高中物理人教版 (新课标)选修36 导体的电阻教案

这是一份高中物理人教版 (新课标)选修36 导体的电阻教案，共5页。
eq \(\s\up7(),\s\d5(整体设计))


教学目标


(一)知识与技能


1．理解电阻定律和电阻率，能利用电阻定律进行有关的分析和计算。


2．了解电阻率与温度的关系。


(二)过程与方法


用控制变量法，探究导体电阻的决定因素，培养学生利用实验抽象概括出物理规律的能力。


(三)情感、态度与价值观


通过实验探究，体会学习的快乐。


教学重点难点


重点：电阻定律及利用电阻定律分析、解决有关的实际问题。


难点：利用实验，抽象概括出电阻定律。


教学方法


探究、讲授、讨论、练习。


教学手段


实物投影仪、电流表、电压表、滑动变阻器、学生电源、电键、导线若干、实验所需合金导线、日光灯灯丝、欧姆表、酒精灯、热敏电阻、光敏电阻、手电筒。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教学过程))


导入新课


教师：同学们在初中学过，电阻是导体本身的一种性质，导体电阻的大小决定于哪些因素？其定性关系是什么？


学生：导体电阻的大小决定于导体的长度、横截面积和材料。同种材料制成的导体，长度越长，横截面积越小，电阻越大。


教师：同学们在初中已经知道了导体的电阻与材料、长度、横截面积的定性关系，这节课让我们用实验定量地研究这个问题。


推进新课


1．电阻定律


教师：(多媒体展示)介绍固定在胶木板上的四根合金导线L1、L2、L3、L4的特点。


(1)L1、L2为横截面积相同、材料相同而长度不同的合金导线(镍铬丝)；


(2)L2、L3为长度相同，材料相同但横截面积不同的合金导线(镍铬丝)；


(3)L3、L4为长度相同、横截面积相同但材料不同的合金导线(L3为镍铬丝，L4为康铜丝)。


演示实验：按下图连接成电路。





(1)研究导体电阻与导体长度的关系


教师：将与A、B连接的导线分别接在L1、L2两端，调节变阻器R，保持导线两端的电压相同，并测出电流。比较通过L1、L2电流的不同，得出导线电阻与导线长度的关系。


学生：从实验知道，电流与导线的长度成反比，表明导线的电阻与导线的长度成正比。


(2)研究导体电阻与导体横截面积的关系


教师：将与A、B连接的导线分别接在L2、L3两端，调节变阻器R，保持导线两端的电压相同，并测出电流。比较通过L2、L3电流的不同，得出导线电阻与导体横截面积的关系。


学生：从实验知道，电流与导线的横截面积成正比，表明导线的电阻与导线的横截面积成反比。


(3)研究导体的电阻与导体材料的关系


教师：将与A、B连接的导线分别接在L3、L4两端，重做以上实验。


学生：从实验知道，电流与导体的材料有关，表明导线的电阻与材料的性质有关。


师生共同活动：小结实验结论，得出电阻定律。


电阻定律：


(1)内容：同种材料的导体的电阻R跟它的长度L成正比，跟它的横截面积S成反比；导体电阻与构成它的材料有关。


(2)数学表达式：R＝ρeq \f(L,S)


教师指出：式中ρ是比例常数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。


电阻率ρ：


(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量。


(2)单位：欧·米(Ω·m)


【投影1】几种导体材料在20 ℃时的电阻率











锰铜合金：85%铜，3%镍，12%锰。


镍铜合金：54%铜，46%镍。


镍铬合金：67.5%镍，15%铬，16%铁，1.5%锰。


学生思考：


(1)纯净金属与合金哪种材料的电阻率大？


(2)制造输电电缆和线绕电阻时，怎样选择材料的电阻率？


[参考解答]


(1)从表中可以看出，合金的电阻率大。


(2)制造输电电缆时应选用电阻率小的铝或铜来制做。制造线绕电阻时应选用电阻率大的合金来制作。


2．电阻率与温度的关系


演示实验：将日光灯灯丝(额定功率为8 W)与演示用欧姆表调零后连接成下图电路，观察用酒精灯加热灯丝前后，欧姆表示数的变化情况。





学生总结：当温度升高时，欧姆表的示数变大，表明金属灯丝的电阻增大，从而可以得出：金属的电阻率随着温度的升高而增大。


教师：介绍电阻温度计的主要构造、工作原理。如图所示。


金属电阻温度计











学生思考：锰铜合金和镍铜合金的电阻率随温度变化极小，怎样利用它们的这种性质？


参考解答：利用它们的这种性质，常用来制作标准电阻。


课堂总结与点评


通过本节课的学习，主要学习了以下几个问题：


1．电阻定律R＝ρeq \f(L,S)


2．电阻率是反映材料导电性能的物理量。材料的电阻率随温度的变化而改变；某些材料的电阻率会随温度的升高而变大(如金属材料)；某些材料的电阻率会随温度的升高而减小(如半导体材料、绝缘体等)；而某些材料的电阻率随温度变化极小(如康铜合金材料)。


实例探究


电阻定律的应用


【例1】一段均匀导线对折两次后并联在一起，测得其电阻为0.5 Ω，导线原来的电阻多大？若把这根导线的一半均匀拉长为三倍，另一半不变，其电阻是原来的多少倍？


答案：8 Ω 5倍


解析：一段导线对折两次后，变成四段相同的导线，并联后的总电阻为0.5 Ω，设每段导线的电阻为R，则eq \f(R,4)＝0.5 Ω，R＝2 Ω，所以导线原来的电阻为4R＝8 Ω。


若把这根导线的一半均匀拉长为原来的3倍，则这一半的电阻变为4 Ω×9＝36 Ω，另一半的电阻为4 Ω，所以拉长后的总电阻为40 Ω，是原来的5倍。


综合应用


【例2】在相距40 km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800 Ω，如果在A、B间的某处发生短路，这时接在A处的电压表示数为10 V，电流表的示数为40 mA，求发生短路处距A处有多远？如下图所示。





解析：设发生短路处距离A处有x米，据题意知，A、B两地间的距离l＝40 km，电压表的示数U＝10 V，电流表的示数I＝40 mA＝40×10－3 A，R总＝800 Ω。


根据欧姆定律I＝eq \f(U,R)可得：A端到短路处的两根输电线的电阻


Rx＝eq \f(U,I)＝eq \f(10,40×10－3) Ω＝250 Ω①


根据电阻定律可知：


Rx＝ρeq \f(2x,S)②


A、B两地输电线的电阻为R总＝ρeq \f(2l,S)③


由②/③得eq \f(Rx,R总)＝eq \f(x,l)④


解得x＝eq \f(Rx,R总)l＝eq \f(250,800)×40 km＝12.5 km。


eq \(\s\up7(),\s\d5(备课资料))


“超导”——电阻被遗忘的角落


1911年荷兰物理学家昂纳斯发现，汞的电阻在4.2 K左右低温时急剧下降，以致完全消失。1913年他在一篇论文中首次以“超导电性”一词来表达这一现象。“超导电性”现象被发现之后，引起各国科学家的关注，并寄予很大期望。通过研究人们发现：所有超导物质，如钛、锌、钫、汞等，当温度降至临界温度时，皆显出某些共同特征：


(1)电阻为零，一个超导体环移去电源之后，还能保持原有电流。有人做过实验，发现超导环中的电流持续了两年半而无显著衰减。


(2)完全执磁性，这一现象由德国物理学家迈斯纳发现，只要超导材料进入超导状态，便可把磁感线排斥体外，其体内的磁感应强度总是零。(迈斯纳效应)


电阻突然变为零时的温度称为临界温度，经世界各国物理学家的共同努力，现在临界温度已提高到100 K以上。高温超导材料的不断问世，为超导材料从实验室走向应用打下了基础。其应用是多方面的，现仅列举如下：超导输电线路：它可以把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，大量的电能损耗在输电线路上，光是我国，每年的电力损失即达1 000多亿度。若改为超导输电，节省电能相当于新建数十个大型发电厂。超导磁悬浮列车：是一种安全、无公害、舒适、高速的新型交通工具。乘磁悬浮列车从北京到天津约七分钟。此外超导计算机、超导储能系统、超导武器(电磁炮、陀螺仪)等，也都显现出极好前景。


2000年11月我国成功地研制第一根长116 m、宽3.6 mm、厚度为0.28 mm的高温超导带。它主要用作输电电缆。由高温超导长带做成的输电电缆，输电损耗几乎为零，可极大地降低输电成本。


材料
ρ/Ω·m
材料
ρ/Ω·m
银
1.6×10－8
铁
1.0×10－7
铜
1.7×10－8
锰铜合金
4.4×10－7
铝
2.9×10－8
镍铜合金
5.0×10－7
钨
5.3×10－8
镍铬合金
1.0×10－6