新课标人教版 选修3-1探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线教学设计.doc

课题：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线教材选用新课标人教版 选修3-1设计者单位：江西省吉安县立中学设计者姓名：陈丽美课题：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线【类型】实验探究课，同时体现教师的主导作用【实验设备】PASCO传感器、Datastudio软件、微机及一些相关附件、PPT演示文稿、学生电源、电压表、电流表、定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管、滑动变阻器、电键、导线【学生基础】1. 知识基础：知道什么是伏安特性曲线，了解线性元件和非线性元件的定义，理解欧姆定律。2. 能力基础：具有使用PASCO传感器的基本技能，具有运用Datastudio软件分析数据的能力，具有从图象中获取信息，分析物理规律的能力。【教学目的】知识与能力：1. 能够根据具体实验选择恰当的实验方案2. 会根据伏安特性曲线的走向正确判断元件属于线性元件还是非线性元件3. 理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义4. 了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法方法与过程：教师创设情景，提出问题，引导同学们进行实验探究，在探究的过程中渗透科学态度，科学方法。并用实验验证理论的正确性。学生们在做实验过程中运用到了控制变量法和类比法。情感态度与价值观：唯物主义思想，实践是检验真理的唯一标准，体验物理中的简洁美。同学间的分工与合作的能力。【教学重点】能够根据伏安特性曲线的走向正确判断元件是线性元件还是非线性元件【教学难点】理解非线性元件伏安特性曲线上工作区的涵义，以及了解科学的研究过程，掌握科学的研究方法【教学过程】（一）课题引入、提出认知目标：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线通过之前的学习，同学们已经了解了伏安特性曲线的定义及线性元件和非线性元件的概念。但是同学们还有很多猜想和疑问。所以我们要进行这节课：探究线性元件与非线性元件的伏安特性曲线。我们要探究四种元件的伏安特性曲线：定值电阻、食盐水溶液、小灯泡、二极管。（二）设计实验设计方案你的实验方案是什么？学生讨论。1、要探究元件的伏安特性曲线，就要测出流过导体的电流和导体两端的电压。由于待测元件的阻值比较小，与电流表阻值接近，为了减小实验的系统误差，我们应该采用外接法。2、要描绘伏安特性曲线，就要测出多组数据。滑动变阻器应该采用分压式接法可以从0V开始测量。（见下图）学生代表发言，表述自己的实验设计，教师指导，总结出最佳的实验方案。并询问学生对结果的预测！教师组织分工、分组实验。（三）学生分组合作探究学生分组、各组分工合作。教师指导。1、 用传统实验仪器和数字化实验系统分别探究定值电阻的伏安特性曲线（1）用电压表和电流表测得定值电阻的电压和流过定值电阻的电流，将数据填入excel表格中，生成定值电阻的伏安特性曲线。（如下图）学生得出结论：定值电阻是线性元件，图线的斜率表示阻值的大小，它适用于欧姆定律。（2）将电压表和电流表分别用电压传感器和电流传感器来替代，用数字化实验系统生成定值电阻的伏安特性曲线。（如下图）学生得出结论：用数字化实验系统做实验更快捷。教师强调：为了节省时间，下面的几组实验我们全都用数字化实验系统来完成。2、 用数字化实验系统探究食盐水溶液和小灯泡的伏安特性曲线（1）学生应用数字化实验系统分别拟合生成食盐水溶液和小灯泡的伏安特性曲线。（如下图）学生得出结论：食盐水溶液生成的伏安特性曲线是线性的，它适用于欧姆定律；但是小灯泡的伏安特性曲线是非线性，它不适用于欧姆定律。（2）学生自主探究小灯泡阻值变化原因教师引导学生得出结论：小灯泡的伏安特性曲线开始斜率较大，说明阻值很小；达到某一电压后，图线斜率较小，说明阻值很大。学生质疑：是什么原因引起小灯泡阻值的变化？学生猜想：可能是温度。学生小组讨论验证小灯泡阻值变化的实验方案。学生代表称述实验方案：将小灯泡砸碎后，将灯丝放在冷水中。如果此时生成的伏安特性曲线是线性的，而且与之前小灯泡伏安特性曲线的冷态伏安特性曲线恰好重合，那就说明是温度影响了小灯泡的伏安特性曲线。学生动手实验，所生成图象（如下图）与猜想恰好吻合，证明是温度影响了小灯泡的阻值变化。3、 用数字化实验系统探究发光二极管的伏安特性曲线（1）教师演示实验：模拟交通指示灯，从而让学生对发光二极管有一个初步认识。（2）学生做发光二极管的正向伏安特性曲线。（如下图）学生实验过程遇到困难：发光二极管不亮。（在这里学生口误：小灯泡不亮。教师纠正：不能叫小灯泡，它是发光二极管。）学生谈论后意识到：二极管可能是有极性的。学生解决方法：将二极管重新反向连入电路中，正常发光，证明猜想正确。学生得出结论：发光二极管的伏安特性曲线是曲线，它是非线性元件，不适用于欧姆定律。教师引导学生得出结论：图象开始斜率很小，意味着阻值很大，电路不导通，发光二极管不亮；当达到某一电压时，图象的斜率突然增大，阻值很小，电路导通，发光二极管开始发光。这一电压叫做门限电压。备注：选用发光二极管的意图是能够通过发光还是不发光，判断出二极管是正向接入电路中，还是反向接入电路中，从而让学生意识到二极管是有极性的。（四）教师总结：伏安特性曲线是线性的元件叫做线性元件，它适用于欧姆定律。在使用线性元件时要注意它的额定功率，当实际功率超过额定功率时，线性元件就会被烧坏。伏安特性曲线是非线性的元件叫做非线性元件，它不适用于欧姆定律。在使用非线性元件时要注意它的工作区，例如发光二极管的工作区在正向伏安特性曲线刚刚陡起来的地方。同学们在课上能够进行大胆地实验探究，尤其在探究小灯泡灯丝在冷态是定值电阻问题上，同学们竟然想到把小灯泡玻璃罩砸碎，生成灯丝冷态和小灯泡伏安特性曲线的对比实验，并且在实验中用到了控制变量法和类比法。同学们问题提得好，实验方案更好。但是我们在课上还有一些问题没有解决，希望大家课下带着这些问题好好思考和讨论，找到问题的解决方案。（五）探究性课题：（1）知识铺垫：发光二极管的反向伏安特性曲线开始是不导通的，但是，当电压达到某一值时，它就会被击穿，二极管就会被烧坏。（2）演示实验：教师用数字化实验系统生成某一种二极管的反向伏安特性曲线，达到反向击穿压后，二极管并没有被烧坏。（如下图）（3）教师布置课后探究作业：演示实验所用的二极管是什么二极管？为什么到达反向击穿电压后，它却没有被烧坏？ 下课【教学中体现的教学理念】尊重科学研究的过程，体现了先假设、猜想，然后设计实验进行验证，实验过程中采集大量数据，对数据进行分析、处理，总结规律，验证猜想，提出进一步意见。尊重学生的认知水平，高二同学刚刚接触电学，对电路的连接，已经认识但没有过深入探究的电学元件，新型电学元件以及数字化实验系统都有着极强的好奇心、求知欲，但对物理的研究方法、研究过程还不