2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第6節(jié) 導體的電阻 教案1.doc

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2019-2020年人教版高中物理選修3-1 第二章 第6節(jié) 導體的電阻 教案1三維目標知識與技能1掌握電阻定律的內容和物理意義，能利用電阻定律進行有關的分析和計算；2掌握電阻率的概念，知道電阻率和哪些因素相關。過程與方法用控制變量法，探究導體電阻的決定因素，培養(yǎng)學生利用實驗抽象概括出物理規(guī)律的能力。情感、態(tài)度與價值觀通過實驗探究，體會學習的快樂。教學重點電阻定律及利用電阻定律分析、解決有關的實際問題。教學難點1利用實驗，抽象概括出電阻定律是本節(jié)課教學的難點；2什么情況下考慮電阻率隨溫度的變化，什么情況下忽略這種影響。教學方法探究、講授、討論、練習。教具實物投影儀、電流表、電壓表、滑動變阻器、學生電源、電鍵、導線若干、實驗所需合金導線、日光燈燈絲、歐姆表、酒精燈、熱敏電阻、光敏電阻、手電筒。新課導入已知金屬銅在單位體積中的自由電子數(shù)為8.51028m3，現(xiàn)在橫截面積為1.0mm2的銅導線中通過1.2A的電流，試求導線中自由電子的定向移動速率。（答案：8.9105m/s）在我們剛才計算中，我們用到了電流的微觀解釋IneSv，讓我們討論這樣幾個問題：1在電壓一定的情況下，如果僅將導體的橫截面積S增大，電流會怎樣變化？（教師提示：電場強度（對柱形導體，看成勻強電場E）會變化嗎？v會變化嗎？n會變化嗎？結論：I變大。2在電壓一定的情況下，如果僅將導體的長度L增大，電流會怎樣變化？ （提示：和上面類似）結論：I變小。3在電壓一定的情況下，如果僅將導體的溫度升高，電流會怎樣變化？（提示：和上面類似，但要提請學生注意電子熱運動速率的變化客觀上造成阻礙作用加大）結論：I變小?？偨Y：我們剛才討論的雖然是電流的變化，但根據(jù)歐姆定律，它事實上反映另外一個隱含的信息：電阻會隨著導體某些因素的改變而改變。同學們在初中學過，電阻是導體本身的一種性質，導體電阻的大小決定于哪些因素？其定性關系是什么？導體電阻的大小決定于導體的長度、橫截面積和材料。同種材料制成的導體，長度越長，橫截面積越小，電阻越大。同學們在初中已經知道了導體的電阻與材料、長度、橫截面積的定性關系，這節(jié)課讓我們用實驗定量地研究這個問題，找出影響導體電阻的因素，并定量的總結出相關規(guī)律。新課教學一、探究影響導體電阻的因素我們已經知道，導體的電阻是導體本身的一種性質，由導體自身的因素決定，那么，它到底由哪些因素決定呢？移動滑動變阻器的滑片可以改變它的電阻，這說明導體電阻跟它的長度有關；同是220V的燈泡，燈絲越粗用起來越亮，說明導體的電阻跟橫截面積有關；電線常用銅絲制造而不用鐵絲，說明導體的電阻跟它的材料有關。實驗時可以在鐵絲、康銅絲、電爐絲（鎳鉻合金絲）等不同金屬絲中選擇幾種，測量它們的橫截面積、長度、電阻，從中找出關系。關于這些物理量的測量方法，建議如下。取一段新的緊密繞制的電爐絲，如右圖那樣用刻度尺測出它的寬度，除以圈數(shù)，便是電爐絲的直徑，于是可以算出電爐絲的橫截面積S。測量銅絲的橫截面積時，可以使用類似的方法，也可以用游標卡尺或螺旋測微器測量。把電爐絲拉直，或者用一根已經被拉直的同一規(guī)格的電爐絲，用刻度尺量出它的長度l?？梢杂糜覉D的電路電量電爐絲的電阻R：閉合開關后，測量電爐絲兩端的電壓、通過電爐絲的電流，然后根據(jù)歐姆定律算出電爐絲的電阻。改變滑動變阻器的滑片位置，能獲得多組數(shù)據(jù)，以各組電阻數(shù)據(jù)的平均值為電阻R。通過測量得到所需數(shù)據(jù)后，怎樣得出結論？以下方法可供參考。探究方案一：實驗探究我們可以通過實驗在長度、橫截面積、材料三個因素中，保持兩個因素不變，比較第三個因素的影響，然后研究另外兩個因素的影響?！緦嶒灐刻骄繉w電阻與其影響因素的定量關系如圖所示，a、b、c、d是四條不同的金屬導體。在長度、橫截面積、材料三個因素方面，b、c、d跟a相比，分別只有一個因素不同；b與a長度不同，c與a橫截面積不同；d與a材料不同。圖中四段導體是串聯(lián)的，每段導體兩端的電壓與它們的電阻成正比，因此，用電壓表分別測量a、b、c、d兩端的電壓，就能知道它們的電阻之比。比較a、b的電阻之比與它們的長度之比；比較a、c的電阻之比與它們的長橫截面積之比；比較a、d 的電阻是否相等。這樣就可以得出長度、橫截面積、材料這三個因素與電阻的關系。改變滑動變阻器的滑片位置，可以獲得多組實驗數(shù)據(jù)以得到更可靠的結論。這個實驗得到的是電阻與導線長度、橫截面積的比例關系，實驗中不必測量電阻大小的數(shù)值。結論：導體的電阻與導體的長度成正比。導體的電阻與導體的橫截面積成反比。導體的電阻與導體材料的性質有關。探究方案二：理論與實驗相結合探究除了上述探究思路外，我們還可以用剛剛學過的知識，通過邏輯推理來探究導體的電阻與導體長度、橫截面積的關系，然后通過實驗來探究導體電阻與材料的關系。1分析導體電阻與它的長度的關系一條長度為l、電阻為R的導體，可以看成是由n段長度同為l1、電阻為R1的導體串聯(lián)而成的，這n段導體的材料、橫截面積都相同。總長度l與每段長度l1的關系為另一方面，由串聯(lián)電路的性質可知，RnR1，即對比兩式，可知即在橫截面積、材料相同的條件下，導體的電阻與長度成正比。2研究導體電阻與它的橫截面積的關系有n條導體，它們的長度相同、材料相同、橫截面積相同。橫截面積同為S1、電阻同為R1。由并聯(lián)電路的性質可知，即同時所以即在長度、材料相同的條件下，導體的電阻與橫截面積成反比。在以上兩個結論的基礎上，再通過實驗探究導體的電阻是否跟材料有關，這時對它們的幾何尺寸就可以不做限制。這樣操作的自由度就大多了?！緦嶒灐刻骄繉w電阻與材料的關系1根據(jù)以上分析，以等式的形式寫出用導體長度l、導體橫截面積S表示導體電阻R的關系式，用一個與l、S無關的常量表示比例系數(shù)。2選擇至少兩種不同材料的導體（例如鎳鉻合金與康銅絲），測出它們的長度、橫截面積和電阻，分別計算出上述等式中的比例系數(shù)。3分析上述比例系數(shù)的物理意義。二、導體的電阻1電阻定律的內容同種材料的導體的電阻R跟它的長度L成正比，跟它的橫截面積S成反比；導體電組與構成它的材料有關。這就是電阻定律。2電阻定律的公式R式中是比例常數(shù)，它與導體的材料有關，是一個反映材料導電性能的物理量。三、電阻率1電阻率由于在S 、L相同的情況下，大，R就大，導電性就差，反之，則越好。所以是一個能反映導體導電性能好壞的物理量。電阻率是反映導體導電性能好壞的物理量。當L1m，S1m2時，的數(shù)值等于R的值?？梢?，材料的電阻率在數(shù)值上等于這種材料制成的長為1m、橫截面積為1m2的導體的電阻。電阻率由導體材料決定，反映物質的屬性。2單位在國際單位制中，電阻率的單位是歐米（m）。幾種導體材料在20時的電阻率材料/m材料/m銀1.610-8鐵1.010-7銅1.710-8錳銅合金4.410-7鋁2.910-8鎳銅合金5.010-7鎢5.310-8鎳鉻合金1.010-6錳銅合金：85%銅，3%鎳，12%錳。鎳銅合金：54%銅，46%鎳。.鎳鉻合金：67.5%鎳，15%鉻，16%鐵，1.5%錳?！眷柟叹毩暋縜金屬與合金哪種材料的電阻率大？合金的電阻率大。b制造輸電電纜和線繞電阻時，怎樣選擇材料的電阻率？制造輸電電纜時應選用電阻率小的鋁或銅來做；制造線繞電阻時應選用電阻率大的合金來制作。3電阻率與溫度有關【演示】將日光燈燈絲（額定功率為8 W）與演示用歐姆表調零后連接成下圖電路，觀察用酒精燈加熱燈絲前后，歐姆表示數(shù)的變化情況?，F(xiàn)象：當溫度升高時，歐姆表的示數(shù)變大，表明金屬燈絲的電阻增大，從而可以得出，金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。（介紹電阻溫度計的主要構造、工作原理，如右圖）電阻溫度計就是利用金屬的電阻隨溫度變化制成的。常用的電阻溫度計是用金屬鉑做的，已知鉑絲的電阻隨溫度的變化情況，測出鉑絲的電阻就可以知道溫度。錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小。錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小，怎樣利用它們的這種性質？利用它們的這種性質，常用來制作標準電阻。金屬材料的電阻率隨著溫度的升高而增大，但是有些材料的電阻率隨著溫度的升高而減小，也有些材料的電阻率當溫度降低到一定程度后會迅速減小為零，從而轉變?yōu)槌瑢w。【思考與討論】如圖所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面為正方形的導體，但R2的尺寸比R1小很多。通過兩導體的電流方向如圖所示。這兩個導體的電阻有什么關系？你認為這種關系對電路的微型化有什么意義？分析：設厚度為d，正方形連長為l，根據(jù)電阻定律，導體的電阻為電阻與正方形的邊長無關，所以這兩個導體的電阻相等，故可以將電阻做得更小些，減小電阻的體積，對電路的微型化有很重要的意義。若電流沿導體的其它方向流過導體，結論如何？【說一說】中央電視臺2002年12月播放了北京市技術質量監(jiān)督局對市場中電線電纜產品質量抽查的消息。消息引用檢驗負責人的話：“十幾個不合格產品中，大部分存在導體電阻不合格問題，主要是銅材質量不合格，使用民再生銅或含有雜質很多的銅。再一個就是銅材質量可能合格，但把截面積縮小，買2.5平方（毫米）的線，拿到手的線可能是1.5或1.5多一點的，載流量不夠。還有一個問題是絕緣層質量不合格，用再生塑料制作電線外皮，電阻率達不到要求”談一談，這位負責人的講話中體現(xiàn)了哪些物理原理？【鞏固練習】關于電阻率，以下說法中正確的是（ A ）A純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大B純金屬的電阻率隨著溫度的升高而減小C超導體的電阻率為零，所以在任何溫度下對電流都沒有阻礙作用D電阻率的大小只隨溫度的變化而變化，而與材料本身無關一段均勻導線對折兩次后并聯(lián)在一起，測得其電阻為0.5，導線原來的電阻多大？若把這根導線的一半均勻拉長為三倍，另一半不變，其電阻是原來的多少倍？解析：一段導線對折兩次后，變成四段相同的導線，并聯(lián)后的總電阻為0.5，設每段導線的電阻為R，則0.5，R2，所以導線原來的電阻為4R8。若把這根導線的一半均勻拉長為原來的3倍，則這一半的電阻變?yōu)?936，另一半的電阻為4，所以拉長后的總電阻為40，是原來的5倍。右圖所示為滑動變阻器原理的示意圖，下列說法中正確的是（ BCD ）abcdPAa和b接入電路時，P向右移動，電阻增大Bb和d接入電路時，P向右移動，電阻減小Cb和c接入電路時，P向右移動，電阻減小Da和d接入電路時，P向右移動，電阻增大下列關于電阻率的說法中正確的是（ B ）A電阻率與導體的長度、橫截面積有關B電阻率是表示材料導電性能的物理量，與溫度有關C電阻率大的導體，電阻一定大D金屬電阻率在任何溫度下都不可能為零一只“220 V 100 W”的燈泡工作時電阻為484，拿一只同樣的燈泡來測量它不工作時的電阻，下列說法中正確的是（ A ）A小于484 B大于484 C等于484D無法確定一個標有“220 V 60 W”的白熾燈泡，加上的電壓U由0逐漸增大到220 V，在此過程中，電壓U和電流I的關系可用圖線表示，在圖中所給的四個圖線中，肯定不符合實際的是( ACD )UIOUIOUIOUIOA B C DAV短路AB如圖所示，在相距40km的A、B兩地架兩條輸電線，電阻共為800，如果在A、B間的某處發(fā)生短路，這時接在A處的電壓表示數(shù)為10V，電流表的示數(shù)為40mA，求發(fā)生短路處距A處有多遠？ 解析：設發(fā)生短路處距離A處有x米，據(jù)題意知，A、B兩地間的距離l40 km，電壓表的示數(shù)U10 V，電流表的示數(shù)I40 mA40103A，R總800。根據(jù)歐姆定律I可得：A端到短路處的兩根輸電線的電阻RxRx250根據(jù)電阻定律可知：RxA、B兩地輸電線的電阻為R總，R總由得解得x12.5 km。小結本節(jié)課的學習，主要學習了以下幾個問題：1通過實驗定量地研究了與導體電阻有關的因素。2總結得出了電阻定律，掌握了電阻定律的內容和公式：R。3電阻率是反映材料導電性能的物理量.材料的電阻率隨溫度的變化而改變；某些材料的電阻率會隨溫度的升高而變大（如金屬材料）；某些材料的電阻率會隨溫度的升高而減?。ㄈ绨雽w材料、絕緣體等）；而某些材料的電阻率隨溫度變化極?。ㄈ缈点~合金材料）。電阻定律只是在初中的基礎上給出了一個定量的關系。但是，本節(jié)還是有一個新的要點，那就是，我們發(fā)現(xiàn)導體的電阻還會和溫度相關。這一點在實際中是有意義的，比如，物理學家們根據(jù)這個特性制成了熱敏電阻，大家只要去了解一下電飯煲的工作原理，就會感受到熱敏電阻的使用價值了。此外，電阻隨溫度的變化在以后（超導及其應用）中還會有深刻的發(fā)揮。當我們考慮到電阻隨溫度的變化時，我們的很多電學問題的討論是很麻煩的，因此，在更加廣泛的場合，我們忽略了這種效應。甚至在中學階段，如果不是題目明確考察電阻隨溫度的變化規(guī)律，我們都不考慮這一點。這也是我們應該記住的一個常規(guī)。布置作業(yè)教材第59頁“問題與練習”第2、3題；思考并回答第1、4題。板書設計6導體的電阻一、探究影響導體電阻的因素探究方案一：實驗探究導體的電阻與導體的長度成正比。導體的電阻與導體的橫截面積成反比。導體的電阻與導體材料的性質有關。探究方案二：理論與實驗相結合探究1分析導體電阻與它的長度的關系即在橫截面積、材料相同的條件下，導體的電阻與長度成正比。2研究導體電阻與它的橫截面積的關系即在長度、材料相同的條件下，導體的電阻與橫截面積成反比。二、導體的電阻1電阻定律的內容同種材料的導體的電阻R跟它的長度L成正比，跟它的橫截面積S成反比；導體電組與構成它的材料有關。這就是電阻定律。2電阻定律的公式R三、電阻率1電阻率電阻率是反映導體導電性能好壞的物理量。2單位在國際單位制中，電阻率的單位是歐米（m）。3電阻率與溫度有關金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小。教學后記