15.3伏安法測電阻

1、伏安法測電阻一指導(dǎo)思想與理論依據(jù)本節(jié)課是基于人本主義學(xué)習(xí)理論指導(dǎo)下的一節(jié)物理規(guī)律課。人本主義學(xué)習(xí)理論指出，當(dāng) 學(xué)習(xí)的內(nèi)容是學(xué)習(xí)者自己認(rèn)為是有意義、有價(jià)值的實(shí)踐、知識和經(jīng)驗(yàn)時(shí)，學(xué)習(xí)著才能真正激 發(fā)出學(xué)習(xí)的潛能，才能使每個(gè)人所具有的學(xué)習(xí)、發(fā)現(xiàn)、豐富知識與經(jīng)驗(yàn)的潛能和愿望被釋放 出來的。本節(jié)課的教學(xué)設(shè)計(jì)正是由此出發(fā)，通過生活情景創(chuàng)設(shè)，圍繞現(xiàn)實(shí)場景下的問題，使 學(xué)生認(rèn)識到相關(guān)規(guī)律的意義、實(shí)踐的價(jià)值，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)生的主動探究、自主學(xué)習(xí)，最終使學(xué) 生獲得知識與技能、過程與方法，情感、道德和價(jià)值觀的共同發(fā)展。二教學(xué)背景分析【學(xué)情分析】教學(xué)班級的學(xué)生群體是我區(qū)普通高中的學(xué)生，有一定的相關(guān)知識儲備。年級大部分的學(xué)

2、 生在初中階段沒有養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣，缺乏學(xué)習(xí)的主動性，學(xué)習(xí)中缺少問題意識，往往不 能主動提出問題。面對學(xué)習(xí)中出現(xiàn)的、具有一定難度的問題，缺乏解決問題的耐心和毅力。 學(xué)生群體中也存在小部分優(yōu)秀學(xué)生，對科學(xué)探索有很高的熱情，善于觀察，思考積極，實(shí)驗(yàn) 能力、分析推理能力等綜合素質(zhì)較高，是物理學(xué)習(xí)的骨干，但思維的嚴(yán)謹(jǐn)性和細(xì)致度與示范 高中學(xué)生存在較大差距。【教材分析】高中階段的前期學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)進(jìn)一步學(xué)習(xí)了歐姆定律、電阻的串并聯(lián)及其應(yīng)用等相 關(guān)知識，測量了小燈泡的伏安曲線，故能識別常見電路中的主要元器件，有一定的電路實(shí)驗(yàn) 基本操作技能。而初中已有的關(guān)于伏安法測電阻的知識學(xué)生也有較深刻的印象，能夠直

3、接回 憶出常見的兩種電路。但初中階段學(xué)生對其中的差異及其影響并沒有進(jìn)一步的討論和研究， 而這正是本節(jié)內(nèi)容在高中教材再次出現(xiàn)的意義所在，也是本節(jié)課的重點(diǎn)和難點(diǎn)。三教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)1知識與技能（1）能夠區(qū)分內(nèi)、外接電路。學(xué)生能夠正確連接內(nèi)外接電路測量未知電阻。（2）能夠運(yùn)用已有的知識解釋電表內(nèi)阻對電阻測量值的影響。（3）在電阻測量中，會選擇電流表內(nèi)接或外接來減小測量誤差。2過程與方法（1）學(xué)生掌握測量未知電阻的方法，并能正確操作實(shí)驗(yàn)過程，學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α⑺季S能 力得到提高。（2）小組合作，嘗試科學(xué)探究和物理實(shí)驗(yàn)的整個(gè)過程。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）培養(yǎng)學(xué)生細(xì)心操作、認(rèn)真觀察的習(xí)慣和分析實(shí)際問題的能力。

4、（2）培養(yǎng)學(xué)生積極參與討論、自主思考，主動探究的學(xué)習(xí)品質(zhì)（3）體會科學(xué)探究的意義和價(jià)值?！窘虒W(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)及突破的思路和方法】 本課的重點(diǎn)是學(xué)生通過驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)和探究性實(shí)驗(yàn)，掌握電阻測量的基本原理和方法、理 解引起誤差的原因以及掌握減小測量誤差的方法。教師由開放性問題開始，問題逐級深入，有針對性的引導(dǎo)學(xué)生思考和探究相關(guān)問題。難點(diǎn)是內(nèi)、外接測量電路的選擇、誤差的分析及 誤差的相對性。四教學(xué)過程與教學(xué)資源設(shè)計(jì)【教學(xué)流程】生活場景，激發(fā)半生興趣Z、（運(yùn)用問題，逐級引劇桃察實(shí)物，回答問題）實(shí)驗(yàn)探充1演于實(shí)驗(yàn)內(nèi)按祛1z比較梳理歸納總結(jié)一（應(yīng)坪檢測【導(dǎo)入新課】情景創(chuàng)設(shè)：教師展示一種時(shí)尚的照明設(shè)備：USB鍵盤燈

5、。配合其圖片就其功能做簡要介紹：“這是一種專門用來為在黑暗中準(zhǔn)確敲擊鍵盤而設(shè)計(jì)的一種既有效又節(jié)能的裝置。它直 接插在電腦的USB接 口處。同學(xué)們你們能猜出它使用的電壓是多少嗎？”（設(shè)計(jì)意圖：選取這樣一個(gè)新潮電子產(chǎn)品一方面可以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，也體現(xiàn)了物理知識在生活中的運(yùn)用。絕大多數(shù)的學(xué)生對電腦比較熟悉，對USB設(shè)備也經(jīng)常使用，如優(yōu)盤、MP3等，貼近了學(xué)生生活。）學(xué)生迅速答出： USB接口的輸出電壓是 5V。教師提問：“仔細(xì)觀察提供給同學(xué)們的手電筒燈泡，它能否在這個(gè)電壓下正常工作呢？ 為什么？”學(xué)生：不能。因?yàn)檫@個(gè)燈泡的額定電壓只有2.5V，所以不能直接接在 5V電壓上。（設(shè)計(jì)意圖：通過低起點(diǎn)

6、的問題，使每個(gè)學(xué)生都有參與活動的可能。學(xué)生大都在初中時(shí)就 接觸過小燈泡，可以很容易從燈泡上發(fā)現(xiàn)標(biāo)注的點(diǎn)壓。）教師提問：“那么同學(xué)們想一想，有什么辦法可以讓這樣的燈泡在5V電壓下工作？”學(xué)生：“可以用一個(gè)和小燈泡阻值相同的電阻同小燈泡一起串聯(lián)接在電源上?！苯處熖釂枺骸斑@的確是一個(gè)解決問題的辦法。但我們怎樣才能知道小燈泡的阻值是多少呢？”學(xué)生1:“用電流表、電壓表測一下，根據(jù)歐姆定律就可以求出電阻?！睂W(xué)生2:可以直接從燈泡的標(biāo)注的功率利用P=U2/ R,求電阻學(xué)生3 （學(xué)生中部分愛動手的學(xué)生）：“可以使用萬用表?！苯處熤v解：“在生活中許多用電器都標(biāo)有電器使用時(shí)的電壓和功率，禾U用我們所學(xué)的知 識就

7、可以通過這些信息進(jìn)一步了解電器工作時(shí)的狀態(tài)。剛才同學(xué)們提到的幾種方法，都是以 純電阻電路歐姆定律為基礎(chǔ)的。而同學(xué)們提出的運(yùn)用電流表、電壓表測量純電阻是最普遍采 用的測量未知電阻的方法一一伏安法。”（設(shè)計(jì)意圖：教師圍繞物理知識在生活中的運(yùn)用，通過一系列生活中的實(shí)際問題，把學(xué) 生引入到本節(jié)課的重點(diǎn)問題上。而上述這些問題，都是建立在學(xué)生已有的知識基礎(chǔ)上的，大 部分學(xué)生經(jīng)過知識回憶，可以很快想到問題的答案。學(xué)生由于回答的難度是逐步增加的，因 此學(xué)生在回答問題中逐漸找到了自信，喚醒了學(xué)生的表現(xiàn)欲望，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。）【新課教學(xué)】學(xué)生活動：請同學(xué)回想伏安法測電阻時(shí)用到了哪些儀器，電路圖是如何聯(lián)接的，

8、在 鐘的時(shí)間內(nèi)，把回想出的電路圖畫在筆記本上。（設(shè)計(jì)意圖：伏安法對學(xué)生并不陌生，大部分學(xué)生都可以正確的畫出電路圖。教師通過 對學(xué)生畫出的電路圖進(jìn)行討論，規(guī)范學(xué)生作圖，重點(diǎn)復(fù)習(xí)滑動變阻器的作用和使用方法，并 定義內(nèi)外接。）【實(shí)驗(yàn)1內(nèi)接法】演示實(shí)驗(yàn)：教師取出早已聯(lián)接好的電路，用內(nèi)接法嘗試測量用電阻箱制作的“黑箱子”。 實(shí)驗(yàn)時(shí)，弓I導(dǎo)學(xué)生回憶電路的連接方法以及滑線變阻器、電流表和電壓表的使用注意事項(xiàng)。 教師只測量一次，并由學(xué)生讀出相應(yīng)的數(shù)值，根據(jù)歐姆定律計(jì)算出結(jié)果。（設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)由教師演示內(nèi)接法，主要是進(jìn)一步幫助學(xué)生建立規(guī)范、正確的實(shí)驗(yàn)操 作，為后續(xù)安排的學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)提供操作示范以及問題研究場

9、景。測量一組數(shù)據(jù)的目的 是為了隨后討論正確的實(shí)驗(yàn)方法而做的策劃。）教師提問：“你們認(rèn)為這次測量的結(jié)果，就是這個(gè)電阻的阻值嗎？”學(xué)生1:“不一定。因?yàn)闇y量的次數(shù)少，測量的結(jié)果可能比真值大也可能比真值小，這完 全是偶然的。教師提問：“怎樣解決這個(gè)問題？”學(xué)生2:“多次測量。”教師提問：“哪位同學(xué)愿意給同學(xué)們再說的具體一些?！睂W(xué)生：“改變滑動變阻器的阻值，分別記下每次的電壓和電流。根據(jù)這些數(shù)據(jù)再分別計(jì) 算阻值，取平均值。”教師提問：“通過取平均值的方法的確可以進(jìn)一步得到更準(zhǔn)確的結(jié)果，但如果其中存在 著不正確的測量結(jié)果，就可能影響測得的平均值。有沒有更好的數(shù)據(jù)處理方法幫助我們得到 更精確的結(jié)果？”學(xué)生

10、：“描點(diǎn)做圖法，可以將把那些偶然誤差的測量數(shù)據(jù)排除。學(xué)生活動：根據(jù)剛才同學(xué)們的討論，請同學(xué)們用內(nèi)接法測量各組的未知電阻。用圖像法 計(jì)算未知電阻的阻值。為了便于數(shù)據(jù)計(jì)算，讓電壓每次都是一個(gè)整數(shù)電壓表的示數(shù)為整 數(shù)?！保ㄔO(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生練習(xí)根據(jù)電路圖進(jìn)行實(shí)物連接和數(shù)據(jù)處理，訓(xùn)練學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。?然后，讓學(xué)生打開黑箱，讀出變阻箱設(shè)置的電阻值。教師提問：“剛才我們測量的結(jié)果和電阻的真實(shí)值之間仍存在著一定的差異，同學(xué)們認(rèn) 為造成這種差異的原因可能是什么？”（設(shè)計(jì)意圖：這種開放式的問題既是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，也可以使每個(gè)學(xué)生從自 身的認(rèn)知基礎(chǔ)上對問題進(jìn)行思考，而后積極參與課堂教學(xué)）學(xué)生的回答主要集中

11、在以下 2 個(gè)方面：1測量儀器有問題（這個(gè)學(xué)生很容易想到的原因和本節(jié)課對內(nèi)外接中出現(xiàn)的誤差原因分析密切相關(guān)）2測量方法可能不合適（少部分基礎(chǔ)好的學(xué)生已經(jīng)意識到可能是測量方法有問題）教師就第一個(gè)答案引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行討論。教師提問：“為什么你們會認(rèn)為測量儀器可能影響我們的測量結(jié)果呢？”學(xué)生：測量儀器不夠精確。儀器本身存在誤差。教師啟發(fā)：“通過同學(xué)們的積極思考，大家推測測量儀器本身可能影響我們測量結(jié)果。 那么這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的電壓表和電流表是如何影響到我們測量的結(jié)果呢？”學(xué)生：“通常我們認(rèn)為電壓表的電阻無窮大，電流表的內(nèi)阻無窮小。但實(shí)際中的電壓表 只是“很大”，電流表內(nèi)阻“很小”?！苯處熤v解：“大和小都是相對

12、的，是依據(jù)參照物決定的。乒乓球與籃球比很小，與一個(gè) 原子核相比不知道大了多少萬倍。那么分別用電阻表示電壓表和電流表的內(nèi)阻后，我們剛才 的測量電路發(fā)生了怎樣的變化。認(rèn)真比較電壓表和電流表的內(nèi)阻對電路的影響。嘗試和你周 圍的同學(xué)討論一下測量結(jié)果和真實(shí)值之間存在差異的原因?！敝链?，學(xué)生們進(jìn)一步就本節(jié)課的重點(diǎn)展開深入討論。教師則在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，進(jìn)行 總結(jié)梳理：板書：1誤差的原因在于電壓表和電流表的內(nèi)阻。2電流表內(nèi)接時(shí)電流表測量是準(zhǔn)確的，由于電流表的分壓，導(dǎo)致電壓表測量值高于電阻 兩端的實(shí)際電壓3內(nèi)接法測量值大于真實(shí)值?！咎骄客饨臃ā吭趯W(xué)生對內(nèi)接法有了一定的認(rèn)識和理解后，教師引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行理論分析：“

13、如果采用外 接法，測量值與真實(shí)值之間的大小關(guān)系如何？為什么？”（設(shè)計(jì)意圖：由于學(xué)生剛剛對內(nèi)接法進(jìn)行了理論分析，因此緊接著安排的對外接法分析， 學(xué)生并不感到困難。而教師也可以借此機(jī)會訓(xùn)練學(xué)生的分析、數(shù)學(xué)計(jì)算等能力）很快學(xué)生得到結(jié)論：“外接法測量值小于真實(shí)值”。教師梳理學(xué)生分析形成板書：1外接法電壓表測量是準(zhǔn)確的2由于電壓表的分流，導(dǎo)致電流表測量值高于通過電阻的電流。 3此外接法測量值小于真實(shí)值。隨后，教師組織學(xué)生采用外接法測量同一電阻進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，驗(yàn)證理論結(jié)果。教師順勢 對學(xué)生進(jìn)行科學(xué)研究方法的教育：“對未知的現(xiàn)象，先運(yùn)用理論知識進(jìn)行推理，再通過實(shí)驗(yàn) 進(jìn)行驗(yàn)證這是物理學(xué)常用的研究方法。”【內(nèi)外接

14、法的選取】 在學(xué)生對內(nèi)外接有了比較清楚的認(rèn)識后，教師提出難點(diǎn)問題：“內(nèi)、外接法中，哪一種 測量方法更接近真實(shí)值？”大部分學(xué)生：“根據(jù)剛才的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是外接法。” 個(gè)別學(xué)生，主要是學(xué)生中基礎(chǔ)扎實(shí)的部分學(xué)生已經(jīng)意識到：“可能和測量的電阻大小有 關(guān)。”教師組織學(xué)生從理論上推導(dǎo)并總結(jié)規(guī)律：“外接法時(shí)電壓表分流越少越準(zhǔn)確，內(nèi)接法 電流表分壓越少越準(zhǔn)確。”教師啟發(fā)：“如果電壓表和電流表的內(nèi)阻近似于理想狀態(tài)，你們推測內(nèi)外接法哪種測量 更精確？”學(xué)生經(jīng)過短暫思考后，給出正確結(jié)論：“如果電壓表和電流表的內(nèi)阻近似于理想狀態(tài)， 內(nèi)外接測量的結(jié)果是一樣的”教師運(yùn)用電流和電壓傳感器驗(yàn)證推理，從而加強(qiáng)了學(xué)生對電表內(nèi)阻的理解

15、。 教師追問：“在現(xiàn)實(shí)中，我們怎么能夠判斷出用哪種接法更適合？”提示學(xué)生，觀察我 們剛才用內(nèi)外接測量時(shí)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較在電壓變化幅度與電流變化幅度。個(gè)別基礎(chǔ)扎實(shí)， 善于思考的學(xué)生很快指出：電壓表變化相同時(shí)，電流表變化幅度小于電壓表變化幅度。（設(shè)計(jì)意圖：提出“幅度”的表述，主要是因?yàn)殡妷汉碗娏鞯膯挝徊煌^察指針的變 化的幅度更容易理解“變化明顯”的含義）教師進(jìn)一步說明：根據(jù)這個(gè)特點(diǎn)，我們可以用試觸的方法觀察先后兩次試觸時(shí)兩電表的 示數(shù)變化情況，如果電流表的示數(shù)變化比電壓表的示數(shù)變化明顯，說明接 M 點(diǎn)時(shí)電壓表分流 作用引起的誤差大于接 N 點(diǎn)時(shí)電流表分壓引起的誤差，這時(shí)應(yīng)采用內(nèi)接法反之則應(yīng)采用

16、外 接法并請最先回答問題的學(xué)生演示試觸法為另一個(gè)電阻黑箱選擇適合的測量電路，加強(qiáng)學(xué)生 理解?！菊n堂小結(jié)】 教師：“本節(jié)課主要是討論了伏安法，同學(xué)們你們認(rèn)為運(yùn)用伏安法測量電阻哪些需要注 意的地方？”教師在學(xué)生總結(jié)的基礎(chǔ)上梳理本節(jié)課的重點(diǎn)，并對學(xué)生進(jìn)行德育：“當(dāng)實(shí)際情況與我們 預(yù)想的存在差距時(shí)，不要輕易地否定自己。我們應(yīng)該更深入的分析其中的原因，這樣往往能 夠幫助我們自己找到解決問題的最有效的方法。”五學(xué)習(xí)效果評價(jià)設(shè)計(jì) 本節(jié)課評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果采用項(xiàng)目評價(jià)的辦法。通過 讓學(xué)生親自設(shè)計(jì)、挑選電阻和制 作完成個(gè)USB鍵盤燈這一有意義、有價(jià)值的實(shí)踐過程，可以對學(xué)生本節(jié)課掌握的情況進(jìn)行檢測，使學(xué)生進(jìn)一步鞏

17、固本節(jié)課的所學(xué)，體會物理知識在生活種的應(yīng)用。而學(xué)生在完成這個(gè) 項(xiàng)目的過程中，還可以評定學(xué)生的創(chuàng)造力、計(jì)劃能力、整合與歸納知識的能力、與他人合作 的能力。USB教師要求學(xué)生每兩個(gè)人一組，利用所給的實(shí)驗(yàn)器材，模擬制作一個(gè)能夠正常工作的鍵盤燈。實(shí)驗(yàn)器材：每組有 3 個(gè)未知電阻，額定電壓 2.5V 小燈泡 1 只，滑動變阻器 1 個(gè)，學(xué)生 用電壓表、電流表各一只，開關(guān) 1 個(gè)，導(dǎo)線若干。電源輸出電壓為 5V 。項(xiàng)目完成時(shí)，各組 應(yīng)提交的內(nèi)容有：1未知電阻的選取步驟和相關(guān)電路圖2USB 鍵盤燈的工作原理圖。3測量出小燈泡實(shí)際工作時(shí)兩端的電壓和通過的電流。點(diǎn)評伏安法測電阻這節(jié)課是學(xué)生綜合運(yùn)用直流電路和歐姆

18、定律等電學(xué)知識解決實(shí)際問題 的典型課例。高老師的教學(xué)設(shè)計(jì)具有以下特點(diǎn)：第一，注重創(chuàng)設(shè)問題情景，利用問題為線索來組織教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)。首先從貼近學(xué)生生 活的 USB 鍵盤燈引入，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，并引出本節(jié)課要研究的問題。在教學(xué)過程中， 教師設(shè)計(jì)了一系列具有啟發(fā)性的問題引導(dǎo)學(xué)生積極思維，并由易到難、由淺入深、由理論到 實(shí)踐經(jīng)歷了學(xué)習(xí)和研究的過程。一些開放性問題的設(shè)計(jì)，鍛煉了學(xué)生思維的多向性，并使學(xué) 生利用原有的知識和經(jīng)驗(yàn)，同化和索引出新的知識，很好的落實(shí)了基礎(chǔ)知識和基本技能。第二，多種教學(xué)方式和學(xué)習(xí)方式的優(yōu)化組合，保證了三維教學(xué)目標(biāo)的有效落實(shí)。教師以 實(shí)驗(yàn)為本節(jié)教學(xué)的主要內(nèi)容，提供充足的學(xué)習(xí)資源，創(chuàng)造教學(xué)條件，讓學(xué)生在體驗(yàn)科學(xué)探究 中學(xué)習(xí)物理知識。教師演示實(shí)驗(yàn)和學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，讓學(xué)生參與問題的猜想討論、實(shí)驗(yàn) 設(shè)計(jì)、動手實(shí)驗(yàn)、誤差分析、理論推導(dǎo)出內(nèi)外接法對測量結(jié)果的影響等，使學(xué)生對實(shí)驗(yàn)儀器 的規(guī)范使用有了更清楚的認(rèn)識，對伏安法測電阻的原理進(jìn)一步加深了理解，培養(yǎng)了學(xué)生的物 理思維能力和科學(xué)探究能力。教師用多種方式組織學(xué)生的學(xué)習(xí)活動，使學(xué)生始終保持一種積 極探索求知的學(xué)習(xí)狀態(tài)。第三，