11.2 导体的电阻 教案

第11章 电路及其应用
第2节 导体的电阻
教学内容分析
《导体的电阻》是《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》必修课程必修3模块中“电路及其应用”主题下的内容。课程标准要求为：通过实验，探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。知道滑动变阻器的工作原理。通过I-U图像了解材料的电阻特性。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课程的标准的解读为：本条目要求学生通过实验探究了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面之间的定量关系，理解电阻定律及其表达式，在实验探究中经历问题、证据、解释与交流等科学探究的过程，体验用图像法处理数据的科学方法，促进实验探究能力的提升。
本节包括电阻和电阻率两个概念。通过实验对导体两端电压U和通过导体的电流I的测量，发现U-I图像是一条过原点直线，说明导体的比值不变，对于不同导体，该比值不同，这个比值表明了导体的导电性质，定义为导体的电阻。研究导体的电阻影响因素，通过控制变量这一重要科学方法，定量研究电阻与长度、导体横截面积和材料的关系，最后给出电阻率的概念，通过演示实验说明电阻率与温度的关系。
学情分析
从知识层面，学生已经在初中学习了电阻的概念，对电阻概念熟悉。学生学习了很多用比值定义法定义的物理量，这有助于学生理解电阻的定义。控制变量法是一种重要的科学研究方法，在研究电阻与长度、导体横截面积和材料因素时需用用到该方法。学生虽能把我实验设计的基本思想，但具体实验方案设计能力发展不足，要注意引导学生设计实验方案，比较实验方案的优点和缺点。学生对新奇现象有较强的好奇心，超导的介绍能引起学生的学习兴趣，可以让学生自行查阅互联网资源，阅读文字或观看视频，为了解科学前沿打开一扇窗口。
教学目标
学生理解电阻的定义，体会物理概念及规律的建立过程。
学生通过实验探究，了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系，体会物理学中控制变量的研究方法。
学生分析实验数据，了解电阻率的物理意义及其与温度的关系。学生查阅资料，初步了解超导现象及其应用。
学生能根据伏安特性曲线分析不同导体的导电性能的区别。
教学重难点
教学重点：电阻的定义及电阻的决定因素
教学难点：运用控制变量法，设计实验方案研究金属导体电阻与长度、横截面积和材料的关系，分析数据得到电阻定律。
教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学
教学过程
新课引入
投影电阻图片。
教师介绍导体对电流有阻碍作用，这种性质称为导体的电阻。电阻丰富多样，有的电阻的阻值与光照强度有关，称为光敏电阻；压敏电阻与施加于其上的压力有关。如何表征电阻？电阻与哪些因素有关？如何定量研究电阻的影响因素？
新课教学
电阻
投影电路，用伏安法测量通过导体的电流和导体两端的电压。
教师介绍电路：当滑动触头P滑到位置a。电阻R被短路，电流和电压均为零。当滑动触头滑到位置b，导体R和滑动变阻器并联。滑动触头从a滑到b，导体的电压逐渐增大。
展示实验测量结果(见上方作图)。
问题1：对于金属导体，导体两端的电压与通过导体的电流遵循什么规律？
问题2：你认为如何定义导体的电阻较为恰当？
问题3：导体U-I图像的斜率代表哪个物理量？下图是两个导体的U-I图像，哪个导体的电阻大？
归纳总结：
电阻定义为导体两端的电压U与通过导体电流I的比值，
R=
电阻由导体自身决定。
课堂练习 "练习与应用"第1题。
某同学对四个电阻各进行一次测量，将每个电阻两端电压与通过电阻电流在坐标系中描点，得到A、B、C、D四个点.试比较四个电阻阻值大小.
答案：RA>RB=RC>RD
思考与讨论：根据金属结构模型，导体对电流为何有阻碍？从微观角度如何理解导体具有电阻？
分析：自由电子在做定向运动时要与带正电的离子实频繁碰撞(每秒可达1014次)，电阻反映的是因碰撞而造成的对电子定向运动的破坏作用。
欧姆定律：导体中的电流 I 跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R成反比，即
I=
实验表明：对于金属导体，化学电解液，欧姆定律成立，其他材料导体，欧姆定律不成立。
影响导体电阻的因素
问题：不同电阻的影响因素不同。光敏电阻的阻值与光照强度有强烈的依赖关系，热敏电阻与材料的温度有关。金属材料导体在生活中广泛应用。金属导体的电阻与哪些因素有关？
情境1：将滑动变阻器C端和B端接入电路，将滑动触头P向D端移动，接入电路的阻值如何变化？滑动变阻器改变阻值的原理是什么？说明导体的电阻与什么因素有关？
情境2：将灯泡串联接入电路，实验发现灯丝较粗的灯泡较亮。灯泡的亮度由哪个物理量决定？这个现象说明电阻与什么因素有关
情境3：生活中导线大多是铜材料。铁的价格比铜的价格低，铁也是导体。电阻与什么因素有关？
分析归纳：影响金属导体电阻大小的因素有导体的长度、导体的横截面积和导体的材料。
问题1：金属导体电阻与多个因素有关。如何研究电阻某个因素的关系？你打算采用什么方法？
问题2：研究导体电阻R与导体长度l的关系，对实验材料有何要求？哪些物理量相同？哪些物理量不同？
问题3：阅读教材“实验 研究影响导体电阻的因素”内容，实验中如何测量导体的电阻？该实验算出电阻的具体数值了吗？
问题4：该实验使用一个电压表，将电压表依次与每个金属丝并联，测量电压，表征电阻的大小。若用四个电压表分别与每个金属丝并联，一次测量出四个电压数值。这种方案可行吗？若可行，试比较该方案与教材方案相比，有何优势和劣势？教材方案有何优点？
导体电阻率
实验表明：同种材料的导体，电阻与它的长度l 成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关.这个结论称为电阻定律。写成数学表达式，可以表示为，
R=ρ
式中ρ为材料的电阻率，由材料种类决定。
展示不同材料的电阻率表格。
表1 导体材料在20℃时的电阻率
材料 电阻率ρ/Ω·m
银 1.6×10-8
铜 1.7×10-8
铝 2.9×10-8
钨 5.3×10-8
铁 9.7×10-8
镍铬合金 1.0×10-6
镍铜合金 5.0×10-7
锰铜合金 4.4×10-7
思考：观察表1中数据，你能解释为什么导线选择铜材料吗？银的电阻率小于铜的电阻率，为什么不选择银材料？
金属导体电阻率与温度有关。对于大多数金属，随着温度升高，金属材料电阻率增大。电阻率和温度之间存在定量的对应关系，人们根据这种关系制造了电阻温度计，可以测量较大的温度范围。而有些合金电阻率在一定温度范围内电阻率近似不变，通常用于制作标准电阻，用于校准仪器。
温度降低，金属导体的电阻会减小。荷兰物理学家昂内斯发现当温度降低至4.2K时，汞的电阻突然跳跃式下降到仪器测不到的值，电阻变为零，这种现象称为超导现象。在昂内斯之后，科学家们发现当温度很低时，很多金属和合金都会发生超导现象。科学家逐渐发现了更多的超导材料，而超导的实现温度也逐渐提升，在实际中发挥了重要应用。
昂内斯的实验结果 超导体的抗磁性（慈悬浮）
伏安特性曲线
以通过导体的电流I为纵轴，以导体两端的电压U为横轴，绘制的I-U图像称为导体的伏安特性曲线。
问题1：绘制金属导体的伏安特性曲线。图像的斜率代表什么？
(
I I
a
b
O U O U
图1 图2
)
问题2：导体a和导体b的伏安特性曲线如图1所示，哪个导体的电阻大？
问题3：某导体的伏安特性曲线如图2所示。该导体的电阻与导体两端的电压有关吗？若有关，随着电压增大，导体的电阻如何变化？
二极管的伏安特性曲线：
图 3 二极管的伏安特性曲线
二极管是一种电学器件。当加正向电压超过某一值时，电流随电压升高急剧升高，二极管电阻很小，可认为电阻为零；当加反向电压，不太大时，电流很小，几乎为零，电路中无电流，可视作断路。
课堂小结
电阻：导体两端的电压与通过导体 电流的比值。R=。
电阻定律：同种材料的导体，电阻与它的长度l 成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关.R=ρ
电阻率。金属导体的电阻率随温度升高增大。
伏安特性曲线
根据伏安特性曲线分析电阻随电压如何变化；
二极管具有单向导电性：通正向电压，当作短路处理；通反向电压，当作断路处理
作业：“练习与应用”写在教材上。
板书设计
§ 11.2 导体的电阻
一、电阻
R= 由材料决定.
欧姆定律：I=
适用条件：金属导体、电解液
二、影响导体电阻的因素
三、导体的电阻率
1.电阻定律 R=ρ
2.电阻率 ρ 金属导体电阻率随温度升高增大
四、伏安特性曲线
1.I-U图像
2.二极管：单向导电性
斜率表示
教学反思
由于初中学习过电阻概念，学生容易理念电阻的含义，根据定义理解金属导体U-I图像斜率表示电阻。但部分学生对电阻存在片面的认识，认为电阻不变。这一错误的认识要通过演示实验更改，说明金属的电阻随温度升高增大。学生根据I-U图像计算阻值存在困难，要明确对于任何导体，电阻的定义均适用，R=，根据定义计算电阻。对于伏安特性曲线是曲线的导体，电阻随电压的变化可以看割线的斜率，割线斜率表示电阻的倒数。
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