教科版高二物理选修3-1第二章第2节 电阻定律 教案

二、电阻定律
教学目标
1． 深化对电阻的认识，理解电阻定律及电阻率的物理意义。
2． 了解常见导体的电阻率，知道电阻率与温度有关。
3． 通过问题教学，加强学生问题意识，培养学生的创新能力。
4． 了解半导体特性及半导体材料的应用，了解超导及其应用。
5． 让学生通过发现问题――提出问题――方法研究――实验操作等一系列探索过程掌握获取知识的方法，发展思维能力。
重点难点
重点：电阻定律
难点：理解电阻率的物理意义
设计思想
电阻是电路中的重要物理量，上节课已通过欧姆定律定义了导体的电阻，并知道导体电阻与电压和电流无关，只由导体本身决定，本节通过实验探究决定导体电阻的因素，让学生知道导体的电阻由材料、长度、横截面积及温度决定，其中反映材料特性的因素用电阻率这一物理量来衡量，接着介绍常见材料的电阻率及其应用。最后在导体基础上再引入绝缘体和半导体，拓宽学生的知识面，有条件可引导学生进行课外阅读，了解超导及其应用。
教学资源 《电阻定律》多媒体课件、电源、电阻、电流表、电压表、开关、导线、刻度尺
教学设计
【课堂引入】
导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小取决于哪些因素呢？今天我们就来研究这一问题，学习第二节：电阻定律。
【课堂学习】
学习活动一：实验探究决定导体电阻的因素
问题1：导体总有一定的长度和横截面积，构成导体的材料也可能不同，如何进行实验探究决定导体电阻的因素呢？
问题2：假设导体的电阻与这几个因素都有关，用什么方法研究导体电阻与各个因素的关系呢？
　　（学生讨论回答：控制变量法）
问题3：实验过程中各个物理量如何测量？
1、 长度的测量：把金属丝拉直，用刻度尺测出它的长度。
2、 横截面积的测量：将金属丝紧密地并排绕制成一个线圈，用刻度尺测出宽度，除以圈数，便得出金属丝直径，进而算出横截面积。金属丝的直径也可用螺旋测微器直接测量。
3、 导体电阻的测量：按如图所示连接电路，闭合开关，测出金属丝两端电压和通过的电流，根据欧姆定律算出电阻，移动滑动变阻器的滑片，多测几组数据，求出电阻的平均值。







（本实验操作过程较繁，本节课中可由教师引导，学生完成一两组数据即可，教师应在课前进行实验，得到多组数据，有条件也可在本节课前安排一节学生分组探究实验）
学习活动二：引出电阻定律
问题1：由上述实验数据，你可以得出什么结论？
　　（学生讨论发言，教师再总结）
结论1：在导体两端电压不变时，用材料和横截面积相同，但长度不同的导体做实验，通过的电流与导体长度成反比。
结论2：在导体两端电压不变时，用材料和长度相同，但横截面积不同的导体做实验，通过的电流与导体横截面积成正比。
结论3：在导体两端电压不变时，用长度和横截面积都相同，但材料不同的导体做实验，通过的电流一般各不相同。
问题2：根据以上结论能否总结出一个定量的公式？
同材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻与构成它的材料有关。写成公式，则是。
（学生在初中物理的基础上很容易总结出以上电阻定律，要教会学生将定量实验的结论写成公式的思想方法。）
例题： 一个内阻可忽略的电池，对一个装满水银的U型玻璃管A中的水银供电，电流为0.1A．若把全部水银倒满在另一个内径大一倍的U型管B中，那么该电池对B内水银供电时电流是多大？
〖解析〗水银的总体积不变，将其倒入B管中，其横截面积变为原来的4倍，则其长度将变为原来的1/4，由电阻定律可知电阻变为原来的1/16，根据欧姆定律，在电源电压不变的情况下，电流将变为原来的16倍，即电流。
学习活动三：理解电阻率
问题1：上述公式中的ρ从表面上看只是一个比例系数，实质它却是反映导体导电性能的重要物理量，它由哪些因素决定？
这是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。材料的电阻率在数值上等于由这种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻。电阻率的单位是欧姆·米，符号Ω·m。
注意点：
(1)电阻率与导体的长度、横截面积无关，只取决于材料。
(2)纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，连接电路的导线一般用电阻率小的铝或铜来制作，必要时可在导线上镀银。
(3)各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化，金属的电阻率随温度的升高而增大，灯丝在工作时的电阻增大就是因为材料的电阻率增大了。有些合金的电阻率几乎不随温度变化，可用来制作标准电阻。
问题2：给你一条金属丝，如何测量该金属的电阻率？
根据电阻定律，可得电阻率，因此，测出金属丝的横截面积S、长度l和电阻R，就可求得该种金属的电阻率ρ。
例题：家用电热驱蚊器中电热部分的主要元件是PTC，它是由钛酸钡等半导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的个关系图象如图。电热驱蚊器的原理是：通电后电阻器开始发热，温度上升，使药片散发出驱蚊药，当电热器产生的热与向外散发的热平衡时，温度达到一个稳定值。由图象可以判定：通电后，PTC电阻器的功率变化情况是 ，稳定时的温度应取 区间的某一值。
〖解析〗通电后应认为电压U不变，随着温度的升高，在t0~t1范围内，电阻率随温度的升高而减小，因此电阻减小，电功率增大，驱蚊器温度持续上升；在t1~t2范围内，电阻率随温度的升高而增大，因此电阻增大，电功率减小．当电热器产生的热与向外散发的热平衡时，温度、电阻、电功率都稳定在某一值．所以功率变化是先增大后减小，最后稳定在某一值，这时温度应在t1~t2间．




学习活动四：了解导体、绝缘体和半导体
问题1：电阻定律适合于任何均匀的柱体材料，只是不同材料的电阻率差别很大，按电阻率的大小不同材料一般可分为几种？
电阻率大约为10-8～10-6Ω·m的材料一般称为导体；电阻率大约为108～1018Ω·m的材料一般称为绝缘体；有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，称为半导体，其电阻率大约为10-5～106Ω·m。
制作导线一般用电阻率小的材料，如铜、铝等；良好的绝缘体有陶瓷、塑料、橡胶，常用于需要隔绝导电的地方；典型的半导体有锗、硅、砷化镓、锑化铟等，许多半导体材料的导电性能随外界条件的改变而发生灵敏的变化，可制成热敏电阻、光敏电阻等，用于自动控制设备中。
问题2：导体和绝缘体有绝对的界限吗？可以相互转化吗？
导体和绝缘体并没有绝对的界限，通常情况下不导电的物体，当条件改变时，就可能导电。如空气在低电压下不导电，在极高电压下，空气发生电离而导电。又如常温下，玻璃不导电，当玻璃被加热到炽红状态时，它就会导电，变成导体。

【课堂小结】
问题1：如何设计电路探究决定导体电阻的因素？
问题2：导体电阻与哪些因素有关？
问题3：电阻定律的公式？如何理解电阻率？
问题4：导体、绝缘体和半导体有哪些应用？
【板书设计】
第二节 电阻定律
一、探究决定导体电阻的因素
1、实验电路
2、结论
二、电阻定律和电阻率
1、公式：
2、电阻率
三、导体、绝缘体和半导体
1、导体：
2、绝缘体：
3、半导体：


课堂反馈
1、使小白炽灯泡长时间通电，则其灯丝电阻的情况应为（ ）
A．灯丝电阻值不变
B．由于生热，灯丝横截面积胀大，所以电阻变小
C．由于生热，灯丝长度增大，所以电阻变大
D．由于生热，构成灯丝的材料电阻率增大，所以灯丝的电阻变大
2、关于电阻率，下列说法正确的是 （　　）
A．纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大
B．半导体的电阻率随温度升高而增大
C．超导体的电阻率为零，所以对电流的阻碍作用为零
D．电阻率的大小只随温度变化而变化，与材料本身无关
3、两根完全相同的金属导线，如果把其中一根均匀拉长到原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，然后给它们分别加上相同的电压，则在同一时间内通过它们的电量之比为 （ ）
A．1 : 4 B．1 : 8 C．1 : 16 D．16 : 1
4、某用电器离供电电源距离为L，线路上的电流为I，若要求线路上的电压降不超过U，已知输电线的电阻率为ρ，该输电线的横截面积最小值是（ ）
A．ρL/R B．2ρLI/U
C．U/ρLI D．2UL/Iρ
5、一粗细均匀的镍铬丝，截面直径为d，电阻为R。把它拉制成直径为d/10的均匀细丝后，它的电阻变为( )
　 A．R/1000 　B．R/100
C．100R 　　D．10000R



6、实验探究决定导体电阻的因素：
⑴实验步骤：
①导体横截面积的测量：将金属丝 绕制成一个线圈，用刻度尺测出 ，除以 ，便得出金属丝的直径为D，算出横截面积S= 。
②将金属丝拉直，用刻度尺量出长度L；
③导体电阻的计算：按下图连接电路，移动滑片，采用控制变量法，测出多组U和I，根据R= ，算出金属丝电阻的平均值。
⑵数据处理
材料 规格 U/V I/A R/Ω
镍铬 S、L
S、2L
2S、L
锰铜 S、L












⑶结论：导体的电阻与导体的长度成 　 ，与导体的横截面积成 　 ，导体的电阻与 　　 有关，这个规律叫做电阻定律。
7、一立方体金属块,每边长2cm，具有5×10-6Ω的电阻,现在将其拉伸为100米长的均匀导线，求它的电阻?
8、有一种“电测井”技术，用钻头在地上钻孔，通过在钻孔中进行电特性测量，可以反映地下的有关情况，如图所示为一钻孔，其形状为圆柱体，半径为10 cm，设里面充满浓度均匀的盐水，其电阻率ρ＝0.314 Ω·m，现在钻孔的上表面和底部加上电压，测得U＝100 V，I＝100 mA。
(1)求：该钻孔的深度。
(2)若截取一段含盐水的圆柱体与电动势为200 V、内阻为100 Ω的电源相连，通电10 min，当截取的圆柱体长度为多少时，盐水产生的热量最多，最多为多少？


9、（2017浙江4月选考卷）小明用电学方法测量电线的长度，首先小明测得电线铜芯的直径为1.00mm，估计其长度不超过50m，（已知铜的电阻率为Ω?m），现有如下实验器材：①量程为3V、内阻约为3KΩ的电压表；②量程为0.6A、内阻约为0.1Ω的电流表；③阻值为0-2Ω的滑动变阻器；④内阻可忽略，输出电压为3V的电源；⑤阻值为R0=4.30Ω的定值电阻，开关和导线若干小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当是数为0.5A时，电压表示数如图1所示读数为 V，根据小明测量的信息，图2中P点应该 （选填“接a”、“接b”、 “接c”或“不接”）q点应该 （选填“接a”、“接b”、“接c”或“不接”），小明测得的电线长度为 m。



参考答案：
1、D　　　　2、AC　　　3、C　　　4、B　　　5、D　　　　
6、⑴①密　　线圈长度　　圈数　　
③
⑵图略
⑶正比　　反比　　材料
7、125欧
8、(1)100 m　(2)10 m　6×104 J
9、2.50 接b 接a 31.4

课后测评
1、下列关于电阻率的说法中，正确的是 （ ）
A．所有材料的电阻率都随温度的升高而增大
B．用来制作标准电阻的锰铜和镍铜的电阻率几乎不随温度的变化而变化
C．电阻率大的导体，电阻一定大
D．电阻率与导体的长度和横截面积有关
2、如图电路中，开关K原来是闭合的，当R1、R2的滑片刚好处于各自的中点位置时，悬在空气平板电容器C两水平极板间的带电尘埃P 恰好处于静止状态，要使尘埃P加速向上运动的方法是 ( 　 )
A．把R1的滑片向上移动
B．把R2的滑片向上移动
C．把R2的滑片向下移动
D．把开关K断开
3、如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab=10 cm，bc=5 cm，当将A与B接入电压为U的电路中时，电流为1 A；若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为（ ）
A．4 A B．2 A
C． A D． A?
4、有长度相同，质量相同，材料不同的金属导线A、B各一根。已知A的密度比B的大，A的电阻率比B的小。则A、B两根导线的电阻为( )
　　A．RA＞RB B．RA＜RB　　C．RA= RB D．无法判断
5、一只白炽灯泡，正常发光时的电阻为121Ω，当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应是( )
　A．大于121Ω B．小于121Ω　　C．等于121Ω D 无法判断
6、为了测定液体的电阻率，工业上用一种称为“电导仪”的仪器，其中一个关键部件如右图所示。A、B是两片面积为1cm2的正方形铂片。间距d=1cm，把它们浸没在待测液体中。若通过两根引线加上一定的电压U=6V时，测出电流强度I=1μA，这种液体的电阻率为多少？



7、AB两地间铺有通讯电缆，长为L，它是由两条并在一起彼此绝缘的均匀导线组成的，通常称为双线电缆．在一次事故中经检查断定是电缆上某处的绝缘保护层损坏，导致两条导线之间漏电，相当于该处电缆的两导线间接了一个电阻．检查人员经过下面的测量可以确定损坏处的位置
(1)令B端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RA；
(2)令A端的双线断开，在A处测出双线两端间的电阻RB；
(3)在A端的双线间加一已知电压UA，在B端用内阻很大的电压表测出两线间的电压UB．
试由以上测量结果确定损坏处的位置．
8、神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为，髓鞘是由多层(几十层到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的，髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有2 μm左右。而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105 Ω。
(1)若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率。
(2)若有一圆柱体是由髓质制成的，该圆柱体的体积为32 πcm3，当在其两底面上加上1000 V的电压时，通过该圆柱体的电流为10π μA，求圆柱体的圆面半径和高。
9、（2016江苏卷，10）小明同学通过实验探究某一金属电阻的阻值R随温度t的变化关系．已知该金属电阻在常温下的阻值约10 Ω，R随t的升高而增大．实验电路如图所示，控温箱用以调节金属电阻的温度．
实验时闭合S，先将开关K与1端闭合，调节金属电阻的温度，分别记下温度t1，t2，…和电流表的相应示数I1，I2，…．然后将开关K与2端闭合，调节电阻箱使电流表的示数再次为I1，I2，…，分别记下电阻箱相应的示数R1，R2，…．

（1）有以下两种电流表，实验电路中应选用．
（A）量程0~100 mA，内阻约2Ω
（B）量程0~0.6 A，内阻可忽略
（2）实验过程中，要将电阻箱的阻值由9.9 Ω调节至10.0Ω，需旋转图中电阻箱的旋钮“a”、“b”、“c”，正确的操作顺序是．
①将旋钮a由“0”旋转至“1”
②将旋钮b由“9”旋转至“0”
③将旋钮c由“9”旋转至“0”
（3）实验记录的t和R的数据见下表：

请根据表中数据，在答题卡的方格纸上作出R-t图线．

由图线求得R随t的变化关系为R= Ω．

参考答案：
1、B　　　　2、C　　　　3、A　　　　4、D　　　　5、B
6、6×104Ω·m
7、设双线电缆每单位长度的电阻为r，漏电处距A端为x，漏电处的等效电阻为R，电路如图所示，由题意可得 ①， ②
由欧姆定律有 ③，由上述三式消去r和R，可得：
．

8、(1)　8×106 Ω·m　(2)　4 cm　2 cm

9、（1）A （2）①②③（或①③②）（3）见下图 0.04t+8.8（0.04t+8.6~0.04t+9.0都算对）




C

P

K

E　r

R1

R2