论文部分内容阅读
新课标指出，物理学是一门以实验为基础的自然学科，在实验教学过程中，教师应帮助学生，使他们在独立获取物理知识、探究物理规律、解决物理问题等方面获得具体的成果；让学生得到成功的体验，享受成功的愉悦，激发学习的热情和责任感，因此，教师对探究实验教学过程的设计就显得至关重要，一个好的实验设计方案能使学生对物理这门学科产生浓厚的兴趣，激发他们学习物理知识的热情.通过优化“电阻定律”的实验探究过程培养学生的实验探究能力，让学生体验科学探究过程、并学会用科学的方法去研究物理问题.
1 设计思想
通过初中导体电阻概念的学习，学生已经知道影响导体电阻（R）大小的因素有：材料，温度，长度（L）和横截面积（S），同时他们也知道：
（1）当导体的温度，长度和横截面积一定时，材料不同，导体电阻一般不同.
（2）当导体的材料，长度和横截面积一定时，温度不同，导体电阻一般不同.
（3）当导体的材料，温度和横截面积一定时，长度越长，导体电阻越大，反之则越小.
（4）当导体的材料，温度和长度一定时，横截面积越大，导体电阻越小，反之则越大.
实验探究“电阻定律”的优化设计的目的就是要采用最优的方案去探究或者验证相关物理量之间的定量关系，所以，如何让学生从实验数据或者理论推导得到定量结论，使学生通过实验体验科学探究的过程，获得表达和展示探究成果的机会，就是本节课的设计思想.
2 实验探究优化设计
引导学生运用控制变量法分别探究长度（L）和横截面积（S）与导体电阻大小的关系：
实验一 探究长度（L）与导体电阻（R）大小的关系
方案二 （优化）电压比较法
如图4所示，将长度为4L的电阻丝直接接入电路，用电压表分别测量A1B1，A1C1，A1D1，A1E1两端的电压.由欧姆定律I=U/R可知，当流过导体的电流相等时，导体电阻的大小之比等于电压之比，即可以根据导体两端电压与长度的关系，进而推导出电阻与长度的关系.因此表1就可以简化如表2，同样利用图3的坐标纸处理表2图中的数据，并得出结论U∝L，即R∝L.
比较传统的伏安法和优化的电压比较法，从实验原理上来讲，前者需要同时测得导体的电流和电压，数据的测量相对复杂，而后者只需测得导体两端的电压，数据测量相对简单.从实验操作上来讲，前者需要四次改变接入电路的电阻丝，操作比较繁琐，而后者却不需改变电路，只需分别测量不同长度电阻丝间的电压即可，操作简单可行，很显然电压比较法优于传统的伏安法.
实验二 探究横截面积（S）与导体电阻（R）大小的关系
方案一 （传统）直接法
将图5中横截面积分别为S，2S，3S，4S的电阻丝分别接入图1电路中M与N之间，分别记录下对应的电压（U）和电流（I），数据处理与实验一中方案一的处理方法相同，得出结论R∝1/S.
如图6所示，将长度相同横截面积都为S的导体电阻丝A1B1、A2B2、A3B3、A4B4并联起来，这就等效于一个横截面积为4S的导体电阻丝，同理也可得到横截面积分别为3S，2S，S的导体电阻丝.将横截面积不同的导体电阻丝同时接入电路，如图7所示，用电压表分别测量A1B1，A1C1，A1D1，A1E1两端的电压，数据处理与实验一中方案二的处理方法相同，得出结论U∝1/S ，即R∝1/S.
优化的并联法和比较传统的直接法，从实验原理上来讲，直接法同实验一相同.从实验操作上来讲，直接法需要直接找到横截面积分别为4S，3S，2S，S的导体电阻丝，这对材料的选择要就较高，不容易实现，实验结果处理也比较麻烦.而优化的并联法只需一种导体电阻丝就可实现，同样的当流过导体的电流相等时，导体电阻的大小之比等于电压之比，即可以根据导体两端电压与横截面积的关系，进而推导出电阻与横截面积的关系.在这不仅使实验更加切实可行，同时也开拓了学生的思维，让学生学会在多种方案下选择最优方案来实现自己的目标.
演示方案一 如图8将小灯泡与电池、开关、日光灯管的灯丝串联起来.闭合开关，小灯泡正常发光.用酒精灯火焰给日光灯管的灯丝加热，小灯泡亮度变暗.撤去酒精灯，小灯泡又恢复原来的亮度.通过这样的设计方案学生通过演示实验一眼就明白灯丝的电阻与温度有关.
演示方案二 将热敏电阻与定值电阻串联，接电压传感器.用手捏住热敏电阻，让学生观察热敏电阻两端电压值的变化.
演示方案三 将光敏电阻与定值电阻串联，接电压传感器.用光照射光敏电阻，让学生观察光敏电阻有光照和没光照时电阻两端电压值的变化.
通过实验探究和逻辑推理，可以验证我们对电阻定律的猜想：即同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关.
通过对实验探究“电阻定律”的改进，充分体现了科学探究的过程要素，即：①提出问题；②猜想与假设；③制定计划与设计实验；④进行实验与收集数据；⑤分析与验证；⑥归纳总结；⑦交流与合作.整个过程环环紧扣，层层递进，学生在学会物理知识与技能的同时，也体会到了科学探究的乐趣，学到了科学的探究方法，领悟了科学的思想和精神.
【基金项目：四川省研究生教育改革创新项目】
1 设计思想
通过初中导体电阻概念的学习，学生已经知道影响导体电阻（R）大小的因素有：材料，温度，长度（L）和横截面积（S），同时他们也知道：
（1）当导体的温度，长度和横截面积一定时，材料不同，导体电阻一般不同.
（2）当导体的材料，长度和横截面积一定时，温度不同，导体电阻一般不同.
（3）当导体的材料，温度和横截面积一定时，长度越长，导体电阻越大，反之则越小.
（4）当导体的材料，温度和长度一定时，横截面积越大，导体电阻越小，反之则越大.
实验探究“电阻定律”的优化设计的目的就是要采用最优的方案去探究或者验证相关物理量之间的定量关系，所以，如何让学生从实验数据或者理论推导得到定量结论，使学生通过实验体验科学探究的过程，获得表达和展示探究成果的机会，就是本节课的设计思想.
2 实验探究优化设计
引导学生运用控制变量法分别探究长度（L）和横截面积（S）与导体电阻大小的关系：
实验一 探究长度（L）与导体电阻（R）大小的关系
方案二 （优化）电压比较法
如图4所示，将长度为4L的电阻丝直接接入电路，用电压表分别测量A1B1，A1C1，A1D1，A1E1两端的电压.由欧姆定律I=U/R可知，当流过导体的电流相等时，导体电阻的大小之比等于电压之比，即可以根据导体两端电压与长度的关系，进而推导出电阻与长度的关系.因此表1就可以简化如表2，同样利用图3的坐标纸处理表2图中的数据，并得出结论U∝L，即R∝L.
比较传统的伏安法和优化的电压比较法，从实验原理上来讲，前者需要同时测得导体的电流和电压，数据的测量相对复杂，而后者只需测得导体两端的电压，数据测量相对简单.从实验操作上来讲，前者需要四次改变接入电路的电阻丝，操作比较繁琐，而后者却不需改变电路，只需分别测量不同长度电阻丝间的电压即可，操作简单可行，很显然电压比较法优于传统的伏安法.
实验二 探究横截面积（S）与导体电阻（R）大小的关系
方案一 （传统）直接法
将图5中横截面积分别为S，2S，3S，4S的电阻丝分别接入图1电路中M与N之间，分别记录下对应的电压（U）和电流（I），数据处理与实验一中方案一的处理方法相同，得出结论R∝1/S.
如图6所示，将长度相同横截面积都为S的导体电阻丝A1B1、A2B2、A3B3、A4B4并联起来，这就等效于一个横截面积为4S的导体电阻丝，同理也可得到横截面积分别为3S，2S，S的导体电阻丝.将横截面积不同的导体电阻丝同时接入电路，如图7所示，用电压表分别测量A1B1，A1C1，A1D1，A1E1两端的电压，数据处理与实验一中方案二的处理方法相同，得出结论U∝1/S ，即R∝1/S.
优化的并联法和比较传统的直接法，从实验原理上来讲，直接法同实验一相同.从实验操作上来讲，直接法需要直接找到横截面积分别为4S，3S，2S，S的导体电阻丝，这对材料的选择要就较高，不容易实现，实验结果处理也比较麻烦.而优化的并联法只需一种导体电阻丝就可实现，同样的当流过导体的电流相等时，导体电阻的大小之比等于电压之比，即可以根据导体两端电压与横截面积的关系，进而推导出电阻与横截面积的关系.在这不仅使实验更加切实可行，同时也开拓了学生的思维，让学生学会在多种方案下选择最优方案来实现自己的目标.
演示方案一 如图8将小灯泡与电池、开关、日光灯管的灯丝串联起来.闭合开关，小灯泡正常发光.用酒精灯火焰给日光灯管的灯丝加热，小灯泡亮度变暗.撤去酒精灯，小灯泡又恢复原来的亮度.通过这样的设计方案学生通过演示实验一眼就明白灯丝的电阻与温度有关.
演示方案二 将热敏电阻与定值电阻串联，接电压传感器.用手捏住热敏电阻，让学生观察热敏电阻两端电压值的变化.
演示方案三 将光敏电阻与定值电阻串联，接电压传感器.用光照射光敏电阻，让学生观察光敏电阻有光照和没光照时电阻两端电压值的变化.
通过实验探究和逻辑推理，可以验证我们对电阻定律的猜想：即同种材料的导体，其电阻R与它的长度L成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻与构成它的材料有关.
通过对实验探究“电阻定律”的改进，充分体现了科学探究的过程要素，即：①提出问题；②猜想与假设；③制定计划与设计实验；④进行实验与收集数据；⑤分析与验证；⑥归纳总结；⑦交流与合作.整个过程环环紧扣，层层递进，学生在学会物理知识与技能的同时，也体会到了科学探究的乐趣，学到了科学的探究方法，领悟了科学的思想和精神.
【基金项目：四川省研究生教育改革创新项目】