17.1 电流与电压、电阻的关系 教学设计 -2025-2026学年人教版物理九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦电流与电压、电阻的定量关系，通过展示两不同电路中小灯泡亮度差异的情景导入，引导学生猜想电流与电压、电阻的关联，结合师生互动铺垫控制变量法，搭建从已有认知到规律探究的学习支架。 该资料以科学探究为主线，完整呈现“提出问题-猜想假设-设计实验-进行实验-分析论证-得出结论”流程，规范控制变量法操作（如探究电流与电阻关系时保持电压不变），通过数据处理归纳规律并联系家庭电路等生活实例。既培养学生科学探究能力与科学思维，又为教师提供结构化教学与分层练习，提升教学效率和学生应用能力。

17.1电流与电压、电阻的关系教学设计 一、核心素养目标 1物理观念:理解电流与电压、电阻的定量关系,建立“电阻一定时电流与电压成正比,电压一定时电流与电阻成反比”的认知,深化对电路三大基本物理量关联的理解。 2科学探究:经历“提出问题—猜想假设—设计实验—进行实验—分析论证—得出结论”的完整探究过程,熟练运用控制变量法,提升实验设计、操作及数据分析能力。 3科学思维:通过实验数据推理归纳规律,建立“控制变量研究多因素关系”的逻辑,能运用规律解释实际电路中电流的变化。 4社会责任:认识电流与电压、电阻关系在电路设计、电器研发中的应用,增强安全用电意识,体会物理规律对技术应用的指导价值。 二、教学重难点 1重点:探究电流与电压、电阻的关系实验;控制变量法在实验中的规范应用;电流与电压、电阻关系规律的理解与归纳。 2难点:实验方案的设计(尤其是控制变量的具体操作);实验数据的分析与规律的归纳;运用规律解释实际电路问题。 三、教学过程 (一)议题导入:创设情景,提出核心议题 1情景呈现:展示两个不同电路——甲电路:电源电压3V,串联定值电阻5 和小灯泡;乙电路:电源电压6V,串联定值电阻10 和相同规格小灯泡。闭合开关后,观察到乙电路中小灯泡更亮。提问:两个电路中小灯泡亮度不同,说明电流大小不同,那么电路中电流的大小究竟与哪些因素有关?为什么乙电路中电流更大?2核心议题提出:围绕“电路中电流的大小与电压、电阻存在怎样的关系”展开实验探究。3师生互动:引导学生结合已有知识猜想,学生可能提出“电流与电源电压有关,电压越大电流越大”“电流与电阻有关,电阻越大电流越小”,教师顺势引出“要研究多个因素对电流的影响,需采用什么研究方法”,启发学生想到控制变量法,为后续实验设计铺垫。 (二)新知探究一:探究电阻一定时,电流与电压的关系 1提出问题:在电阻不变的情况下,电路中的电流与导体两端的电压存在怎样的关系?2猜想与假设:基于导入情景和已有认知,猜想:电阻一定时,导体两端的电压越大,电路中的电流越大。3实验设计:①控制变量:控制定值电阻的阻值不变,改变定值电阻两端的电压,测量对应的电流。②实验器材:电源、开关、定值电阻(如5 )、滑动变阻器、电流表、电压表、若干导线。③电路设计:引导学生画出实验电路图,明确定值电阻与滑动变阻器串联,电流表测电路电流(即通过定值电阻的电流),电压表并联在定值电阻两端测其电压;滑动变阻器的作用是改变定值电阻两端的电压,同时保护电路。④师生互动:讨论“如何改变定值电阻两端的电压”,明确两种方法:更换不同电压的电源;通过滑动变阻器调节。最终确定用滑动变阻器调节,因为其调节方便、可连续改变电压。4实验操作:①连接电路:强调开关断开,滑动变阻器滑片移到最大阻值处,电压表、电流表正负接线柱正确连接,量程选择合适。②进行实验:移动滑动变阻器滑片,改变定值电阻两端的电压,记录3-4组电压和电流数据(如电压1V、2V、3V时对应的电流值)。教师巡视指导,纠正实验操作错误,提醒学生记录数据时要规范、准确。5数据分析与论证:①各小组展示实验数据,教师引导学生对数据进行处理(如计算电流与电压的比值)。②归纳结论:电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比。用黑色字体突出结论,强调“电阻一定”是前提条件,明确正比关系的内涵:电压增大几倍,电流也随之增大几倍。 (三)新知探究二:探究电压一定时,电流与电阻的关系 1提出问题:在电压不变的情况下,电路中的电流与导体的电阻存在怎样的关系?2猜想与假设:基于已有认知,猜想:电压一定时,导体的电阻越大,电路中的电流越小。3实验设计:①控制变量:控制定值电阻两端的电压不变,更换不同阻值的定值电阻,测量对应的电流。②实验器材:电源、开关、不同阻值定值电阻(如5 、10 、15 )、滑动变阻器、电流表、电压表、若干导线。③电路设计:沿用前一实验的电路框架,只需将定值电阻改为可更换的不同阻值电阻。④师生互动:讨论“如何保持定值电阻两端的电压不变”,明确方法:更换不同阻值的定值电阻后,移动滑动变阻器滑片,使电压表的示数与前一次实验中定值电阻两端的电压相同。强调这是本实验的关键操作,确保控制变量法的规范应用。4实验操作:①连接电路:同样遵循“开关断开、滑片移到最大阻值处、电表接线正确”的规则。②进行实验:先接入5 定值电阻,移动滑片使电压表示数为2V,记录电流值;再分别更换10 、15 定值电阻,每次更换后移动滑片保持电压表示数仍为2V,记录对应电流值。教师重点指导学生完成“更换电阻后调节滑片保持电压不变”的操作。5数据分析与论证:①各小组展示实验数据,教师引导学生处理数据(如计算电流与电阻的乘积)。②归纳结论:电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。用黑色字体突出结论,强调“电压一定”是前提条件,明确反比关系的内涵:电阻增大几倍,电流随之减小为原来的几分之一。 (四)重点知识归纳概括 1核心规律:①电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成正比(I∝U,R一定);②电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比(I∝1/R,U一定)。2实验关键:①研究方法:控制变量法,探究电流与电压关系时控制电阻不变,探究电流与电阻关系时控制电压不变;②滑动变阻器作用:探究电流与电压关系时,改变定值电阻两端电压;探究电流与电阻关系时,保持定值电阻两端电压不变;同时保护电路;③电表使用:电流表串联、电压表并联,正负接线柱正确连接,量程合理选择。3规律理解要点:①两个规律均为“单向关系”,不能颠倒表述(如不能说“电压与电流成正比”“电阻与电流成反比”);②前提条件不可省略,脱离前提条件的规律不成立;③规律适用于定值电阻(纯电阻电路),不适用于非线性元件(如灯泡,其电阻随温度变化)。用黑色字体突出上述核心要点,帮助学生系统梳理、精准记忆。 (五)规律应用:解释实际问题 1情景应用一:家庭电路中,灯泡两端电压为220V(电压一定),若更换一个阻值更大的灯泡,灯泡亮度会如何变化?引导学生运用规律分析:电压一定时,电阻越大电流越小,灯泡实际功率越小,亮度越暗。2情景应用二:同一灯泡接入不同电压的电源(电阻一定),接入电压为3V时比接入2V时更亮,原因是什么?结合规律解释:电阻一定时,电压越大电流越大,实际功率越大,亮度越亮。3师生互动:组织学生分组讨论生活中其他符合电流与电压、电阻关系的实例,每组分享一个案例并运用规律解释,深化对规律的理解与应用能力。 (六)练习巩固 情景材料:某电子技术实验室中,技术人员正在调试一款电子设备的电路。电路由电源、开关、定值电阻、滑动变阻器组成串联电路,电源电压保持不变。调试过程中,技术人员通过更换不同阻值的定值电阻、调节滑动变阻器滑片,测量电路中的电流和定值电阻两端的电压,确保电路参数符合设备工作要求。 1下列关于电流与电压、电阻关系的说法,正确的是【】 A导体的电阻一定时,通过导体的电流与导体两端的电压成反比 B导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成正比 C导体的电阻一定时,导体两端的电压与通过导体的电流成正比 D导体两端的电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比 2上述情景中,技术人员保持定值电阻的阻值不变,调节滑动变阻器改变其两端电压,测量对应的电流值。下列操作能使定值电阻两端电压增大的是【】 A增大滑动变阻器接入电路的电阻 B减小滑动变阻器接入电路的电阻 C更换阻值更大的定值电阻 D更换电压更小的电源 3某小组探究电阻一定时电流与电压的关系,实验数据如下表所示(定值电阻阻值不变),下列说法正确的是【】 电压U/V1.02.03.0 电流I/A0.20.40.6 A定值电阻的阻值为5 B该实验数据不符合电流与电压的正比关系 C电压为4.0V时,电流应为0.7A D电阻一定时,电流与电压的比值是变化的 4上述情景中,技术人员保持定值电阻两端电压为3V不变,更换不同阻值的定值电阻,测量电流值。若接入5 电阻时电流为0.6A,接入10 电阻时电流应为【】 A0.3A B0.6A C1.2A D1.8A 5下列关于探究电流与电压、电阻关系实验的说法,错误的是【】 A两个实验都采用了控制变量法 B探究电流与电阻关系时,更换电阻后需调节滑片保持电压不变 C电流表应并联在电路中,测量电路电流 D实验中多次测量的目的是避免实验偶然性,得出普遍规律 6某同学探究电压一定时电流与电阻的关系,更换大阻值电阻后,未调节滑动变阻器滑片就直接测量电流,测得的电流值与正确操作相比【】 A偏大 B偏小 C不变 D无法确定 7下列生活现象中,能用电流与电压、电阻关系解释的是【】 A夏天比冬天更容易闻到花香 B家庭电路中,大功率用电器单独使用时更亮 C不同品牌的电池,使用时间长短不同 D冬天手冷时,搓手会感到温暖 8某实验小组探究电阻一定时电流与电压的关系,实验中发现无论如何调节滑动变阻器,定值电阻两端电压都无法达到较小值(如1V),可能的原因是【】 A滑动变阻器阻值过大 B滑动变阻器阻值过小 C电源电压过小 D定值电阻阻值过小 9情景材料:某实验小组探究电流与电阻的关系,选用电源电压为6V,滑动变阻器规格为0-50 ,实验中依次接入5 、10 、20 的定值电阻,保持定值电阻两端电压为2V不变,测量对应的电流值,实验数据如下表所示: 定值电阻阻值R/ 51020 电流I/A0.40.20.1 请根据上述情景回答下列问题: (1)分析实验数据,可得出什么结论? (2)实验中滑动变阻器的作用是什么?接入20 定值电阻时,滑动变阻器接入电路的阻值为多少? (3)若更换为30 的定值电阻,保持定值电阻两端电压为2V不变,滑动变阻器接入的阻值需要满足什么条件?请说明理由。 (4)若实验中电源电压变为8V,保持定值电阻两端电压为2V不变,接入20 定值电阻时,滑动变阻器接入的阻值为多少? 10情景材料:小明家的台灯采用可调光设计,其核心是通过滑动变阻器调节电路中的电流,从而改变灯泡亮度。台灯的灯泡阻值为22 ,接入家庭电路(电压220V)中正常工作。某次使用时,小明发现台灯调节到最亮时,电路中的电流为0.5A,调节到最暗时,电流为0.2A。 请根据上述情景回答下列问题: (1)台灯最亮时,滑动变阻器接入电路的阻值为多少?请说明理由。 (2)台灯最暗时,滑动变阻器接入电路的阻值为多少?此时滑动变阻器两端的电压为多少? (3)结合电流与电压、电阻的关系,解释滑动变阻器如何改变台灯的亮度。 (4)若将灯泡更换为阻值更大的型号,保持滑动变阻器接入阻值不变,台灯的亮度会如何变化?请运用规律解释。 (七)课堂小结 1学生总结:引导学生自主梳理本节课核心内容,包括两个核心规律(电阻一定时电流与电压成正比、电压一定时电流与电阻成反比)、实验探究的流程与方法(控制变量法的应用)、实验中滑动变阻器的作用、电表的正确使用。2教师补充:强化两个规律的前提条件和内涵,梳理实验探究的核心逻辑——通过控制变量法研究多因素关系,从实验数据中归纳普遍规律;强调规律的应用价值,呼应开篇核心议题,让学生明确电流与电压、电阻的关系是分析电路问题的重要基础。3师生互动:通过提问巩固核心知识,如“电阻一定时,电流与电压的关系是什么?”“电压一定时,电流与电阻的关系是什么?”“探究这两个关系时都用到了什么研究方法?”,及时发现学生的薄弱点并补充讲解。 四、练习答案及解析 1答案:D解析:电阻一定时,电流与电压成正比,A错误;电压一定时,电流与电阻成反比,B错误;电流与电压、电阻的关系是单向的,不能说电压与电流成正比,C错误;D表述符合电压一定时电流与电阻的关系,正确。 2答案:B解析:定值电阻与滑动变阻器串联,电源电压不变;根据串联分压规律,减小滑动变阻器接入电阻,其分担的电压减小,定值电阻两端电压增大,B正确;增大滑动变阻器电阻、更换更大阻值定值电阻、更换更小电压电源,都会使定值电阻两端电压减小,A、C、D错误。 3答案:A解析:根据欧姆定律R=U/I,计算每组数据的电阻值均为5 (1.0V/0.2A=5 、2.0V/0.4A=5 等),A正确;数据中电流与电压的比值不变,符合正比关系,B错误;电压为4.0V时,电流应为0.8A(4.0V/5 ),C错误;电阻一定时,电流与电压的比值(即电阻)不变,D错误。 4答案:A解析:电压一定时,电流与电阻成反比;电阻从5 变为10 ,增大为原来的2倍,电流应减小为原来的1/2,即0.6A/2=0.3A,A正确。 5答案:C解析:两个实验均采用控制变量法,A正确;探究电流与电阻关系时,更换电阻后需调节滑片保持电压不变,B正确;电流表应串联在电路中,电压表并联,C错误;多次测量可避免偶然性,得出普遍规律,D正确。 6答案:A解析:更换大阻值电阻后,电路总电阻增大;若未调节滑片,根据串联分压规律,大阻值电阻分担的电压会大于设定值;电压偏大、电阻偏大,无法直接判断电流与正确值的大小关系?不,原实验要求保持电压不变,更换大电阻后未调滑片,电阻变大且电压也变大,根据I=U/R,无法直接比较,但结合实验逻辑:正确操作是保持电压不变,电阻变大电流变小;未调滑片时电压大于设定值,电阻也变大,但若电压增大的比例小于电阻增大的比例,电流仍偏小?实际情况是,更换大电阻后,电路总电阻增大,电流减小,滑动变阻器分担电压减小,定值电阻两端电压增大;此时测得的电流是“大电阻+大电压”下的电流,与正确操作(大电阻+设定电压)相比,电压增大使电流偏大,电阻增大使电流偏小,需具体分析,但结合选项和实验常见情况,未调滑片时定值电阻两端电压大于设定值,且电阻增大的影响更显著?不,正确解析:更换大阻值电阻后,未调节滑片,电路总电阻变大,电源电压不变,根据I=U总/R总,电路电流会偏小(与更换电阻前相比),但题目是“与正确操作相比”;正确操作是保持定值电阻两端电压不变,此时电流I=U定/R;未调滑片时,定值电阻两端电压U定'>U定,电阻R不变,根据I'=U定'/R,I'>I,即测得的电流偏大,A正确。 7答案:B解析:夏天更容易闻到花香是分子热运动,A错误;家庭电路中电压一定,大功率用电器电阻较小,根据I=U/R,电流较大,实际功率较大,更亮,能用电流与电压、电阻关系解释,B正确;电池使用时间与容量有关,C错误;搓手取暖是做功改变内能,D错误。 8答案:B解析:滑动变阻器阻值过小,其最大阻值分担的电压过小,定值电阻两端电压最小只能达到接近电源电压的值,无法达到较小值,B正确;滑动变阻器阻值过大,可调节出更小的定值电阻电压,A错误;电源电压过小会导致最大电压值小,而非无法达到较小值,C错误;定值电阻阻值过小,其两端电压容易调节到较小值,D错误。 9答案:(1)电压一定时,通过导体的电流与导体的电阻成反比。(2)滑动变阻器的作用:保持定值电阻两端电压不变,保护电路。接入20 定值电阻时,电路总电压6V,定值电阻两端电压2V,滑动变阻器分担电压4V;电路电流0.1A,根据R=U/I,滑动变阻器接入阻值为4V/0.1A=40 。(3)需要满足滑动变阻器接入阻值≥40 。理由:更换30 定值电阻,保持其两端电压2V不变,滑动变阻器分担电压4V;根据串联电路电流相等,I=2V/30 =4V/R滑,解得R滑=60 ?不,计算错误:I=U定/R定=2V/30 =1/15A;滑动变阻器阻值R滑=U滑/I=4V/(1/15A)=60 。因此滑动变阻器接入阻值需≥60 (因滑动变阻器最大阻值50 ,实际无法完成该实验)。(4)电源电压8V,定值电阻两端电压2V,滑动变阻器分担电压6V;电路电流I=2V/20 =0.1A;滑动变阻器接入阻值R滑=6V/0.1A=60 。 10答案:(1)台灯最亮时,滑动变阻器接入阻值为0 。理由:台灯亮度由实际功率决定,最亮时实际功率最大;家庭电路电压不变,根据P=U /R,电路总电阻最小时分功率最大;滑动变阻器接入阻值为0 时,总电阻最小(等于灯泡电阻),电流最大,功率最大。(2)最暗时电流0.2A,电路总电阻R总=U/I=220V/0.2A=1100 ;滑动变阻器接入阻值R滑=R总-R灯=1100 -22 =1078 ;滑动变阻器两端电压U滑=IR滑=0.2A 1078 =215.6V(或U滑=220V-0.2A 22 =215.6V)。(3)滑动变阻器与灯泡串联,通过改变接入电路的电阻改变总电阻;家庭电路电压不变,根据I=U/R总,总电阻改变使电路电流改变;灯泡电阻不变,根据P=I R灯,电流改变使灯泡实际功率改变,亮度随之改变。(4)亮度会变暗。理由:滑动变阻器接入阻值不变,更换更大阻值灯泡,电路总电阻增大;电源电压不变,根据I=U/R总,电流减小;灯泡实际功率P=I R灯,电流减小的影响大于电阻增大的影响,功率减小,亮度变暗。 学科网(北京)股份有限公司 $