欧姆定律的实验探究范文

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中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1992-7711（2014）02-0086

实验是从感性到理性认识的过程，是从具体到抽象、从简单到复杂的思维形成过程，符合学生的身心特点和认识过程。因此，实验既是学习物理的重要基础，又是物理教学的重要内容、方法和手段。利用实验可以培养学生多方面的能力，通过对实验原理的理解、观看或亲自动手进行操作、信息（现象或数据）的获取、分析综合等过程，可以培养学生的多种能力。

欧姆定律是初中物理电学的重要定律之一，它把电流、电压和电阻三者融为一体，它在电学中起到桥梁和纽带的作用，同时欧姆定律的探究能力培养、考查学生的综合能力，所以对欧姆定律的探究也是中考中的高频考点。

例：某实验小组的同学探究电流与电压的关系时，用到如下器材：电源为2节干电池，电流表、电压表各1只，定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω各1只），滑动变阻器1只（标有“10Ω，2A）字样，开关1个，导线若干（如图1所示）；设计的电路如图2所示，

（1）在这个实验中，电压表应选用的量程为 ，电流表应选用的量程为 。

（2）这个实验的探究方法是 ，其中被控制的变量是 ，下面是他们获取的几组实验数据。

（3）实验中他们选用的定值电阻为 Ω。

（4）请在图3的坐标系上画出电流随电压变化的图象。

（5）请根据电路图用笔画线代替导线，将图1中的元件连成电路.要求：滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表的示数变大。

（6）分析表中的数据或图象，可得到的初步结论是：

解析：（1）根据题目中给定的条件可知：电路中的电源为2节干电池，所以最大电压为3V，因此电压应选量程为0～3V（或3V）；当滑动变阻器的滑片在最左端时，电路中的电阻最小，由欧姆定律得电路中的最大电流：I最大=■=■=0.6A，所以电流表应选量程为0～0.6A（或0.6A）。

（2）由于电路中的电流与导体导体两端的电压有关，也和这段导体的电阻有关，所以要探究电流与电压、电阻三者关系时应采用的探究方法是控制变量法。这个实验是探究电流与电压的关系，所以应控制的变量是电阻。

（3）在这个实验中所给的定值电阻有三个，那究竟用的那个电阻呢？这就要根据表中的实验数据，通过计算来确定。I=■，R=■=5Ω。所以他们选择的定值电阻应该为5Ω。

（4）根据表中的实验数据，在坐标系上将对应的电流值、电压值进行描点，再用笔画线将这些点连接起来，便画出了电流随电压变化的图象，如图答案⑷所示。

特别注意：在I-U图象中，当电压为0时，电流也为0，所以坐标原点为0。但根据电流、电压值所描绘的线表示电阻，而电阻是导体的一种属性，它的大小由导体的长度、横截面积、材料和温度决定，而与电流、电压无关，所以这条线不能以过坐标原点，如果经过坐标原点，那就会得出电压为0，电流为0时，电阻也为0的这种错误结论。

（5）电流表要串联在电路中，电压表要并联在被测电阻两端，又因为滑动变阻器的滑片向左移动时，电流表的示数变大，即说明当滑片向左移动时，电路中的电阻减小。所以滑动变阻器电阻丝上的两个接线柱应接左端那个（无论金属杆上的两个接线柱接哪个），金属杆上的两个接线柱可任意接，如图答案⑸所示。

（6）不论是从表中的数据还是从图象分析都可以得出结论：在电阻一定时，导体中的电流与导体导体端的电压成正比。

答案：（1）0～3V（或3V），0～0.6A（或0.6A）。（2）控制变量法，电阻。（3）5Ω。（4）如图答案（4）所示。（5）如图答案⑸、⑹在电阻一定时，导体中的电流与导体导体端的电压成正比。

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二、学习任务分析

本节重点是欧姆定律的内容和公式。通过实验探究，归纳总结出欧姆定律，让学生领悟科学探究的方法，体验科学探究的乐趣，形成尊重事实、探究真理的科学态度，培养学生分析解决问题的能力；理解欧姆定律中电流I、电压U、电阻R的同一性是本节难点，在探究过程中通过适时引导、恰当点拨，利用实物电路使学生达到理解欧姆定律的目的。

三、学习者分析

学习了电路基础知识，学生产生了浓厚的兴趣，多数学生能正确连接电路元件，正确使用电流表、电压表和滑动变阻器，对于控制变量的研究方法也有所了解。学生有较强的好奇心和求知欲，他们渴望自己动手进行科学探究，体验成功的乐趣，但对于U、I、R三者关系知之甚少，规律性知识的概括往往以偏概全。他们的思维方式逐步由形象思维向抽象思维过渡，教学中让学生自主设计研究问题的方案，是发展学生思维的有效途径。

四、教学目标

⑴知识与技能

会用实验的方法探究电流与电压、电阻的关系；

理解欧姆定律的内容、公式；

培养学生的观察、实验能力和分析概括能力。

⑵过程与方法

通过实验探究学习研究物理问题常用的方法──控制变量法。

⑶情感、态度与价值观

通过探究过程，激发学生的学习兴趣。培养学生实事求是的科学态度；认真谨慎的学习习惯。

重点：欧姆定律的内容和公式；

通过实验使学生知道导体中电流与电压、电阻的关系。

难点：理解欧姆定律的内容；

弄清变形公式的含义。

五、教法设计

依据本节课的知识特点、教学目标和学生实际，确定本节主要采用实验探究法。把学生视为学习的主人，教师当好学习的组织者和引导者。探究式学习可以激活学生已有的知识，在探究新问题时使知识活化、重组，形成知识结构并向能力转化；让学生体会科学发现的全过程，从中感悟科学思想和科学方法。

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“欧姆定律”是在学生学习了电流、电压、电阻等概念以及使用电压表、电流表、滑动变阻器之后的内容，这样的安排既符合学生由易到难、由简到繁的认知规律，又保持了知识的结构性、系统性。通过学习“欧姆定律”，主要使学生掌握在同一电路中电学三个基本物理量之间的关系，初步掌握运用欧姆定律解决简单电学问题的思路和方法，同时也为下一步学习“电功率”以及“焦耳定律”等其他电学知识与电路分析和计算打下基础，起到了承上启下的作用。

2.教学目标

（1）知识与技能

通过实验探究电流跟电压、电阻的定量关系，分析归纳得到欧姆定律。理解欧姆定律，能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题。

（2）过程与方法

运用“控制变量法”探究电流跟电压、电阻的关系，归纳得出欧姆定律。

（3）情感态度与价值观

通过对欧姆定律的认识，体会物理规律的客观性和普遍性，增强对科学和科学探究的兴趣。

3.教学的重难点

重点：理解欧姆定律，能运用欧姆定律分析解决简单的电路问题。

难点：对欧姆定律的理解和应用。

二、说教法

这节课可综合应用目标导学、讲授和讨论等多种形式的教学方法，提高课堂效率，培养学生学习物理的兴趣，激发学生的求知欲望。充分体现以教师为主导，以学生为主体的原则。

三、说学法

在物理教学中，应该对学生进行学法指导，应重视学情，突出自主学习，锻炼实验操作能力。在本节课的教学中，通过阅读例题，让学生在阅读过程中进行分析、推理，培养学生的自学能力与分析推理能力。

四、说教学设计

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欧姆定律的探究过程把科学探究的七个环节表现得淋漓尽致，从最初了解基本电路中电流、电压和导体电阻的定性关系，从而提出“导体两端的电压和导体的电阻是怎样影响导体中电流大小的，电流与电压和电阻究竟存在什么关系”的问题，到最后处理实验数据和讨论交流，得出电流、电压和导体电阻的定量关系，即欧姆定律，其数学表达式为I=U/R.探究的过程还是一个发现问题并解决问题的过程，使同学们加深了对欧姆定律的理解.

例1某同学按如图1所示的电路，研究通过导体的电流与导体两端的电压、导体电阻间的关系，若保持电源电压的大小和电阻箱R1的阻值不变，移动滑动变阻器R2的金属滑片P，可测得不同的电流、电压值，如表1；然后，他又改变电阻箱R1的阻值，测得相应的电流值，如表2.请回答：

(1)分析表1中数据可知:_____________________________；

(2)分析表2中数据可知：电流与电阻_____.（填“成”或“不成”）反比，这与欧姆定律_______（填“相符”或“不符”），其原因是________.

解析这是一个典型的欧姆定律实验探究题，重点考查的是欧姆定律的结论.一个要注意的细节问题是，欧姆定律的整个探究过程运用了控制变量的思想.因此，在处理实验数据得出正确结论时，一定要体现这种思想.所以分析表1中数据可知：在电阻不变条件下，导体中的电流与导体两端的电压成正比（因为导体两端的电压成倍增加时，流过导体的电流也随着成倍增加）.但分析表2中数据却发现，电流和导体电阻的乘积不是一个定值，即电流与导体的电阻不成反比，这个结论显然不符合欧姆定律.那么，为什么得不出正确结论呢？这是我们在探究过程中经常碰到的一个问题，这个问题的解决，本身与这个实验的设计思想连接在一起，因为在探究电流与电阻关系时，应保持电压不变.因此当电阻箱R1的阻值改变时，一定要调节滑动变阻器滑片P，使R1两端的电压保持不变，再读出相应的电流值，然后分析数据.那么，当R1的阻值成倍增加时，如何调节滑片P才能使它两端的电压保持不变呢？如上图，应将滑片P向右调节到适当的位置，想想看，为什么呢？

二、创设新情景，解决新问题

近年来，从中考试题来看，在欧姆定律实验题方面，不仅仅考查了欧姆定律的实验探究过程和伏安法测电阻，也出现了一些创设新情景，运用欧姆定律去解决一些新问题的实验题.这类试题的解答一定要抓住“欧姆定律是电路中的交通规则”这一点，运用公式I=U/R和电路的特点来解答.

例2“曹冲称象”的故事流传至今，最为人称道的是曹冲采用的方法，他把船上的大象换成石头，而其他条件保持不变，使两次的效果（船体浸入水中的深度）相同，于是得出大象的重就等于石头的重.人们把这种方法叫“等效替代法”.请尝试利用“等效替代法”解决下面的问题.

【探究目的】粗略测量待测电阻Rx的值

【探究器材】待测电阻Rx、一个标准的电阻箱（元件符号_______），一个单刀双掷开关、干电池、导线和一个刻度不准确但灵敏度良好的电流表（电流表量程足够大）．

【设计实验和进行实验】

（1）在右边的方框内画出你设计的实验电路图；

（2）将下面的实验步骤补充完整，并用字母表示需要测出的物理量.

第一步：开关断开，并按设计的电路图连接电路；

第二步：____________________________；

第三步：____________________________.

（3）写出Rx的表达式：Rx=____________.

解析这是测未知电阻的另一种方法――“等效替代法”.这种实验题对同学们的要求比较高，它创设了一个新的情景（“曹冲称象”），让你从这个新情景中受到启发，来解决一个新问题.它不是欧姆定律探究过程的简单重现，而是要求同学们真正理解欧姆定律中电流、电压、电阻的关系，即电压一定时，电流相等，则电阻相等.因此，我们可以按图3的实验电路来完成待测电阻Rx的粗略测量.连接好电路后，将开关S与a相接，使电流表的示数指示在某一刻度（因为电流表的刻度不准确，因此不能准确读数）；接着将开关S与b相接，这个时候需要调节电阻箱，使电流表的示数指示在同一刻度处，读出电阻箱上电阻值为R，这一步充分利用了欧姆定律的结论，当电压相等时，电流相同，则电阻相等.即Rx=R.

同学们想想看，本题为什么说只是粗略测量呢？S接a和接b的顺序能颠倒吗？如果电流表的刻度准确且灵敏度良好，那么可不可以较准确地进行测量呢？（这个时候，我们可以直接根据欧姆定律来解决这个问题，即分别读出S接a和b时，电流表的示数为I1和I2，则通过计算我们可以得到待测电阻Rx=RI2/I1，且这个时候与S先接a还是先接b没有关系.）

三、寻找实验规律，渗透数理思想

欧姆定律的实验探究过程本身就体现了一种数理思想，要求从定性的结论，运用数学方法得出定量的关系式.因此，在以后的中考命题上，这种思想的体现可能是命题者关注的一个焦点.

例4某同学想探究导电溶液的电阻是否与金属一样，也与长度和横截面积有关.于是他设计了实验方案：首先他找来几根粗细不同的乳胶管，按要求剪下长短不同的几段.并在其中灌满质量分数相同的盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱.将盐水柱分别接入电路中的A、B之间.闭合开关，调节滑动变阻器滑片P，读出电流表和电压表的示数，并记录在表格中，如下表：

根据实验数据，请解答下列问题.

（1）通过对实验序号_______或_______的数据处理，我们可以看出导电溶液的电阻与金属一样，电阻的大小与导电溶液柱的横截面积成_______.（填“正比”或“反比”）

（2）通过对实验序号1、4的数据处理，我们可以看出导电溶液的电阻与金属一样，电阻的大小与导电溶液柱的长度成_______.（填“正比”、“反比”）

（3）请填写表格中未记录的两个数据.

（4）对于实验序号6，开关闭合，若保持滑动变阻器滑片P不动，将乳胶管拉长，则电流表的示数将_______；电压表示数将_______.（填“变大”、“变小”或“不变”）

解析这是典型运用自己探究得到的结论解答相关问题的一类题型，要求同学们对整个知识点有一定的驾御能力.实验中测得的是电流和电压，而问题是与电阻有关，因此我们先应运用欧姆定律求出相应的电阻值，再进行分析（这是试题的一种创新）.