高中物理 第二章 恒定电流 测绘小灯泡的伏安特性曲线教学设计 新人教版选修3-1

高中物理 第二章 恒定电流 测绘小灯泡的伏安特性曲线教学设计 新人教版选修3-1

测绘小灯泡的伏安特性曲线 ‎ ‎【知识与技能】‎ 1、 初步掌握分压电路以及分压电路的连接方法，逐步提高实验操作技能；‎ 2、 会描绘小灯泡的伏安特性曲线；‎ 3、 通过伏安特性曲线分析小灯泡电阻随电压的变化情况；‎ 4、 通过本实验，加深学生对欧姆定律的理解。‎ ‎【过程与方法】‎ 1、 通过观察思考、方案设计、实验探究、数据分析、问题讨论等过程，让学生进一步加深对探究过程的理解；‎ 2、 通过探究小灯泡伏安特性曲线，学会描绘其它电学元件伏安特性曲线的方法，及发现非线性的特性，并分析其主要原因。‎ ‎【情感、态度、价值观】‎ ‎ 小灯泡取材于生活中的手电筒，并以此为基础进行教学，培养学生“生活是科学之源泉”的情感，提高学生学习物理的兴趣；培养学生严谨、认真的实验操作习惯以及在探究过程中的合作能力和团队精神。教学中以实验事实和学生的体验为基础，以“用事实说话”之教学培养“实事求是”之态度。‎ ‎【教学重点、难点】实验电路的连接；I-U图像的理解。‎ ‎【教学过程】‎ 课前导学：通过本部分引导学生回顾上节课学习的欧姆定律，线性元件以及非线性元件，及初中用限流法测电阻的方法，为测小灯泡的伏安特性曲线做好铺垫。通过教材助读，让学生知道本实验的目的、原理和器材，通过问题引导学生进一步理解分压接法在本实验中的好处，并为下面的实验操作做好理论准备。‎ 一、知识回顾：‎ ‎1．欧姆定律的内容：‎ 解析：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。‎ ‎2．什么伏安特性曲线？什么是线性元件和非线性元件？‎ 解析：纵坐标表示电流I，横坐标表示电压U,这样画出的I-U图像叫做导体的伏安特性曲线。伏安特性曲线是一条直线的电学元件叫做线性元件，伏安特性曲线是一条曲线的电学元件叫做非线性元件。‎ ‎3．思考初中测量小灯泡的电阻的原理，并在方框中画出测量的电路图。‎ 解析：欧姆定律 ‎ 二、教材助读：‎ ‎1．实验目的： ‎ ‎（1）描绘小灯泡的伏安特性曲线；‎ ‎（2）分析曲线的变化规律。‎ ‎2．实验原理：‎ 电路图如图所示，用电流表测出流过小灯泡的电流I，用电压表测出小灯泡两端的电压U，测出多组(U，I)值，在I—U坐标系中描出各对应点，用一条平滑的曲线将这些点连结起来。‎ 思考：1.如图所示连接滑动变阻器（分压接法），滑动变阻器的划片位于那端时，小灯泡两端的电压为零？如何改变灯泡两端的电压？‎ 解析：在上节课的演示实验中我们知道，小灯泡电路与滑动变阻器划片左端部分并联，因此滑动变阻器的划片位于左端时，小灯泡两端的电压为零，当滑动变阻器的滑片向右滑动时，灯泡两端的电压变大。‎ ‎2.请比较分压接法与初中测电阻的方法（限流接法）在改变小灯泡电压范围方面的不同点，说明描绘小灯泡的伏安特性曲线为什么用分压接法而不用限流接法？‎ 解析：分压接法可以让小灯泡两端的电压从零开始调节，调节的范围比较大，而限流接法中小灯泡两端的电压一般不能从零开始调节，调节的范围较小。由于我们不知道小灯泡是否是线性元件，因此电压需要从零开始调节，为此需要用分压接法。‎ ‎3．实验器材：‎ ‎（1）思考本实验需要哪些器材？‎ 解析：学生电源(4～6 V直流)（或电池组）、小灯泡 、电流表、电压表、滑动变阻器、开关和导线。‎ ‎（2）下面几个图分别是电流表、电压表和滑动变阻器，思考下面几个问题：‎ ① 如何选择电压表和电流表的量程？‎ 解析：在不超过量程的情况下，电表指针尽量偏转至3/4量程左右。‎ ② 如何连接电压表和电流表？‎ 解析：电流表串接在电路中，电压表并联在灯泡两端，电流从“+”接线柱流入电表，从“－”接线柱流出电表。‎ ‎③滑动变阻器有四个接线柱，如何连接就是分压接法？这些分压接法中待测电路与滑动变阻器哪部分并联？如何调节滑动变阻器的触头，使灯泡两端电压从零逐渐增大？‎ ‎ ‎ 图甲 图乙 图甲中，灯泡与滑动变阻器的左边并联，为此滑动变阻器的滑动触头从左边向右滑动时，小灯泡两端的电压从零逐渐增大。‎ 图乙中，灯泡与滑动变阻器的右边并联，为此滑动变阻器的滑动触头从右边向左滑动时，小灯泡两端的电压从零逐渐增大。‎ ‎4．简述实验步骤.‎ ‎（1）按照电路图连接好实物图；‎ ‎ （2）把滑动变阻器的滑动片调至小灯泡两端电压最小位置，电路经检查无误后，闭合电键S；‎ ‎ （3）改变滑动变阻器，读出10组相应的电流表、电压表的示数，记录在表格内，断开开关S；（在读数的时候，要迅速读出示数，然后关闭开关。）‎ ‎ （4）在坐标纸上建立一个直角坐标系，纵轴表示电流，横轴表示电压，用平滑的曲线将各个数据点连接起来，便得到伏安特性曲线；‎ ‎ （5）拆去实验线路，整理好实验器材。‎ ‎5．注意事项：‎ ‎（1）连接电流表和电压表时应注意什么问题？‎ 解析：连接电流表和电压表一是注意量程，二是正负接线柱。 ‎ ‎（2）闭合电键前，应该再检查哪些问题？‎ 解析：电路接好后合上电键前要检查滑动变阻器滑动触点的位置，开始实验时，小灯泡两端的电压最小。‎ 三、预习自测 ‎1．为研究小灯泡的伏安曲线的特性，选用小灯泡额定值为“3.0V，‎0.4A”，实验中有仪器：电流表、电压表、电键、导线若干外；还需要 _____ ___、__________。‎ ‎2．如图所示，有下列实验步骤, 正确的实验步骤是______ ‎ A. 闭合开关S，接通电源 B. 调节滑动变阻器滑动片P接近a点 C. 选择实验器材，按电路图连接电路 D. 选读出第一组数据U1和I1‎ E. 在坐标纸上以U为横轴，以I为纵轴，选定合适的标度,把这些数据标到坐标纸上 F. 用平滑的曲线连接这些点，分析曲线的变化规律 G . 改变滑动变阻器的阻值，适当增大小灯泡两端的电压，再读出第二组数据，以后重复这个过程，共读出12组左右的数据 H. 断开电源，整理器材 ‎3．若电压表的量程分别接3V，则图示电压表的示数为 ；若电流表的量程接‎0.6A，则图示电流表的读数为 。‎ 预习自测答案：1. 学生低压直流电源(电池组) 滑动变阻器 ‎ ‎2. CBADGEFH ‎ ‎3. 1.20‎V ‎0.50A ‎ 疑点提问：‎ 课内探究 老师课前收上课前导学学案，进行批阅，了解学生预习情况，把握学生预习中遇到的难点，疑点。课堂上，老师首先是让学生根据答案核对、纠正课前导学学案，不明确的问题先小组讨论解决；若小组内解决不了的问题，由各组提出，大家再一起解决。(大约十分钟)‎ 老师通过合作探究一，让学生画出伏安特性曲线的电路图，探究二首先通过问题引导，让学生解决实验操作过程中的难点和易错点，然后进行实验仪器的连接，以及收集数据，处理数据，通过问题引导，加强对小灯泡I-U图像的理解，欧姆定律的理解。‎ ‎【合作探究一】电路设计：‎ 请你设计一个电路来测小灯泡的多组U、I的数据，‎ 要求小灯泡两端的电压从零开始连续变化，画出你 设计的电路图。‎ ‎【合作探究二】实验过程：‎ 一、实物连接（10分钟）‎ ‎1．电路的连接应该按照什么样的顺序？ 有什么要求？‎ 解析：把实物按照电路图的位置对应好,按照“先串后并”的顺序连接。 即沿着电流的方向先连接电池、电键、滑动变阻器、电池；然后再连接滑动变阻器、电流表、灯泡、电池；最后把电压表并联在小灯泡的两端。 ‎ ‎2．连接电路的过程中应当注意什么？‎ 解析：(1)选择电表的量程要选对；‎ ‎ (2)电流从电表的正接线柱流进，负接线柱流出；‎ ‎ (3)滑动变阻器的连接方式要用分压式；‎ ‎ （4）电键要控制整个电路。‎ ‎3．闭合电键前滑动变阻器滑片置于哪一端？‎ 解析：滑动变阻器的触头应位于使灯泡两端电压为零的一端。‎ ‎4、本实验中小灯泡标注为为2.5V，1.0W,在实验操作过程中注意什么？‎ 解析：不要使灯泡两端的电压超过小灯泡的额定电压,电流超过它的额定电流。‎ 二、分组实验，在表格中相应位置记录数据（5分钟）‎ U/V I/A 三、数据处理（10分钟）‎ ‎1．利用测出的数据做出I-U图线。‎ ‎2．通过做出的图线你发现了什么规律？说明了什么问题?‎ 解析：图线表明小灯泡的伏安特性曲线是曲线不是直线，说明小灯泡的电阻随着电压的升高而增大，随着温度的升高而增大，小灯泡是非线性元件。‎ ‎3．某点的电阻如何表示？图线上切线（即斜率）发生了变化，这反应了什么问题？‎ 解析：在I-U图线中小灯泡的电阻根据该点的横坐标除以纵坐标可得出（根据欧姆定律），即等于该点与坐标原点的连线所在直线的斜率，而不等于该点切线的斜率。但曲线的斜率变化，能够说明电阻的变化。‎ ‎4. 思考此实验存在哪些误差？‎ 解析：电表读数、数据描点、电压表内阻的影响。‎ 当堂检测：（5分钟）‎ ‎1、关于小灯泡的伏安特性曲线，下列说法正确的是（BC ）‎ A、 小灯泡适用欧姆定律 B、 小灯泡的伏安特性曲线是曲线说明小灯泡是非线性元件 C、 小灯泡的伏安特性曲线之所以是曲线是因为小灯泡的电阻随温度变化而变化造成的 D、 小灯泡的伏安特性曲线上某一点的电阻等于该点的切线的斜率。‎ ‎2、有一个小灯泡标有“3 V、0.6 W”的字样，现在要用伏安法测量这个小灯泡的I—U图线，有下列器材可供选用：‎ ‎ (1)实验中电压表应选__0-3V _（0-3V或0-15V），电流表应选0‎-0.6A (0‎-0.6A或0‎-3A)．‎ ‎(2)为使电压表从零开始连续调节，画出实验电路图．‎ 解析：‎ 课堂小结 ‎1.测绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析其变化规律及其原因。‎ ‎2.掌握了分压电路改变电压的基本技能。‎ ‎3.学会了按照电路图连接实物图。‎ ‎4.了解了实验的注意事项和误差分析。‎ 板书设计：‎ 测绘小灯泡的伏安特性曲线 一、 电路设计：‎ 连接的顺序 连接过程中的注意事项 二、 实验仪器的连接：‎ 闭合电键前、操作过程中的注意事项 非线性元件 电阻随着温度的升高而增大 R=U/I 一、 实验数据的收集与处理；‎ 实验误差 巩固练习 ‎1．为研究小灯泡的伏安曲线的特性，选用小灯泡额定值为“3．0 V，0．‎4 A”， ‎ ‎(1) 为使加在小灯泡的电压从零开始，画出相关的电路图，连接实物图。‎ ‎ ‎ ‎ (2) 为使读数误差尽可能小，电压表的量程应选用________档，‎ 电流表的量程应选用_______档，为保证实验安全，测量范围不能超 过_______V和_____A，开始做实验闭合S前，应把P移到________端；‎ ‎ (3) 若实验中测得某一小灯泡的电流强度和电压之值如下表，请 画出U-I图线，该小灯泡的电阻有何特征?并从中分析其主要原因.‎ I/A ‎ 0.10‎ ‎ 0.20‎ ‎ 0.26‎ ‎ 0.30‎ ‎ 0.36‎ ‎ 0.40‎ ‎ 0.44‎ ‎ 0.48‎ ‎ 0.52‎ ‎ 0.56‎ U/V ‎ 0.05‎ ‎ 0.14‎ ‎ 0.21‎ ‎ 0.30‎ ‎ 0.48‎ ‎ 0.70‎ ‎ 1.02‎ ‎ 1.48‎ ‎ 1.96‎ ‎ 2.50‎ ‎2. 一个标有“4 V，3 W”的小灯泡，当小灯泡两端的电压U由零逐渐增大到4 V的过程中，电压U和电流I的关系可用图象表示，在下列图中四个图象中，肯定不符合实际的是 ‎3．小灯泡的伏安特性曲线如图中的AB段（曲线）所示，由图可知，灯丝的电阻因温度的影响改变了________Ω. ‎