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2019-2020年高中物理 第2章 第3節(jié) 歐姆定律教案 新人教版選修3-1 三維目標 知識與技能 1．理解電阻的概念，明確導體的電阻是由導體本身的特性所決定； 2．理解歐姆定律，并能用來解決有關(guān)電路的問題； 3．知道導體的伏安特性曲線，知道什么是線性元件和非線性元件。 過程與方法 1．通過演示實驗探究電流大小的決定因素，培養(yǎng)學生的實驗觀察能力。 2．運用數(shù)學圖象法處理物理問題，培養(yǎng)學生運用數(shù)學進行邏輯推理的能力。 情感態(tài)度與價值觀 1．通過介紹歐姆的研究過程和“歐姆定律”的建立，激發(fā)學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生在逆境中戰(zhàn)勝困難的堅強性格； 2．本節(jié)知識在實際中有廣泛的應用，通過本節(jié)的學習培養(yǎng)學生聯(lián)系實際的能力。 教學重點 歐姆定律的內(nèi)容、表達式、適用條件及利用歐姆定律分析、解決實際問題。 教學難點 對電阻的定義的理解，對I－U圖象的理解。 教學方法 探究、講授、討論、練習。 教　　具 電流表、電壓表、滑動變阻器、電鍵、導體A、B、導線、電池組、小燈泡、晶體二極管等。 ［新課導入］ 同學們在初中已經(jīng)學過了歐姆定律的一些基礎(chǔ)知識，今天我們要在初中學習的基礎(chǔ)上，進一步學習歐姆定律的有關(guān)知識。 ［新課教學］ 一、歐姆定律 1．導體中的電流跟導體兩端電壓、導體電阻的關(guān)系 既然在導體的兩端加上電壓，導體中才有電流，那么，導體中的電流跟導體兩端的電壓有什么關(guān)系呢？在初中我們曾經(jīng)探究過導體中的電流跟導體兩端電壓、導體電阻的關(guān)系?，F(xiàn)在我們通過實驗來進一步探究這個問題。 【演示】 如圖所示，用電流表測量通過導體A的電流，用電壓表測量A兩端的電壓。圖中虛線框內(nèi)是一個能提供可變電壓的電路（其原理將在以后討論，在此暫不涉及），調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，可以得到關(guān)于導體A的幾組電壓、電流數(shù)據(jù)。隨后，換用另一個導體B代替A進行實驗，又可以得到關(guān)于導體B的多組電壓、電流數(shù)據(jù)。 請你觀察和記錄實驗數(shù)據(jù)，并在同一坐標系中作出A、B的U－I圖象。 請一位同學簡述如何利用如圖所示的實驗電路來研究導體A中的電流跟導體兩端的電壓的關(guān)系? 合上電鍵S，改變滑動變阻器上滑片P的位置，使導體兩端的電壓分別為0、0.50V、1.00V、1.50V、2.00V、2.50V，記下不同電壓下電流表的讀數(shù)，然后通過分析實驗數(shù)據(jù)，得出導體中的電流跟導體兩端電壓的關(guān)系。 選出學生代表，到講臺上讀取實驗數(shù)據(jù)。將得到的實驗數(shù)據(jù)填寫在表格中。 換用另一導體B，重復實驗。 實驗數(shù)據(jù)如下 U/V 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 I/A 導體A I/A 導體B 同學們?nèi)绾畏治鲈谶@次實驗中得到的數(shù)據(jù)？ 用圖象法。在直角坐標系中，用縱軸表示電壓U，用橫軸表示電流I，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在坐標紙上描出相應的點。根據(jù)這些點是否在一條直線上，來研究導體中的電流跟它兩端的電壓的關(guān)系。 U I O A B 請一位同學上黑板作U－I圖線。其他學生在練習本上作。 學生作圖，如圖所示。 這種描點作圖的方法，是處理實驗數(shù)據(jù)的一種基本方法，同學們一定要掌握。 分析圖象，我們可以得到哪些信息？ 對于同一導體，U－I圖象是過原點的直線，電壓和電流的比值等于一個常數(shù)。 同一導體，不管電流、電壓怎樣變化，電壓跟電流的比值是一個常數(shù)，此結(jié)論可以寫為： R＝ 或?qū)w中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，即I∝U。 2．電阻 上面表達式中的R表示什么物理量？ 式中R是電壓與電流的比值。實驗表明，對同一個導體，不管導體的電壓和電流怎樣變化，比值R都是恒定的。對不同的導體，R的數(shù)值一般是不同的。這表明，R是一個跟導體本身有關(guān)的量。R的值越大，在同一電壓下通過的電流越小。這個比值R反映了導體的屬性，反映了導體對電流的阻礙作用。 （1）概念 電壓和電流的比值R＝，反映了導體對電流的阻礙作用，叫做導體的電阻。 （2）定義式 R＝（量度式） 這個定義式給出了測量電阻的方法──伏安法。 （3）單位 在國際單位制中，電阻的單位是歐姆，簡稱歐，符號是Ω。 如果在某段導體的兩端加上1V的電壓，通過的電流是1A，這段導體的電阻就是1Ω。所以，1Ω＝1V/A。 常用的電阻單位還有千歐(kΩ)和兆歐(MΩ)： 1 kΩ＝103Ω 1 MΩ＝106Ω （4）物理意義 電阻是導體本身的一種特性，由導體本身決定。 導體的電阻與導體兩端的電壓U及導體中的電流I沒有關(guān)系，不能說導體的電阻R跟加在導體兩端的電壓U成正比，跟導體中的電流I成反比。 【思考與討論】 根據(jù)R＝，有人說導體的電阻R跟加在導體兩端的電壓U成正比，跟導體中的電流I成反比，這種說法對嗎？為什么？ 這種說法不對，因為電阻是導體本身的一種特性，所以導體的電阻與導體兩端的電壓及導體中的電流沒有關(guān)系。 3．歐姆定律 （1）內(nèi)容 介紹德國物理學家歐姆和歐姆定律的建立，從而對學生進行思想品德教育。 將R＝變形，得I＝，該式可以表述為： 導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。這就是我們在初中學過的歐姆定律。 （2）公式 I＝（決定式） （3）適用條件 歐姆定律是在金屬導體的基礎(chǔ)上總結(jié)出來的，對其它導體是否適用，需要經(jīng)過實驗的檢驗。 實驗表明，除金屬外，歐姆定律對電解質(zhì)溶液也適用。但對氣體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）和半導體元件并不適用。 一是部分電路，二是金屬導體、電解質(zhì)溶液。 （4）注意 使用歐姆定律計算時，要注意I、U、R的同體同時對應關(guān)系（同一性）。當導體的電阻隨溫度明顯變化時，R應是測量時的實際電阻。 二、導體的伏安特性曲線 1．研究內(nèi)容 用圖象研究導體中的電流I和電壓U的關(guān)系。 2．導體的伏安特性曲線 I U O B A （1）導體的伏安特性曲線 用縱軸表示電流I，用橫軸表示電壓U，畫出的I—U圖線叫做導體的伏安特性曲線。 如右圖所示，是金屬導體的伏安特性曲線。 （2）圖線斜率的物理意義 在I—U圖中，圖線的斜率表示導體電阻的倒數(shù)。 即k＝ 圖線的斜率越大，電阻越小。右圖中RB＜RA。 （3）線性元件和非線性元件 ①線性元件 伏安特性曲線是過坐標原點的直線，這樣的元件叫線性元件。 ②非線性元件 A V I U O I U R＝U/I 【演示】 用晶體二極管、電壓表、電流表、滑動變阻器、電鍵連成如圖左所示的電路，改變電壓和電流。 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，畫出晶體二極管的伏安特性曲線，如圖右所示，可以看出圖線不是直線。 對歐姆定律不適用的導體和器件，電流和電壓不成正比，伏安特性曲線不是直線，都是非線性元件。 伏安特性曲線不是直線，這樣的元件叫非線性元件。 【課堂練習】 1．某電阻兩端電壓為16 V，在30 s內(nèi)通過電阻橫截面的電量為48 C，此電阻為多大？30 s內(nèi)有多少個電子通過它的橫截面？ 解析：由題意知U＝16 V，t＝30 s，q＝48 C。電阻中的電流I＝＝1.6 A。 據(jù)歐姆定律I＝得，R＝＝10Ω n＝＝3.01020個 故此電阻為10Ω，30s內(nèi)有3.01020個電子通過它的橫截面。 2．兩電阻R1、R2的伏安特性曲線如右圖所示，由圖可知： （1）這兩電阻的大小之比R1∶R2為_______ A．1∶3 B．3∶1 C．1∶ 　　D．∶1 （2）當這兩個電阻上分別加上相同電壓時，通過的電流之比為_______ A．1∶3 B．3∶1 C．1∶ D．∶1 解析：（1）由歐姆定律I＝可知，在I—U圖線中，圖線的斜率k＝＝，即電阻的大小等于伏安特性曲線斜率的倒數(shù)。 R1∶R2＝tan30∶tan60＝1∶3，所以A選項正確。 （2）由歐姆定律I＝可知，給R1、R2分別加上相同的電壓時，通過的電流與電阻成反比，即I1∶I2＝R2∶R1＝3∶1，故B選項正確 3．若加在某導體兩端的電壓變?yōu)樵瓉淼?/5時，導體中的電流減小了0.4 A，如果所加電壓變?yōu)樵瓉淼?倍，則導體中的電流多大? 解析：對歐姆定律理解的角度不同，求解的方法也不相同。本題可以有三種解法： 解答一：依題意和歐姆定律得：，所以I0＝1.0 A。 又因為，所以A。 解答二：由，得A。又，所以A。 解答三：畫出導體的I—U圖像，如圖所示，設(shè)原來導體兩端的電壓為U0時，導體中的電流強度為I0。 當時，I＝I0－0.4 A 當U′＝2U0時，電流為I2。 由圖知 所以I0＝1.0 Ａ I2＝2Ｉ0＝2.0 A 說明：（1）用I—U圖像結(jié)合比例式解題，顯得更直觀、簡捷。物理意義更鮮明。 （2）導體的電阻是導體自身的一種屬性，與U、I無關(guān)，因而，用此式討論問題更簡單明了。 【實驗】 測繪小燈泡的伏安特性曲線 A V L R E S 實驗裝置如圖，L為額定電流0.2A左右的小燈泡，虛線框內(nèi)是能夠提供可變電壓的電路。開關(guān)閉合前，調(diào)節(jié)滑動變阻器的滑片，使它靠近電路中變阻器左端的接線柱，這時小燈泡兩端的電壓為零。 閉合開關(guān)后逐漸移動變阻器的滑片，增加小燈泡兩端的電壓，從零開始記錄電流表和電壓表的多級讀數(shù)，直至電流達到它的額定電流為止。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在方格紙上作出小燈泡燈絲的伏安特性曲線。也可以把測量數(shù)據(jù)輸入計算機中，利用數(shù)表軟件直接生成伏安特性曲線。 你在自己得到的曲線中有什么新的發(fā)現(xiàn)？你怎樣解釋這個發(fā)現(xiàn)？ 介紹二極管的伏安特性曲線，總結(jié)得出二極管的單向?qū)щ娮饔谩? ［小結(jié)］ 本節(jié)課主要學習了以下幾個問題： 1．通過實驗探究了導體中的電流跟導體兩端電壓、導體電阻的關(guān)系； 2．進一步明確了電阻的概念，掌握了電阻的定義式和測量電阻的方法及電阻的物理意義； 3．掌握了歐姆定律的內(nèi)容、公式、適用條件等。 4．掌握了導體的電流I和電壓U的圖象描述，明確了線性元件和非線性元件。 ［布置作業(yè)］ 教材第48頁“問題與練習”。 板書設(shè)計 3．歐姆定律 一、歐姆定律 1．導體中的電流跟導體兩端電壓、導體電阻的關(guān)系 同一導體，不管電流、電壓怎樣變化，電壓跟電流的比值是一個常數(shù)，此結(jié)論可以寫為：R＝，或?qū)w中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，即I∝U。 2．電阻 （1）概念：電壓和電流的比值R＝，反映了導體對電流的阻礙作用，叫做導體的電阻。 （2）定義式：R＝（量度式） （3）單位：電阻的單位是歐姆，簡稱歐，符號是Ω。 （4）物理意義：電阻是導體本身的一種特性，由導體本身決定。 3．歐姆定律 （1）內(nèi)容：導體中的電流I跟導體兩端的電壓U成正比，跟導體的電阻R成反比。 （2）公式：I＝（決定式） （3）適用條件：一是部分電路，二是金屬導體、電解質(zhì)溶液。 （4）注意：注意I、U、R的同體同時對應關(guān)系（同一性）。 二、導體的伏安特性曲線 1．研究內(nèi)容：用圖象研究導體中的電流I和電壓U的關(guān)系。 2．導體的伏安特性曲線 I U O B A （1）導體的伏安特性曲線 用縱軸表示電流I，用橫軸表示電壓U，畫出的I—U圖線叫做導體的伏安特性曲線。 （2）圖線斜率的物理意義 在I—U圖中，圖線的斜率表示導體電阻的倒數(shù)。 （3）線性元件和非線性元件 ①線性元件 伏安特性曲線是過坐標原點的直線，這樣的元件叫線性元件。 ②非線性元件 伏安特性曲線不是直線，這樣的元件叫非線性元件。 實驗：測繪小燈泡的伏安特性曲線 【實驗目的】 描繪小燈泡的伏安特性曲線，并分析曲線的變化規(guī)律。。 【實驗原理】 根據(jù)部分電路歐姆定律，可得，即在I－U坐標系中，圖線的斜率等于電阻的倒數(shù)。 【實驗器材】 學生電源（4~6V直流），小電珠（“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”），電流表（內(nèi)組較?。?，電壓表（內(nèi)組很大），開關(guān)和導線。。 【實驗內(nèi)容】 1、步驟 （1）確定電流表、電壓表的量程，照圖連好電路。（注意開關(guān)應斷開，滑動變阻器與燈泡并聯(lián)部分電阻為零）。 （2）閉合開關(guān)S，調(diào)節(jié)滑動變阻器，使電流表、電壓表有較小的明顯示數(shù)，記錄一組電壓U和電流I值。 （3）用同樣的方法測量并記錄約12組U值和I值。 （4）斷開開關(guān)S，整理好器材。 （5）在坐標紙上，以U為橫坐標、I為縱坐標建立直角坐標系，并根據(jù)表中數(shù)據(jù)描點，連接各點得到I-U圖線，（注意：連接各點時，不要出現(xiàn)折線）。 2、記錄及數(shù)據(jù)處理 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 電壓U/V 電流I/A 3、結(jié)論 描繪出的圖線是一條 線。它的斜率隨電壓的增大而 ，這表明小燈泡的電阻隨電壓（溫度）升高而 。 【實驗探究】 用本實驗提供的方法，測量并描繪發(fā)光二極管的伏安特性曲線。 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 電壓U/V 電流I/A 【思考練習】 1．如圖所示，電流表的示數(shù)是 A，電壓表的示數(shù)是 V。 2．某同學研究三種導電元件的伏安特性，他根據(jù)實驗中所測得的數(shù)據(jù)，分別繪制了I-U圖線，如圖所示，下列說法正確的是 A．圖（1）的元件可以作為標準電阻使用 B．圖（2）的阻值隨電壓升高而增大 C．圖（3）的阻值隨電壓升高而增大 D．只有圖（2）才是可能的。 3．如圖所示，滑動變阻器R1的最大阻值是200歐，定值電阻的阻值R2=300歐，A、B兩端的電壓恒定，且UAB=8V。當開關(guān)S斷開時，移動滑片P，R2兩端的電壓變化范圍是 ，當開關(guān)S閉合時，移動滑片P，R2兩端的電壓變化范圍是 4．為了測定小燈泡的伏安特性曲線，需要測得的電壓范圍盡可能大些，如從0~4V或0～3.8V．為此，應選下圖中的那個電路？ 參考答案： １．0.48A，2.20V ２．A B 3．4.8~8V,0~8V 4．（1）。 教后記： 本節(jié)課是初中知識的延續(xù)和提升，在學生方面不存在難度，關(guān)鍵是理解兩個圖象的意義，我是用數(shù)學一次函數(shù)的知識結(jié)合物理意義讓學生輕輕松松就掌握了本節(jié)知識要點。