/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第16章 电压 电阻
第3节 电阻
教材 解读 本节内容包括两部分:一是电阻的概念,二是影响电阻大小的因素。《初中物理新课程标准》对本节内容的要求是:“知道电阻。”电阻是电学中一个重要的物理量,与电流、电压构成初中电学的三大基石。在初中物理知识体系中,欧姆定律是一个具有核心地位的基本规律,也是一个难点,而电阻知识是欧姆定律的基础;同时,让学生理解电阻的概念和掌握影响电阻大小的因素,认识电阻是导体本身的一种性质,也是为了给后面变阻器,电阻的串、并联,电与热的学习打基础。本节知识在日常生产和生活中也有广泛应用。所以,无论是从新课程标准的要求来看,还是从物理知识的系统性学习来看,“电阻”都具有承上启下的重要作用。
学 习 目 标 物理观念 1.知道电阻的定义、单位及单位换算关系。 2.知道影响导体电阻大小的因素。 3.了解半导体和超导现象。
科学思维 通过实验归纳影响导体电阻大小的因素,提高学生的概括能力。
科学探究 通过观察和实验,掌握“控制变量”的实验方法。
科学态度 与责任 通过学生的探究活动,培养尊重事实的科学态度。
教学 重、 难点 重点:导体电阻大小的影响因素。 难点:电阻概念的建立,控制变量法的理解和掌握。
教学 建议 针对本节内容以实验为基础的特点,确定采用教师指导学生自主实验探究的方法进行教学。通过提出问题——学生猜想——实验探究——交流合作等一系列探究过程,让学生自己动手做实验,通过同学之间相互讨论,来学习体验应用“控制变量法”研究问题,理解影响电阻大小因素的内容,并同步采用类比法,加深对影响电阻大小因素的理解。培养学生的分析、综合能力以及探索能力和合作精神,有效地突出重点、突破难点,真正实现让学生成为学习的主体。为了激发学生自主学习的积极性,真正实现让学生成为学习的主人,针对本节内容和以上教法,学生的主要学法为实验探究法和讨论归纳法,充分理解电阻的概念,并以此为基础认识影响电阻大小的四个因素。 本节课十分重视探究方法教育,重视科学探究的过程。在探究影响电阻大小的因素时,强调“控制变量法”在解决物理问题中的重要作用,让学生在认知过程中体验实验方法,了解什么是电阻和影响电阻大小的因素。教学要有侧重点,在讲述影响电阻大小的因素时,重点放在材料、长度和横截面积这三个因素方面,温度对电阻的影响在许多情况下也是不可忽视的。对“科学世界”的处理,要面向学生的生活实际和社会实践,课前布置学生查阅资料,通过多媒体展示物理中的科学世界,开阔学生视野。
教学设计① (对应ppt见电子资源)
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 情境引入: 大街上车太多时就会发生堵塞,那么,电流在导体中通过时是否也会受到阻碍呢 在生活及工程技术中,都要用到铜、铝等金属材料制成的导线来传送电能(或信息)。 铁也是导体,而且价格便宜,为什么不用铁线 学习了电阻的概念你就明白了。 观察、思考 通过具体的生活情境及电流的形成这一知识点,让学生体会导体对电流的阻碍作用,激发兴趣,进入主题。
【探究新知】 一、电阻 1.电阻概念的引入 演示实验1:比较小灯泡的亮度(教材P77图16.3-2)。 演示实验2:在上述实验中,接入电流表,观察电流表的示数变化(电路图如图所示),并继续观察小灯泡的亮度。 总结归纳: ①在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。 ②导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大。 ③导体的电阻通常用字母R表示,单位是欧姆,简称欧,符号是Ω。 电阻的单位还有:兆欧(MΩ)、千欧(kΩ)。 换算关系:1 MΩ=103 kΩ=106 Ω。 科学家欧姆简介:欧姆是德国物理学家,提出了经典电磁理论中著名的欧姆定律。为纪念其重要贡献,人们将其姓氏作为电阻的单位。欧姆的姓氏也被用于其他物理及相关技术内容中,比如“欧姆接触”“欧姆杀菌”“欧姆表”等。 2.生活中常见的电阻:实验室小灯泡中灯丝的电阻通常为几欧姆到十几欧姆;日常用的电炉丝的电阻为几十欧姆;长1 m、横截面积1 mm2的家用铜导线,电阻为百分之几欧姆,通常可以略去不计。 观察、思考、交流、讨论 思考、交流、总结 通过实验演示,让学生发现:不同导线对电流的阻碍作用不同。从而引出“电阻”的概念。 知道电阻的定义、单位及其换算关系;了解科学家的成就。
3.电阻器 过渡导语:我们经常要用到具有一定电阻的元件——电阻器,以改变电路中的电流和电路两端的电压,它也叫定值电阻,在电路图中用符号表示。 多媒体展示图片:电阻器。 二、影响电阻大小的因素 1.猜想:展示种类不同的各种金属丝,让学生观察,引导学生对影响导体电阻大小的因素进行合理猜想。 (学生的猜想一般是:长度、横截面积、材料、温度等) 2.实验:探究影响导体电阻大小的因素 探究活动1:探究电阻与导体材料的关系 思考: (1)需要控制的变量是什么 (2)如何表示电阻的大小 讨论得出: (1)需控制的变量是长度、横截面积。 (2)电路中接入电流表,电流小,则表示导体电阻大。 学生设计实验电路图并连接电路。 学生讨论得出实验方案:在同一电路中分别接入长度与横截面积相同的铜丝、铁丝和镍铬合金丝,并接入电流表,闭合电路,电流表示数小,则导体电阻大。 (学生设计表格并进行实验) 结论:在导体长度和横截面积相同时,导体的电阻与材料有关。 探究活动2:探究电阻与导体长度的关系 思考:需要控制的变量是什么 讨论得出:需控制的变量是材料、横截面积。 学生讨论得出实验方案:在同一电路中分别接入材料和横截面积相同、长度不同的镍铬合金丝。闭合电路,观察电流表的示数。 (学生进行实验) 结论:在导体的材料、横截面积相同时,导体越长,电阻越大。 探究活动3:探究电阻与导体横截面积的关系 思考:需要控制的变量是什么 讨论得出:需控制的变量是材料、长度。 (学生设计实验并进行实验) 结论:在导体的材料、长度相同时,导体的横截面积越大,电阻越小。 探究活动4:探究电阻与温度的关系 准备实验器材:把镍铬合金丝在铅笔上缠绕,做成螺旋状。 实验方法:把镍铬合金丝线圈接入电路,在常温下测出电路中的电流,用酒精灯加热镍铬合金丝,观察电流表的示数(如图所示)。 思考、交流、讨论、分工合作、实验探究、得出结论 思考、交流、讨论、分工合作、实验探究、得出结论 思考、交流、讨论、分工合作、实验探究、得出结论 学会控制变量法的应用。 让学生自主探究实验,有助于提升学生学习的兴趣,强化对实验结果的记忆和理解。 通过明显的实验现象,让学生进一步理解长度对电阻的影响。 通过明显的实验现象,让学生进一步理解横截面积对电阻的影响。
(学生进行实验,观察电流表的示数,得出结论。) 结论:大多数导体温度升高时电阻增大。 思考:导体的电阻由它自身的条件决定,不同的导体,电阻一般不同,所以说,电阻是导体本身的一种性质。 最终总结: ①导体的电阻与导体的材料、长度、横截面积和温度都有关系。 ②导体的材料和温度相同时,长度越长,横截面积越小,电阻越大;反之,电阻越小。 ③导体的电阻是导体本身的一种性质,与导体两端的电压和通过导体的电流无关。 提问:从课本上看,你知道哪些材料的导电性能好 答:银的导电性能最好,其次是铜,再次是铝。 3.半导体与超导现象 阅读教材“科学世界”中的内容,了解什么是半导体,什么是超导现象。并归纳半导体与超导现象的概念。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 思考、交流、讨论、分工合作、实验探究、得出结论 思考、交流、总结 阅读、思考 通过明显的实验现象,让学生进一步理解温度对电阻的影响。 了解电阻是导体本身的一种性质。 增加对半导体和超导体的认识。
教学设计② (详见电子资源)
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二 教学设计②”,
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。
内容详见电子资源。
导学设计
学点1 电阻
1.实验探究:导体对电流的阻碍作用
(1)实验过程
如图16-3-12所示,把长短、粗细相同的铜丝和镍铬合金丝分别接入电路,闭合开关,观察电路中小灯泡的亮度和电流表的示数。
图16-3-12
(2)实验现象
把铜丝接入电路时,电流表的示数比较 大 ,小灯泡较 亮 ;把镍铬合金丝接入电路时,电流表的示数比较 小 ,小灯泡较 暗 。
(3)实验分析
在相同的电压下,通过铜丝的电流较大,表明铜丝对电流的阻碍作用较 小 ;通过镍铬合金丝的电流较小,表明镍铬合金丝对电流的阻碍作用较 大 。
(4)实验结论
导体在导电的同时,对电流产生 阻碍 作用。不同导体对电流的阻碍作用不同,物理学中用 电阻 来表示导体的这种性质。
2.电阻
[阅读归纳]阅读教材P78有关内容并归纳。
(1)概念:在物理学中,用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻通常用字母 R 表示。
(2)单位
①国际单位: 欧姆 ,简称欧,符号 Ω。
②常用单位: 千欧 (kΩ)、 兆欧 (MΩ)。
③换算关系:1 kΩ= 103 Ω;1 MΩ= 103 kΩ。
(3)电阻器:在电子技术中,我们常用到具有一定电阻的元件——电阻器,也叫作 定值电阻 ,在电路图中用符号 表示。
(4)对电阻的理解(可从“阻碍作用”和“性质”两个角度来分析)
①导体的电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越 大 。在相同的电压下,导体对电流的阻碍作用(电阻)越大,电路中的电流越 小 。而绝缘体之所以起绝缘作用,就是由于其电阻很 大 。
②导体的电阻是导体本身的一种 性质 ,由自身情况决定。不管这个导体是否连入电路,是否有电流通过,也不管它两端的电压是否改变,导体对电流的阻碍作用(电阻)总是 存在 的。无电流通过时,这种阻碍作用仅仅是没有体现出来而已。
学点2 影响电阻大小的因素
1.探究影响电阻大小的因素
[实验思路]
(1)控制变量法:在探究电阻的大小可能与导体的材料、导体的长度、导体的粗细、导体的温度有关时,利用控制变量法去探究每一个因素对电阻大小的影响。
(2)转换法:在电源电压不变的情况下,通过 电流表示数 或灯泡亮度来判断导体电阻的大小。
[实验过程]
(1)实验器材:电源(干电池或蓄电池)、导线、规格不同的镍铬合金丝、锰铜合金丝、电流表、灯泡、开关、酒精灯、日光灯灯丝等。
(2)实验步骤
①根据所研究的问题连接如图16-3-13所示的实物图。
图16-3-13
②选用长度和横截面积相同的锰铜合金丝a和镍铬合金丝b,分别将它们接入电路,观察电流表的示数,记入表格中。
③选用横截面积相同、长度不同的两根镍铬合金丝b和c,分别将它们接入电路,观察电流表的示数,记入表格中。
④选用长度相同、横截面积不同的两根镍铬合金丝b和d,分别将它们接入电路,观察电流表的示数,记入表格中。
⑤探究导体的电阻与温度的关系
控制导体的材料、长度、横截面积相同,导体的温度不同。用酒精灯给日光灯灯丝加热,观察灯泡的亮暗情况及电流表的示数,记入表格中。
(3)数据收集
次数 电压 材料 长度/cm 横截面 积/mm2 电流/A 电阻/Ω
1 3 V 锰铜合金 l S
2 镍铬合金 l S
3 S
4 l 2S
导体 温度 电流 电阻
日光灯灯丝 低
高
[分析论证]
(1)电阻与导体的材料、长度、横截面积的关系
①由实验次数1与2可得出:在导体的长度和横截面积相同时,导体的电阻与导体的材料有关。
②由实验次数2与3可得出:在导体的材料和横截面积相同时,导体的长度越长,电阻越大。
③由实验次数2与4可得出:在导体的材料和长度相同时,导体的横截面积越大,电阻越小。
(2)金属导体的电阻与温度的关系:同一灯丝的电阻随温度的升高而增大。
[实验结论]
导体的电阻与导体的 长度 、 横截面积 、 材料 和 温度 有关。在材料、横截面积相同时,导体越长,电阻越大。在材料、长度相同时,导体的横截面积越大,电阻越小。在长度、横截面积相同时,导体的材料不同,电阻不同。在一定条件下,金属导体的电阻随温度的升高而增大。
2.不同物质的导电性能
(1)长为1 m、横截面积为1 mm2的不同材料的金属丝在20 ℃时的电阻如下表所示:
材料 电阻/Ω 材料 电阻/Ω
银 0.016 钨 0.053
铜 0.017 铁 0.099
铝 0.027 镀铬合金 1.100
(2)不同材料在导电性能上的排序
图16-3-14显示的是不同材料在导电性能上的排序,从左至右,材料的导电性能依次 减弱 。
图16-3-14
3.半导体和超导体
阅读教材P80“科学世界”并归纳。
(1)导电性能介于 导 体和 绝缘 体之间的材料称作半导体。例如锗、硅等。利用半导体材料可以制作二极管、三极管。如果把很多二极管、三极管和电阻器、电容器等元件直接做在基片上,就可以制成 集成 电路(俗称芯片)。
(2)当温度降到某个临界值时一些金属的电阻会突然 消失 ,这种现象叫作 超导 现象。
21世纪教育网(www.21cnjy.com)/ 让教学更有效 精品试卷 | 物理学科
第16章 电压 电阻
第3节 电阻
新课导入
方式一 【情境导入】
播放视频:石头对水流的阻碍作用(图16-3-1)。
导入语:水在向前流动的过程中会受到一些阻碍作用,如石头对水的阻碍等;电荷在导体中发生定向移动时也会受到一定的阻碍,本节课我们就来研究导体对电流的阻碍作用——电阻。
图16-3-1 图16-3-2
方式二 【问题导入】
多媒体展示图片:各种导线(图16-3-2)。
导入语:导线多是用铜做的,特别重要的电器设备的导线是用昂贵的银做的。铁也是导体,既多又便宜,想想看,为什么不用铁来做导线呢 要明白其中的道理,我们要先学习导体对电流的阻碍作用——电阻。
方式三 【实验导入】
演示实验:如图16-3-3所示,分别把两根不同材料的导线(长度和粗细相同)接入电路中,闭合开关,观察到灯泡的亮度不同。
图16-3-3
导入语:小灯泡的亮度为什么不同呢 要想找到问题的答案,让我们进入今天的物理课堂——电阻。
电子视频 (详见电子资源)
教材知识处理
补充实验:探究温度对电阻的影响
[实验器材] 电池组;开关;导线若干;不同规格的铅笔芯(分别选择2B、HB、2H等不同标号的铅笔芯,某一标号的铅笔芯有粗细不同的规格);电流表;等等。
[操作] 取一支铅笔,剥去木质层,剥出铅笔芯,用导线夹夹住铅笔芯的两端,将其固定在支架上。如图16-3-4所示,连好电路,让学生观察小灯泡的发光情况;再用酒精灯给铅笔芯均匀加热,让学生继续观察小灯泡的发光情况。加热前后可以清楚地观察到小灯泡由亮变暗。换用不同规格的铅笔芯,重做实验。
图16-3-4
本节教材链中考
[考点小说] 导体的电阻是导体本身的一种性质,其大小取决于导体的材料、长度和横截面积,此外还受温度的影响,而与导体两端的电压、通过它的电流无关,即导体两端有无电压、导体中有无电流,导体的电阻都是存在的。对于影响电阻大小的因素,必须理解并掌握如何运用控制变量法进行科学的实验探究。该部分知识多以选择题或实验探究题的形式呈现。
[考点对接] 1.影响电阻大小的因素
[源起教材P78、P79] 演示
影响导体电阻大小的因素
1.电阻的大小是否跟导线的长度有关
选用横截面积相同、长度不同的两根镍铬合金丝,分别将它们接入电路(图16.3-4)中,观察电流表的示数。比较通过长短不同的镍铬合金丝的电流大小。
……
图16.3-4 研究电阻大小与导线长度的关系
例1 (常德中考)有A、B、C三根完全相同的导线,将A导线剪去一半,电阻变为R1;将B导线均匀拉伸到原来长度的两倍,电阻变为R2;将C导线从中间对折,电阻变为R3。下列大小关系正确的是( )
A.R1>R2>R3 B.R2>R1>R3 C.R2>R3>R1 D.R3>R1>R2
[答案] B
例2 (温州中考)小明利用一个废弃的白炽灯,用如图16-3-5甲所示的装置来探究灯丝电阻与温度的关系。
图16-3-5
(1)闭合开关,电流表的示数如图乙所示,其示数为 A。
(2)点燃酒精灯给白炽灯的灯丝加热,发现电流表示数变小。由此可知:灯丝温度升高,其电阻大小变化情况是 。
[答案] (1)0.3 (2)变大
例3 (哈尔滨中考)如图16-3-6所示是小明自制的调光台灯,把一根导线固定在铅笔芯左端,然后将另一根导线接触铅笔芯右端并逐渐向左滑动,小明会看到的现象是 ,产生这种现象的原因是导体的 减小,引起导体电阻变小。
图16-3-6
[答案] 灯变亮 长度
例4 (西藏中考)某学习小组在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中,设计了如图16-3-7所示的实验装置,实验中分别将A、B、C、D四根导体接入电路,四根导体的材料规格
如表所示。
图16-3-7
导体代号 长度/m 横截面积/mm2 材料 电流表示数/A
A 1.0 0.4 锰铜 1.4
B 0.5 0.4 锰铜 2.7
C 1.0 0.6 锰铜 2.0
D 1.0 0.4 镍铬合金 0.6
(1)请你在图中用一根导线将电流表正确连入电路。
(2)为比较A、B、C、D四根导体电阻的大小,可通过观察 来判断。
(3)要探究导体电阻大小与长度的关系,应选用 两根导体进行实验。
(4)将A、C两根导体分别接入电路中进行实验,可得出:当导体的长度和材料相同时,横截面积越大,电阻越 。
[答案] (1)如图16-3-8所示 (2)电流表示数 (3)A、B (4)小
图16-3-8
[考点对接] 2.半导体和超导体
[源起教材P80] 科学世界
图16.3-6 北斗导航卫星上的一些芯片
例5 (凉山州中考)如图16-3-9所示是我国自主研发的一款高性能处理器,其具有强大的计算能力和低功耗性能。该处理器的成功研制将有助于提升我国在计算机硬件领域的自主创新能力,打破国外技术垄断,推动国内芯片产业的发展。制作该芯片需要 (选填“半导体”或“超导体”)材料,该处理器正常工作时,相当于电路中的 (选填“电源”或“用电器”)。
图16-3-9
[答案] 半导体 用电器
例6 (广西中考)关于超导材料,下列说法正确的是 ( )
A.是绝缘体材料
B.是半导体材料
C.常温常压下电阻为零
D.用来输电可减少电能损耗
[答案] D
拓展材料
材料一——LED灯制冷片
LED灯相对于传统光源具有体积小、光效高、节约能源、使用寿命长等优点,成为人们照明的首选产品。但就目前而言,LED灯电光转化效率仅有20%,剩下的能量白白耗散掉,使自身温度升高,从而影响使用寿命。研究表明,利用半导体制冷片可降低LED灯的温度。根据帕尔贴效应,将LED灯和半导体制冷片接触,当制冷片和直流电源连接成通路时,就可以达到制冷效果。半导体材料有P型半导体和N型半导体两种,图16-3-10甲是一个半导体制冷单元的原理图,P型半导体和N型半导体的上端和铜片A连接,下端分别和铜片B连接后接到直流电源的两端,此时电路的电流方向是从N型半导体经A流向P型半导体,铜片A会从空气吸收热量,铜片B会向空气放出热量。反之,改变直流电源的正、负极,铜片B会从空气吸收热量,铜片A会向空气放出热量。
半导体中有可以自由移动的电荷通电时,电荷移动的方向与电流方向相反。由于电荷在不同的材料中具有不同的能量,当它从高能量状态向低能量状态运动时放出热量,从低能量状态向高能量状态运动时吸收热量。实验发现,改变半导体制冷片两端电压,得到LED灯平均温度随时间变化的图像如图乙所示。当半导体制冷片输入电压为5 V时,LED灯温度快速降低至27 ℃,之后LED灯持续放热,温度上升至44 ℃进入稳定状态。断开所有电源,半导体制冷片和LED灯均停止工作,LED灯温度突然跃升到48 ℃,然后下降到室温。
图16-3-10
材料二——超导现象
20世纪初,科学家发现汞在温度降低至-269 ℃时,电阻值就变成了零,这种现象叫“超导现象”,具有这种特性的物质叫“超导体”。
低温为什么能发生超导呢 基于初中知识,我们建立一个简易模型进行理解,将导体的原子核与核外受到约束的电子(能量较低而不能自由运动)组成“原子实”,可类比成小球。原子实做着热运动,穿行其间的自由电子会与它发生碰撞,表现为导体对自由电子传导的阻碍,即电阻。导体温度降至极低时,它们的热运动都趋于消失,通电时自由电子就可以不受阻碍地定向通过导体,宏观上就发生了低温超导现象。
图16-3-11
高压也能让材料发生超导。理论上,某种导体在相当于260万倍标准大气压的高压环境下,15 ℃的“高温”(相对极低温)也能使其发生超导现象。在这样极高的压力下,原子实排列成紧密的堆垛形式,如图16-3-11所示,原子实仅能在很小的范围内做热运动,几乎没有空间表现热运动,就像热运动消失了一般。此时原子实堆垛间的间隙就成为稳定的自由电子通道。通电时自由电子就能在间隙中零阻碍地定向移动,宏观上就显示出超导现象。
常见输电过程中,约7%的电能因导线发热耗散掉。若输电线缆选用超导材料,就可大大减少由于电阻引发的电能损耗。2021年12月,世界首条35千伏公里级液氮超导输电线工程在上海投运,实现了我国在“高温”超导输电领域的领先。
材料一 LED灯制冷片
材料二 超导现象
21世纪教育网(www.21cnjy.com)
