《电阻的测量》教学设计

2018-01-04李仁军

中小学教学研究 2017年12期

关键词：量程变阻器电压表

李仁军

济南中学，山东济南 250001

《电阻的测量》教学设计

李仁军

济南中学，山东济南 250001

电学实验是高中物理实验的重要组成部分。“电阻测量”实验是电学实验的核心内容，一直是高考物理试卷实验题的命题热点。在高考中对学生实验能力的考查主要涉及：制定计划与设计实验的能力、进行实验与收集证据的能力、分析、论证与评估的能力。这些考查要素为这节课的设计指明了方向。

电学实验；电阻的测量；教学设计

【教学课题】

电阻的测量（复习课）

【教学内容】

人教版3-1第二章《恒定电流》“电阻的测量”实验探究（复习课）

【设计思路】

“电阻的测量”内容高度概括，规律多、方法多、器材多、对学生综合能力要求高。学生已了解了一些测量电阻的方法，已经掌握了欧姆定律、串并联电路的规律。但大部分学生对电流表的内外接、滑动变阻器的连接方式仅仅停留在“知道”的层面，要对这两种连接方式做出正确的判断直至设计出完整的实验方案，还是有较大难度的。同时，他们的动手操作能力、分析综合、数学运算能力相对较弱，本节课的教学设计注重教师为主导、学生为主体的教学思想，培养学生的探究精神，让学生参与课堂教学讨论、误差分析、实验设计、动手实验等，让学生完成“知”“信”“析”“用”这几个环节，既充分调动了学生的积极性，又培养了学生多方面的能力。

【教学目标】

一、知识与技能

1.熟练使用多用电表测电阻。

2.理解伏安法测电阻的原理。

3.理解电流表内接法和外接法的误差原因，并能正确选择。

4.理解滑动变阻器的两种连接方式并能正确选择。

二、过程与方法

1.通过使用多用电表测电阻，培养学生动手操作能力。

2.通过伏安法测电阻实验电路的设计，培养学生分析问题的能力。

三、情感态度与价值观

通过实验设计探究，培养学生的设计探究兴趣与热情；体验到探索自然规律的艰辛与喜悦；培养学生主动与他人合作的精神。

【教学重难点】

重点：伏安法测电阻的原理及电路设计。

难点：电流表的内外接及滑动变阻器的连接方式的判断。

【实验器材】

多用电表、电流表、电压表、滑动变阻器、电键，电源

【评价设计】

观察、测量、测试

【教学过程】

一、复习引入

测电阻的方法

二、用多用电表测电阻

1.复习

教师放多用电表测电阻的录像

（设计意图：通过正确、错误步骤的对比，学生轻易掌握测量方法）

2.测量

分组实验

（设计意图：通过亲手做实验，学生体验多用电表测电阻的步骤、方法）

练习1：

某同学为了测定一只电阻的阻值，采用了如下方法：①用多用电表粗测：多用电表电阻挡有4个倍率：分别为×1k、×100、×10、×1，该同学选择×100倍率，用正确的操作步骤测量发现指针偏转角度太大（指针位置如图中虚线所示）。为了较准确地进行测量，接下来的步骤是：

a.换档，调为__________倍率（选择×10或×1k）

b.两表笔短接，调节欧姆调零旋钮，使指针指在0Ω处

c.重新测量并读数，若这时刻度盘上的指针位置如图中实线所示，测量结果是________Ω

三、伏安法测电阻

1.总体设计理念

（设计意图：从伏安法测电阻的原理出发，师生共同理顺伏安法测电阻的总体设计理念，进而引出伏安法测电阻的两个重难点法）

2.重难点突破

（1）电流表的接法

①学生自主画出两种连接方式

②学生探究内外接的误差

（设计意图：学生亲自动手实验，锻炼实验操作能力、与他人合作能力、数据处理能力）

通过实验发现，外接法测量值________真实值，内接法测量值__________真实值。

③师生共同分析误差产生的原因，得出条件：当___________，选用内接法；当__________，选用外接法。

（设计意图：实验现象与理论分析相结合）

练习2：

如图所示电路中，电压表和电流表的读数分别为10V和0.1A，已知电流表的内阻RA为0.2Ω。那么待测电阻Rx的测量值比真实值，真实值为________。

（2）滑动变阻器的连接方式

①学生自主画出两种连接方式

（设计意图：知识再现）

②学生探究两种连接方式的电压调节范围

（设计意图：学生亲自动手实验，锻炼实验操作能力、与他人合作能力、观察能力）

限流接法的电压调节范围_________分压接法的调节范围，限流接法Rx的电压范围为______—E，分压接法Rx的电压范围为______—E。

③师生共同分析分压、限流连法的选择原则

由于限流电路简单且电能损耗较小，所以优先考虑用限流连法，但以下情况，必须选择分压。

①________________________________________

②________________________________________

③________________________________________

练习3：

下列哪一实验采用分压连法（）

A.测定金属的电阻率

B.描绘小电珠的伏安特性曲线

C.测定电源的电动势和内阻

例1：要测定一个Rx约5Ω的电阻，手头备有的器材有以下几种：

A.电池组（E=3V，r约1Ω）

B.电流表（量程0—0.6A，内阻0.1Ω）

C.电流表（量程0—3A，内阻0.01Ω）

D.电压表（量程0—3V，内阻3KΩ）

E.电压表（量程0—15V；电阻15kΩ）

F.滑动变阻器（最大值10Ω，限流1A）

G.变阻器（最大值2000Ω，限流0.3A）

H.电键，导线若干

（1）试选定一个较合适的实验方案，选用的器材是_____________________

（2）画出原理图

（3）实验器材连成符合要求的电路

解：器材的选择：选用的器材是______________

电流表内、外接：电流表采用_________________

滑动变阻器的连接方式：

电路图及实物连接：

（设计意图：例1的解答过程实质上就是伏安法测电阻的设计理念的集中体现，培养学生的理解能力综合分析能力及知识的迁移能力）

【课后拓展学习】

伏安法测电阻的变式

例：为了测量量程为3V的电压表V的内阻（内阻约2000Ω），实验室可以提供的器材有：电流表A1，量程为0.6A，内阻约为0.1Ω；电压表V2，量程为5V，内阻约为3500Ω；电阻箱R1的阻值范围为0～9999Ω；电阻箱R2阻值范围为0～99.9Ω；滑动变阻器R3的最大阻值约为100Ω，额定电流1.5A；电源E，电动势6V，内阻约0.5Ω；单刀单掷开关S，导线若干。

（1）请从上述器材中选择必要的器材，设计一个测量电压表V的内阻的实验电路，画出电路原理图（图中的元件要用题中相应的英文字母标注），要求测量尽量准确。

（2）写出计算电压表V的内阻Rv的计算公式为Rv＝________。

解析：（1）由于题目中待测电压表的量程为3V，内阻约为2000Ω，所以电压表中的最大电流为=0.0015A，而给定的电流表A1的量程为0.6A，无法准确测量通过电压表的电流。所以电流表不能用，只能利用另一只电压表，设计的测量电压表V的内阻的实验电路如图所示。

（2）闭合开关，电压表V的示数为U，电压表V2的示数为U2，电阻箱R1的读数为r1。根据欧姆定律，利用通过电压表的电流与电阻R1的电流相等，算出电压表的电阻为。

【误区警示】多数考生解答此题，毫不犹豫地套用伏安法，这是由于没有考虑电流表的量程，待测电压表的量程为3V，内阻约为2000Ω，电压表中的最大电流为I==0.0015A，而给定的电流表A1的量程为0.6A，因而无法准确测量通过电压表的电流，所以电流表不能用。

【评课】

《电阻的测量》是对选修3-1“恒定电流”这一章节内容的综合运用与复习提升。教学过程可以简化为以下四步，见下图。

《电阻的测量》一课的教学设计目标明确，内容合理，逻辑清晰，运用实验探究充分调动学生的学习积极性。

一、四步骤都有明确的学习目标

学习者在学习和记忆信息方面深受学习目标的影响。界定学习者的学习目标后，学习者会在或大或小的程度上获得一种对完成学习目标的期望，学习者对学习目标经加工、理解后，明确的学习目标给以其正确的方向指导思维，学习目标被有目的地用于回忆某些下位规则，学习者调动内部回忆寻找能适用于问题解决的规则。老师的信息提示为学生的回忆提供思路。例如第一步目标要求是用多用电表测电阻。看到红黑表笔，学生会自然而然地想到电流由红表笔进，黑表笔出，会通过看录像来验证自己的想法。会注意观察大小电阻测量时档位的选择和欧姆调零等细节。第二步目标要求是分析电流表的接法。学生画出两种不同的连接方式后会想到把电压表看成是一个有大阻值的电阻，把电流表看成是一个有小阻值的电阻，会注意通过分析两连接方式的区别，明白不同阻值电阻的测量选用何种方式以减少误差。第三步目标要求是分析滑动变阻器的连接方式，会注意分析两者连接方式的不同，何种情况适用何种连接方式。第四步目标要求是电阻的测量方案设计，学生就会通过分析所提供的实验器材来设计合理的实验电路图，从而进行实验。

二、四步骤都有相应的练习与反馈

一定数量的练习变式会有助于智慧技能向新情景迁移。只有在相应的练习中接受正确的反馈后，才能为学习者提供强化，对学习起到积极作用。教案设计中师生对这四步知识讨论结束，得出结论后，老师都设计了相应的练习来检测学生对此部分内容的掌握程度，老师对学生检测情况及时给予反馈，令学生对此部分知识得以强化，同时能促进教师能力的提高与教学实践的改进。

三、环节设计合理，循序渐进

设计促进学习者学习的教学环节来支持学习过程，显然是与学习者的信息加工和记忆的内部过程有关。为了完成最终学习目标，学习者必须学会执行每一个步骤。问题解决总是依赖于学习者先前的经验。学习者通过再认或回忆知识，把握内在逻辑联系，对知识进行调整或改进，尝试与已有技能建立联系。一个大问题分解为几个相对独立的小问题，思考解决每一个问题的不同方法，根据现实条件加以选择，优化相关方法，从而形成探究方案。前三步主要是对先前所学知识的再认与回忆，是相对独立的小问题，为第四步大问题的解决做好铺垫。

四、动手操作，实验探究

实验是了解研究自然规律的重要方法，它的作用不只是为了获取信息，让学生认识到实验操作是在相关原理下进行的，学会把实验获得的信息演绎归纳成结论。例如第二步中实验完成后，学生得出测量大阻值电阻要用内接法，测量小阻值电阻用外接法。此结论可由理论分析得出，利用实验加以验证。第三步中滑动变阻器的两种连接方式电压调节范围同样可由理论分析得出。学生在老师指导下进行小组讨论，分析实验要求，自主设计实验方案，进行实验，如实记录实验数据。令学生在实验探究过程中形成科学探究的方法，发展自主学习的能力，养成良好的思维习惯，培养严谨的科学态度，同时增强学生的合作意识，提升学生的表达交流能力。