教學(xué)設(shè)計(jì)    “伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)”復(fù)習(xí)

福建省明溪一中    饒炳生

▲教學(xué)內(nèi)容分析

電壓表和電流表是電學(xué)實(shí)驗(yàn)基本測(cè)量?jī)x器，伏安法測(cè)電阻是高中物理典型的設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，以伏安法測(cè)電阻為基礎(chǔ)進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)是高考物理命題熱點(diǎn)：2009年、2010年高考福建理綜卷物理實(shí)驗(yàn)與探究題（第19題）均以此為核心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)命題。伏安法測(cè)電阻的基本原理是部分電路歐姆定律，圍繞實(shí)驗(yàn)?zāi)康挠性O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、設(shè)計(jì)和畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖、連接實(shí)物圖、進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與誤差分析等方面的問(wèn)題，問(wèn)題的重點(diǎn)在電路設(shè)計(jì)中測(cè)量電路的內(nèi)外接和控制部分的分壓限流式接法的選擇。

▲學(xué)生學(xué)習(xí)情況分析

伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)主要涉及部分電路歐姆定律、電流表內(nèi)外接及誤差分析、滑動(dòng)變阻器的分壓和限流式接法、在估算電流電壓的基礎(chǔ)上選擇器材并設(shè)計(jì)電路。對(duì)學(xué)生能力要求較高，學(xué)生在誤差分析和實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)上存在較大的困難，本節(jié)課前已復(fù)習(xí)了內(nèi)外接及誤差分析、分壓限流及選擇依據(jù)、電表的使用與讀數(shù)等知識(shí)，在教學(xué)上以此為基礎(chǔ)結(jié)合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)，通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、積極思維，掌握設(shè)計(jì)的基本流程與分析的方法。

▲設(shè)計(jì)思想

本節(jié)課的設(shè)計(jì)倡導(dǎo)自主學(xué)習(xí)與科學(xué)探究，新課程理念既重視探究的結(jié)果也重視探究的過(guò)程，讓學(xué)生在探究的過(guò)程中體驗(yàn)探究的樂(lè)趣，培養(yǎng)探究的能力，收獲探究的習(xí)慣。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)過(guò)程中，教學(xué)要適當(dāng)開(kāi)放，給學(xué)生思維和想象的空間，要讓學(xué)生動(dòng)手動(dòng)腦。實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)要重在提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Χ粌H僅是掌握某一具體的實(shí)驗(yàn)過(guò)程。從學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)出發(fā)，注意理論聯(lián)系實(shí)際，關(guān)注生產(chǎn)生活中的實(shí)際問(wèn)題。注重創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)疑問(wèn)，有效導(dǎo)學(xué)。針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)上的疑難點(diǎn)，精心設(shè)計(jì)教學(xué)問(wèn)題，讓學(xué)生通過(guò)具體問(wèn)題解決，掌握知識(shí)與技能，培養(yǎng)探究與設(shè)計(jì)能力，達(dá)成預(yù)期的三維教學(xué)目標(biāo)。

▲教學(xué)目標(biāo)

1、  知識(shí)與技能

能根據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、選擇實(shí)驗(yàn)器材、畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖、連接實(shí)物圖、會(huì)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與簡(jiǎn)單的誤差分析。

2、  過(guò)程與方法

通過(guò)案例分析，對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰M(jìn)行培養(yǎng)與再提高。通過(guò)測(cè)電阻原理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

3、  情感態(tài)度價(jià)值觀　

運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決測(cè)電阻的具體問(wèn)題，體驗(yàn)嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度、樹(shù)立學(xué)以致用的知識(shí)觀。

▲教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：器材選擇與電路設(shè)計(jì)

教學(xué)難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方案的創(chuàng)新設(shè)計(jì)

▲教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

一、引入教學(xué)

教師：伏安法測(cè)電阻電路設(shè)計(jì)要考慮哪兩個(gè)基本環(huán)節(jié)？

學(xué)生：測(cè)量部分：電流表的內(nèi)接法與外接法

控制部分：滑動(dòng)變阻器的分壓式與限流式接法

教師板書(shū)：畫(huà)出相關(guān)電路圖   

引出課題：伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

二、伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)案例分析

★案例1．用伏安法測(cè)量一個(gè)定值電阻阻值，給出的器材規(guī)格如下：

（1）待測(cè)電阻R_x（約100Ω）

（2）直流毫安表（量程為0～10mA，內(nèi)阻為50Ω）

（3）直流電壓表（量程為0～3V，內(nèi)阻為5kΩ）

（4）直流電源（輸出電壓為4V，允許最大電流為1A）

（5）滑動(dòng)變阻器（阻值范圍為0～10Ω，允許最大電流為1A）

（6）開(kāi)關(guān)一個(gè)，導(dǎo)線(xiàn)若干條.根據(jù)器材的規(guī)格和實(shí)驗(yàn)要求，作出正確的電路圖.

設(shè)計(jì)意圖：前一節(jié)已進(jìn)行電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)基礎(chǔ)知識(shí)的復(fù)習(xí)，本節(jié)以此為教學(xué)起點(diǎn)，首先進(jìn)行常規(guī)的電路設(shè)計(jì)，主要考慮電流表的內(nèi)外接和滑動(dòng)變阻器的接法，并畫(huà)出電路圖。
教學(xué)流程：

教師：用伏安法測(cè)電阻，首先要判明電流表應(yīng)該內(nèi)接還是外接。如何判斷？

學(xué)生：由題目所給的器材規(guī)格來(lái)看，不滿(mǎn)足R_A《R_x的條件，而是滿(mǎn)足R_V》R_x的條件，被測(cè)的是小電阻，所以應(yīng)采用電流表外接法。

教師：滑動(dòng)變阻器接成限流式可以嗎？請(qǐng)結(jié)合圖示計(jì)算說(shuō)明

學(xué)生：估算限流式電路的最大電流為25 mA，“限不住”只能接成分壓式。

教師：請(qǐng)畫(huà)出實(shí)驗(yàn)電路圖。

學(xué)生：在練習(xí)本上作圖。

教師：投影展示部分學(xué)生練習(xí)本上所畫(huà)的電路圖，分析存在的問(wèn)題，強(qiáng)調(diào)作圖注意事項(xiàng)：用刻度尺作圖，線(xiàn)頭與接線(xiàn)柱連接緊密，整個(gè)電路由若干矩形構(gòu)成。本實(shí)驗(yàn)畫(huà)圖的關(guān)鍵是：毫安表需外接，變阻器接成分壓電路（如圖3），實(shí)驗(yàn)開(kāi)始前將滑動(dòng)變阻器的滑動(dòng)觸頭滑至分壓為零的位置。

★案例2．有一電阻R，其阻值在100Ω～200Ω之間，額定功率為0.25W。要用伏安法較準(zhǔn)確地測(cè)量它的阻值，實(shí)驗(yàn)器材有：

電流表（A₁），量程0~50mA，內(nèi)阻約為100；

電流表（A₂），量程0~1A，內(nèi)阻約為20；

電壓表（V₁），量程0~5V，內(nèi)阻約為10k；

電壓表（V₂），量程0~15V，內(nèi)阻約為30k；

滑動(dòng)變阻器（R₁），變阻范圍0~20，2A；

滑動(dòng)變阻器（R₂），變阻范圍0~1000，1A；

9V電源，開(kāi)關(guān)S，導(dǎo)線(xiàn)。

（1）       實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選用的電流表、電壓表、滑動(dòng)變阻器分別是：           

（2）       畫(huà)出所用實(shí)驗(yàn)電路圖

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)師生互動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生積極思維，從器材選擇的“安全性”、“精確性”、“方便性”原則出發(fā)，重點(diǎn)進(jìn)行器材選擇的訓(xùn)練，并完成實(shí)驗(yàn)電路圖的設(shè)計(jì)，鞏固第一個(gè)訓(xùn)練點(diǎn)。
教學(xué)流程：

教師：“額定功率為0.25W”怎么理解？

學(xué)生：正常工作時(shí)的功率為0.25W……

教師：電阻的工作功率一定要為0.25W嗎？更小可以嗎？更大行嗎？

師生分析：“額定功率為0.25W”應(yīng)理解為允許消耗的最大功率。

教師：根據(jù)允許消耗的最大功率，可以估算什么？請(qǐng)算來(lái)看看。

學(xué)生：估算最大電流和最大電壓

      當(dāng)R_x=100Ω時(shí)，I_m=50mA  U_m=5V；當(dāng)R_x=200Ω時(shí)，I_m=35mA  U_m=7.1V

教師：顯然電流表應(yīng)選A₁，電壓表呢？選V₂安全但精確度不夠，選V₁能保證安全嗎？

學(xué)生：可以把電壓控制在5V內(nèi)，選V₁更精確。

教師：滑動(dòng)變阻器呢？學(xué)生思考后，師生分析得出0~1000不方便調(diào)節(jié)，應(yīng)選R₁

教師：根據(jù)所選器材，實(shí)驗(yàn)電路應(yīng)如何？

學(xué)生：外接、分壓。

教師總結(jié)：本例主要學(xué)習(xí)器材的選擇，重點(diǎn)體會(huì)選材“安全性”、“精確性”、“方便性”原則。

★案例3．（2009江蘇高考單科）有一根圓臺(tái)狀均勻質(zhì)合金棒如圖甲所示，某同學(xué)猜測(cè)其電阻的大小與該合金棒的電阻率ρ、長(zhǎng)度L和兩底面直徑d、D有關(guān)。他進(jìn)行了如下實(shí)驗(yàn)：

（1）用游標(biāo)卡尺測(cè)量合金棒的兩底面直徑d、D和長(zhǎng)度L。圖乙中游標(biāo)卡尺（游標(biāo)尺上有20個(gè)等分刻度）的讀數(shù)L=________cm.

（2）測(cè)量該合金棒電阻的實(shí)物電路如圖丙所示（相關(guān)器材的參數(shù)已在圖中標(biāo)出）。該合金棒的電阻約為幾個(gè)歐姆。圖中有一處連接不當(dāng)?shù)膶?dǎo)線(xiàn)是__________.（用標(biāo)注在導(dǎo)線(xiàn)旁的數(shù)字表示）

（3）改正電路后，通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)得合金棒的電阻R=6.72Ω.根據(jù)電阻定律計(jì)算電阻率為ρ、長(zhǎng)為L、直徑分別為d和D的圓柱狀合金棒的電阻分別為R_d=13.3Ω、R_D=3.38Ω.他發(fā)現(xiàn)：在誤差允許范圍內(nèi)，電阻R滿(mǎn)足R²=R_d·R_D，由此推斷該圓臺(tái)狀合金棒的電阻R=_______.（用ρ、L、d、D表述）

設(shè)計(jì)意圖：側(cè)重解決第2步，連線(xiàn)有何不當(dāng)？重點(diǎn)突破從哪里切入分析？突出電路設(shè)計(jì)中電流表內(nèi)外接與變阻器分壓限流式接法這兩個(gè)重要考查點(diǎn)，會(huì)識(shí)別與連接實(shí)物圖。

教學(xué)流程：

教師：電路連接共有7條導(dǎo)線(xiàn)，從哪里入手分析？學(xué)生思考……

教師啟發(fā)：伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)最重要的兩個(gè)考查點(diǎn)是什么？

學(xué)生：內(nèi)外接   分壓與限流

師生討論：主要分析電流表與滑動(dòng)變阻器接法是否恰當(dāng)？

教師：實(shí)物連接中，電流表接成什么方式？恰當(dāng)嗎？

學(xué)生：本實(shí)驗(yàn)為測(cè)定一個(gè)幾歐姆的電阻，在用伏安法測(cè)量其兩端的電壓和通過(guò)電阻的電流時(shí)，因?yàn)榘才啾淼膬?nèi)阻較小，為了減小誤差，應(yīng)用安培表外接法，⑥線(xiàn)的連接使用的是安培表內(nèi)接法。

教師：如何改正？請(qǐng)學(xué)生糾錯(cuò)并利用多媒體展示。

教師：實(shí)物連接中，滑動(dòng)變阻器接成什么方式？恰當(dāng)嗎？

學(xué)生：限流式

師生分析：滑動(dòng)變阻器最大阻值20，是被測(cè)電阻的幾倍，接成限流式能讓被測(cè)部分的電壓和電流有足夠的變化范圍，從“省電”“方便”角度看，本題接成限流式優(yōu)于分壓式。

設(shè)計(jì)意圖：克服滑動(dòng)變阻器總接成分壓式的思維定勢(shì)。

教師：實(shí)物連接中，此外還要考慮什么？

學(xué)生：電表的量程與“+”“-”接線(xiàn)柱

教師：圓臺(tái)狀合金棒的電阻R的表達(dá)式應(yīng)怎樣呢？

啟發(fā)：審題是處理本題的關(guān)鍵，弄清題意也就能夠找到處理本題的方法。請(qǐng)各學(xué)習(xí)小組討論

學(xué)生分組討論：根據(jù)電阻定律計(jì)算電阻率為、長(zhǎng)為L、直徑分別為d和D的圓柱狀合金棒的電阻分別為R_d=13.3Ω、R_D=3.38Ω.即，，而電阻R滿(mǎn)足R²=R_d·R_D，將R_d、R_D帶入得

★案例4．（2009年福建高考理綜19題）某研究性學(xué)習(xí)小組為了制作一種傳感器，需要選用一電器元件。圖為該電器元件的伏安特性曲線(xiàn)，有同學(xué)對(duì)其提出質(zhì)疑，先需進(jìn)一步驗(yàn)證該伏安特性曲線(xiàn)，實(shí)驗(yàn)室備有下列器材：

①為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，電流表應(yīng)選用        ；電壓表應(yīng)選用           ；滑動(dòng)變阻器應(yīng)選用               。（以上均填器材代號(hào)）

②為達(dá)到上述目的，請(qǐng)?jiān)谔摼€(xiàn)框內(nèi)畫(huà)出正確的實(shí)驗(yàn)電路原理圖，并標(biāo)明所用器材的代號(hào)。

③若發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)測(cè)得的伏安特性曲線(xiàn)與圖中曲線(xiàn)基本吻合，請(qǐng)說(shuō)明該伏安特性曲線(xiàn)與小電珠的伏安特性曲線(xiàn)有何異同點(diǎn)？

相同點(diǎn)：                                      ，

不同點(diǎn)：                                      。

設(shè)計(jì)意圖：本案例側(cè)重領(lǐng)會(huì)實(shí)驗(yàn)方案的整體設(shè)計(jì)，重點(diǎn)學(xué)習(xí)從圖象讀取有效信息，作為選材與設(shè)計(jì)的依據(jù)，本題屬常規(guī)題，新在讀圖讀取信息。

教學(xué)流程：

教師：電表量程的選擇應(yīng)以電路允許的最大電流、最大電壓為依據(jù)，本實(shí)驗(yàn)可以從哪里獲得這方面的信息？。

學(xué)生：從圖象可知   I_m=140mA  U_m＜3V  電流表選A₂   電壓表選V₁

教師：滑動(dòng)變阻器方面如何考慮？

學(xué)生：由圖象可知，電壓從0開(kāi)始變化，變阻器應(yīng)接為分壓式，且選R₁便于調(diào)節(jié)。

教師：選好器材后，電流表應(yīng)如何連接，從何得知？

學(xué)生討論：可從圖象估計(jì)被測(cè)電阻為幾十歐姆（R_x=U/I），相對(duì)而言屬小電阻，用外接法。

學(xué)生活動(dòng)：設(shè)計(jì)電路圖

設(shè)計(jì)意圖：以近兩年本省高考物理電學(xué)實(shí)驗(yàn)考題為案例，突出本節(jié)課所學(xué)考點(diǎn)的重要性，引發(fā)學(xué)生共鳴，使之重視并用心學(xué)好本節(jié)內(nèi)容。通過(guò)兩年高考對(duì)本考點(diǎn)的考查內(nèi)容與角度的分析比較，感悟高考的命題方向與變化趨勢(shì)。

★案例5．(2010年福建高考理綜19題)如圖所示是一些準(zhǔn)備用來(lái)測(cè)量待測(cè)電阻阻值的實(shí)驗(yàn)器材，器材及其規(guī)格列表如下： 

為了能正常進(jìn)行測(cè)量并盡可能減小測(cè)量誤差，實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，而且調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器能使電表讀數(shù)有較明顯的變化。請(qǐng)用實(shí)線(xiàn)代替導(dǎo)線(xiàn)，在所給的實(shí)驗(yàn)器材圖中選擇若干合適的器材，連成滿(mǎn)足要求的測(cè)量阻值的電路。

設(shè)計(jì)意圖：側(cè)重伏安法測(cè)電阻原理的創(chuàng)新設(shè)計(jì)，為下一節(jié)非常規(guī)方法測(cè)電阻---伏安法測(cè)電阻電路的延伸設(shè)計(jì)作準(zhǔn)備。在所給電表因?yàn)榱砍痰仍虿贿m用時(shí)，如何找到可以替代的器材或方法。旨在突破電流表只能測(cè)電流、電壓表只能測(cè)電壓的思維定勢(shì)。培養(yǎng)運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

教學(xué)流程：

教師：伏安法測(cè)電阻實(shí)驗(yàn)中，電表量程應(yīng)恰當(dāng)。本實(shí)驗(yàn)要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半，我們能從所給的電表中發(fā)現(xiàn)什么問(wèn)題？

學(xué)生估算：流過(guò)待測(cè)電阻的電流約為

顯然不能用電流表來(lái)測(cè)電流

教師：沒(méi)有適合的電流表，怎么解決測(cè)電流的問(wèn)題？從所給的電壓表中能獲得怎樣的啟示？

學(xué)生：兩電壓表均已知內(nèi)阻，測(cè)出電壓則可求出電流，替代電流表的作用。

教師：讓一個(gè)電壓表與被測(cè)電阻串聯(lián)充當(dāng)電流表，另一個(gè)電壓表測(cè)電壓，我們可以有幾種不同的連接方式？

學(xué)生設(shè)計(jì)并由代表畫(huà)到黑板上，如圖：

師生互動(dòng)分析各種連接方式電表讀數(shù)能否滿(mǎn)足要求：取1000Ω =1000Ω  =2500Ω

 第一種方式：V₁ 半偏以上（如1.3V）    V₂（約2.6V）可半偏以上

第二種方式：V₁ 半偏以上（如1.2V）    V₂（不到1.2V）達(dá)不到半偏以上

第三種方式：V₁ 即使?jié)M偏（2V）         V₂（不到2V）達(dá)不到半偏以上

第四種方式：V₁ 半偏以上（大于1V）    V₂ （大于5V）超出量程

師生歸納：只有第一種連接方式符合要求

教師：滑動(dòng)變阻器又該如何連接呢？

學(xué)生：由于待測(cè)電阻約1000Ω，滑動(dòng)變阻器最大電阻為100Ω，要使電表讀數(shù)發(fā)生變化，滑動(dòng)變阻器必須使用分壓式接法。

學(xué)生活動(dòng)：畫(huà)出電路圖后連接實(shí)物圖，由學(xué)生代表投影展示實(shí)物連線(xiàn)的過(guò)程。同學(xué)互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)。連接圖如下

三、小結(jié)并布置作業(yè)

本節(jié)課復(fù)習(xí)了伏安法測(cè)電阻的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，電路設(shè)計(jì)中應(yīng)考慮             和                兩個(gè)環(huán)節(jié)；器材選擇應(yīng)遵循      、       和       原則；已知內(nèi)阻的電流表可當(dāng)電壓表使用，已知內(nèi)阻的電壓表亦可替代電流表。下節(jié)課我們將在伏安法測(cè)電阻原理的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)測(cè)電阻電路的延伸設(shè)計(jì)。作業(yè)：針對(duì)訓(xùn)練2

▲  板書(shū)設(shè)計(jì)（另附）

▲  教學(xué)反思

這節(jié)課主要通過(guò)具體案例的探究，復(fù)習(xí)伏安法測(cè)電阻的電路設(shè)計(jì)、器材選擇、實(shí)物連接、方法創(chuàng)新。每一個(gè)案例的教學(xué)，都是通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論，體現(xiàn)了新課程“以學(xué)生為本”的教學(xué)理念，啟發(fā)了學(xué)生思維，為學(xué)生創(chuàng)造了設(shè)計(jì)探究中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的情境。本節(jié)課前已復(fù)習(xí)了內(nèi)外接及誤差分析、分壓限流及選擇依據(jù)、電表的使用與讀數(shù)等知識(shí)，下一節(jié)將復(fù)習(xí)伏安法測(cè)電阻電路的延伸設(shè)計(jì)，體現(xiàn)了按照學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律循序漸進(jìn)的設(shè)計(jì)思想。設(shè)計(jì)中既有內(nèi)接也有外接、既有分壓也有限流，努力克服思維定勢(shì)，樹(shù)立具體問(wèn)題具體分析的觀點(diǎn)。全節(jié)復(fù)習(xí)中，以伏安法測(cè)電阻為主線(xiàn)，從常規(guī)設(shè)計(jì)、選材設(shè)計(jì)到方案設(shè)計(jì)，通過(guò)不同角度的呈現(xiàn)，突出了電路設(shè)計(jì)的教學(xué)重點(diǎn)。最后到創(chuàng)新設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了原理的遷移，強(qiáng)化學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，這是這節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)，教學(xué)中通過(guò)四種可能方案的對(duì)比分析，使“要求測(cè)量時(shí)電表的讀數(shù)大于其量程的一半”得以具體化，突破了教學(xué)的難點(diǎn)。作為高三復(fù)習(xí)課，關(guān)注了本知識(shí)點(diǎn)在近年高考中（特別是本省高考）的考查情況，提高了復(fù)習(xí)的針對(duì)性。