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        “探究影響導(dǎo)體電阻大小因素”的活動設(shè)計研究*

        2018-03-13 05:51:11
        物理之友 2018年2期
        關(guān)鍵詞:導(dǎo)體燈泡亮度

        (1. 江蘇省泰州市高港實驗學(xué)校,江蘇 泰州 225323; 2. 江蘇省泰州市高港區(qū)教師發(fā)展中心,江蘇 泰州 225323)

        1 對教材的分析與處理

        “電阻”作為蘇科版初中物理九年級上冊第十四章“歐姆定律”的第一節(jié),主要以學(xué)生活動的形式進行教學(xué)?!半娮琛币还?jié)的教學(xué)內(nèi)容為初識電阻、定性探究影響導(dǎo)體電阻大小因素,“變阻器”一節(jié)中的滑動變阻器的教學(xué)采用定性分析的方式,屬于“初探”內(nèi)容,放在第十三章“電路初探”中較為適宜。這樣安排能使“電路初探”一章的電流、電壓、電阻三個重要物理量都得到呈現(xiàn),學(xué)后能掌握電路的初步知識和實驗技能,體現(xiàn)“初探”二字;“歐姆定律”一章的內(nèi)容是定量探究電流、電壓、電阻的關(guān)系及其應(yīng)用,教學(xué)內(nèi)容理應(yīng)要體現(xiàn)“定量”二字。

        關(guān)于“電阻”概念建構(gòu)的活動安排,是從“改變小燈泡的亮度”的活動入手,引出電阻概念,并進行定性探究。學(xué)生憑借已有的知識與技能,以“改變小燈泡的亮度”這一具體問題開展活動,在活動中發(fā)現(xiàn)并提出問題,進行探究,獲取新知識,體現(xiàn)了課程改革理念。筆者認(rèn)為,教科書中以比較通過導(dǎo)體中電流的大小來定性比較導(dǎo)體電阻大小,該研究方法對學(xué)生而言仍有欠缺之處,因為沒有控制電壓這一變量。這一問題在本文設(shè)計的活動中就能暴露,可通過學(xué)生的反思與交流,有效地加以解決。按理說,在電路中先后串聯(lián)一只大小不等的電阻,電阻大的分得電壓亦大,測出流過該電阻中的電流小,是能說明問題的。但對此時的學(xué)生來講,還是難以接受,況且教科書中亦沒做這方面的分析、引導(dǎo)。

        下面,筆者在體現(xiàn)編者意圖的前提下,以探究活動的形式讓學(xué)生初識“電阻”,在活動中反思不足、討論交流,并進一步完善活動方案。

        2 活動的設(shè)計與實施

        2.1 發(fā)現(xiàn)問題,提出猜想

        觀察家庭電路中各種用電器的連接及不同規(guī)格的兩盞白熾燈正常工作的情況,試回答:(1) 各用電器之間的連接方法通常是__________,因而加在每一個用電器兩端的電壓__________;(2) 兩燈亮度不同是因燈絲的差異,流過的電流大小亦不等。聯(lián)想到之前在做兩不同規(guī)格的小燈泡并聯(lián)的實驗時,流過兩盞小燈泡的電流的大小不同,燈亮的通過燈絲的電流較大。你認(rèn)為:(1) 導(dǎo)體通電的同時,對電流__________阻礙作用,通過燈泡的電流小的,該燈絲對電流的阻礙作用就__________,則該導(dǎo)體的電阻就__________;(2) 猜想:影響導(dǎo)體電阻大小的因素可能與導(dǎo)體的__________、__________和__________有關(guān)。

        2.2 設(shè)計方案,開展活動

        器材及要求:利用兩節(jié)電池、小燈泡(3.8V 0.3A)、開關(guān)、幾根不同的合金絲(規(guī)格見表1)等,采用不同方案改變燈的亮度。

        表1

        方案一:只改變電池節(jié)數(shù),發(fā)現(xiàn)燈的亮度會改變。由此可見,通過某一導(dǎo)體中的電流大小與__________有關(guān)。

        圖1

        方案二:如圖1電路,在同一個電路中的a、b兩點間分別接入不同合金絲,閉合開關(guān)后,燈的亮度亦發(fā)生了改變。由此可見:接入不同導(dǎo)體對電流阻礙作用就不同,通過的電流越小,導(dǎo)體的電阻就越__________。

        (1) 為探究金屬絲的電阻大小與長度的關(guān)系,在如圖1電路的a、b兩點間分別接入表1中序號為__________兩金屬絲,通過觀察小燈泡的亮度,記錄下導(dǎo)體電阻大小與長度的關(guān)系。為使實驗效果更為明顯,他認(rèn)為在電路圖中還可再串聯(lián)一只__________表(選填:電壓/電流)。

        (2) 按(1)的操作要求,繼續(xù)探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體的橫截面的關(guān)系(略)。

        說明:為使每次探究活動落到實處,除利用社會調(diào)查,收集生產(chǎn)、生活中的相關(guān)證據(jù)外,可開放實驗室,讓學(xué)生分組活動。該活動中兩種改變燈泡亮度的方案,是放手讓學(xué)生自主完成的。

        2.3 合作與交流

        (1) 反思與交流:A組的同學(xué)認(rèn)為,上述設(shè)計方案,在研究方法上仍有欠缺。于是該組的同學(xué)經(jīng)商討后,決定將“方案二”電路中的燈泡直接改換成量程合適的電表。你認(rèn)為這一改進的目的是為了__________,試闡明你的理由。

        同學(xué)們討論后達成以下共識:影響電路中電流大小的因素一是電路兩端的電壓,二是連接在電路中的導(dǎo)體(即電阻)。若比較不同導(dǎo)體的電阻大小,通過導(dǎo)體電流小的判定該電阻大,就必須控制 相同,即:在相同的電壓下,通過導(dǎo)體電流小的,它的電阻值就__________ 。因而在實驗時,除了按A組改進后的方案外,還可將需比較電阻大小的導(dǎo)體并聯(lián)后接入電路,測出流過每一導(dǎo)體中的電流,比較出電阻的大小。筆者先提出A組同學(xué)的改進方案,其目的是便于引導(dǎo)學(xué)生討論、交流,降低教學(xué)難度。

        (2) 創(chuàng)新設(shè)計:在探究“金屬絲的電阻是否與長度和橫截面積有關(guān)”的活動中,若金屬絲只有一根粗細(xì)均勻的錳銅合金絲,請你完成實驗方案的設(shè)計。

        (3) 交流結(jié)論:大量實驗表明,電阻的大小與導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料的種類有關(guān)。電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)。

        電阻通常用字母R表示,它的國際單位是歐姆,簡稱歐,符號為Ω。

        電阻的常用單位還有千歐(kΩ)、兆歐(MΩ)。換算關(guān)系為:1kΩ=103Ω,1MΩ=106Ω。

        2.4 觀察實驗,拓展知識

        (1) 如圖2所示,把M、N跟廢日光燈管中的鎢絲連接。閉合開關(guān)后,觀察鎢絲加熱前后電流表示數(shù)的變化,由此可發(fā)現(xiàn):導(dǎo)體的電阻還跟__________有關(guān),一般金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高,電阻變__________。

        圖2

        圖3

        例如,“220V 40W”的白熾燈在未接入電路時的電阻約為100Ω,正常工作時的電阻約為1200Ω。

        現(xiàn)象解釋:家庭電路中的白熾燈,通常是在剛通電時燈閃亮了一下然后燒斷燈絲,這是為什么?

        (2) 如圖3所示,把M、N跟廢舊白熾燈的燈芯連接。閉合開關(guān)后,觀察玻璃加熱前后電流表示數(shù)的變化,由此可發(fā)現(xiàn):絕緣體加熱后變?yōu)開_________,說明導(dǎo)體與絕緣體__________(選填:有/沒有)絕對的界限。

        小結(jié):大量實驗表明,一般金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高,電阻變__________;非金屬材料(半導(dǎo)體材料)的電阻隨溫度的升高,電阻變__________。

        (3) 小制作:利用電池兩節(jié)、小燈泡(3.8V 0.3A)、開關(guān)、電流表、一支用小刀剖成兩半且附著鉛筆芯的那一半的鉛筆、以及導(dǎo)線數(shù)根。設(shè)計出“用鉛筆芯改變電路中的電流”,試一試,可參見課本91頁圖14-5圖及“做一做”完成。

        3 結(jié)語

        本活動的設(shè)計體現(xiàn)了“從生活走向物理,從物理走向社會”的理念,引導(dǎo)學(xué)生運用所掌握的知識和技能,探究、發(fā)現(xiàn)新知,培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度,凸顯了學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

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