歐姆定津一、設計思想《歐姆定律》是高中物理選修3-1第二章恒定電流第三節的內容，本節內容涉及兩個問題。一是歐姆定律，二是導體的伏安特性曲線。其中歐姆定律是實驗定律，這一塊內容學生在初中階段已經學過，但高中階段對學生能力的培養提出了更高的要求。主要體現在讓學生體驗和領會科學的實驗方法以及提高實驗動手能力。因此基于這樣的要求，對于教材中給予安排的演示實驗---歐姆定律---將改成學生探究實驗，使學生經歷：引出問題---猜想---設計實驗電路---評價實驗設計(教師的引導)---確定最佳方案---實驗驗證(學生協作)---獲取實驗數據---實驗處理數據（用列表對比和圖象法進行探究）---得出規律。這樣使學生在實驗探究中體驗科學探究的過程，從中體現了新課程物理課堂以實驗為基礎，學生“自主、合作、探究”學習的理念。對導體的伏安特性曲線的研究，安排了測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗，這是一個研究性學生實驗，是在歐姆定律實驗的基礎上，要求學生通過實驗采集數據，學會描繪伏安特性曲線，發現非線性的特征，并分析其主要原因，使學生對歐姆定律的認識更加深化，從而提高解決問題的能力。《歐姆定律》教學設計具有以下幾個特色：（1）充分挖掘可調式臺燈中所蘊含的物理知識，使學生通過親自動手實驗進一步認識了臺燈中的物理規律。首先以可調臺燈為實例創設情境，引出課題，展開歐姆定律的實驗探究，然后又通過臺燈電路的設計進一步理解歐姆定律，最后通過研究燈泡的伏安特性曲線，使日常生活的臺燈貫穿整個教學過程，使教學更加貼近生活實際。（2）在歐姆定律和測繪燈泡的伏安特性曲線實驗探究中經歷科學探究的過程，使學生在體驗中學習和領悟科學方法和科學思想（3）多媒體輔助教學在物理教學中的有效應用。主要采用仿真物理實驗對學生進行實驗規范操作，并且很好的突破難點---分壓式接法。另外還采用excel軟件進行數據處理。本節課在全章中的作用和地位也是重要的，它一方面起到復習初中知識的作用，另一方面為學習閉合電路歐姆定律奠定基礎．本節課分析實驗數據的兩種基本方法，也將在后續課程中多次應用．因此也可以說，本節課是后續課程的知識準備階段．二、教學目標一、知識與技能1、在實驗探究中，掌握歐姆定律，在簡單電路中會運用歐姆定律進行分析。2、在U-I圖象中，會分析電壓與電流的正比關系，進一步理解用比值定義法定義電阻的概念。3、通過測繪小燈泡伏安特性曲線的實驗，學會用描點法繪制伏安特性曲線；通過比較加深對線性元件和非線性元件的感性認識。二、過程與方法通過實驗和合作，掌握科學研究中的常用方法──控制變量方法。經歷探究實驗過程，學會利用列表和圖象法處理、分析和討論實驗數據，總結實驗規律的方法。三、情感、態度與價值觀體會可調式臺燈中所蘊含的物理知識，通過親自動手實驗進一步認識了臺燈中的物理規律，提高學生的興趣，感受到物理貼近生活實際。體驗歐姆定律探究實驗過程，領會科學探究實驗的使過程。五、重點難點重點：1、電阻：利用U-I圖象分析以理解電阻是反映導體本身的性質。2、歐姆定律：它是閉合電路歐姆定律的基礎，更是整個電學的基礎。通過實驗探究親自體驗知識的學習過程，也是本節課的核心內容。3、伏安特性曲線：通過對小燈泡伏安特性曲線的研究，可以深入理解歐姆定律及其適用條件，感性認識線性元件和非線性元件。難點：1、比值法定義電阻，由于學生缺乏較多的感性認識，從數學上的恒定比值到理解其物理意義并進而認識其代表一個新的物理量，還是存在著不小的思維臺階和思維難度．2、電阻的定義式和歐姆定律表達式的區別，從數學角度看只不過略有變形，但它們卻具有完全不同的物理意義．有些學生常將兩種表達式相混，對公式中哪個是常量哪個是變量分辨不清，要注意提醒和糾正．3、實驗的電路采用了分壓式接法，是一個難點，本節課通過學生討論分壓式的優勢以及與限流式的比較，再結合仿真物理實驗式進行模擬使學生理解分壓式接法的目的。六、教學策略與手段（1）本節課由可調式臺燈引入課題，創建一個物理貼近生活實例，使學生產生學習的興趣，通過探究實驗總結規律，體驗科學探究過程；然后在課堂拓展中，又通過讓學生畫出臺燈的簡易電路圖，運用歐姆定律解釋原因；最后測繪燈泡的伏安特性曲線，感性認識線性元件和非線性元件。（2）在進行歐姆定律實驗時，組織學生2人為一小組進行實驗研究（兩種阻值不同的固定電阻），創建一個探究、合作學習的教學環境。（3）采用多媒體進行輔助教學，應用仿真物理實驗室不僅用于進行實驗規范操作，同時突破難點，另外用excel進行實驗數據處理。七、課前準備學生的學習準備學生的學習準備概括成生理機能、智力、情趣、社會性、學習策略、知識基礎等六個方面。電學知識比較貼近生活實際，歐姆定律應用廣泛，更能增強學生的學習興趣。在初中學生已經學習過歐姆定律的有關內容，但只是初步學習，而高中要求提高了，對于歐姆定律的學習主要側重在科學的實驗方法和數據處理等科學思想方法，即知識學習的過程。因此對于本節課的學習，通過設計問題，讓學生進行探究學習，安排了學生實驗，讓學生在真實的體驗中，學習知識和科學的思想方法，以提高能力，同時也為深入學習電學奠定基礎。教師的教學準備教師應當具備“以學生為本”的教學理念以及建構主義理論，結合本節課的教材內容以及學生已有的認識水平來設計教學案例，多媒體教學課件，excel數據處理軟件，學生實驗設計和實驗報告表。教學環境的設計與布置本節課一開始利用可調式臺燈引入課題，創建一個物理貼近生活實例，使學生產生學習的興趣，然后又通過讓學生畫出臺燈的簡易電路圖，分析電流的變化原因。最后，通過實驗探究小燈泡的伏安特性曲線，并分析其中的原因，使課堂教學前呼后應。對歐姆定律和小燈泡的伏安特性曲線這兩個實驗，安排梯度，有利于比較和提高。第一個實驗組織學生2人為一小組進行實驗研究（兩種阻值不同的固定電阻）。第二個實驗是研究性小實驗，要求學生通過實驗自己發現問題和分析問題，是對歐姆定律的進一步研究學習，為學生創建一個探究、合作學習的教學環境。教學用具的設計和準備（1）可調式臺燈一盞，調節臺燈，讓學生觀察實驗現象，通過提問臺燈為什么亮和亮度為什么發生明暗變化，引入課題。（2）學生實驗用來研究歐姆定律和測繪小燈泡的伏安特性曲線。實驗儀器有干電池2節，電壓表，電流表，滑動變阻器，導線若干，開關，待測電阻（兩種固定電阻和燈泡）．（3）創建仿真物理實驗室電學實驗平臺，用于演示電學實驗的規范操作和演示分壓式接法，可視性大大提高。（4）設計一張實驗報告單，便于學生進行實驗研究。八、教學過程（－）創設情境，引入新課教師活動：給學生展示一盞臺燈，將臺燈插頭插入電源，但發現沒有亮；調節開關，要求觀察看到的現象，并說明原因。問題1：如何才能讓臺燈亮起來呢？臺燈為什么會出現明暗變化？教師活動：總結學生的回答之后，引出這節課要要研究的課題“電流的大小與什么因素有關？”（點評：利用可調式臺燈引入課題，一方面使物理更貼近生活，使學生產生興趣。另一方面通過研究這盞臺燈的工作原理以及物理規律，可以也很好的切入本節課的重點，貫穿課堂始終。）（二）探究歐姆定律1、從現象出發，進行猜想通過特定導體的電流的大小與什么因素有關？學生提出猜想：導體兩端的電壓與導體電阻。教師對所提出的猜想進一步要求學生思考：如何由實驗得到電流和電壓與電阻的關系呢？對一特定的導體，通過該導體的電流與電壓有什么關系？要求學生猜想。（旨在由學生給出科學的研究一個物理量與兩個物理量之間的關系的實驗方法---控制變量法。）2、實驗設計，進行評價教師活動：展示仿真物理實驗室平臺，介紹實驗儀器，要求學生根據給出的實驗儀器，結合實驗要求（電壓的取值盡可能大）設計“研究通過特定導體的電流與其兩端電壓關系”的電路圖，并說出實驗設想。圖1圖2學生活動：設計實驗電路圖，并要求學生代表上臺匯報設計的電路圖以及說明實驗設想，并將所設計的電路畫在黑板以便交流。一般學生都能設計如圖1的電路，少數學生可能與教材中提供的實驗電路如圖2相同。圖1圖2教師活動：在仿真物理實驗室平臺，按照圖2進行電路連接，并請學生觀察電表的正負接線柱的接法，以及滑動變阻器的初始位置，以規范操作。對程度好的學生提出較高的要求，即引導學生思考滑動變阻器所采用的分壓器方式的接法與歐姆定律實驗的限流式接法進行分析、比較，提高學生電路分析和設計的能力，也可以討論分壓接法對采集數據的好處等。并可在仿真物理實驗室里，演示滑動變阻器觸頭c從a到b時觀察電壓的變化范圍（從0開始逐漸增大到接近額定電壓）。（通過仿真物理實驗室即可以規范操作，又可以比較兩種電路，以突破滑動變阻器采用分壓式接法的優勢---可以使電壓在大范圍內變化。）3、進行實驗，驗證猜想圖3學生實驗：研究定值電阻兩端的電壓與電流的關系。根據圖2，由2位學生為一組進行合作，全班分成兩大組分別測量兩種阻值不同的電阻，要求學生完成實驗，收集數據至少5組，處理數據，并完成實驗報告表。圖3學生對數據處理時思考：（1）、從實驗數據中發現什么規律？（2）、是否有更直觀的方法反映電流與電壓的關系？4、處理實驗數據教師活動：啟發學生思考物理與數學的聯系．與數學中函數圖象進行類比，把所得數據描繪在I-U直角坐標系中，確定I和U之間的函數關系．學生活動：其中兩小組同學（測量不同阻值的固定電阻）把數據輸入圖3的excel軟件表格中。）其他學生在實驗表格中繪制I-U圖象。I1I2I1I2圖4要求學生觀察這些點所在圖象是一條什么曲線？教師引導學生總結規律：由圖象可知，對于特定的導體，導體中電流與導體兩端電壓成正比，I∝U，或者I=KU。（通過列表法和圖象法來處理數據的比較，使學生體會到一種直觀研究兩個物理量之間的關系的有效方法。）5、概念教學----電阻教師活動：引導討論對于不同的導體，圖象斜率是不同的。并比較1、2兩個導體，在相同電壓下，兩導體電流分別為I1、I2，I1>I2，導體2對電流阻礙作用比導體1大，由I1=k1U1，I2=k2U2,則k1>k2。由此可知，k的倒數反映了導體對電流的阻礙作用。對于同一導體，不管電流、電壓怎樣變化，電壓跟電流的比值都是一個常數，也就是說1/k是一個不變的量，若用一個物理量來描述導體對電流的阻礙作用，用R=1/k；I=U/(1/k)=U/R，R稱為電阻．由以上可若知，導體1的電阻小于導體2的電阻，相同電壓下則有I1>I2。（通過引導學生對圖象的分析，提高學生圖象分析問題的能力）電阻定義：導體兩端電壓與通過導體電流的比值，叫做這段導體的電阻。定義式：R=U/I說明：①對于給定導體，R一定，不存在R與U成正比，與I成反比的關系。②在這里利用比值定義法來定義電阻，但電阻的大小與U和I無關。與電阻定義方法相類似的還有電場強度、密度等。單位：電壓單位用伏特（V），電流單位用安培（A），電阻單位用歐姆，符號Ω，且lΩ=1V／A常用單位：1kΩ=1000Ω；1MΩ=Ω教師活動：引導思考1Ω的物理意義是什么？學生活動：如果在某段導體的兩端加上1V的電壓，通過導體的電流是1A，這段導體的電阻就是1Ω。所以1Ω=1V/A教師引導學生實驗總結：對于特定的導體，導體中的電流跟導體兩端電壓成正比；對于不同的導體，在相同的電壓下，導體中的電流跟導體的電阻成反比。這就是著名的德國物理學家歐姆提出的歐姆定律。6、規律教學---歐姆定律教師活動：介紹歐姆定律的由來。德國物理學家歐姆最早花了10年的時間用實驗研究了電流跟電壓、電阻的關系，后人將這個定律以他的名字來命名。歐姆定律內容：導體中電流強度跟它兩端電壓成正比，跟它的電阻成反比．表達式：I=U/R注意：式子中的三個量U、I、R必須對應著同一個研究對象大量實驗表明，歐姆定律適用于純電阻電路（金屬、電解液等）．教師總結：科學實驗研究過程：提出問題—提出設想—設計電路—實驗驗證—數據處理—總結規律。（讓學生經歷了一次科學實驗的探究過程，在體驗中領會科學實驗方法和科學思想，從而更好的理解規律。）擴展：要求學生畫出臺燈的簡易電路原理圖，并分析亮度發生明暗變化的原因。（歐姆定律的應用）三、伏安特性曲線1）線性元件教師活動：結合實驗中得出的導體I-U圖象。定義：在實際應用中，常用縱坐標表示電流I、橫坐標表示電壓U，這樣畫出的I-U圖象叫做導體的伏安特性曲線。總結：符合歐姆定律的導體的伏安特性曲線是一條通過坐標原點的傾斜直線，具有這種伏安特性的電學元件叫做線性元件。引導學生：進一步來了解臺燈是否是線性元件？就從研究燈泡的伏安特性曲線是開始，燈泡的伏安特性曲線怎樣？2）非線性元件學生實驗：將歐姆定律實驗電路中的定阻電阻換成小燈泡，由2人一組用小燈泡代替原來的電阻，其它儀器不變，按照如下圖所示的電路連接電路。改變電壓和電流，讀出電壓值和相應的電流值。引導學生設計表格并進行處理數據，最后在坐標紙上將表格中的數據用描點法畫出I-U圖象。U/V0I/A0學生思考并討論：在自己得到的曲線中有什么新的發現？怎樣解釋這個發現？（旨在引導學生自己發現問題，并自己解決問題）教師活動：將學生的數據輸入電腦，利用excel軟件中繪制燈泡的I-U圖象。學生活動：1、燈泡的伏安特性曲線不是直線。2、由于電壓、電流的不同，使燈泡燈絲的溫度不同，電阻也不同，造成I-U圖象的斜率不同。在燈泡兩端電壓在額定電壓附近變化（小燈泡接近正常發光）時，曲線的斜率幾乎不變，也就是說，燈絲的電阻變化很小，我們在一般計算時也可以忽略這個變化。教師總結：實際生活中，那些不符合歐姆定律的導體和器件，電流和電壓不成正比，伏安特性曲線不是直線，這種電學元件叫做非線性元件。舉例二極管、氣態導體（如日光燈管、霓虹燈管中的氣體）、發動機和半導體元件等。（點評：通過實驗使學生感性認識什么是伏安特性曲線以及非伏安特性曲線。測繪小燈泡的伏安特性曲線是一個研究性學生實驗。學生通過實驗采集數據，描繪伏安特性曲線，據此自己發現其非線性的特征，并分析其主要原因。教師通過引導學生思考，給學生多一點思維