資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 高中物理 年級 高二 學期 秋季
課題 導體的電阻（第一課時 電阻）
教學目標
1.在實驗活動中，學會利用U-I圖線來分析材料的導電本領，培養學生的分析能力、質疑論證意識，初步建立電阻概念。 2.在歷史追溯中，體會物理學家探尋影響電流大小因素的艱難曲折歷程，形成電阻觀和實證的科學態度。 3.在微觀解釋中，從本質上深化電壓、電阻對電流影響的認識，形成三個電學量的立體化的認知。
教學內容
教學重點： 1.引導學生利用U-I圖線來分析元件的導電性能，觀察圖線發現規律。
2.啟發學生通過質疑評價，從線性元件延伸到非線性元件，自主建立電阻的概念，體會伏安特性曲線的作用。 3.通過多樣的表現方式，豐富電阻的概念。
教學難點： 引導學生發現規律，啟發學生評價規律，最終實現概念的自主建構。
教學過程
上節課我們認識了電源、電流，在實際的電路中還需要有導電的元器件：比如：金屬絲、小燈泡、漂亮的發光二極管。（圖片）不同的導電元器件，它的導電性能不一樣，那如何來研究元件的導電性能呢？ 研究問題1：如何研究元件的導電性能？ 思路討論： 學生甲：測出電流，看電流的大小，電流大的說明其導電性能好。 學生乙：需要在同樣的電壓下比較電流大小。 學生丙：可以在兩端加不同的電壓、采集不同的電流，觀察電壓和電流的情況。 教師評價：同學們的想法很好，都提到了比較導電性能，可以利用電流、電壓來表示，那么是測一組電壓、電流,還是給材料加不同的電壓、電流？ 實驗方案：在導體的兩端加不同的電壓、測出對應的電壓、電流的值，實驗數據的分析可以利用U-I圖像。 學生實驗：利用電流、電壓傳感器，快速實驗，得到兩組不同金屬絲的U-I圖像（圖1） 發現規律：同一根金屬絲，電壓與電流成正比，斜率不變，不同的金屬絲這個比值不同。電壓與電流比值大的表示材料對電流的阻礙作用大。 師生總結：電壓與電流的這個比值可以反應不同的導體對電流的阻礙作用。這就是我們說的電阻。 質疑：同學們對實驗結論有什么疑問嗎？ 其他的導電元件是否也有同樣的規律？ 演示實驗：重復實驗，得到發光二級管的U-I的實驗圖像（圖2） 對比分析：U與I并不成正比關系，在不同的工作電壓下電壓與電流的比值不同 教師陳述：我們把電壓與電流成正比的材料稱為線性元件，不成正比的材料稱為非線性元件。 質疑（1）：非線性元件的斜率不是定值，非線性元件有電阻嗎？ 質疑（2）：非線性元件的電阻如何表示呢？ 共同分析：非線性元件對電流有阻礙作用，應該有電阻。從實驗中發現在二極管兩端加不同的電壓有對應的電流，對應著此工作狀態下的電阻，應該用電壓與電流的比值來表示。高中階段我們主要研究像金屬這類線性元件的導電情況。 總結提煉：如果要搞清楚這樣的元件在電路中的情況，就需要采集每個不同電壓下的工作電流，技術上常以電壓為橫坐標、電流為縱坐標，繪制在一張圖像上，又稱這種元件的伏安特性曲線。這是研究元件導電情況一種普遍采用的方法。 追溯歷史 同學們，我們通過實驗在研究導體材料的導電性能的過程中建立了電阻的概念，但歷史上電阻概念的建立卻歷經了漫長又艱難的過程。 物理史料： 歐姆簡介德國物理學家，中學教師，他熱衷于電學研究。 1817年，歐姆開始專門研究“決定電流大小的因素研究的困難沒有電學概念：那時構成歐姆定律的電壓、電阻的概念尚未出現，電流也才剛剛由安培定量化，但還沒有測量電流的儀器。歐姆的猜測電流的大小應該與導線兩端的某種驅動力成正比。歐姆的創造利用溫差電池提供穩定的電源，開創性地設計了一個電流扭秤，利用扭秤的偏轉角度來定量反應電流的強弱。（圖4）代表性實驗1826年，歐姆選用 8根長度不同的鍍銅鐵絲，依次接入電路測量相應的電流大小。
共同體會：電阻這個概念是歐姆在研究決定電流大小因素的過程“順帶”建立起來的新的電學量。 研究問題2：導體的電阻產生的本質原因是什么？ 教師陳述：電阻這個概念雖然建立起來了，但人們還想搞明白電阻到底是怎樣產生的，它的本質是什么？200多年后，人們終于揭開了它的神秘面紗。 動畫演示：（圖4）金屬導電，是當自由電子在電場力作用下做定向運動，同時，自由電子又要去金屬原子碰撞，形成對電子定向移動的阻礙作用，這就是電阻產生的根本原因。如果說，電壓從宏觀上可以描述電場對電荷定向運動的促進作用，那么，電阻就從宏觀上描述了導體對電荷定向運動的阻礙作用。（圖5） 課堂小結：這個視頻我們從研究元件的導電性開始，通過實驗認識了線性元件和非線性元件，它們的電阻都可以用電壓與電流的比值來衡量。通過回溯歷史，歷經電阻概念的建立過程，本質原因的探尋，從而對電阻的認識從宏觀到微觀，從現象到本質。認識更全面而深刻了！ 備注：電子微觀運動的視頻素材來自：BTV記錄片《電的故事1 火花》

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