2019-2020年高中物理 第2章 第3节 欧姆定律教案 新人教版选修3-1

2019-2020年高中物理第2章第3节欧姆定律教案新人教版选修3-1

三维目标

知识与技能

1．理解电阻的概念，明确导体的电阻是由导体本身的特性所决定；

2．理解欧姆定律，并能用来解决有关电路的问题；

3．知道导体的伏安特性曲线，知道什么是线性元件和非线性元件。

过程与方法

1．通过演示实验探究电流大小的决定因素，培养学生的实验观察能力。

2．运用数学图象法处理物理问题，培养学生运用数学进行逻辑推理的能力。

情感态度与价值观

1．通过介绍欧姆的研究过程和“欧姆定律”的建立，激发学生的创新意识，培养学生在逆境中战胜困难的坚强性格；

2．本节知识在实际中有广泛的应用，通过本节的学习培养学生联系实际的能力。

教学重点

欧姆定律的内容、表达式、适用条件及利用欧姆定律分析、解决实际问题。

教学难点

对电阻的定义的理解，对I－U图象的理解。

教学方法

探究、讲授、讨论、练习。

教具

电流表、电压表、滑动变阻器、电键、导体A、B、导线、电池组、小灯泡、晶体二极管等。

［新课导入］

同学们在初中已经学过了欧姆定律的一些基础知识，今天我们要在初中学习的基础上，进一步学习欧姆定律的有关知识。

［新课教学］

一、欧姆定律

1．导体中的电流跟导体两端电压、导体电阻的关系

既然在导体的两端加上电压，导体中才有电流，那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？在初中我们曾经探究过导体中的电流跟导体两端电压、导体电阻的关系。现在我们通过实验来进一步探究这个问题。

【演示】

如图所示，用电流表测量通过导体A的电流，用电压表测量A两端的电压。图中

虚线框内是一个能提供可变电压的电路（其原理将在以后讨论，在此暂不涉及），调节

滑动变阻器的滑片，可以得到关于导体A的几组电压、电流数据。随后，换用另一个

导体B代替A进行实验，又可以得到关于导体B的多组电压、电流数据。

请你观察和记录实验数据，并在同一坐标系中作出A、B的U－I图象。

请一位同学简述如何利用如图所示的实验电路来研究导体A中的电流跟导体两端的电压的关系?

合上电键S，改变滑动变阻器上滑片P的位置，使导体两端的电压分别为0、0.50V、1.00V、1.50V、2.00V、2.50V，记下不同电压下电流表的读数，然后通过分析实验数据，得出导体中的电流跟导体两端电压的关系。

选出学生代表，到讲台上读取实验数据。将得到的实验数据填写在表格中。

换用另一导体B，重复实验。

实验数据如下

同学们如何分析在这次实验中得到的数据？

用图象法。在直角坐标系中，用纵轴表示电压U，用横轴表示电流I，根据实验数据在坐标纸上描出相应的点。根据这些点是否在一条直线上，来研究导体中的电流跟它两端的电压的关系。

请一位同学上黑板作U－I图线。其他学生在练习本上作。

这种描点作图的方法，是处理实验数据的一种基本方法，同学们一定要掌握。

分析图象，我们可以得到哪些信息？

对于同一导体，U－I图象是过原点的直线，电压和电流的比值等于一个常数。

同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值是一个常数，此结论可以写为：

R＝

或导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，即I∝U。

2．电阻

上面表达式中的R表示什么物理量？

式中R是电压与电流的比值。实验表明，对同一个导体，不管导体的电压和电流怎样变化，比值R都是恒定的。对不同的导体，R的数值一般是不同的。这表明，R是一个跟导体本身有关的量。R的值越大，

在同一电压下通过的电流越小。这个比值R反映了导体的属性，反映了导体对电流的阻碍作用。

（1）概念

电压和电流的比值R＝，反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻。

（2）定义式

R＝（量度式）

这个定义式给出了测量电阻的方法──伏安法。

（3）单位

在国际单位制中，电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。

如果在某段导体的两端加上1V的电压，通过的电流是1A，这段导体的电阻就是1Ω。所以，1Ω＝1V/A。

常用的电阻单位还有千欧(kΩ)和兆欧(MΩ)：

1 kΩ＝103Ω

1 MΩ＝106Ω

（4）物理意义

电阻是导体本身的一种特性，由导体本身决定。

导体的电阻与导体两端的电压U及导体中的电流I没有关系，不能说导体的电阻R跟加在导体两端的

电压U成正比，跟导体中的电流I成反比。

【思考与讨论】

根据R＝，有人说导体的电阻R跟加在导体两端的电压U成正比，跟导体中的电流I成反比，这种说法

对吗？为什么？

这种说法不对，因为电阻是导体本身的一种特性，所以导体的电阻与导体两端的电压及导体中的电流没有关系。

3．欧姆定律

（1）内容

介绍德国物理学家欧姆和欧姆定律的建立，从而对学生进行思想品德教育。

将R＝变形，得I＝，该式可以表述为：

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。这就是我们在初中学过的欧姆

定律。

（2）公式 I ＝（决定式） （3）适用条件

欧姆定律是在金属导体的基础上总结出来的，对其它导体是否适用，需要经过实验的检验。

实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用。但对气体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。

一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液。 （4）注意

使用欧姆定律计算时，要注意I 、U 、R 的同体同时对应关系（同一性）。当导体的电阻随温度明显变化时，R 应是测量时的实际电阻。

二、导体的伏安特性曲线 1．研究内容

用图象研究导体中的电流I 和电压U 的关系。 2．导体的伏安特性曲线

（1）导体的伏安特性曲线

用纵轴表示电流I ，用横轴表示电压U ，画出的I —U 图线叫做导体的伏安特性曲线。

如右图所示，是金属导体的伏安特性曲线。 （2）图线斜率的物理意义 在I —U 图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数。

即k ＝

图线的斜率越大，电阻越小。右图中R B ＜R A 。 （3）线性元件和非线性元件 ①线性元件

伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件。 ②非线性元件 【演示】

用晶体二极管、电压表、电流表、滑动变阻器、电键连成如

图左所示的电路，改变电压和电流。 根据实验数据，画出晶体二极管的伏安特性曲线，如图右所

示，可以看出图线不是直线。

对欧姆定律不适用的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线，都是非线性元件。

伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件。 【课堂练习】

1．某电阻两端电压为16 V ，在30 s 内通过电阻横截面的电量为48 C ，此电阻为多大？30 s 内有多少个电子通过它的横截面？

解析：由题意知U ＝16 V ，t ＝30 s ，q ＝48 C 。电阻中的电流I ＝＝1.6 A 。 据欧姆定律I ＝得，R ＝＝10Ω n ＝＝3.0×1020个

故此电阻为10Ω，30s 内有3.0×1020

个电子通过它的横截面。 2．两电阻R 1、R 2的伏安特性曲线如右图所示，由图可知： （1）这两电阻的大小之比R 1∶R 2为_______

A ．1∶3

B ．3∶1

C ．1∶

D ．∶1

（2）当这两个电阻上分别加上相同电压时，通过的电流之比为_______ A ．1∶3 B ．3∶1 C ．1∶ D ．∶1 解析：（1）由欧姆定律I ＝可知，在I —U 图线中，图线的斜率k ＝＝，即电阻的大小等于伏安特性曲线斜率的倒数。

R 1∶R 2＝tan30o∶tan60o＝1∶3，所以A 选项正确。

（2）由欧姆定律I ＝可知，给R 1、R 2分别加上相同的电压时，通过的电流与电阻成反比，即I 1∶I 2＝R 2∶R 1＝3∶1，故B 选项正确

3．若加在某导体两端的电压变为原来的3/5时，导体中的电流减小了0.4 A ，如果所加电压变为原来的2倍，则导体中的电流多大?

解析：对欧姆定律理解的角度不同，求解的方法也不相同。本题可以有三种解法： 解答一：依题意和欧姆定律得：，所以I 0＝1.0 A 。 又因为，所以A 。

解答二：由4

.05

/201100U I U I U R =??==

，得A 。又，所以A 。 解答三：画出导体的I —U 图像，如图所示，设原来导体两端的电压为U 0时，

导体中的电流强度为I 0。

当时，I ＝I 0－0.4 A

当U ′＝2U 0时，电流为I 2。

由图知

020000025

24

.0534.0U I U U I U I ===-

所以I 0＝1.0 Ａ I 2＝2Ｉ0＝2.0 A

说明：（1）用I —U 图像结合比例式解题，显得更直观、简捷。物理意义更鲜明。

（2）导体的电阻是导体自身的一种属性，与U 、I 无关，因而，用此式讨论问题更简单明了。 【实验】

测绘小灯泡的伏安特性曲线

实验装置如图，L 为额定电流0.2A 左右的

小灯泡，虚线框内是能够提供可变电压的电路。

开关闭合前，调节滑动变阻器的滑片，使它靠

近电路中变阻器左端的接线柱，这时小灯泡两

端的电压为零。

闭合开关后逐渐移动变阻器的滑片，增加

小灯泡两端的电压，从零开始记录电流表和电

压表的多级读数，直至电流达到它的额定电流为止。根据实验数据在方格纸上作出小灯泡灯丝的伏安特性曲线。也可以把测量数据输入计算机中，利用数表软件直接生成伏安特性曲线。

你在自己得到的曲线中有什么新的发现？你怎样解释这个发现？

介绍二极管的伏安特性曲线，总结得出二极管的单向导电作用。

［小结］

本节课主要学习了以下几个问题：

1．通过实验探究了导体中的电流跟导体两端电压、导体电阻的关系；

2．进一步明确了电阻的概念，掌握了电阻的定义式和测量电阻的方法及电阻的物理意义；

3．掌握了欧姆定律的内容、公式、适用条件等。

4．掌握了导体的电流I和电压U的图象描述，明确了线性元件和非线性元件。

［布置作业］

教材第48页“问题与练习”。

板书设计

3．欧姆定律

一、欧姆定律

1．导体中的电流跟导体两端电压、导体电阻的关系

同一导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流的比值是一个常数，此结论可以写为：R＝，或导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，即I∝U。

2．电阻

（1）概念：电压和电流的比值R＝，反映了导体对电流的阻碍作用，叫做导体的电阻。

（2）定义式：R＝（量度式）

（3）单位：电阻的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。

（4）物理意义：电阻是导体本身的一种特性，由导体本身决定。

3．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＝（决定式）

（3）适用条件：一是部分电路，二是金属导体、电解质溶液。

（4）注意：注意I、U、R的同体同时对应关系（同一性）。

二、导体的伏安特性曲线

1．研究内容：用图象研究导体中的电流I和电压U的关系。

2．导体的伏安特性曲线

（1）导体的伏安特性曲线Array用纵轴表示电流I，用横轴表示电压U，画出的I—U图线叫做导体的伏安特

性曲线。

（2）图线斜率的物理意义

在I—U图中，图线的斜率表示导体电阻的倒数。

（3）线性元件和非线性元件

①线性元件

伏安特性曲线是过坐标原点的直线，这样的元件叫线性元件。

②非线性元件

伏安特性曲线不是直线，这样的元件叫非线性元件。

实验：测绘小灯泡的伏安特性曲线

【实验目的】

描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律。。

【实验原理】

根据部分电路欧姆定律，可得，即在I－U坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。

【实验器材】

学生电源（4~6V直流），小电珠（“4V 0.7A”或“3.8V 0.3A”），电流表（内组较小），电压表（内组很大），开关和导线。。

【实验内容】

1、步骤

（1）确定电流表、电压表的量程，照图连好电路。（注意开关应断开，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为零）。

（2）闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I 值。

（3）用同样的方法测量并记录约12组U值和I值。

（4）断开开关S，整理好器材。

（5）在坐标纸上，以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系，并根据表中数据描点，连接各点得到I-U图线，（注意：连接各点时，不要出现折线）。

2、记录及数据处理

3、结论

描绘出的图线是一条线。它的斜率随电压的增大而，这表明小灯泡的电阻随电压（温度）升高而。

【实验探究】

【思考练习】

1．如图所示，电流表的示数是 A，电压表的示数是 V。

2．某同学研究三种导电元件的伏安特性，他根据实验中所测得的数据，分别绘制了I-U图线，如图所示，下列说法正确的是

A．图（1）的元件可以作为标准电阻使用

B．图（2）的阻值随电压升高而增大

C．图（3）的阻值随电压升高而增大

D．只有图（2）才是可能的。

3．如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值是200欧，定值电阻的阻值R2=300欧，A、B两端的电压恒定，且U AB=8V。当开关S断开时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是，当开关S闭合时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是

4．为了测定小灯泡的伏安特性曲线，需要测得的电压范围尽可能大些，如从0~4V或0～3.8V．为此，应选下图中的那个电路？

参考答案：

１．0.48A，2.20V ２．A B 3．4.8~8V,0~8V 4．（1）。

教后记：

本节课是初中知识的延续和提升，在学生方面不存在难度，关键是理解两个图象的意义，我是用数学一次函数的知识结合物理意义让学生轻轻松松就掌握了本节知识要点。