“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教師發展中心,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，主要以學生活動的形式進行教學。“電阻”一節的教學內容為初識電阻、定性探究影響導體電阻大小因素，“變阻器”一節中的滑動變阻器的教學采用定性分析的方式，屬于“初探”內容，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，學后能掌握電路的初步知識和實驗技能，體現“初探”二字；“歐姆定律”一章的內容是定量探究電流、電壓、電阻的關系及其應用，教學內容理應要體現“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，在活動中發現并提出問題，進行探究，獲取新知識，體現了課程改革理念。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 發現問題，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。聯想到之前在做兩不同規格的小燈泡并聯的實驗時，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：利用兩節電池、小燈泡(3.8V 0.3A)、開關、幾根不同的合金絲(規格見表1)等，采用不同方案改變燈的亮度。

表1

方案一：只改變電池節數，發現燈的亮度會改變。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一只__________表(選填：電壓/電流)。

(2) 按(1)的操作要求，繼續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，除利用社會調查，收集生產、生活中的相關證據外，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。

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的變化，由此可發現：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的變化，由此可發現：絕緣體加熱后變為__________，說明導體與絕緣體__________(選填：有/沒有)絕對的界限。

小結：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、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 結語

本活動的設計體現了“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、發現新知，培養其嚴謹的科學態度，凸顯了學生核心素養的培養。