2.5实验：描绘I-U特性曲线 教学设计-2023-2024学年高二上学期物理教科版（2019）必修第三册

5．实验：描绘I-U特性曲线 一、设计思想 1．本课是学生学完欧姆定律、串并联电路规律和伏安法测电阻之后的分组实验课，通过探究、实验分析，总结出小灯泡是非线性元件。 2．本课采用讲授与探究教学相结合的教学方式，通过让学生亲身设计实验，自己发现问题，体会限流法无法取到小电压数据点，重新设计控制电路，并对探究的结果进行分析和讨论。 3．通过描绘小灯泡的伏安特性曲线，旨在锻炼学生的实验能力，通过分析和解决各种问题，重点培养学生严谨的科学态度和科学的推理能力。 二、指导思想 描绘小灯泡的伏安特性曲线是高中阶段重要的电学实验之一，该实验的探究过程可以培养学生提出问题、收集证据、解释现象、合作交流等实验探究中的核心素养。 本课从学生熟悉的限流式电路入手，逐步引导学生设计出分压电路，自主设计实验，完善实验方案，在师生交流的过程中发现问题，完成伏安特性曲线的探究，并对探究结果进行分析和讨论，最后引导学生分析、总结出小灯泡是电阻随温度改变的非线性元件。 三、教学背景分析 1．课标解析。 新课标中虽然没有把描绘小灯泡的I-U特性曲线作为必做实验，但通过I-U图像了解材料的电阻特性是课标提及的。在活动建议中，建议描绘电炉丝、小灯泡、半导体二极管的I-U特性曲线，对比它们导电性能的特点。因此，教材保留了描绘小灯泡的I-U特性曲线这个实验。这部分内容对于培养学生的科学探究、实验设计、分析论证、反思评估能力很有意义。 2．主要教学内容分析。 描绘小灯泡的伏安特性曲线虽然在教材中所占篇幅并不大，但却是对欧姆定律、伏安特性曲线、滑动变阻器的接法等知识的综合分析与应用。描绘小灯泡伏安特性曲线是学生在高中阶段首次采用滑动变阻器作分压用的实验，也是欧姆定律的深化和实际应用。 3．学生在学习相关内容时的基本情况。 （1）知识层面上：学生已学习了欧姆定律，知道伏安特性曲线，掌握了用伏安法测电阻的方法。知道滑动变阻器限流式接法，对分压式接法的理解有一定困难。另外，学生在初中阶段测电阻实验中使用的是限流式电路，因此教学中我曾经的做法是直接给出限流和分压两个电路图然后让学生分析哪个好，再全班统一用分压式电路去做实验，即不知不觉中把“探究”给抹去了，变成了“验证性实验”。后来的实践我发现了另外一种方式，即让学生自由讨论设计实验方案，教师不对这些方案的优缺点进行评价，让他们分别用自己的方案进行探究，在实践中自己去发现优缺点。 （2）能力层面上：学生具有一定的实验技能及操作经验，学生在教师的指导下能根据电路图进行较复杂的实物连接。尽管学生在初中阶段有一定的实验经验，但学生遗忘也较快，很多细节容易出问题，尤其是新学的滑动变阻器的分压接法更是难点。在学生实验操作之前，教师给应予相应的指导，保证实验顺利进行。 4．本课采用的主要教学方式和主要探究内容。 本课采用探究的方法，组织学生进行分组实验，探究小灯泡电阻是随温度变化而发生变化的。 四、教学目标设计 1．掌握分压电路的连接方法，知道描绘小灯泡的伏安特性曲线所采用的电路；会动手完成描绘小灯泡的伏安特性曲线，会根据数据描绘出I-U图像。 2．通过分析伏安特性曲线，能说出小灯泡电阻随电压的变化情况，知道温度的变化是引起小灯泡电阻变化的原因。 3．通过解释I-U曲线，进一步体会欧姆定律的适用条件，培养学生的交流评估能力。 4．通过观察、方案设计、实验操作、数据分析、问题讨论等过程，着重培养学生推理能力、实验能力和探究能力，提升科学思维水平。 五、教学重难点 重点：（1）实验操作和数据处理；（2）小灯泡伏安特性曲线的分析。 难点：（1）分压电路的设计和连接；（2）实验操作和描绘I-U曲线。 六、教学资源 小灯泡、电池、滑动变阻器、电压表、电流表、开关、导线、钨丝、酒精灯、数字多用电表等。 七、教学流程 八、教学过程 1．课题引入（观察实验现象、猜想）。 通过实物投影仪投影电灯泡规格（220V 40W），让学生计算其电阻（绝大多数学生会按照计算得到电阻为1210）。 教师直接测灯泡的电阻，测量结果与计算结果不同，从而产生认知冲突。 思考：为什么测量值与计算值相差很大？ 过渡：我们只要描绘出其I-U图线，即可间接反映出电阻的变化。 设计意图：探究始于问题，问题是学生产生求知欲和创造欲的前提。通过实验创设情境，让学生观察到实测灯泡电阻与计算的电阻明显不同，产生认知冲突，进而产生一种探究灯泡电阻是如何变化的兴趣，引入课题。 2．方案设计。 我们用小灯泡（2.5V 0.3A）来模拟大灯泡。 思考：如何测量小灯泡两端的电压和流过小灯泡的电流？从电源、小灯泡、滑动变阻器、电流表、电压表规格上思考如何选择电压表、电流表的量程？ 学生活动1：根据实验器材自主设计电路（学生在学案上画电路图，让学生通过实物展台展示所设计电路图）。 学生活动