12.1 电阻 变阻器（教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

12.1 电阻 变阻器（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 12.1 电阻 变阻器 教学 目标 物理观念 知道电阻是表示导体对电流阻碍作用的物理量，知道电阻的符号、单位及换算关系。知道电阻是导体本身的一种性质，与导体两端的电压和通过的电流无关。知道导体的电阻取决于它的材料、长度和横截面积。知道滑动变阻器的构造、原理和作用，会正确使用滑动变阻器改变电路中的电流。 科学思维 通过实验探究，运用控制变量法研究电阻大小与材料、长度、横截面积的关系，培养科学思维能力；通过分析滑动变阻器滑片移动时接入电路电阻的变化，培养空间想象能力和逻辑推理能力。 科学探究 经历“探究不同材料导体的导电能力”的实验过程，学会通过观察电流表示数的变化来判断电阻的大小；经历“探究电阻大小与导体长度、横截面积的关系”的实验过程，掌握控制变量法的应用；在“用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流”的实验中，学会正确连接滑动变阻器并观察其作用。 科学态度 与责任 在实验探究中养成严谨求实、合作交流的科学态度。 教材 分析 本节选自沪科版（五四学制）九年级上册第12章“欧姆定律”第1节。第11章学生已经学习了静电与电流、电压、串联电路和并联电路以及串并联电路中电流、电压的特点，认识了电流和电压的概念，掌握了电流表和电压表的使用方法。本节“电阻 变阻器”则是在此基础上，进一步认识导体对电流的阻碍作用，是电学知识体系中的核心概念之一。 本节内容由“不同材料导体的导电能力是否相同”“电阻的大小与哪些因素有关”“如何改变电阻”三部分构成。教材首先通过“将导线M和N直接连接，再分别接入康铜丝和镍铬合金丝”的自主活动，让学生直观感受不同材料导体对电流阻碍作用的差异，建立电阻的概念；然后通过“探究电阻与导体长度、横截面积的关系”的自主活动，归纳出电阻大小的影响因素；最后介绍滑动变阻器的构造、原理和使用方法，以及电位器等变阻器的应用。本节内容是欧姆定律学习的直接基础，也是后续学习“电阻的串联和并联”“电阻的测量”以及“电功率”等知识的必备前提，在电学知识体系中起着承上启下的关键作用。 学情分析 学生已经学习了电流、电压的概念，掌握了电流表（串联接入）和电压表（并联接入）的使用方法，能够连接简单的串联电路和并联电路，理解了串并联电路中电流、电压的特点。学生已经知道导体容易导电、绝缘体不容易导电，但对“导体对电流有阻碍作用”缺乏认识。学生在生活中接触过“电阻”这个词（如电阻器、电阻丝），但对电阻的物理意义缺乏理解。 教学重点 1. 电阻的概念及单位。 2. 影响电阻大小的因素。 3. 滑动变阻器的构造、原理及正确使用。 教学难点 1. 电阻概念的建立及“电阻是导体本身的性质”的理解。 2. 控制变量法在实验中的应用。 3. 滑动变阻器的接线方法及阻值变化判断。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 情境导入，引出问题 1. 展示图片：剥开普通导线的绝缘层，可以看到里面的铜芯。提问：“为什么导线一般采用铜或铝来制作，而不用铁或镍铬合金？” 2. 引导思考：铜、铁、铝、镍铬合金都是导体，都能导电，但它们的导电能力是否相同？ 3. 引出课题：今天我们就来探究不同材料导体的导电能力，认识导体对电流的阻碍作用——电阻。 【设计意图】从生活实例入手，利用认知冲突激发学习兴趣，引出“不同材料导体导电能力不同”这一核心问题。 观察图片，思考并回答问题。进入学习状态。 学习新课 不同材料导体的导电能力是否相同？ 一、实验探究——不同材料导体的导电能力 1. 自主活动：按下图所示，将导线M和N两端直接连接起来，闭合开关S，观察并记录电流表的示数。然后在M、N之间接入一根康铜丝，观察比较小灯泡的亮度和电流表示数的变化。再改接入一根与康铜丝粗细、长短相同的镍铬合金丝，观察比较小灯泡的亮度和电流表示数的变化。 2. 组织讨论：接入康铜丝或镍铬合金丝后，电路中的电流为什么变小？不同材料金属丝接入电路后电流为什么不同？ 3. 归纳总结：导体虽然能够导电，但是对电流有阻碍作用。不同材料金属丝对电流的阻碍作用不同。 【设计意图】通过实验让学生直观感受不同材料导体对电流阻碍作用的差异，为电阻概念的建立提供感性认识基础。 二、建立电阻概念 1. 引出概念：物理学中把表示导体对电流阻碍作用的物理量叫做电阻，用R表示。 2. 讲解单位：在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。常用单位还有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。换算关系：1kΩ＝10³Ω，1MΩ＝10⁶Ω。 3. 举例说明：横截面积为1mm²、长为10m的铜线电阻约为0.2Ω，普通电吹风吹热风时的电热丝电阻约为40Ω。 4. 介绍电阻器：具有一定电阻值的元件——电阻器，也常简称为电阻。电阻在电路图中用符号“”表示。 5. 强调：电阻是导体本身的一种性质，与导体两端的电压和通过的电流无关。 【设计意图】从实验事实上升到物理概念，建立电阻的概念。通过举例和实物展示，帮助学生形成对电阻大小的感性认识。 【例题1】如图所示的电路元件是（     ） A．电阻 B．电池 C．开关 D．导线 【答案】A 分组进行实验，观察并记录实验现象：接入康铜丝后电流变小，接入镍铬合金丝后电流更小。分析讨论，得出结论：导体对电流有阻碍作用，不同材料导体的阻碍作用不同。 记录电阻的概念、符号、单位及换算关系。观察各种电阻实物或图片，了解电阻器的种类。理解“电阻是导体本身的性质”。 学习新课 电阻大小与哪些因素有关？ 一、实验探究——电阻大小与哪些因素有关 1. 提出问题：导体的电阻大小与哪些因素有关？ 2. 引导猜想：可能与导体的材料、长度、横截面积有关。 3. 设计实验： （1）方法指导：控制变量法。 （2）探究一：导体材料、横截面积一定时，电阻大小与长度的关系。将镍铬合金丝AB或CD接入电路，通过改变鳄鱼夹连接的位置，改变连入电路电阻丝的长度，通过观察电流表示数的变化判断电阻的大小。 （3）探究二：导体材料、长度一定时，电阻大小与横截面积的关系。将镍铬合金丝AB和CD分别接入电路，保持两次实验中连入电路的电阻丝长度相同，通过观察两次实验中电流表示数的变化判断电阻的大小关系。 4. 进行实验：组织学生分组实验，记录实验数据。 5. 分析归纳：大量实验表明，导体的电阻取决于它的材料、长度和横截面积。材料相同的导体，长度越长、横截面积越小，电阻越大；长度、横截面积都相同而材料不同的导体，电阻大小一般不同。 【设计意图】通过实验探究让学生亲身经历科学探究过程，运用控制变量法研究电阻大小的影响因素，培养科学探究能力。 二、半导体材料 1. 展示图片：展示半导体元件图片。 2. 讲解：硅晶体等材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体。各种类型半导体材料的物理性质不尽相同，可以制成各种半导体元件。 3. 介绍应用：计算机、电视机等电器中都要用到各种类型的半导体元件。半导体是当今社会发展的重要基础材料，被广泛应用于集成电路、移动通信、半导体照明、半导体激光器等领域。 【设计意图】拓展学生的知识视野，了解半导体材料的重要应用，体会物理知识对社会发展的推动作用。 【例题2】央视《是真的吗》节目中，主持人做了“”的实验：取口香糖锡纸，中间剪掉一些（如图乙），将锡纸条带锡的一端接在电池的正极，另一端接在电池的负极，很快发现锡纸条开始冒烟、着火（如图甲），已知锡纸条上ab，bc，cd段长度相等，则_______段的电阻最大，因为材料和长度相同时，横截面积越_______（“大”或“小”），电阻越大。 【答案】 ab 小 【例题3】将一段电阻丝对折后接入电路中，对折后的电阻与原来相比（　　） A．变大 B．变小 C．不变 D．无法确定 【答案】B 【例题4】小明在实验室探究“影响导体电阻大小的因素”；实验中选用了四根不同的金属丝，规格如表所示，实验电路中串联了一个电流表； 编号 材料 长度l/m 横截面积 A 镍铬合金丝 0.5 0.5 B 镍铬合金丝 1.0 0.5 C 镍铬合金丝 0.5 1.0 D 锰铜合金丝 0.5 0.5 (1)实验中，导体电阻的大小是通过观察____________来间接反映的，这种物理科学研究方法叫做____________法； (2)为了探究导体电阻大小与导体长度的关系，应选用编号为______的两根金属丝分别接入电路中进行实验； (3)选用A和C两根金属丝进行实验，发现接入C金属丝时电流表示数较大，这说明：在材料和长度相同时，导体的横截面积越大，电阻越______（选涂“A．大”或“B．小”）； (4)选用A和D两根金属丝进行实验，是为了探究导体电阻大小与导体____________的关系； (5)小明进一步实验发现，用酒精灯给接入电路的某种材料加热时，电流表的示数逐渐增大，这表明部分导体的电阻随温度的升高而______（选涂“A．增大”或“B．减小”）。 【答案】(1) 电流表的示数 转换 (2)A、B (3)B (4)材料 (5)B 参与猜想，设计实验方案。分组进行实验，记录实验数据。分析数据，归纳得出结论。 观察半导体元件图片，了解半导体的概念和应用。 学习新课 如何改变电阻？ 一、认识滑动变阻器 1. 展示滑动变阻器：展示滑动变阻器实物，介绍其构造——黑色绝缘层包裹着的电阻丝缠绕在绝缘瓷筒上，电阻丝的两端分别连着接线柱A和B，它与金属滑片P接触处电阻丝上的绝缘层已被刮去；滑片P通过金属杆与接线柱C相连。 2. 讲解原理：利用电阻与导体长度的关系，通过移动滑片改变接入电路的电阻丝长度，从而改变电阻。 3. 讲解电路符号：滑动变阻器在电路图中用符号“”表示。 4. 讲解铭牌参数：如“20Ω 2A”，“20Ω”表示滑动变阻器的阻值范围是0～20Ω，“2A”表示允许通过变阻器电阻丝的最大电流是2A。 【设计意图】通过实物观察和讲解，帮助学生认识滑动变阻器的构造和原理，为正确使用滑动变阻器奠定基础。 二、实验探究——用滑动变阻器改变通过小灯泡的电流 1. 自主活动：按下图所示电路，将滑动变阻器任意两个接线柱接入电路中的M、N两点。 （1）在滑动变阻器上用笔将电流通过的那一部分电阻丝圈出。 （2）闭合开关S，移动滑片P观察电流表的示数变化。 （3）在小灯泡两端并联一个电压表，移动滑片P，观察电流表和电压表的示数变化。 2. 巡回指导：重点关注学生的接线方式，引导学生发现“一上一下”的接线规则。 3. 归纳总结：只要将滑动变阻器的接线柱C与A或B接入电路，就可通过移动滑片使它连入电路的阻值在0到最大阻值范围内变化。 【设计意图】通过动手实验让学生亲身体验滑动变阻器的作用，掌握“一上一下”的接线规则，突破教学难点。 三、电位器、热敏电阻和光敏电阻 1. 展示电位器：展示电位器实物和结构图，讲解其工作原理与滑动变阻器相似。 2. 展示热敏电阻和光敏电阻：展示热敏电阻和光敏电阻图片，讲解其阻值会随外界温度或光照强度的变化而发生明显变化。 3. 介绍应用：热敏电阻和光敏电阻可以应用在温控或光控电路中，如冰箱的温度调节，路灯的自动开关等。 【设计意图】拓展学生的知识视野，了解变阻器在生活和技术中的广泛应用，体会物理知识的实用价值。 【例题5】．如图滑动变阻器的接法中，当滑片P向右移动时电阻变小的接法是（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【例题6】将图甲中的夹子M、N分别夹在图乙滑动变阻器的接线柱上，闭合开关后，滑动变阻器接入电路的电阻最大，且能调节灯泡亮度的接法是（　　） A．M接A，N接B B．M接C，N接D C．M接D，N接A D．M接C，N接B 【答案】D 【例题7】如图所示，甲为家庭用可调亮度台灯，乙为电位器的结构图，A、B、C为电位器的三个接线柱，转动滑片可调节灯泡亮度。下列分析错误的是（   ） A．若只将B、C接入电路，顺时针旋转滑片，灯泡变亮 B．通过电位器的电流越小，说明阻碍电流程度越大，电位器电阻越大 C．该电位器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变灯泡亮度 D．将A、C接入电路，若只将电阻丝做得更细，顺时针旋转滑片时，灯泡会变亮 【答案】D 观察滑动变阻器实物，认识各部件名称及作用。理解滑动变阻器的工作原理。记录电路符号和铭牌参数的含义。 分组实验，将滑动变阻器接入电路。观察滑片移动时电流表示数的变化。总结滑动变阻器的接线方法。 观察电位器、热敏电阻和光敏电阻实物或图片，了解其工作原理和应用。 课堂练习 1．电阻是导体对电流的_________作用，在图1中A、B为两根横截面积相同的铜线，则A铜线的电阻比B铜线的电阻_________（选填“大”或“小”），不考虑温度的变化，A铜线两端的电压增大，A铜线的电阻_________（选填“变大”“变小”或“不变”）；如图2是电位器结构图，a、b、c是它的三个接线柱，若将b、c接入电路，逆时针转动旋钮时，接入电路的阻值_________（选填“变大”、“不变”或“变小”）。 【答案】 阻碍 大 不变 变大 【详解】电阻的定义就是导体对电流的阻碍作用，这是初中物理的基础概念。 由材料、横截面积相同的导体，长度越长电阻越大，可知A铜线的电阻更大。 因导体的电阻与两端电压无关，故A铜线两端电压增大时电阻不变。 接b、c时，接入电路的是滑片到c的电阻丝；逆时针转动旋钮，接入电阻丝长度变长，故阻值变大。 2．横截面积相等的镍铬导线甲和乙，若甲的长度小于乙的长度，则甲的电阻________乙的电阻。将它们串联接入电路，则通过甲的电流________通过乙的电流；将它们并联接入电路，则通过甲的电流________通过乙的电流。（均选填“小于”“等于”或“大于”） 【答案】 小于 等于 大于 【详解】导体的电阻与材料、长度、横截面积有关，当材料相同、横截面积相等时，长度越短，电阻越小。甲的长度小于乙，故甲的电阻小于乙的电阻。 串联电路的基本特点是各处电流都相等，因此将甲、乙串联接入电路时，通过甲的电流等于通过乙的电流。 并联电路中各支路两端电压相等，根据欧姆定律，在电压相同的条件下，电阻越小，电流越大。由于甲的电阻小于乙的电阻，所以通过甲的电流大于通过乙的电流。 3．滑动变阻器可以改变自身的电阻，从而起到控制电路的作用。 (1)滑动变阻器的工作原理是改变接入电路中电阻丝的________从而改变自身的电阻。 (2)如图所示，当使用A和C两个接线柱时，________达到改变电流的目的（选填“A．能”或“B．不能”）；当使用B和C两个接线柱时，闭合开关，滑片P向右滑动，电流表示数________（选填“A．变大”、“B．不变”或“C．变小”）。 (3)在图所示的电路中有一根导线尚未连接，以笔画线代替导线补上。补上后要求：闭合开关S，滑动变阻器的滑片P向B端移动时，电流表示数变大，小灯泡亮度变亮。 (4)除了实验室常用的滑动变阻器外，各种电器中还会使用电位器。如图所示，甲为亮度可调的台灯，乙为调节其亮度的电位器，A、B、C是电位器的三个接线柱，旋钮带动滑片转动。若逆时针旋转旋钮时灯泡亮度变亮，则应连接________（选填“A”或“C”）和B两接线柱。 【答案】(1)长度 (2) A A (3) (4)A 【详解】（1）略。 （2）当使用A和C两个接线柱时，电流可以通过滑动变阻器左侧的电阻丝，因此能达到改变电流的目的。故选A。 当使用B和C两个接线柱时，滑片P向右滑动，接入电路的电阻丝长度变短，电阻变小，电路中电流变大。故选A。 （3）滑片P向B端移动时，电流变大、灯变亮，说明此时滑动变阻器接入电阻要变小，因此接入电路的电阻丝是PB段。连接方法：将电流表的“0.6”接线柱与滑动变阻器的B接线柱相连，据此作图。 （4）逆时针旋转旋钮时灯泡变亮，说明此时接入电路的电阻变小，电阻丝长度变短，电流变大，灯变亮。因此应连接A和B两个接线柱。故选A。 4．铅笔芯的型号主要根据石墨和黏土的比例来划分，如“B”型号笔芯，“B”的数字越大，则石墨含量越高。下列四种铅笔芯，它们长度相同，图中标注了各自的直径和型号。现将这些铅笔芯分别连入如图所示的电路中，灯泡最亮时，连入电路中的铅笔芯是（     ） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】电源电压不变时，铅笔芯的电阻越小，通过灯泡的电流越大，灯泡越亮； 题干说明B的数字越大，石墨含量越高，石墨是导体，因此在其他条件相同时，石墨含量越高的铅笔芯导电性能越好，电阻越小；本题中四根铅笔芯长度完全相同，D选项的铅笔芯石墨含量最高，同时直径最大，即横截面积最大，在四个铅笔芯中电阻最小， 所以将它接入电路时灯泡最亮，故ABC不符合题意，D符合题意。 故选D。 5．如图所示，闭合开关S，发现灯泡亮，不亮。调节变阻器滑片P，变亮，始终不亮。出现这一现象的原因可能是（     ） A．滑动变阻器断路 B．滑动变阻器接触不良 C．灯泡短接 D．灯泡断路 【答案】C 【详解】ABD．若滑动变阻器断路、接触不良或灯泡L2断路，电路电流 ，灯泡L1不亮，故ABD错误； C．若灯泡L2短接，L2不亮，此时电路有电流，L1亮；调节滑片P，改变，改变，L1亮度变化，故C正确。 故选C。 6．如图（a）所示，在调音台上有一些上下滑动的推拉杆，它其实是一种拉杆式变阻器，其结构如图（b）所示。若使当滑片向下移动时，拉杆式变阻器的电阻变大，则需要将拉杆式变阻器的哪两个接线柱接入电路（     ） A．AB B．AC C．BC D．CD 【答案】C 【详解】A．接AB时，相当于把全部电阻丝接入电路，滑片移动不会改变接入电阻大小，故A不符合题意； B．接AC时，接入电路的是滑片到A端的电阻丝。当滑片向下移动时，滑片到A的电阻丝长度变短、电阻变小，故B不符合题意； C．接BC时，接入电路的是滑片到B端的电阻丝。滑片向下移动时，这段电阻丝长度变长，电阻变大，故C符合题意； D．接CD时，相当于只把金属杆接入电路，接入电阻始终为0，无法改变电阻，故D不符合题意。 故选C。 7．在探究“影响导体电阻大小的因素”的实验中，一个木板上有四根不同规格的电阻丝，其中a、b、c和d的材料、横截面积和长度情况见下表（温度相同）。 电阻丝 材料 长度/m 横截面积 电流/A a 锰合金 1.0 0.4 0.80 b 镍合金 1.0 0.4 0.22 c 镍合金 1.0 0.8 0.44 d 镍合金 0.5 0.4 0.44 (1)实验是在控制电源电压不变的情况下，通过观察电流表的示数大小来比较电阻的大小，这是采用了转换法。以下选项中，同样采用了此种方法的是___________； A．借助水压学习电压 B．验电器金属箔片张开角度大小来反映所带电荷的多少 (2)为了探究电阻跟横截面积的关系，应该把___________（填电阻丝的字母代号）依次接入图中，闭合开关，记下电流表的示数，分析比较两根电阻丝的大小，其结论是在其他条件相同时，导体的横截面积越大，导体的电阻越___________； (3)根据c、d两组数据，该同学认为导体的电阻大小与长度无关。他的观点是___________的（选填“正确”或“错误”），原因是___________。 【答案】(1)B (2) b、c 小 (3) 错误 没有控制导体的横截面积相同 【详解】（1）A．借助水压学习电压是使用了类比法，故A不符合题意； B．通过验电器金属箔片张开角度的大小来反映所带电荷的多少，金属箔片张开的角度大说明物体所带电荷多，金属箔片张开的角度小说明物体所带电荷少，这是利用了转换法，故B符合题意。 故选B。 （2）[1]为了探究电阻与横截面积的关系，应控制导体的材料和长度相同，横截面积不同，满足条件的电阻丝是b和c。 [2]根据表格中数据可以发现，c电阻丝的横截面积大于b电阻丝的横截面积，但通过c电阻丝的电流大于通过b电阻丝的电流，说明c的电阻小，对电流的阻碍作用小，故结论是在其他条件相同时，导体的横截面积越大，导体的电阻越小。 （3）[1][2]他的观点是错误的，因为c电阻丝和d电阻丝不仅长度不同，横截面积也不同，不满足控制变量法的要求，要探究导体的电阻与导体的长度的关系时，应控制导体的材料和横截面积相同，故应选用b和d来做实验。 板书设计 12.1 电阻 变阻器 一、电阻（R） 定义：表示导体对电流阻碍作用的物理量 单位：欧姆（Ω）；1kΩ＝10³Ω，1MΩ＝10⁶Ω 电路符号： 性质：电阻是导体本身的一种性质，与电压、电流无关 二、影响电阻大小的因素 材料：材料不同，电阻一般不同 长度：材料、横截面积相同时，长度越长，电阻越大 横截面积：材料、长度相同时，横截面积越小，电阻越大 三、变阻器 1. 滑动变阻器 原理：利用电阻与导体长度的关系 构造：电阻丝、绝缘瓷筒、金属滑片、接线柱 电路符号： 接线方法：“一上一下” 铭牌参数：“20Ω 2A”——阻值范围0～20Ω，最大电流2A 2. 电位器：工作原理与滑动变阻器相似 3. 热敏电阻和光敏电阻：阻值随温度或光照变化 教学反思 滑动变阻器接线练习时间不足：滑动变阻器的接线方法需要较多的练习才能熟练掌握。改进：可在课后布置“连接滑动变阻器”的专项练习，下节课前进行5分钟的“接线小测”；也可设计“滑动变阻器接线判断”的练习题，让学生判断不同接线方式下滑片移动时阻值的变化。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $