“探究影響導體電阻大小因素”的活動設計研究*

(1. 江蘇省泰州市高港實驗學校，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)，主要以學生活動的形式進行教學。“電阻”一節(jié)的教學內(nèi)容為初識電阻、定性探究影響導體電阻大小因素，“變阻器”一節(jié)中的滑動變阻器的教學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、電阻的關系及其應用，教學內(nèi)容理應要體現(xiàn)“定量”二字。

關于“電阻”概念建構的活動安排，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。筆者認為，教科書中以比較通過導體中電流的大小來定性比較導體電阻大小，該研究方法對學生而言仍有欠缺之處，因為沒有控制電壓這一變量。這一問題在本文設計的活動中就能暴露，可通過學生的反思與交流，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。

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。你認為：(1) 導體通電的同時，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__________，則該導體的電阻就__________；(2) 猜想：影響導體電阻大小的因素可能與導體的__________、__________和__________有關。

2.2 設計方案，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、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，通過某一導體中的電流大小與__________有關。

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，閉合開關后，燈的亮度亦發(fā)生了改變。由此可見：接入不同導體對電流阻礙作用就不同，通過的電流越小，導體的電阻就越__________。

(1) 為探究金屬絲的電阻大小與長度的關系，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，記錄下導體電阻大小與長度的關系。為使實驗效果更為明顯，他認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)探究導體電阻與導體的橫截面的關系(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)、生活中的相關證據(jù)外，可開放實驗室，讓學生分組活動。該活動中兩種改變燈泡亮度的方案，是放手讓學生自主完成的。

2.3 合作與交流

(1) 反思與交流：A組的同學認為，上述設計方案，在研究方法上仍有欠缺。于是該組的同學經(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。你認為這一改進的目的是為了__________，試闡明你的理由。

同學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體(即電阻)。若比較不同導體的電阻大小,通過導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體并聯(lián)后接入電路，測出流過每一導體中的電流，比較出電阻的大小。筆者先提出A組同學的改進方案，其目的是便于引導學生討論、交流，降低教學難度。

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

(3) 交流結(jié)論：大量實驗表明，電阻的大小與導體的長度、橫截面積和材料的種類有關。電阻是導體本身的一種性質(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)：導體的電阻還跟__________有關，一般金屬導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，一般金屬導體的電阻隨溫度的升高，電阻變__________；非金屬材料(半導體材料)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、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、以及導線數(shù)根。設計出“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

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