(shí)，磁針的偏轉(zhuǎn)角與導(dǎo)線(xiàn)中的電流成正比。實(shí)驗(yàn)中他用粗細(xì)相同長(zhǎng)度不同的八根銅導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行了測(cè)量，得出了如下的等式：X＝eq \f(a,b＋x)。


式中X是磁效應(yīng)強(qiáng)度，即電流的大?。籥是與激發(fā)力有關(guān)的常數(shù)，即電動(dòng)勢(shì)；x表示導(dǎo)線(xiàn)的長(zhǎng)度，b是與電路其余部分的電阻有關(guān)的常數(shù)，b＋x實(shí)際上表示電路的總電阻。這個(gè)結(jié)果于1826年發(fā)表。1827年歐姆又在《動(dòng)電電路的數(shù)學(xué)研究》一書(shū)中，把他的實(shí)驗(yàn)規(guī)律總結(jié)成如下公式：S＝γE


式中S表示電流，E表示電動(dòng)力，即導(dǎo)線(xiàn)兩端的電勢(shì)差，γ表示導(dǎo)線(xiàn)對(duì)電流的傳導(dǎo)率，其倒數(shù)即為電阻。


歐姆定律發(fā)現(xiàn)初期，許多物理學(xué)家不能正常理解和評(píng)價(jià)這一發(fā)現(xiàn)，并提出懷疑和尖銳的批評(píng)。研究成果被忽視和經(jīng)濟(jì)的極其困難使歐姆精神抑郁。直到1841年英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予他最高榮譽(yù)的科普金獎(jiǎng)，才引起德國(guó)科學(xué)界的重視。


1849年歐姆成為了慕尼黑大學(xué)教授，后人為了紀(jì)念他，就用他的名字作為電阻的單位。


U(伏)
I(安)

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3 歐姆定律

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