12.2 电流与电压、电阻的关系（教学设计）物理新教材沪科版（五四学制）九年级上册

12.2 电流与电压、电阻的关系（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 12.2 电流与电压、电阻的关系 教学 目标 物理观念 通过实验探究，理解电流与电压、电阻的定量关系；理解欧姆定律的内容和表达式，知道欧姆定律是电学的基本定律之一；能运用欧姆定律进行简单的计算，解决简单的电路问题。 科学思维 通过实验探究，运用控制变量法研究电流与电压、电阻的关系，培养科学思维能力；通过图像法处理实验数据，理解I-U图像的物理意义，培养数据分析能力；通过分析实验数据，归纳得出欧姆定律，培养归纳推理能力。 科学探究 经历“探究电流与电压、电阻的关系”的实验过程，能按要求完成实验报告；能设计实验方案，选择实验器材，连接实验电路，收集实验数据，分析归纳结论；在实验中学会运用控制变量法、图像法等方法研究多变量问题。 科学态度 与责任 在实验探究中养成实事求是、严谨认真的科学态度；了解欧姆定律的发现历程，体会科学家探索未知、追求真理的科学精神。 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2节。第1节学生已经学习了电阻的概念，知道了电阻是表示导体对电流阻碍作用的物理量，了解了影响电阻大小的因素，掌握了滑动变阻器的构造、原理和使用方法。本节“电流与电压、电阻的关系”则是在此基础上，通过实验探究电流与电压、电阻的定量关系，归纳得出欧姆定律，是本章的核心内容。 欧姆定律是电学中最基本的定律之一，它揭示了电流、电压、电阻三个基本物理量之间的定量关系，是后续学习“电阻的测量”“电阻的串联和并联”“电功率”“焦耳定律”等知识的直接基础，也是分析复杂电路的根本依据。本节内容在电学知识体系中起着承上启下的关键作用，是初中电学学习的重中之重。教材通过“探究电流与电压的关系”和“探究电流与电阻的关系”两个实验，引导学生经历完整的科学探究过程，运用控制变量法研究多变量问题，培养科学探究能力和逻辑思维能力。 学情分析 学生已经学习了电流、电压、电阻的概念，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。学生已经知道电阻是导体本身的性质，了解了影响电阻大小的因素，掌握了滑动变阻器的构造、原理和使用方法。学生已初步掌握控制变量法，能够运用该方法设计实验方案。 教学重点 1. 探究电流与电压、电阻的关系。 2. 欧姆定律的内容和表达式。 3. 欧姆定律的简单应用。 教学难点 1. 实验方案的设计与实施。 2. 滑动变阻器在实验中的作用。 3. 图像法处理实验数据。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 复习导入，引出问题 1. 回顾旧知：提问——电阻的大小与哪些因素有关？滑动变阻器的工作原理是什么？ 2. 展示情境：在如图所示的实验中，若电源由两节干电池变为一节干电池，导体两端的电压发生改变，电流也随之改变，说明通过导体的电流与导体两端的电压有关；改变导体的电阻，电流也会随之改变，说明通过导体的电流与导体的电阻也有关。 3. 提出问题：电流与电压、电阻究竟存在怎样的定量关系呢？ 4. 引出课题：今天我们就通过实验来探究电流与电压、电阻的关系。 【设计意图】从旧知复习和演示实验入手，自然引出探究问题，为实验探究做铺垫。 回答提问，回顾电阻和滑动变阻器的知识。观察演示实验，思考并回答问题。 学习新课 如何探究电流与电压、电阻的关系？ 一、探究电流与电压的关系 1. 引导猜想：电流与电压、电阻分别有什么定量关系？提出猜想并说明猜想的依据。 2. 方法指导：电流与电压、电阻都有关系，因此可采用控制变量法分别探究电流与电压、电流与电阻的关系。 3. 设计实验一方案： （1）探究电流与电压的关系：对于阻值一定的导体，探究通过导体的电流随两端电压变化的情况。 （2）器材：阻值一定的导体、电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关及导线。 （3）方案：为了探究电流I随电压U变化的定量关系，需要改变导体两端的电压，测得多组电压值和电流值。 4. 讨论：如何改变导体两端的电压？滑动变阻器在电路中起什么作用？ 5. 设计电路图：引导学生在虚线框中画出实验电路图。 6. 组织学生分组实验： （1）按电路图连接电路，注意电流表串联、电压表并联，滑动变阻器“一上一下”接入电路。 （2）闭合开关，调节滑动变阻器，改变导体两端的电压，测量多组电压值和电流值。 （3）将实验数据记录在表中。 实验序号 1 2 3 4 5 电压U/V 电流I/A 7. 巡回指导：重点关注学生的接线是否正确、电表量程选择是否合理、读数是否准确。 8. 指导图像法处理数据： （1）以电压U为横轴、电流I为纵轴建立平面坐标系。 （2）根据实验数据描点，画出I-U图像。 （3）分析图像特点：图像是一条过原点的倾斜直线。 9. 引导分析： （1）分析表中数据，同一导体，如果导体两端的电压不断增大，通过导体的电流如何变化？ （2）进一步找出通过同一导体的电流与导体两端电压的定量关系。 10. 组织交流：请各小组汇报实验数据和结论。 11. 归纳总结： （1）同一导体，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 （2）I-U图像是一条过原点的倾斜直线，直线的斜率等于电阻的倒数（1/R）。 12. 引导反思：为什么要进行多次测量？（避免偶然性，使结论具有普遍性） 【设计意图】通过动手实验让学生亲身测量电流与电压的数据，从实验数据中归纳出“电流与电压成正比”的规律。图像法处理数据帮助学生直观理解正比关系。 二、探究电流与电阻的关系 1. 引导猜想：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻存在怎样的关系？提出猜想并说明猜想的依据。 2. 设计实验二方案： （1）探究电流与电阻的关系：在电压一定的条件下，探究通过导体的电流随电阻的变化情况。 （2）器材：阻值不同的导体若干、滑动变阻器、电源、电流表、电压表、开关及导线。 （3）讨论：当更换不同阻值的导体时，导体两端的电压是否发生改变？如何保持不同阻值的导体两端电压不变？与实验一相比，实验二的电路图有何变化？ 3. 明确实验方案：更换不同阻值的导体后，通过调节滑动变阻器来保持导体两端电压不变，记录电流随电阻变化的数据。 4. 设计数据记录表：设计数据记录表并将实验结果记录在表中。 5. 组织学生分组实验： （1）按电路图连接电路，先接入一个定值电阻。 （2）闭合开关，调节滑动变阻器，使导体两端电压保持不变，记录电流值。 （3）更换不同阻值的导体，每次更换后都调节滑动变阻器使导体两端电压保持不变，记录电流值。 （4）将实验数据记录在数据记录表中。 实验记录（U=2V保持不变）： 实验序号 1 2 3 4 电阻R/Ω 5 10 15 20 电流I/A 6. 巡回指导：重点关注学生更换电阻后是否调节滑动变阻器保持电压不变。 7. 引导分析： （1）分析数据，当电压一定时，如果接入电路的电阻不断增大，通过导体的电流如何变化？ （2）通过计算找出电压一定时，电流与导体电阻的关系。 【设计意图】通过动手实验让学生亲身测量不同电阻对应的电流值，从实验数据中归纳出“电流与电阻成反比”的规律。重点训练学生“保持电压不变”的操作技能。 三、欧姆定律 1. 归纳总结： （1）实验一结论：同一导体，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 （2）实验二结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 （3）综合结论：通过导体的电流I与导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。这一规律叫做欧姆定律。 2. 给出公式：I＝U/R 3. 讲解公式变形：由I＝U/R可得U＝IR、R＝U/I。 4. 强调注意： （1）欧姆定律适用于纯电阻电路。 （2）电阻R是导体本身的性质，不能认为R与U成正比、与I成反比。 （3）三个物理量必须对应同一导体或同一段电路。 5. 例题讲解： 一个阻值为10Ω的导体，接在电压为9V的电源两端。若电源电压不变，求通过该导体的电流。 解：已知导体的电阻R＝10Ω，其两端电压U＝9V。 根据欧姆定律，通过该导体的电流 I＝U/R＝9V/10Ω＝0.9A 6. 简单应用：引导学生完成简单计算练习。 【设计意图】通过归纳总结建立欧姆定律的知识体系。通过例题讲解和练习，培养学生的计算能力和规范解题习惯。 【例题1】在“探究电流与电压的关系”实验中，小潘设计且连接了如图所示的电路。 实验次数 1 2 3 4 电压U/V 1.0 1.6 2.2 2.8 电流I/A 0.1 0.16 0.22 0.28 (1)在闭合开关前，滑动变阻器的滑片应移到最_________端；（选填“左”或“右”） (2)闭合开关，发现电流表有示数，电压表无示数，已知导线、仪表均完好且接触良好，则故障原因可能是定值电阻_________；（选填“断路”或“短路”） (3)排除故障后，闭合开关，移动滑动变阻器的滑片，进行多次测量，记录实验数据如上表。分析表中数据可知：在电阻一定的情况下，通过导体的电流与导体两端的电压成_______________； (4)滑动变阻器在本实验中的主要作用____________________。 【答案】(1)左 (2)短路 (3)正比 (4)改变定值电阻两端电压 【例题2】在“探究通电导体中电流与电阻的关系”实验中，某实验小组的同学选用的器材：电压保持4.5V不变的电源、电流表、电压表、滑动变阻器、开关、定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω、20Ω、25Ω各一个）、导线若干。 (1)将阻值为5Ω的定值电阻接入电路，连接好电路，闭合开关前应将滑动变阻器的滑片P移至最______（选填“左”或“右”）端。然后闭合开关，发现电压表、电流表均无示数，移动滑动变阻器的滑片P，现象不发生变化，则电路故障可能是______（填字母序号）。 A．滑动变阻器短路 B．滑动变阻器断路 C．定值电阻R短路 D．定值电阻R断路 (2)排除故障后，同学们继续实验，根据测得的实验数据绘制的电流I随电阻R变化的图像如图乙所示，由图像可知：该实验得出的实验结论是__________________ (3)实验中，当定值电阻R的阻值由5Ω更换为10Ω时，直接闭合开关后，应将滑动变阻器的滑片P向______（选填“左”或“右”）端滑动，从而达到实验的目的。 (4)实验中滑动变阻器的作用是保护电路和__________________。 【答案】(1) 左 B (2)当导体两端电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比 (3)左 (4)控制定值电阻两端的电压保持不变 【例题3】（多选）对于欧姆定律的公式，下列说法中正确的是（     ） A．加在同一段导体两端的电压越大，则通过这段导体的电流越大 B．通过导体的电流越大，则导体的电阻越小 C．当导体两端的电压为零时，导体的电阻也为零 D．电阻是导体本身的一种性质，导体的电阻与导体两端的电压和导体中的电流无关 【答案】AD 【例题4】某导体两端电压为6V时，通过它的电流为0.4A；导体的电阻为_____________Ω。当该导体两端电压为3V时，通过它的电流为_____________A；当该导体两端电压为0V时，它的电流为_____________A。 【答案】 15 0.2 0 【例题5】在“探究电流与电压的关系”实验中，某同学画出了电阻和的图像，如下图所示。下列说法正确的是（　　） A．当和两端的电压为0时，它们的电阻也为0 B．在电压相同的情况下， C．在电流相同的情况下， D．无论电流与电压怎么变化， 【答案】D 【例题6】在如图所示的电路中，电源电压为6V，电阻R2的阻值为15Ω。 (1)求通过电阻R2的电流I2； (2)闭合开关S后，电流表的示数为0.6A，求电阻R1的阻值。 【答案】(1) (2) 参与猜想，提出自己的假设。在教师引导下设计实验方案，讨论如何改变导体两端电压。画出实验电路图。 分组实验，连接电路。调节滑动变阻器，测量多组电压值和电流值。记录实验数据。在坐标纸上描点画出I-U图像。分析数据，得出结论：同一导体，通过导体的电流与导体两端的电压成正比。 汇报实验数据和结论。记录电流与电压的关系。思考并回答“多次测量”的意义。 参与猜想，提出自己的假设。在教师引导下设计实验方案，讨论如何保持导体两端电压不变。设计数据记录表。 分组实验，连接电路。更换不同阻值的导体，每次更换后都调节滑动变阻器使导体两端电压保持不变，记录电流值。记录实验数据。分析数据，得出结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比。 记录欧姆定律的内容和表达式。理解公式变形及各物理量的含义。观察例题板演，明确解题格式。尝试独立完成简单计算练习。 学习新课 电阻与电流、电压有什么关系？ 1.R=U/I是电阻的计算式（定义式），不是决定式。导体的电阻由导体本身的材料、长度、横截面积和温度决定，与导体两端的电压和通过的电流无关。改变导体两端电压时，通过它的电流也随之改变，而电压与电流的比值不变，即导体的电阻不变。 2. 介绍非线性元件：并非所有元件的I-U图像都是一条过原点的倾斜直线。如图所示，某热敏电阻的I-U图像是一条曲线。像热敏电阻这种电流与电压不成正比的元件统称为非线性元件。 理解欧姆定律的变形，了解非线性元件的概念。 课堂练习 1．如图所示，小鸟双脚立在某高压输电线的同一根导线上。高压输电线每千米的电阻为0.3Ω，通过输电线的电流是300A。如果小鸟两爪间的距离是4cm，小鸟身体的电阻约1000Ω，输电线上的小鸟两爪间的电压约为_____________V，通过小鸟的电流约为_____________A。 【答案】 【详解】高压输电线每千米的电阻为0.3Ω，小鸟两爪间的距离是 这段导线的电阻 这段导线两端的电压 小鸟与这段导线并联，则小鸟两爪间的电压也为，通过小鸟的电流 2．小明在探究“电流与电阻的关系”的实验中。根据实验数据画出电流与电阻关系图像如图所示，由图像可知小明实验时控制定值电阻两端电压保持___V不变，分析数据发现阻值为____Ω的定值电阻连入电路的操作是错误的；其原因是_________________。 【答案】 3 20 没有控制定值电阻两端电压不变 【详解】探究电流与电阻的关系时，需要控制定值电阻两端电压不变。根据欧姆定律，选取图像中符合实验要求的几组数据计算可得定值电阻两端电压 因此实验控制定值电阻两端电压为3V。 当接入阻值为20Ω的定值电阻时，通过定值电阻的电流为0.18A，此时定值电阻两端电压 说明当阻值为20Ω时，没有控制定值电阻两端电压为3V。 3．如图，电路的电源电压不变，定值电阻，闭合开关S，电流表A1、A2的指针均指在图示位置，电流表A1的示数是___________A，R1的阻值是___________Ω。 【答案】 1.5 5 【详解】由电路图可知，与并联，电流表测干路电流，电流表测支路的电流。 因并联电路中干路电流等于各支路电流之和，且两电流表指针位置相同，故选用量程，分度值为0.1A，示数为；选用量程，分度值为0.02A，示数为； 电源电压为 通过的电流为 的阻值为 4．如图，这是自动测定油箱内油量的装置，金属杆绕O点转动，当油位上升时，关于油量表的说法正确的是（     ） A．油量表相当于电流表，示数变小 B．油量表相当于电流表，示数变大 C．油量表相当于电压表，示数变大 D．油量表相当于电压表，示数变小 【答案】C 【详解】油量表并联在电阻R两端，相当于电压表，当油位上升时，浮标上升，金属杆绕点转动，滑片向下移动，滑动变阻器接入电路的电阻变小，电路总电阻变小；由欧姆定律可知，电源电压不变，电路中电流变大，由可知R两端的电压变大，即油量表示数变大，故ABD错误，C正确。 故选C。 5．如图所示，甲、乙是用同种材料制成的均匀圆柱体形状的电阻，它们的长度相同，乙的横截面积比甲的大。将它们串联在电路中，通过它们的电流分别为和，电阻分别为和，两端电压分别为和。则下列判断中正确的是（     ） A．； B．； C．； D．； 【答案】D 【详解】串联电路电流处处相等，； 同种材料、长度相同，横截面积越小电阻越大，故，由 可知。 故选D。 6．在如图所示的电路中，电源电压保持不变。闭合开关S，电路正常工作，一段时间后，发现电表的示数发生了变化，已知电路中只有一处故障，且只发生在电阻或上，则下列判断中正确的是（     ） A．若电压表V示数变小，可能是电阻断路 B．若电流表A示数变小，可能是电阻短路 C．电压表V与电流表A示数不可能同时变大 D．若电压表V示数变大，可能是电阻短路 【答案】D 【详解】由图可知，与串联，电压表V测两端电压，电流表A测电路电流。 A．若断路，即电路也断路，电流表A示数会变为0，电压表V串联入电路测电源电压，故其示数会变大，故A错误； B．若短路，电路总电阻变小，由可知，电流表A示数会变大，故B错误； C．若短路，电路总电阻变小，由可知电流表A示数变大，电压表V测电源电压，示数会变大，即两表示数存在同时变大的情况，故C错误； D．若短路，电压表V测电源电压，所以其示数会变大，故D正确。 故选D。 7．如图所示的电路中，电源电压不变，开关S闭合，开关由断开到闭合的过程中，下列说法中正确的是（     ） A．电流表示数变大，电压表示数不变 B．电流表示数变大，电压表示数变小 C．电压表和电流表示数的比值不变 D．电压表和电流表示数的比值变小 【答案】C 【详解】AB． 断开时，与串联，电流表测量电路电流，电压表测量的电压。电流表示数为 电压表示数 闭合时， 被短路，电路为 的简单电路，电流表测量电路电流，电压表测量电源电压。电流表示数，电压表示数 ，因 ，且 故电流表和电压表示数均变大，AB错误； CD．电压表和电流表示数的比值均等于的阻值，因 为定值电阻阻值不变，故比值不变，C正确，D错误。 故选C。 8．小明在做“探究电阻一定时，电流与电压关系”的实验，实验电路如图-1所示。电路中接两节新干电池，滑动变阻器标有“  1 A”，可选用的定值电阻R的阻值为、、、、。 (1)请用笔画线代替导线将图1电路连接完整，要求滑片P置于最右端时滑动变阻器接入电路的电阻最大。 (2)为保证安全，闭合开关前滑片应处于阻值最__________（选填“大”或“小”）处；正确连接电路，闭合开关后发现电流表无示数，电压表指针明显偏转，可能出现的故障是：__________。 (3)解决故障后，小明通过调节滑动变阻器滑片P的位置，进行多次实验，得到实验数据如下表，发现有一组数据是错误的，错误数据是第__________次。剔除错误数据后，根据其他实验数据作出了如图2所示的图像，根据图像可得出电阻一定时，通过导体的电流与____________________成正比，本次实验所选用的电阻为__________。 实验次序 1 2 3 4 5 电压 1.1 1.5 2.0 2.3 2.5 电流 0.22 0.30 2.00 0.46 0.50 (4)小明想继续“探究电流与电阻关系”实验，他换接不同的定值电阻，通过调节滑动变阻器的滑片保持电压表示数1.5 V不变，发现所接定值电阻的阻值为时不能完成该实验。为了解决这个问题，可采取的方法是：__________。（写出一条即可） 【答案】(1) (2) 大 定值电阻断路 (3) 3 导体两端的电压 5 (4)减小电源电压/串联一个电阻/换用最大阻值更大的滑动变阻器 【详解】（1）滑片P在最右端时滑动变阻器接入电阻最大，说明接入电路的电阻丝是滑片左侧的部分，因此需要把滑动变阻器的左下接线柱接入电路，据此作图。 （2）闭合开关前将滑片置于最大阻值处，目的是限制电路初始电流，保护元件；电流表无示数说明电路大概率断路，电压表明显偏转说明电压表两端能连通电源两极，因此故障是和电压表并联的定值电阻发生断路。 （3）第3次实验的电流2.00A远大于滑动变阻器允许的最大电流1A，也不符合其余数据的U/I比值规律，是明显的读数错误；根据图像可得出电阻一定时，通过导体的电流与导体两端的电压成正比；剔除错误数据后计算各组，结果均为5Ω，因此选用的电阻是5Ω。 （4）电源为两节干电池总电压3V，若要让25Ω定值电阻两端电压保持1.5V，滑动变阻器需要分担1.5V，根据串联分压规律，要求滑动变阻器阻值至少等于25Ω，但现有滑动变阻器最大仅20Ω，滑动变阻器阻值太小，无法保持定值电阻两端电压为1.5V不变；因此要想完成实验，可以换用最大阻值更大的滑动变阻器、串联一个电阻、减少电源串联的干电池数量（减小电源电压）等（合理即可）。 9．电路如图所示，已知电源两端电压为12 V保持不变，电阻为5 Ω，当开关S闭合时，电压表示数为3 V。求： (1)电流表的示数； (2)电阻两端的电压； (3)电阻的阻值。 【答案】(1)0.6A (2)9V (3)15 Ω 【详解】（1） 电压表测两端的电压，即两端电压，串联电路电流处处相等，因此电流表示数 （2）串联电路总电压等于各部分电路电压之和，因此电阻两端电压 （3）串联电路中通过的电流等于电路电流，的阻值 板书设计 12.2 电流与电压、电阻的关系 一、探究电流与电压的关系（控制R不变） 实验结论：同一导体，通过导体的电流与导体两端的电压成正比 I-U图像：过原点的倾斜直线 数学表达式：I ∝ U（R一定） 二、探究电流与电阻的关系（控制U不变） 实验结论：电压一定时，通过导体的电流与导体的电阻成反比 数学表达式：I ∝ 1/R（U一定） 三、欧姆定律 内容：通过导体的电流I与导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比 公式：I＝U/R 变形：U＝IR，R＝U/I 注意： 三个物理量必须对应同一导体或同一段电路 电阻R是导体本身的性质，与U、I无关 适用于纯电阻电路 教学反思 实验时间把控难度较大：两个实验涉及电路连接、电表读数、数据记录、图像绘制等多个环节，部分小组可能因操作不熟练或接线错误而耗时较长。改进：课前可安排学生复习电流表和电压表的使用方法；实验中设置“检查清单”，帮助学生快速自查接线是否正确；对操作较慢的小组给予重点关注和指导。可将实验一和实验二的部分内容作为课前预习任务。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $