《探究串、並聯電路電壓的規律》教學設計及課後反思
整體設計
“探究串、並 聯電路電壓的規律”這一實驗在本章中佔有重要地位。它不僅是加深理解電壓概念的需要，也是使學生鞏固電壓表使用技能的 需要，更是培養學生科學探究能力、進一步學習電學基本規律的需要。本節的學習是將來探究電流、電壓和電阻的關係，學習歐姆定律和電功率的鋪墊。
本節是在學生學習了“電路”“電流”“電壓”“串聯電池組電壓關係”等知識的基礎上，讓學生透過探究活動找出串、並聯電路中電壓的關係。由於學生在第五章“探究串、並聯電路的電流規律”的學習中，經歷了一次完整的科學探究的七個環節，所以本節教學可在複習、熟悉七個環節的基礎上，重點突出幾個環節，如“設計實驗”“進行實驗”等。
本節教學一般應在實驗室進行，可以要求學生按照課本中的步驟完成。也許有的學生一下子能說出“結論”而非常得意，但是應該讓學生明確：一下說出來的“結論”不是真正科學的、能讓人信服的結論，這僅僅是猜想，只是探究活動的開始，它還需要論證。探究活動的目的絕不只是讓學生說出或記住結論，而是要求學生在探究的過程中學習，科學探究過程的每個環節都有它特有的教育功能。
本節課的整體教學思路如下：
1．提出問題：透過創設問題情境，分析家用電器和節日小彩燈的串、並聯引出串、並聯電路電壓關係的探究。
2．猜想或假設：學生的想象可能是豐富多彩的，但不一定都正確。不管其猜想是否正確，都要引導學生運用實驗來進行探究，而不能直接告訴學生答案和結論。如果學生提出的猜想較多，可運用“拋錨”的思想引導學生先探究與本節教學目標有關的猜想，其他猜想可在課外活動和後續學習過程中來完成。
3．設計實驗：在作出猜想或假設之後，進入制訂計劃階段，這實際上就是讓學生設計實驗。這一環節中教師應引導學生自己選擇實驗器材，透過師生互動，讓學生自己明確實驗步驟，並畫出相應的電路圖。
4．進行實驗：這一步是實際操作，要注意觀察學生的實驗過程，引導學生正確連線實驗電路，規範地使用儀器。對學生在實驗中出現的問題要及時進行點撥和引導，以保證實驗的順利進行。注意讓學生養成尊重事實，如實記錄原始資料的習慣。
5．分析和論證：這一步是資料處理。引導學生對自己的資料進行分析比較，找出資料之間的關係，歸納總結得出結論，注意培養學生的分析概括能力和實事求是的科學態度。
6．評估：要求學生對自己的探究活動進行回顧、分析、思考。教師要把評價重點放在對過程的評價上，即不要把探究的結論作為評價的唯一標準，而要同時對學生參與探究活動的全過程所反映的學習態度、學習狀況、進步情況作出適當評價。
7．交流：這一環節貫穿於整個探究活動之中。教學中，可組織學生以小組為單位進行交流，也可以全班交流。教師要鼓勵不同的想法和做法，讓學生透過交流討論甚至爭論來達到教學要求。
教學重點：
透過實驗探究串、並聯電路中電壓的規律。
教學難點：
組織引導學生在探究過程中規範操作、認真觀察、仔細分析，得出恰當的結論。
教學方法：
1．創設情境，進行實驗探究式學習。
2．以學生自主探究為主，結合教師指導和點評的自主性學習。
課時安排：
1課時
三維目標
一、知識與技能
1．學會正確將電壓表接入串、並聯待測電路，並能畫出相應的電路圖；
2．學會正確使用電壓表測量串聯電路和並聯電路的電壓；
3．會分析實驗資料，歸納總結出串聯電路和並聯電路各 自的電壓規律。
二、過程與方法
在探究串、並聯電路的電壓規律過程中，體驗科學探究的方法、科學探究的步驟。
三、情感態度與價值觀
明確探究目的，專心實驗，由分析實驗資料得出結論。在實驗中培養實事求是、尊重自然規律的科學態度，體會交流合作的重要性，獲得共享成果的喜悅。
課前準備
多媒體、示教電路板(帶各種電學元件)、電壓表、電池組(或學生電源)、小燈泡(帶小燈座)、開關、導線若干。
教學設計
[匯入新課]
方案1：複習匯入
啟發提問：(用展示)
1．什麼是串聯電路？什麼是並聯電路？
2．電壓的單位是什麼？
3．測量電壓大小的儀器及使用規則是什麼？
參考答案：1.幾個導體逐個順次連線的電路是串聯電路；幾個導體並列連線的電路是並聯電路。2.伏特
3．測量電壓要用電壓表，電壓表的使用規則為“二要、一不、二看清”。
教師要積極引導學生，充分發揮學生的積極性和主動性。在複習的基礎上順勢引出問題：串、並聯電路中的電壓有什麼規律？如何去探究？
(教學說明：本節是在“串聯電路”“電壓”“電壓表的使用”“串聯電池組的電壓關係”的學習後安排的教學內容。有效的複習為學生進行本節的探究實驗作好了知識和心理準備。)
方案2：情景匯入
情景1：用播放幾種家用電器並聯在家庭電路中的自拍影片。(見右圖，引導學生注意觀察家用電器是並聯在電路中的)
家庭電路中的並聯
情景2：出示一串小彩燈，將其接入教室(或實驗室)的電路中。(引導學生注意觀察小彩燈是串聯在電路中的)
提出問題：小彩燈為什麼不能像家用電器一樣並聯在電路中呢？
(學生思考後回答)
總結：小彩燈和一般的家用電器所需要的電壓是不一樣的。要想知道為什麼家用電器要 並聯、小彩燈要串聯、我們需要探究串聯電路和並聯電路電壓的規律。也就是說，如果兩個用電器分別以串聯和並聯的形式連線在電路中，在相同電源電壓的情況下，每個用電器上的電壓相同嗎？下面我們先研究串聯電路電壓的規律。
方案3：演示導 入
教師用示教電路板展示幾種不同方式連線的電路。
問題：同學們上學期已經學習過了串聯電路和並聯電路，那麼，誰能來判斷一下展示的幾個電路分別是怎樣連線的呢？
讓學生用簡單的方法驗證自己想法的合理性。
讓學生在紙上畫出你熟悉的串、並聯電路圖。(教師巡視，並選出一張畫得比較好的作為範例，並讓學生畫在黑板上)
啟發：在上學期我們已經探究過在串、並聯電路中電流的特點，那麼，在串、並聯電路中電壓有什麼特點呢？
[推進新課]
一、串聯電路電壓的規律
1．提出問題：
串聯電路中電壓到底有什麼樣的關係？
2．猜想或假設
學生紛紛提出自己的猜想，教師將各種猜想分類板書到黑板上。一般學生會根據自己的知識基礎提出下列猜想：
①串聯電路中電壓的關係應該和電流的關係相同，也是處處相等。
②電壓應該從電源正極出發，沿著電流的方向越來越小。因為電壓是使電路中形成電流的某種“力量”，力量會越用越小。
③燈泡大的地方電壓大，燈泡小的地方電壓就小。
④串聯電池組的電壓等於各個電池的`電壓之和，串聯電路各點的電壓之和也應該等於首尾兩點間的總電壓。
學生們作出了各種猜想，真實的結果到底是什麼？我們應該用實驗來求證。
3．設計實驗
(學生分組討論，並將自己組設計的方案寫出來)
教師巡視，瞭解學生討論的情況，學生討論基本完成後，教師挑選幾組典型的方案進行展示交流。
學生展示交流時教師可作如下提示：
各組可以簡單說明各自的設計方案。簡單評價各組的方案，設計一定要有書面的內容，你想要測量哪些資料？你計劃如何進行測量(按電路圖測量)？你得出了什麼樣的結果(要有實驗記錄)，最後還要與別人交流做更好的改進，各組同學補充設計實驗電路和實驗資料表格。
教師在學生實驗前要強調：
電壓表應該如何連線在電路中？電壓表應並聯在被測電路的兩端。我們知道，測電壓不能像測電流那樣將電流表接在某一點測該點電流，應將電壓表並聯在被測電路的“兩”點間，測出來的是“兩”點間的電壓。
同學們進一步完善自己的設計方案後，可以進行實驗。建議大家在實驗中更換不同的小燈泡，進行重複測量，以保證結論的正確性。
實驗方案參考：
方案1：用學生電源提供電壓，選擇兩隻完全相同的小燈泡，用同一塊電壓表，分別測出每隻燈泡兩端的電壓和兩隻燈泡兩端的總電壓進行比較。實驗原理電路如右圖，具體測量電路如下圖。(這種方案可以調節電源電壓進行多次測量，以透過測量串聯電路兩端總電壓不同時，各用電器兩端電壓和電路兩端總電壓的關係是否一致。)
測量AB兩端的電壓測量BC兩端的電壓測量AC兩端的電壓
方案2：用乾電池作電源，選擇兩隻不同的小燈泡，用三塊電壓表，同時測量每隻小燈泡和兩隻小燈泡兩端的電壓，進行比較。實驗電路如右圖。
方案3：用乾電池作電源，選用四隻小燈泡，兩隻一組，先將兩隻小燈泡串聯接入電路，分別測每隻燈泡和兩隻燈泡的總電壓，然後再 換上另外兩隻燈泡再次測量。
4．進行實驗
(學生分組實驗，教師巡視指導)
要求同學們注意儀器使用的規範性。特別是電壓表正、負接線柱連線正確，量程要選擇合適，讀數時要弄清分度值，讀數準確。原始資料的記錄要實事求是、如實記錄，不許隨意改動。實驗中出現的問題要記錄下來，以 便分析查詢原因。
兩個燈泡串聯的實驗記錄(參考)：
AB間的電壓U1/VBC間的電壓U2/VAC間的電壓U3/V
第一次測量
第二次測量
5．分析和論證
引導學生分析：同學們認真分析你們測量出的資料。測量結果說明了什麼？你得出了什麼樣的結論？和你原來的猜想一致嗎？
讓學生用自己的語言描述得到的結論。
實驗結論：串聯電路中的總電壓等於各部分電路的電壓之和。
評價：表揚學生們勇於探索的精神，歸納大家的實驗，得出結論。並引導學生分析我們得到的結論是否能普遍適用。
啟發：同學們透過自己的努力和同伴的配合得出了串聯電路中電壓的規律，祝賀同學們得到了一個正確的結論。不過，對同學們來講獲得結論的過程更重要。請大家對自己的探究活動過程進行回顧，認真分析、思考在實驗過程中真正明白了哪些問題，還有什麼新的發現？
學生回顧探究的過程，思考總結。
6．評估與交流
讓學生反思自己的探索過程，尋找問題。剛才提到的問題，請同學們互相討論，看能不能找出問題的原因。
(教師巡視並參加同學們的討論)
同學們在實驗中會發現一些問題，並且想知道這些問題的答案，引導學生要在以後的學習中繼續努力，相信將來一定會有所收穫。在同學們的交流中會發現許多同學都用了“幾乎相等”這個詞，而不是說“相等”，這又為什麼呢？這是因為讀數或用電壓表測量的過程中出現了誤差，如讀數時視線沒有與電壓表刻度盤垂直等影響了資料的準確程度。
最後指導學生根據他們的探究過程寫一份科學探究的小報告。學生完成探究報告，教師巡視，選擇完成較好的，利用投影和同學們交流、小結。
7．即學即練(展示問題)
題目：現有一個電池組、一個開關、兩個電壓表、兩個小燈泡、導線若干。請根據上述器材在圖方框內設計一個符合下列兩項要求的電路圖。
(1)兩個小燈泡串聯；
(2)所設計的電路能直接測出(或間接求出)下列物理量：a.電源電壓；b.每個小燈泡兩端的電壓。
解析：根據題目要求，先畫出由電池組、開關、燈泡L1和L2組成的串聯電路的電路圖。由燈泡L1和L2組成的串聯電路中，能夠並聯接入電壓表的位置有三處，L1兩端、L2兩端和串聯電路的兩端，只要用題中提供的兩個電壓表直接測出任意兩處的電壓，根據串聯電路中的電壓規律，就可間接求出第三處的電壓。
符合題目中兩項要求的電路圖如圖所示。
方法指導：本題考查根據要求設計電路、畫電路圖的能力和對串聯電路中的電壓規律的理解掌握。解題時要先畫出主電路，然後再畫電壓表。連線線要畫成橫平豎直，線路要畫得簡潔、整齊、美觀，電路元件符號要畫得準確規範。電路圖畫完後要對照要求進行檢查，發現錯誤及時修正。
二、並聯電路電壓的規律
引導：我們已經知道探究問題的一般方法：提出問題——猜想或假設——設計實驗——進行實驗——分析和論證——評估與交流。而且得出了在串聯電路中電壓的規律：串聯電路中的總電壓等於各部分電路的電壓之和。那麼在並聯電路中電壓存在什麼規律呢？按照探究問題的一般方法，寫出探究報告。
(學生根據課本上的提示，進行實驗並填寫探究報告，教師巡視指導，指導有困難的小組進行規範操作)
1．提出問題：並聯電路兩端的總電壓與各個支路兩端的電壓有什麼關係？
2．猜想或假設
(1)________________________________________________________________________。
(2)________________________________________________________________________。
讓學生們作出了各種猜想，各樣假設，真實的結果到底是什麼？請同學們用實驗來求證。大家先設計實驗。
3．設計實驗
各組可以簡單說明你們的設計方案。簡單評價各組的方案。
(1)你是怎麼做的？(要按電路圖測量，電路圖見圖)
(2)你得出了什麼樣的結果？(要有實驗記錄)
4．進行實驗
學生分組實驗，教師巡視指導。
兩個燈泡並聯的實驗記錄：
L1兩端的電壓U1/VL2兩端的電壓U2/V總電壓U/V
第一次測量
第二次測量
5．分析和論證
同學們認真分析你們測量出的資料。測量結果說明了什麼？你得出了什麼樣的結論？ 和你原來的猜想一致嗎？
讓學生用自己的語言描述得到的結論。評價：同學們這種勇於探索的精神非常好，歸納大家的實驗，可以得到一般結論嗎？
並聯電路中電壓的規律：並聯電路各支路電壓相等 。
同學們透過自己的努力和同伴的配合得出了並聯電路中電壓的規律。請大家對自己的探究活動過程進行回顧，認真分析、思考在實驗過程中真正明白了哪些問題，還有什麼新的發現？
6．評估與交流
讓學生反思自己的探索過程，尋找問題。剛才提到的問題，請同學們互相討論，看能不能找出問題的原因。
現在需要同學們根據你們的探究過程寫一份科學探究的小報告。學生完成探究報告，教師巡視，選擇完成較好的，利用投影和同學們交流、小結。
7．即學即練(展示問題)
題目：如右圖所示的電路中，電壓表V1、V2和V3分別測量的是 、 和 ；如果電壓表V1、V2的示數分別為6 V和4 V，那麼電壓表V3的示數為 V。
答案：電路兩端總電壓(電源電壓) L1兩端電壓 L2兩端電壓
[課堂總結]
透過我們這次的探究活動，同學們瞭解了研究問題的一般方法：(同學們一起總結，教師板書或用展示)
1．提出問題——猜想或假設——設計實驗——進行實驗——分析和論證——評估——交流。
2．串聯電路中電壓的規律：串聯電路中的總電壓等於各部分電路的電壓之和。
3．並聯電路中電壓的規律：並聯電路中並列的各支路兩端的電壓都相等。
[佈置作業]
“動手動腦學物理”1、2。
板書設計
二、探究串、並聯電路電壓的規律
電壓規律串聯電路串聯電路中的總電壓等於各部分電路的電壓之和U總＝U1＋U2＋…＋Un並聯電路並列的各支路兩端的電壓都相等U總＝U1＝U2＝…＝Un
設計反思
本節課依據初中學生的學習特點和科學探究的基本過程進行設計，適合對學生進行初步的科學探究能力的訓練。本節課設計時考慮到要讓學生經歷科學探究的下列過程：提出問題——猜想或假設——設計實驗——進行實驗——分析和論證——評估 ——交流。目的是讓學生了解研究問題的一般方法，讓學生體驗在生活情景中發現並提出問題，如何探求規律，如何驗證規律，理解規律和運用規律，整個過程自然順暢，環環 相扣，嚴密合理。本節內容在培養學生科學探究素養和電學知識學習上具有重要意義，既是電壓知識學習的深入，更是進一步學習歐姆定律、探究電學規律的基礎。
參考資料
正確地把電池串聯和並聯起來
把電池串聯和並聯起來使用，這聽起來好像很簡單，但是，遵循一些簡單的規則，就可以避免不必要的問題。
在電池組中是把多個電池串聯起來，得到所需要的工作電壓。如果所需要的是更高的容量和更大的電流，那就應該把電池並聯起來。另外還有一些電池組，把串聯和並聯這兩種方法結合起來。一個膝上型電腦的電池有可能是把四節3.6 V鋰離子電池串聯起來，總電壓達到14.4 V；然後，再把兩組串聯在一起的電池 並聯起來，這樣，電池組的總電量就可以從2 000毫安時提高到4 000毫安時。這種接法稱作“四串兩並”，它的意思是：把兩組由四節電池串聯在一起的電池組並聯起來。
1．串聯
需要高電量的便攜裝置，一般是由兩節或更多節電池串聯起來的電池組供電。如果使用高電壓的電池，導體和開關的尺寸可以做得很小。中等價位的工業電動工具一般使用電壓為12 V至19.2 V的電池供電；而高階電動工具使用電壓為24 V至36 V的電池，以獲得更大的電力。汽車工業最終把啟動器的點火電池電壓從12 V(實際上是14 V)提高到36 V，甚至是42 V。這些電池組是由18節串 聯起來的鉛酸性電池組成。在早期的混合型汽車中，用來供電的電池組，電壓為148 V。比較新的車型所使用的電池組，電壓高 達450 V至500 V，大部分是鎳基化學電池。一個電壓為480 V的鎳金屬氫電池組是由400節鎳金屬氫電池串聯而成。有一些混合型汽車也用鉛酸性電池做過試驗。
42 V的汽車用電池價格昂貴，而且，比起12 V電池，它在開關上會產生更多的電弧。使用高電壓電池組所帶來的另一個問題，就是有可能遇到電池組裡的某一節電池失效的情況。這就像一個鏈條，串聯在一起的電池越多，出現這種情況的機率就越高。只要一節電池有問題，它的電壓就會降低。到最後，一節“斷開”的電池可能會中斷電流的輸送。而要更換“壞”電池也絕非易事，因為新老電池是互不匹配的。一般說來，新電池的容量要比老電池的高得多。
我們來看一個電池組的例項，第三節電池僅產生0.6 V的電壓，而不是正常的1.2 V(如圖)。隨著工作電壓的下降，它比正常電池組更快地達到放電結束的臨界點，同時，它的使用時間也急劇縮短。一旦裝置因電壓過低而切斷電源，其餘三節仍然完好的電池就不能把所儲存的電量送出來了。這時，第三節電池還呈現很大的內阻，如果此時還帶有負載，那麼，將會導致整個電池鏈的輸出電壓將大幅度下降。在一組序列電池中，一節效能差的電池，就像是一個堵住水管的塞子，會產生巨大的阻力，阻止電流流過去。第三節電池也會短路，這將使終端的電壓降低至3.6 V，或者，使電池組鏈路斷開並切斷電流。一個電池組的效能是取決於電池組裡最差的那塊電池的效能。
2．並聯
為了得到更多的電量，可以把兩個或者更多個電池並聯起來。除了把電池並聯起來，另一個辦法是使用尺寸更大的電 池。由於受到可以選用的電池的限制，這個辦法並不適用於所有情況。此外，大尺寸的電池也不適合做成專用電池所需要的外形規格。大部分的化學電池都可以並聯使用，而鋰離子電池最適合並聯使用。由四節電池並聯而成的電池組，電壓保持為1.2 V，而電流和執行時間則增大到四倍。
與電池串聯相比，在電池並聯電路中，高阻抗或“開路”電池的影響較小，但是，並聯電池組會減少負載能力，並縮短執行時間。這就好比一個發動機只啟動了三個汽缸。電路短路所造成的破壞會更大，這是因為，在短路時，出現故障的電池會迅速地耗盡其他電池裡的電量，並引起火災(如圖)。
3.串並聯
使用串並聯這種連線方法時，在設計上很靈活，可以用標準的電池尺寸達到所需要的額定電壓和電流(如右圖)。應當注意：總功率不會因為電池的不同連線方法而改變。功率等於電壓乘電流。
對鋰離子電池而言，串並聯的連線方法很常見。最常用的一種電池組是18 650(直徑為18 ，長度為650 )，它帶有保護電路，能夠監視串聯在一起的每一節電池，因此，它的最大實際電壓為14.4 V。這個保護電路也可以用於監視並聯在一起的每一節電池的狀態。
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