探究電流與電阻關(guān)系的基本技能及思維拓展

摘要：探究電流與電阻的關(guān)系這一實驗，因為綜合了電學(xué)中電路、電流、電壓、電阻及歐姆定律的相關(guān)知識，對同學(xué)們的實驗方法、實驗技能及思維能力提出了較高的要求，在每年的中考試卷中，這個實驗的考題屬于較難得滿分的試題.本文對于這一實驗中所涉及的探究方法和思維方法進行了歸納整理，以幫助同學(xué)們進行中考復(fù)習(xí)時能有效突破學(xué)習(xí)上的難點.

關(guān)鍵詞：電流；電阻；基本技能；思維拓展

作者簡介：張玲（1975-），女，湖北人，教育碩士 ，物理特級教師，研究方向：初中物理教育教學(xué)理論與實踐.

探究電流與電壓、電阻的關(guān)系是理解歐姆定律的基礎(chǔ)，是《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準》（2011版）“能量”這個主題中的核心內(nèi)容，是中考中必考和重點考查的知識.而其中探究電流與電阻的關(guān)系這一實驗，因為綜合了電學(xué)中電路、電流、電壓、電阻及歐姆定律的相關(guān)知識，對的實驗方法、實驗技能及思維能力提出了較高的要求，在每年的中考試卷中，這個實驗的考題屬于較難得滿分的試題.筆者在多年的教學(xué)實踐中發(fā)現(xiàn)，在學(xué)完歐姆定律之后， 大多數(shù)同學(xué)對于這個實驗很大程度上僅停留于“淺層”的熟悉，對于實驗中所涉及的探究方法和思維方法并沒有理解透徹，屬于“知其然，不知其所以然”的狀態(tài)，因此在解決實際問題時就容易“茫茫然”.這就是造成學(xué)生面對這個實驗的考題時很難得滿分的主要原因.筆者將學(xué)生在學(xué)習(xí)這一探究實驗的過程中遇到的難點進行了歸納整理及相應(yīng)延伸，幫助學(xué)生捋清了這一實驗中主要的實驗方法和解題方法，拓展了學(xué)生對這一實驗的多角度思維，在實踐中取得了較好的效果.

實驗：探究電流與電阻的關(guān)系

器材：電源（恒壓45V）、電流表一只、電壓表一只、滑動變阻器一只（30Ω 2A）、定值電阻5個（5Ω、 10Ω、 15Ω、20Ω、 25Ω）、開關(guān)一只、導(dǎo)線若干.

1基本技能

（1）實驗方法

控制變量法、比較研究法

點撥：探究電流與電阻的關(guān)系時，應(yīng)控制電阻兩端的電壓不變；探究電流與電壓關(guān)系時，應(yīng)控制電阻不變，即把一個多因素的問題變成多個單因素的問題分別加以研究，再來綜合解決，這就是控制變量法.通過大量的實驗進行對比分析，尋找出其中的規(guī)律，從而得出一般性的結(jié)論，即比較研究法.

（2）電路圖和實物圖（如圖1，圖2）

（3）控制條件：定值電阻兩端的電壓一定

（4）實驗操作：改變定值電阻的阻值，通過調(diào)節(jié)滑動變阻器接入電路中電阻的大小，使定值電阻兩端的電壓不變，同時記錄下電流表的示數(shù)，分別將每次定值電阻的阻值和對應(yīng)的電流值填寫在表格中.

（5）實驗結(jié)論：電壓一定時，通過導(dǎo)體的電流與電阻成反比.

（6）實驗圖象：

點撥：根據(jù)實驗結(jié)論IR=定值，所以I—R圖象是一個反比例函數(shù)圖象，如圖3所示.

2思維拓展

（1）利用上述的實驗器材，為完成5次實驗，控制的電壓最大值是多少？

點撥：電源電壓恒為45V，當(dāng)滑動變阻器接入電路的電阻為0時，定值電阻兩端的電壓為45V，所以控制的最大電壓為45V.在實驗過程中要注意：①此次實驗電壓表應(yīng)選15V量程.②電流表應(yīng)該用3A量程.

（2）為完成5次實驗，控制的電壓最小值是多少？

點撥：由于電源電壓恒定和控制的定值電阻兩端的電壓不變，那么滑動變阻器兩端的電壓也不變.根據(jù)串聯(lián)電路分壓原理可知，定值電阻的電壓與滑動變阻器的電壓之比等于定值電阻與滑動變阻器接入電路的電阻之比，即當(dāng)定值電阻變大時，滑動變阻器接入電路的阻值也應(yīng)變大，這樣才能控制定值電阻兩端的電壓不變.當(dāng)25Ω的定值電阻和滑動變阻器的最大阻值接入電路時，此時定值電阻兩端的電壓為完成5次實驗所控制的最小電壓，Umin=25Ω25Ω+30Ω×45V≈2V.若控制的電壓低于2V，當(dāng)25Ω電阻接入電路時，滑動變阻器接入電路的阻值應(yīng)大于30Ω，這與題目中給出的器材條件不符.

（3）為完成5次實驗，實驗中應(yīng)注意哪些細節(jié)？

點撥：為了避免控制的電壓太低而導(dǎo)致實驗數(shù)據(jù)較少，實驗時應(yīng)注意：①定值電阻的阻值不能太大；②滑動變阻器的最大阻值不能太??；③電源電壓不能太高；④控制的電壓不能太低.例如：當(dāng)控制的電壓為15V時，滑動變阻器的電壓為3V，根據(jù)串聯(lián)分壓原理，接入電路定值電阻最大阻值為滑動變阻器最大阻值的一半，Rmax=15Ω，所以只能完成5Ω、10Ω、15Ω這3次實驗.

4若兩個實驗小組的同學(xué)控制的電壓分別為25V和3V，則這兩個小組的實驗在同一坐標(biāo)中圖象如何？

點撥：當(dāng)電阻相同時，控制的電壓越高，通過導(dǎo)體的電流越大，所以兩個小組的實驗在同一坐標(biāo)中如圖4.

實踐證明，通過上述層層遞進式的思維啟發(fā)和教學(xué)互動，既訓(xùn)練了同學(xué)們基本的實驗技能，同時又引導(dǎo)了同學(xué)們對這個實驗的再認識和再思考，尤其是同學(xué)們對實驗中蘊含的研究方法、思考問題的角度和深度等都有了較好的訓(xùn)練和深刻的體會，在課堂中有效做到了師生的“思維互動”.在今后的教學(xué)中，怎樣挖掘重要實驗中的教學(xué)資源，結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)的“最近發(fā)展區(qū)”設(shè)置出有效的問題，更好地促進學(xué)生實驗技能和思維能力的提高，這些課題值得教師共同探討.

參考文獻：

[1]肖川.《義務(wù)教育物理課程標(biāo)準（2011年版）解讀》[M].湖北教育出版社， 2012.