探究电流与电阻关系的基本技能及思维拓展

摘要：探究电流与电阻的关系这一实验，因为综合了电学中电路、电流、电压、电阻及欧姆定律的相关知识，对同学们的实验方法、实验技能及思维能力提出了较高的要求，在每年的中考试卷中，这个实验的考题属于较难得满分的试题.本文对于这一实验中所涉及的探究方法和思维方法进行了归纳整理，以帮助同学们进行中考复习时能有效突破学习上的难点.

关键词：电流；电阻；基本技能；思维拓展

作者简介：张玲（1975-），女，湖北人，教育硕士 ，物理特级教师，研究方向：初中物理教育教学理论与实践.

探究电流与电压、电阻的关系是理解欧姆定律的基础，是《义务教育物理课程标准》（2011版）“能量”这个主题中的核心内容，是中考中必考和重点考查的知识.而其中探究电流与电阻的关系这一实验，因为综合了电学中电路、电流、电压、电阻及欧姆定律的相关知识，对的实验方法、实验技能及思维能力提出了较高的要求，在每年的中考试卷中，这个实验的考题属于较难得满分的试题.笔者在多年的教学实践中发现，在学完欧姆定律之后， 大多数同学对于这个实验很大程度上仅停留于“浅层”的熟悉，对于实验中所涉及的探究方法和思维方法并没有理解透彻，属于“知其然，不知其所以然”的状态，因此在解决实际问题时就容易“茫茫然”.这就是造成学生面对这个实验的考题时很难得满分的主要原因.笔者将学生在学习这一探究实验的过程中遇到的难点进行了归纳整理及相应延伸，帮助学生捋清了这一实验中主要的实验方法和解题方法，拓展了学生对这一实验的多角度思维，在实践中取得了较好的效果.

实验：探究电流与电阻的关系

器材：电源（恒压45V）、电流表一只、电压表一只、滑动变阻器一只（30Ω 2A）、定值电阻5个（5Ω、 10Ω、 15Ω、20Ω、 25Ω）、开关一只、导线若干.

1基本技能

（1）实验方法

控制变量法、比较研究法

点拨：探究电流与电阻的关系时，应控制电阻两端的电压不变；探究电流与电压关系时，应控制电阻不变，即把一个多因素的问题变成多个单因素的问题分别加以研究，再来综合解决，这就是控制变量法.通过大量的实验进行对比分析，寻找出其中的规律，从而得出一般性的结论，即比较研究法.

（2）电路图和实物图（如图1，图2）

（3）控制条件：定值电阻两端的电压一定

（4）实验操作：改变定值电阻的阻值，通过调节滑动变阻器接入电路中电阻的大小，使定值电阻两端的电压不变，同时记录下电流表的示数，分别将每次定值电阻的阻值和对应的电流值填写在表格中.

（5）实验结论：电压一定时，通过导体的电流与电阻成反比.

（6）实验图象：

点拨：根据实验结论IR=定值，所以I—R图象是一个反比例函数图象，如图3所示.

2思维拓展

（1）利用上述的实验器材，为完成5次实验，控制的电压最大值是多少？

点拨：电源电压恒为45V，当滑动变阻器接入电路的电阻为0时，定值电阻两端的电压为45V，所以控制的最大电压为45V.在实验过程中要注意：①此次实验电压表应选15V量程.②电流表应该用3A量程.

（2）为完成5次实验，控制的电压最小值是多少？

点拨：由于电源电压恒定和控制的定值电阻两端的电压不变，那么滑动变阻器两端的电压也不变.根据串联电路分压原理可知，定值电阻的电压与滑动变阻器的电压之比等于定值电阻与滑动变阻器接入电路的电阻之比，即当定值电阻变大时，滑动变阻器接入电路的阻值也应变大，这样才能控制定值电阻两端的电压不变.当25Ω的定值电阻和滑动变阻器的最大阻值接入电路时，此时定值电阻两端的电压为完成5次实验所控制的最小电压，Umin=25Ω25Ω+30Ω×45V≈2V.若控制的電压低于2V，当25Ω电阻接入电路时，滑动变阻器接入电路的阻值应大于30Ω，这与题目中给出的器材条件不符.

（3）为完成5次实验，实验中应注意哪些细节？

点拨：为了避免控制的电压太低而导致实验数据较少，实验时应注意：①定值电阻的阻值不能太大；②滑动变阻器的最大阻值不能太小；③电源电压不能太高；④控制的电压不能太低.例如：当控制的电压为15V时，滑动变阻器的电压为3V，根据串联分压原理，接入电路定值电阻最大阻值为滑动变阻器最大阻值的一半，Rmax=15Ω，所以只能完成5Ω、10Ω、15Ω这3次实验.

4若两个实验小组的同学控制的电压分别为25V和3V，则这两个小组的实验在同一坐标中图象如何？

点拨：当电阻相同时，控制的电压越高，通过导体的电流越大，所以两个小组的实验在同一坐标中如图4.

实践证明，通过上述层层递进式的思维启发和教学互动，既训练了同学们基本的实验技能，同时又引导了同学们对这个实验的再认识和再思考，尤其是同学们对实验中蕴含的研究方法、思考问题的角度和深度等都有了较好的训练和深刻的体会，在课堂中有效做到了师生的“思维互动”.在今后的教学中，怎样挖掘重要实验中的教学资源，结合学生学习的“最近发展区”设置出有效的问题，更好地促进学生实验技能和思维能力的提高，这些课题值得教师共同探讨.

参考文献：

[1]肖川.《义务教育物理课程标准（2011年版）解读》[M].湖北教育出版社， 2012.