探究串并联电路电压的规律教学设计.docx
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探究串并联电路电压的规律教学设计
探究串、并联电路电压的规律教学设计
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整体设计
“探究串、并联电路电压的规律”这一实验在本章中占有重要地位。
它不仅是加深理解电压概念的需要，也是使学生巩固电压表使用技能的需要，更是培养学生科学探究能力、进一步学习电学基本规律的需要。
本节的学习是将来探究电流、电压和电阻的关系，学习欧姆定律和电功率的铺垫。
本节是在学生学习了“电路”“电流”“电压”“串联电池组电压关系”等知识的基础上，让学生通过探究活动找出串、并联电路中电压的关系。
由于学生在第五章“探究串、并联电路的电流规律”的学习中，经历了一次完整的科学探究的七个环节，所以本节教学可在复习、熟悉七个环节的基础上，重点突出几个环节，如“设计实验”“进行实验”等。
本节教学一般应在实验室进行，可以要求学生按照课本中的步骤完成。
也许有的学生一下子能说出“结论”而非常得意，但是应该让学生明确：
一下说出来的“结论”不是真正科学的、能让人信服的结论，这仅仅是猜想，只是探究活动的开始，它还需要论证。
探究活动的目的绝不只是让学生说出或记住结论，而是要求学生在探究的过程中学习，科学探究过程的每个环节都有它特有的教育功能。
本节课的整体教学思路如下：
．提出问题：
通过创设问题情境，分析家用电器和节日小彩灯的串、并联引出串、并联电路电压关系的探究。
2．猜想或假设：
学生的想象可能是丰富多彩的，但不一定都正确。
不管其猜想是否正确，都要引导学生运用实验来进行探究，而不能直接告诉学生答案和结论。
如果学生提出的猜想较多，可运用“抛锚”的思想引导学生先探究与本节教学目标有关的猜想，其他猜想可在课外活动和后续学习过程中来完成。
3．设计实验：
在作出猜想或假设之后，进入制订计划阶段，这实际上就是让学生设计实验。
这一环节中教师应引导学生自己选择实验器材，通过师生互动，让学生自己明确实验步骤，并画出相应的电路图。
4．进行实验：
这一步是实际操作，要注意观察学生的实验过程，引导学生正确连接实验电路，规范地使用仪器。
对学生在实验中出现的问题要及时进行点拨和引导，以保证实验的顺利进行。
注意让学生养成尊重事实，如实记录原始数据的习惯。
5．分析和论证：
这一步是数据处理。
引导学生对自己的数据进行分析比较，找出数据之间的关系，归纳总结得出结论，注意培养学生的分析概括能力和实事求是的科学态度。
6．评估：
要求学生对自己的探究活动进行回顾、分析、思考。
教师要把评价重点放在对过程的评价上，即不要把探究的结论作为评价的唯一标准，而要同时对学生参与探究活动的全过程所反映的学习态度、学习状况、进步情况作出适当评价。
7．交流：
这一环节贯穿于整个探究活动之中。
教学中，可组织学生以小组为单位进行交流，也可以全班交流。
教师要鼓励不同的想法和做法，让学生通过交流讨论甚至争论来达到教学要求。
教学重点：
通过实验探究串、并联电路中电压的规律。
教学难点：
组织引导学生在探究过程中规范操作、认真观察、仔细分析，得出恰当的结论。
教学方法：
．创设情境，进行实验探究式学习。
2．以学生自主探究为主，结合教师指导和点评的自主性学习。
课时安排：
1课时
三维目标
一、知识与技能
．学会正确将电压表接入串、并联待测电路，并能画出相应的电路图；
2．学会正确使用电压表测量串联电路和并联电路的电压；
3．会分析实验数据，归纳总结出串联电路和并联电路各自的电压规律。
二、过程与方法
在探究串、并联电路的电压规律过程中，体验科学探究的方法、科学探究的步骤。
三、情感态度与价值观
明确探究目的，专心实验，由分析实验数据得出结论。
在实验中培养实事求是、尊重自然规律的科学态度，体会交流合作的重要性，获得共享成果的喜悦。
课前准备
多媒体、示教电路板、电压表、电池组、小灯泡、开关、导线若干。
教学设计
[导入新课]
方案1：
复习导入
启发提问：
．什么是串联电路？
什么是并联电路？
2．电压的单位是什么？
3．测量电压大小的仪器及使用规则是什么？
参考答案：
1.几个导体逐个顺次连接的电路是串联电路；几个导体并列连接的电路是并联电路。
2.伏特
3．测量电压要用电压表，电压表的使用规则为“二要、一不、二看清”。
教师要积极引导学生，充分发挥学生的积极性和主动性。
在复习的基础上顺势引出问题：
串、并联电路中的电压有什么规律？
如何去探究？
方案2：
情景导入
情景1：
用播放几种家用电器并联在家庭电路中的自拍视频。
家庭电路中的并联
情景2：
出示一串小彩灯，将其接入教室的电路中。
提出问题：
小彩灯为什么不能像家用电器一样并联在电路中呢？
总结：
小彩灯和一般的家用电器所需要的电压是不一样的。
要想知道为什么家用电器要并联、小彩灯要串联、我们需要探究串联电路和并联电路电压的规律。
也就是说，如果两个用电器分别以串联和并联的形式连接在电路中，在相同电源电压的情况下，每个用电器上的电压相同吗？
下面我们先研究串联电路电压的规律。
方案3：
演示导入
教师用示教电路板展示几种不同方式连接的电路。
问题：
同学们上学期已经学习过了串联电路和并联电路，那么，谁能来判断一下展示的几个电路分别是怎样连接的呢？
让学生用简单的方法验证自己想法的合理性。
让学生在纸上画出你熟悉的串、并联电路图。
启发：
在上学期我们已经探究过在串、并联电路中电流的特点，那么，在串、并联电路中电压有什么特点呢？
[推进新课]
一、串联电路电压的规律
．提出问题：
串联电路中电压到底有什么样的关系？
2．猜想或假设
学生纷纷提出自己的猜想，教师将各种猜想分类板书到黑板上。
一般学生会根据自己的知识基础提出下列猜想：
①串联电路中电压的关系应该和电流的关系相同，也是处处相等。
②电压应该从电源正极出发，沿着电流的方向越来越小。
因为电压是使电路中形成电流的某种“力量”，力量会越用越小。
③灯泡大的地方电压大，灯泡小的地方电压就小。
④串联电池组的电压等于各个电池的电压之和，串联电路各点的电压之和也应该等于首尾两点间的总电压。
学生们作出了各种猜想，真实的结果到底是什么？
我们应该用实验来求证。
3．设计实验
教师巡视，了解学生讨论的情况，学生讨论基本完成后，教师挑选几组典型的方案进行展示交流。
学生展示交流时教师可作如下提示：
各组可以简单说明各自的设计方案。
简单评价各组的方案，设计一定要有书面的内容，你想要测量哪些数据？
你计划如何进行测量？
你得出了什么样的结果，最后还要与别人交流做更好的改进，各组同学补充设计实验电路和实验数据表格。
教师在学生实验前要强调：
电压表应该如何连接在电路中？
电压表应并联在被测电路的两端。
我们知道，测电压不能像测电流那样将电流表接在某一点测该点电流，应将电压表并联在被测电路的“两”点间，测出来的是“两”点间的电压。
同学们进一步完善自己的设计方案后，可以进行实验。
建议大家在实验中更换不同的小灯泡，进行重复测量，以保证结论的正确性。
实验方案参考：
方案1：
用学生电源提供电压，选择两只完全相同的小灯泡，用同一块电压表，分别测出每只灯泡两端的电压和两只灯泡两端的总电压进行比较。
实验原理电路如右图，具体测量电路如下图。
测量AB两端的电压
测量Bc两端的电压
测量Ac两端的电压
方案2：
用干电池作电源，选择两只不同的小灯泡，用三块电压表，同时测量每只小灯泡和两只小灯泡两端的电压，进行比较。
实验电路如右图。
方案3：
用干电池作电源，选用四只小灯泡，两只一组，先将两只小灯泡串联接入电路，分别测每只灯泡和两只灯泡的总电压，然后再换上另外两只灯泡再次测量。
4．进行实验
要求同学们注意仪器使用的规范性。
特别是电压表正、负接线柱连接正确，量程要选择合适，读数时要弄清分度值，读数准确。
原始数据的记录要实事求是、如实记录，不许随意改动。
实验中出现的问题要记录下来，以便分析查找原因。
两个灯泡串联的实验记录：
AB间的电压U1/V
Bc间的电压U2/V
Ac间的电压U3/V
第一次测量
第二次测量
5．分析和论证
引导学生分析：
同学们认真分析你们测量出的数据。
测量结果说明了什么？
你得出了什么样的结论？
和你原来的猜想一致吗？
让学生用自己的语言描述得到的结论。
实验结论：
串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。
评价：
表扬学生们勇于探索的精神，归纳大家的实验，得出结论。
并引导学生分析我们得到的结论是否能普遍适用。
启发：
同学们通过自己的努力和同伴的配合得出了串联电路中电压的规律，祝贺同学们得到了一个正确的结论。
不过，对同学们来讲获得结论的过程更重要。
请大家对自己的探究活动过程进行回顾，认真分析、思考在实验过程中真正明白了哪些问题，还有什么新的发现？
学生回顾探究的过程，思考总结。
6．评估与交流
让学生反思自己的探索过程，寻找问题。
刚才提到的问题，请同学们互相讨论，看能不能找出问题的原因。
同学们在实验中会发现一些问题，并且想知道这些问题的答案，引导学生要在以后的学习中继续努力，相信将来一定会有所收获。
在同学们的交流中会发现许多同学都用了“几乎相等”这个词，而不是说“相等”，这又为什么呢？
这是因为读数或用电压表测量的过程中出现了误差，如读数时视线没有与电压表刻度盘垂直等影响了数据的准确程度。
最后指导学生根据他们的探究过程写一份科学探究的小报告。
学生完成探究报告，教师巡视，选择完成较好的，利用投影和同学们交流、小结。
7．即学即练
题目：
现有一个电池组、一个开关、两个电压表、两个小灯泡、导线若干。
请根据上述器材在图方框内设计一个符合下列两项要求的电路图。
两个小灯泡串联；
所设计的电路能直接测出下列物理量：
a.电源电压；b.每个小灯泡两端的电压。
解析：
根据题目要求，先画出由电池组、开关、灯泡L1和L2组成的串联电路的电路图。
由灯泡L1和L2组成的串联电路中，能够并联接入电压表的位置有三处，L1两端、L2两端和串联电路的两端，只要用题中提供的两个电压表直接测出任意两处的电压，根据串联电路中的电压规律，就可间接求出第三处的电压。
符合题目中两项要求的电路图如图所示。
方法指导：
本题考查根据要求设计电路、画电路图的能力和对串联电路中的电压规律的理解掌握。
解题时要先画出主电路，然后再画电压表。
连接线要画成横平竖直，线路要画得简洁、整齐、美观，电路元件符号要画得准确规范。
电路图画完后要对照要求进行检查，发现错误及时修正。
二、并联电路电压的规律
引导：
我们已经知道探究问题的一般方法：
提出问题——猜想或假设——设计实验——进行实验——分析和论证——评估与交流。
而且得出了在串联电路中电压的规律：
串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。
那么在并联电路中电压存在什么规律呢？
按照探究问题的一般方法，写出探究报告。
．提出问题：
并联电路两端的总电压与各个支路两端的电压有什么关系？
2．猜想或假设
________________________________________________________________________。
________________________________________________________________________。
让学生们作出了各种猜想，各样假设，真实的结果到底是什么？
请同学们用实验来求证。
大家先设计实验。
3．设计实验
各组可以简单说明你们的设计方案。
简单评价各组的方案。
你是怎么做的？
你得出了什么样的结果？
4．进行实验
学生分组实验，教师巡视指导。
两个灯泡并联的实验记录：
L1两端的电压U1/V
L2两端的电压U2/V
总电压U/V
第一次测量
第二次测量
5．分析和论证
同学们认真分析你们测量出的数据。
测量结果说明了什么？
你得出了什么样的结论？
和你原来的猜想一致吗？
让学生用自己的语言描述得到的结论。
评价：
同学们这种勇于探索的精神非常好，归纳大家的实验，可以得到一般结论吗？
并联电路中电压的规律：
并联电路各支路电压相等。
同学们通过自己的努力和同伴的配合得出了并联电路中电压的规律。
请大家对自己的探究活动过程进行回顾，认真分析、思考在实验过程中真正明白了哪些问题，还有什么新的发现？
6．评估与交流
让学生反思自己的探索过程，寻找问题。
刚才提到的问题，请同学们互相讨论，看能不能找出问题的原因。
现在需要同学们根据你们的探究过程写一份科学探究的小报告。
学生完成探究报告，教师巡视，选择完成较好的，利用投影和同学们交流、小结。
7．即学即练
题目：
如右图所示的电路中，电压表V1、V2和V3分别测量的是 、 和 ；如果电压表V1、V2的示数分别为6V和4V，那么电压表V3的示数为 V。
答案：
电路两端总电压 L1两端电压 L2两端电压
[课堂总结]
通过我们这次的探究活动，同学们了解了研究问题的一般方法：
．提出问题——猜想或假设——设计实验——进行实验——分析和论证——评估——交流。
2．串联电路中电压的规律：
串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和。
3．并联电路中电压的规律：
并联电路中并列的各支路两端的电压都相等。
[布置作业]
“动手动脑学物理”1、2。
板书设计
二、探究串、并联电路电压的规律
电压规律串联电路串联电路中的总电压等于各部分电路的电压之和U总＝U1＋U2＋…＋Un并联电路并列的各支路两端的电压都相等U总＝U1＝U2＝…＝Un
设计反思
本节课依据初中学生的学习特点和科学探究的基本过程进行设计，适合对学生进行初步的科学探究能力的训练。
本节课设计时考虑到要让学生经历科学探究的下列过程：
提出问题——猜想或假设——设计实验——进行实验——分析和论证——评估——交流。
目的是让学生了解研究问题的一般方法，让学生体验在生活情景中发现并提出问题，如何探求规律，如何验证规律，理解规律和运用规律，整个过程自然顺畅，环环相扣，严密合理。
本节内容在培养学生科学探究素养和电学知识学习上具有重要意义，既是电压知识学习的深入，更是进一步学习欧姆定律、探究电学规律的基础。
参考资料
正确地把电池串联和并联起来
把电池串联和并联起来使用，这听起来好像很简单，但是，遵循一些简单的规则，就可以避免不必要的问题。
在电池组中是把多个电池串联起来，得到所需要的工作电压。
如果所需要的是更高的容量和更大的电流，那就应该把电池并联起来。
另外还有一些电池组，把串联和并联这两种方法结合起来。
一个膝上型电脑的电池有可能是把四节3.6V锂离子电池串联起来，总电压达到14.4V；然后，再把两组串联在一起的电池并联起来，这样，电池组的总电量就可以从XX毫安时提高到4000毫安时。
这种接法称作“四串两并”，它的意思是：
把两组由四节电池串联在一起的电池组并联起来。
．串联
需要高电量的便携设备，一般是由两节或更多节电池串联起来的电池组供电。
如果使用高电压的电池，导体和开关的尺寸可以做得很小。
中等价位的工业电动工具一般使用电压为12V至19.2V的电池供电；而高级电动工具使用电压为24V至36V的电池，以获得更大的电力。
汽车工业最终把启动器的点火电池电压从12V提高到36V，甚至是42V。
这些电池组是由18节串联起来的铅酸性电池组成。
在早期的混合型汽车中，用来供电的电池组，电压为148V。
比较新的车型所使用的电池组，电压高达450V至500V，大部分是镍基化学电池。
一个电压为480V的镍金属氢电池组是由400节镍金属氢电池串联而成。
有一些混合型汽车也用铅酸性电池做过试验。
42V的汽车用电池价格昂贵，而且，比起12V电池，它在开关上会产生更多的电弧。
使用高电压电池组所带来的另一个问题，就是有可能遇到电池组里的某一节电池失效的情况。
这就像一个链条，串联在一起的电池越多，出现这种情况的几率就越高。
只要一节电池有问题，它的电压就会降低。
到最后，一节“断开”的电池可能会中断电流的输送。
而要更换“坏”电池也绝非易事，因为新老电池是互不匹配的。
一般说来，新电池的容量要比老电池的高得多。
我们来看一个电池组的实例，第三节电池仅产生0.6V的电压，而不是正常的1.2V。
随着工作电压的下降，它比正常电池组更快地达到放电结束的临界点，同时，它的使用时间也急剧缩短。
一旦设备因电压过低而切断电源，其余三节仍然完好的电池就不能把所存储的电量送出来了。
这时，第三节电池还呈现很大的内阻，如果此时还带有负载，那么，将会导致整个电池链的输出电压将大幅度下降。
在一组串行电池中，一节性能差的电池，就像是一个堵住水管的塞子，会产生巨大的阻力，阻止电流流过去。
第三节电池也会短路，这将使终端的电压降低至3.6V，或者，使电池组链路断开并切断电流。
一个电池组的性能是取决于电池组里最差的那块电池的性能。
2．并联
为了得到更多的电量，可以把两个或者更多个电池并联起来。
除了把电池并联起来，另一个办法是使用尺寸更大的电池。
由于受到可以选用的电池的限制，这个办法并不适用于所有情况。
此外，大尺寸的电池也不适合做成专用电池所需要的外形规格。
大部分的化学电池都可以并联使用，而锂离子电池最适合并联使用。
由四节电池并联而成的电池组，电压保持为1.2V，而电流和运行时间则增大到四倍。
与电池串联相比，在电池并联电路中，高阻抗或“开路”电池的影响较小，但是，并联电池组会减少负载能力，并缩短运行时间。
这就好比一个发动机只启动了三个汽缸。
电路短路所造成的破坏会更大，这是因为，在短路时，出现故障的电池会迅速地耗尽其他电池里的电量，并引起火灾。
3.串并联
使用串并联这种连接方法时，在设计上很灵活，可以用标准的电池尺寸达到所需要的额定电压和电流。
应当注意：
总功率不会因为电池的不同连接方法而改变。
功率等于电压乘电流。
对锂离子电池而言，串并联的连接方法很常见。
最常用的一种电池组是18650，它带有保护电路，能够监视串联在一起的每一节电池，因此，它的最大实际电压为14.4V。
这个保护电路也可以用于监视并联在一起的每一节电池的状态。
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