向優(yōu)生 李鴻 李建 牟銀勇 方子怡 馮慶

摘 ? ?要：為了把科學思維、科學探究、科學態(tài)度與責任等物理學科核心素養(yǎng)落實到初中物理習題教學之中，文章用遞進式策略設計了“歐姆定律在串聯電路中的應用”一節(jié)課的教案。力圖讓學生具有將生活與物理聯系的意識，能在生活觀察中提煉物理問題，并具備解決問題的能力。

關鍵詞：習題課;習題創(chuàng)新設計;教學實驗創(chuàng)新;教學創(chuàng)新

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：A ? ?文章編號：1003-6148（2020）5-0075-4

1 ? ?教材分析

“歐姆定律在串聯電路中的應用”是人民教育出版社初中《物理》九年級下冊第十七章第四節(jié)的內容。學習該內容前，學生前面已經學習了串聯電路、歐姆定律、串聯電路電流和電壓的特點等知識，為這一節(jié)學習做了很好的基礎鋪墊。該內容的學習也是后面進一步學習電功率和串聯電路中電功率問題的基礎。

2 ? ?教學目標

2.1 ? ?知識與技能

（1）能運用歐姆定律解決簡單的串聯電路問題。

（2）通過計算，學會解答電學計算題的一般方法，培養(yǎng)學生的邏輯思維能力。

2.2 ? ?過程與方法

（1）在具體的物理情境中，提高學生分析問題和解決問題的能力;

（2）引導學生自主設計實驗。

2.3 ? ?情感、態(tài)度與價值觀

引導學生養(yǎng)成規(guī)范的解題習慣和嚴謹的治學態(tài)度。

3 ? ?教學重點和難點

重點：歐姆定律的相關計算。

難點：動態(tài)電路分析和安全范圍計算。

4 ? ?教學資源準備

創(chuàng)新教具“自制電子體重計”，體驗教具“酒精檢測儀”“電子電表動態(tài)電路演示儀”，演示教具“電路簡化磁鐵板”“煙霧報警教具”，學生學案，多媒體課件，數字電壓表，數字電流表等。

5 ? ?教學過程

5.1 ? ?課堂引入

老師提問：如果一個人吃過醪糟湯圓后開車，會不會涉嫌酒駕呢？

設問目的：為了引出本節(jié)課的主線酒精檢測儀。接下來讓學生品嘗重慶特色美食醪糟湯圓，現場互動還原查酒駕的情景。

邀請三位學生上臺，請其中一位學生品嘗半杯醪糟湯圓，再請另外一位學生上講臺扮演小交警，給他佩戴上表演用的交警警帽，拿著改裝過的“吹氣式酒精檢測儀”對喝完醪糟的學生進行酒精檢測，并請最后一位學生進行現場視頻執(zhí)法（用于大屏幕的投屏展示，便于觀察酒精測試儀的指示燈）。

我們發(fā)現，吃過醪糟的學生在吹氣測試時，酒精檢測儀亮黃燈，并發(fā)出“滴滴”的警報聲，表明如果該學生吃過醪糟駕駛機動車輛的話已經構成酒駕。通過生活中交警查酒駕使用的酒精檢測儀提出本堂課要學習的內容，調動學生的積極性，提升學生的學習熱情。

設問1：同學們，酒精檢測儀的工作原理是怎么樣的呢？

設問目的：引出接下來要學習的“歐姆定律在串聯電路中的應用”教學內容。

5.2 ? ?新課教學

5.2.1 ? ?理論工具

老師：我們帶著上面這個問題一起來學習“歐姆定律在串聯電路中的應用”。為了讓大家能夠深入研究這個問題，老師給大家兩大法寶，第一大法寶就是歐姆定律，第二大法寶就是串聯電路的特點。如圖1所示，這是我們解決串聯電路問題的理論依據。

我們以兩個定值電阻為例，R1和R2串聯在電路中。

應用歐姆定律時需要注意單位統一，對象統一，物理量需要滿足同時性。串聯電路的總電壓等于各個分電壓之和，總電阻等于各個分電阻之和，電流處處相等。

設計目的：習題課教學應該快速提出本節(jié)課教學所需要的理論工具。通過框架式的知識結構呈現能讓學生直觀掌握本節(jié)課的理論依據。

5.2.2 ? ?串聯電路的基本計算

老師：同學們，剛才我們使用的酒精檢測儀中什么物理量在發(fā)生變化呢？電源電壓不變，電流發(fā)生了變化，在以前的學習過程中我們用什么元件來改變電路中的電流呢？

學生：滑動變阻器。

老師：接下來我們就來解決利用滑動變阻器改變電路的基本計算。

例題1 如圖2所示，R1阻值為10 Ω，電源兩端電壓為6 V 。開關S閉合后，求：（1）當滑動變阻器R接入電路的電阻R2為50 Ω時，通過電阻R1的電流I1？（2）當滑動變阻器接入電路的電阻R3為20 Ω時，通過電阻R1的電流I2？

例題設置目的：通過例題訓練學生串聯電路的基本計算能力，培養(yǎng)學生規(guī)范書寫的習慣。

5.2.3 ? ?串聯電路動態(tài)電路分析（如圖3所示）

老師：同學們通過剛才的計算，發(fā)現當串聯電路中滑動變阻器的阻值變小，會導致電路中電流變大。那么在這個過程中，定值電阻兩端的電壓和滑動變阻器兩端的電壓如何變化呢？你的思維順序是怎樣的呢？

教學實施方案：同學們會發(fā)現先對電流的大小變化進行判斷，有助于對定值電阻R1兩端電壓變化的判斷。但是，在教學中學生容易直接用歐姆定律的變形式U=IR進行判斷，R變大時，電流I會減小，這種方式無法判斷此時滑動變阻器兩端電壓的變化。此處需要利用串聯電路分壓的特點解決這一問題，先判斷定值電阻兩端電壓的變化，再利用電源電壓不變，從而確定滑動變阻器兩端電壓的變化情況（圖4）。

5.2.4 ? ?生活中的應用

滑動變阻器連入電路的阻值減小，使得電路中電流增大，燈泡亮度變大。正是由于滑動變阻器對電路中電流的調節(jié)作用，我們生活中就用這種電路設計了可以改變燈泡亮度的小臺燈。

5.2.5 ? ?串聯電路的范圍計算

老師：同學們，剛才我們給臺燈一個力，使得電阻和電路中的電流發(fā)生了變化，那么力和電在這個地方是不是就結合起來了呢？

同學們思考一下，我們能否設計一個電路將力和電聯系起來呢？

老師：既然力越大就會使得電壓表的示數越大，我們能不能設計一個東西可以測力的大小呢？

老師：其實老師利用這一原理制作了一個重力秤，可以用來測量物體重力的大小，我已經將它帶到了現場。但是，我只做成了一半，直到現在還沒有體驗過，我想請一位同學來第一個體驗，誰想來？看老師發(fā)明的電子秤能不能實現力越大，電表的示數越大。

此處要注意提醒嘗試的學生注意安全，先盡量邀請較瘦小的學生。

實驗結果表明，當學生站上臺秤時，電壓表指針發(fā)生了明顯的偏轉。具體如圖5所示。

教學情景深入設置：老師也想來親自嘗試一下這個重力秤。

老師站上重力秤，用平板電腦展示出電壓表的示數變化情況。

學生們會驚訝地發(fā)現：電壓表的指針發(fā)生了巨大幅度的偏轉，甚至超過了電壓表的量程。

老師提問：剛才發(fā)生了什么現象呢？

在這里故意設置一個超過量程的稱量環(huán)節(jié)，為后面解決安全范圍問題埋下伏筆。

老師：同學們發(fā)現沒有，當物體的重力過大時，我們的電壓表甚至會超過量程，很容易損壞電壓表。同學們能不能幫助老師一起來改進這個實驗裝置呢？

老師：為什么電壓表在這一情景中會超過量程呢？我們接下來一起分析一下。

例題2 ?如圖6所示，電源電壓為4.5 V，小燈泡的電阻為5 Ω（其阻值不隨溫度的變化而變化），滑動變阻器R的最大阻值為10 Ω。

（1）請問當滑動變阻器的滑片在R的最上端和最下端時，電壓表的示數變化范圍是多少？

（2）本題中電壓表的量程為0～3 V，當測量者的重力過大時會使得電壓表的示數超過量程，從而損壞電壓表。請同學們積極討論，如何既能測量更大的重力，又能保證電路安全呢？

通過第一問的計算我們發(fā)現，當滑片滑到最下端時，電源將4.5 V的電壓全部分給了小燈泡，我們剛才改裝的重力秤的量程是0～3 V，當力增大的時候電壓表就很有可能超過量程。

接下來請學生思考：如何能夠在人過重或力過大的情況下，也不會超過電壓表的安全范圍？

教學過程中學生真實回答情況：

第一位學生：1.將燈泡的電阻減小。2.把電壓表的量程調到0～15 V。

第二位學生：我有一個想法，在電路中串聯一個定值電阻。

老師：串一個電阻來起到分壓保護作用，對吧？非常棒！還有其他方法嗎？

第三位學生：減小電源電壓。

學生的回答超出了老師的預料，讓本節(jié)課的思維碰撞達到了高潮。（教學效果分析：此處為本節(jié)課最為精妙的地方，讓老師的設計達到了設計之外的效果，也充分展示了學生的聰明智慧。）

5.2.6 ? ?復雜電路的識別

老師：同學們一起再來看一下酒精檢測儀的電路圖（如圖7）是怎么樣的，看得懂嗎？“用你畢生所學”（故意幽默）看得懂嗎？在平時學習的過程當中我們也會遇到較為復雜的電路圖。

設計目的：利用酒精檢測儀的實際電路圖貫穿本節(jié)課，引出電路識別教學內容。

老師：教給大家一個小妙招，識別分析復雜電路圖時，可以采用化繁為簡的思維方式。

串并聯電路是所有電路最基本的兩種形式，但是生活中的實際電路往往比較復雜。

中考試題中考查多開關問題的頻率較高，其實這些復雜的電路都是由最簡單的電路組成，按照題目的要求，通過閉合多開關的方式，最終化簡的電路往往都是由兩個用電器構成的基本串聯或并聯方式。

教學意見：在使用自制教具創(chuàng)意磁貼板教學時，可以讓學生自己來取下磁鐵板做成的元件，并擦除多余的導線。

5.2.7 ? ?串聯電路的綜合計算與應用

老師：我們用類似的方法，判斷出了酒精檢測儀的基本電路圖，但是我們發(fā)現它并沒有用滑動變阻器，而是用了一個特殊的變阻器——氣敏電阻，它的阻值隨著酒精濃度的增加而減小。

接下來老師給大家最后一個挑戰(zhàn)，利用我們所學的基本計算、動態(tài)分析和范圍計算來解決一個實際問題。

設問：為什么剛才我們使用酒精檢測儀有時測量是亮黃燈，有時是亮紅燈呢？反過來能不能根據我們改裝的電壓表的示數來判斷被測試者屬于什么行為。

例題3 ?圖8電路中，R0阻值為10 Ω，電源兩端電壓為4.5 V且保持不變，氣敏電阻的阻值與吹氣時人體血液酒精濃度的關系如圖8所示。（血液酒精濃度大于等于20 mg/100 mL，小于80 mg/100 mL屬于飲酒駕車，亮黃燈;大于等于80 mg/100 mL屬于醉酒駕車，亮紅燈;小于20 mg/100 mL 可駕車。）

（1）當開關S閉合后，小武發(fā)現電壓表的示數為2.5 V，請問此時被測試的駕駛員屬于什么行為？

（2）如果圖中電壓表的量程為0～3 V，在電壓表安全范圍內，請問所能測量的人體血液酒精濃度的最大值？

第二問學生解決起來比較困難，老師給出方法提示：在動態(tài)電路分析中可以不看中間過程，直接觀察血液酒精濃度的變化最終會引起電壓表怎樣的變化，這樣會讓思維變得簡單（如圖9）。

除了酒精檢測儀這樣的氣敏電阻，其實生活中還有光敏電阻，例如煙霧報警裝置，當有煙霧遮擋住激光照射到光敏電阻上的部分光時，光敏電阻的阻值發(fā)生變化，電路中電流發(fā)生變化，從而觸發(fā)電鈴。此外，我們中考體考計數器也是光敏電阻改裝而成的。

拓展教學：除了這些電阻以外，科學家還在致力于追求其他的材料。介紹2007年的諾貝爾物理學獎，獎項頒發(fā)給兩位在“巨磁電阻效應”領域作出突出貢獻的科學家，拓展學生的視野。

5.3 ? ?學生自我總結本節(jié)課所學知識

老師：最后我想請一位同學來總結一下，這節(jié)課你學到了什么？你有什么感悟和啟發(fā)。

學生實際課堂回答案例：物理的動態(tài)分析和范圍計算其實在生活中有很多應用的，比如說剛才的氣敏電阻和煙霧報警裝置，這些都是通過它們的阻值變化來實現的。比如說判斷有沒有酒駕，來幫助我們生活。通過這節(jié)課我也明白了怎么去分析這個題，比如說串聯電路滑動變阻器兩端電壓變化要通過定值電阻兩端電壓變化來分析。

老師（評價）：非常感謝這位同學的分析，他從知識層面和應用層面總結了本節(jié)課的收獲。

這些電阻是組成我們當今人工智能的核心元器件。老師給大家展示一個仿人機器人的工作視頻，展示當代人工智能的發(fā)展情況。

設計目的：為了拓展學生的視野，能夠將所學的知識創(chuàng)新應用于前沿科技，提升學生對科學改變世界的期待。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部.義務教育物理課程標準[S].北京：北京師范大學出版社，2011.

（欄目編輯 ? ?李富強）