第一节 导体的I-U 特性曲线（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第三册

该高中物理教学设计聚焦导体I-U特性曲线核心知识，通过“自由电荷定向移动条件”问题导入，衔接电场与电源知识，梳理电流定义、微观表达式、欧姆定律到I-U曲线的逻辑链，搭建递进式学习支架。 资料以科学探究为主线，设计伏安法实验方案，引导学生经历完整探究流程，通过微观模型推导电流表达式培养科学思维，对比线性与非线性元件曲线斜率意义突破难点，强化实验数据严谨性。助力学生提升探究能力，为教师提供重难点突破与核心素养融合的实用教学方案。

第一节　导体的I-U特性曲线 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第一节　导体的I-U特性曲线 教学 目标 物理观念 理解导体的伏安特性曲线的物理含义，能说出I-U图像中某点坐标、斜率、曲率所代表的物理意义；能区分线性元件（如金属电阻）与非线性元件（如小灯泡〉的I-U特性差异，并解释其成因。 科学思维 能运用控制变量法设计测量导体电流与电压关系的实验方案，具备初步的实验设计能力；能根据实验数据绘制I-U图像，通过图像分析判断元件是否遵循欧姆定律，并进行合理外推与比较。 科学探究 经历完整的实验探究过程:提出问题→设计实验→收集数据→分析图像→得出结论，提升动手操作与团队协作能力；能正确连接电路，规范使用电压表、电流表和滑动变阻器，准确记录多组实验数据。 科学态度 与责任 在实验过程中养成实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，敢于质疑异常现象；认识到物理图像在科学研究中的重要价值，体会从实验中发现规律的科学方法，增强探索自然的兴趣与责任感。 教学 重难点 1.掌握描绘导体I-U特性曲线的实验方法，理解图像的物理意义(重点)。 2.理解线性元件与非线性元件的区别，明确欧姆定律适用条件(重点)。 3.理解I-U图像斜率的物理意义（即电阻的倒数），避免与力学图像混淆，解释小灯泡I-U曲线弯曲的原因——温度对电阻的影响(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：通过前面的学习我们知道，电流是由电荷定向移动形成的。其中自由电荷通常指金属中的自由电子，电解液中的正、负离子等。那么，在什么条件下，自由电荷才能定向移动呢？ 学生课前预习，思考问题。 新课讲授 一、电流 教师：在前面的学习中,我们已经知道,若A、B两个导体分别带正、负电荷,则其周取存在电场。如果在它们之间连接一条导线,则导线中的自由电子在静电力的作用下将沿导线移动,形成电流,如图所示。思考一下，这个电流有什么特点？ 学生：导线中的电流是瞬时的。 教师：要如何才能持续不断地形成电流呢？ 学生：在 A、B之间连接一个装置P,如图乙所示,能在导体B失去电子的过程中,不断从导体 A取走电子,补充给导体B,使A、B之间始终存在电势差,则导线H中就会产生持续电流。如图所示。 教师：很好！在这里，能把电子从导体 A搬运到导体 B的装置就是电源,导体A、B就是电源的两个电极。类似于生活中的抽水机，如图所示。 思考一下，电源有什么作用呢？ 学生：搬运电荷，保持导体两端的电势差(电压),使电路有持续的电流。 其它形式能转化为电能。 教师：请大家归纳概括出电源的作用以及形成持续电流的必要条件。 学生：1、电流(I):表示电流的强弱程度。 定义:通过导体横截面的电量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流。 公式:I＝ 单位:国际单位:安培(A) 1A=1C/s，常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 方向:正电荷定向移动的方向。 教师：物理学中把方向不随时间变化的电流称为直流电，大小和方向都不随时间变化的电流称为恒定电流。 【典例1】　在某种带有一价离子的水溶液中，正、负离子在定向移动，方向如图所示。如果测得2s内分别有1.0×1018个正离子和1.0×1018个负离子通过溶液内部的横截面M，则溶液中电流的方向如何？电流多大？ 【答案】由A指向B；0.16A 【详解】水溶液中导电的是自由移动的正、负离子，它们在电场的作用下向相反方向定向移动。电学中规定，电流的方向为正电荷定向移动的方向，所以溶液中电流的方向与正离子定向移动的方向相同，即由A指向B。 每个离子的电荷量是e＝1.60×10－19 C。该水溶液导电时负离子由B向A运动，负离子的定向移动可以等效看作是正离子反方向的定向移动。所以，一定时间内通过横截面M的电荷量应该是正、负两种离子电荷量的绝对值之和。 教师：为了得到电流的微观解释,我们建构电流形成的微观物理模型。如图所示，一段均匀导体长度为L，横截面积为S，设导体中单位体积内所含的自由电荷数为n，每个自由电荷的电量为q，自由电荷定向移动平均速率为v，请同学们推导导体中电流I的表达式。 学生：导体中的自由电子总数N＝nlS 总电荷量Q＝Ne＝nlSe 所有电子都通过横截面所需要的时间t＝ 可得导体AD中的电流I＝＝neSv。 学生思考，并回答问题。 小组讨论，推导出电流I的微观表达式。 新课讲授 二、欧姆定律 教师：结合教材内容，小组合作，总结归纳欧姆定律的有关内容。 学生：1、内容：导体中的电流I 跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 学生归纳欧姆定律的有关内容。 新课讲授 三、伏安特性曲线 教师：思考：如何计算电阻R？结合教材内容，小组合作，给出设计思路和画出实验电流。 学生：利用伏安法测电阻。电路图如下： 教师：思考：如何直观表示电流I、电压U和电阻R之间的关系？ 学生：以纵坐标表示电流I，横坐标表示电压 U建立坐标系，画伏安特性曲线（I-U图）。 教师：如图是A和B两个导体的伏安特性曲线。思考：图线斜率的物理意义是什么？A和B哪个导体的电阻大？ 学生：图线斜率表示电阻的倒数；A导体的电阻大。 教师：若某导体伏安特性曲线是曲线，如图所示。请思考： （1） 导体电阻是否等于该点切线斜率的倒数？ （2） 可以直接用k=tanθ来表示切线的斜率吗？ 学生：都不能。如图所示，导体电阻不等于A点切线斜率的倒数，也不等于tanθ，A点电阻只能用R＝计算。 教师：符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件；不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线,这种电学元件叫做非线性元件。 【典例2】两个电阻R1、R2的伏安特曲线如图所示，由图可知（　　） A．R1为线性元件，R2为非线性元件 B．R1的电阻R1＝tan 45° Ω＝1Ω C．R2的电阻随电压的增大而减小 D．当U＝1V时，R2的电阻等于R1的电阻 【答案】AD 【详解】A．由题图可知R1的伏安特性曲线为过原点的直线，故R1为线性元件，R2的伏安特性曲线为曲线，故R2是非线性元件，故A正确；B．R1的电阻为，故B错误；C．I－U图像上的点与坐标原点连线的斜率表示电阻的倒数，由题图可知R2的电阻随电压的增大而增大，故C错误；D．由题图可知，当U＝1 V时，R2的电阻等于R1的电阻，都为2 Ω，故D正确；故选AD。 小组合作，结合教材，设计实验电路。 学生思考并回答问题。 新课讲授 四、限流分压接法 教师：在实验中需要使用滑动变阻器。滑动变阻器的接法又分为图a所示的限流式接法和图b所示的分压式接法。 思考：在两种电路中，用电器两端电压的变化范围分别是多少？各物理量标注如图所示。 学生：限流式接法≤U≤E；分压式接法0≤U≤E。 教师：在两种电路中，通过用电器的电流变化范围分别是多少？ 学生：限流式接法≤I≤；分压式接法0≤I≤。 教师：小组合作，以表格形式对限流式接法和分压式接法进行比较分析。 学生：表格如下： 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1. 根据欧姆定律，下列说法不正确的是（ A ） A. 从R=U/I可知，导体的电阻跟加在导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比 B. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，通过的电流越大，说明导体两端的电压越大 C. 从I=U/R可知，导体中的电流跟两端的电压成正比， 跟导体的电阻成反比 D. 从R=U/I可知，对于某一确定的导体，所加电压跟通过导体的电流之比是个恒量 2. (多选)一横截面积为S的铝导线，当有电压加在该导线上时，导线中的电流为I。设每单位体积的导线中有n个自由电子，电子的电荷量为e，此时电子定向移动的速度为v，则在Δt时间内，通过导体横截面的自由电子数目可表示为( AC ) A． B． C． D． 3.一个标有“4V 0.7A”的小灯泡，所加的电压U由零逐渐增大到4V，在此过程中电压U和电流I的关系可以用图象表示，在图中符合实际的是（ B ） A．B．C．D． 4.如图所示是电阻R的I－U图象，图中α=45°，由此得出(　A　) A．欧姆定律适用于该元件 B．电阻R=0.5 Ω C．因I－U图象的斜率表示电阻的倒数，故R==1.0 Ω D．在R两端加上6.0 V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是2.0 C 5.如图所示，图线1表示的导体的电阻为，图线2表示的导体的电阻为，则下列说法正确的是（　AD　） A． B． C．将与串联后接于电源上，则电流比：=1：3 D．将与并联后接于电源上，则电流比：=3：1 课 堂 小 结 对于实验思路和实验方案的设计,对学生而言难度较大,尤其是涉及滑动变阻器的限流式接法和分压式接法。针对实验方案的设计,要求学生对前面所学的知识熟练掌握。为日后开展实验教学和学生实验奠定了基础。 板 书 设 计 第一节　导体的I-U特性曲线 一、电流 1、定义:通过导体横截面的电量Q跟通过这些电量所用时间t的比值叫做电流。 2、公式:I＝ 3、单位:国际单位:安培(A) 1A=1C/s，常用单位：毫安（mA）、微安（μA） 4、方向:正电荷定向移动的方向。 二、欧姆定律 1、内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比． 2、公式:I＝ 3、适用条件：金属导电和电解液导电。 三、伏安特性曲线 1、符合欧姆定律的导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫做线性元件； 2、不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线,这种电学元件叫做非线性元件。 四、限流分压接法 作业 布置 1.完成教材课后作业：“习题”。 2.配套分层作业。 教学反思 本课时的内容涉及了滑动变阻器的两种接法,是教学的重点也是难点。对滑动变阻器分压式接法的讨论,最好有具体关系的分析、计算,帮助学生理解滑动变阻器在调节过程中对电路的影响,进而体会滑动变阻器分压式接法和限流式接法的作用和区别。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $