高中物理 第二章 恒定电流 第六节 导体的电阻示范教案 新人教版选修3-1.doc

6电阻定律教学设计(一)教学分析电阻定律是新课标物理选修31的第二章恒定电流第六节的内容，它是恒定电流这一章的基本规律之一，本节内容安排在部分电路欧姆定律知识之后，起到了承上启下的作用，部分电路欧姆定律是研究导体两端电压、流过的电流等外界条件与导体电阻的数量关系而非决定关系；电阻定律是研究导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的决定关系。学生在初中已经定性研究了导体材料、长度、横截面积等自身条件与电阻的关系，本节在此基础上通过实验分析进行定量描述的研究，同时突出了“电阻率”这一物理概念，这部分知识与现代科技、现代生活、生产等有着密切联系。因此，学好本节知识不仅在物理思想、物理方法上有教育意义，在培养学生分析问题的能力上面也有重要的意义。教学目标1经历决定导体电阻的因素的探究过程，体验运用控制变量研究物理问题的思维方法。体会实验探究和逻辑推理都是重要的科学研究方法。2深化对电阻的认识，了解电阻定律，能用电阻定律来进行有关计算。3理解电阻率的物理意义，并了解电阻率与温度的关系，通过对不同材料电阻率的介绍，加强学生理论联系实际的意识和安全用电的意识。教学重点难点本节的教学重点是实验探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系。难点是对电阻率的理解，在介绍电阻率时，可先让学生通过自主阅读课本表格对电阻率有感性认识，明确电阻率是材料本身的属性，再通过演示实验，使学生知道电阻率和温度有关。教学方法与手段在学生科学猜想的基础上，通过已知的研究方法控制变量法的应用，讨论设计实验方案，自主进行实验操作、分析数据、探究规律，过程中教师积极引导和评价。通过电阻率的相关图表分析，锻炼学生分析信息、独立获取知识的能力。教学媒体“220 v 15 w”“220 v 200 w”灯泡各一只，日光灯丝一条，学生电源，酒精灯，电池组，滑动变阻器(20 )，演示电流表，电键，导线，多媒体课件，投影仪。学生实验20组：电池组，一个电流表，一个电压表、2b铅笔4支(两支横截面积加倍的铅笔需提前固定)、hb铅笔一支、滑动变阻器一个(20 )、一个电键、导线若干。知识准备闭合电路欧姆定律、串并联电路的特点和性质，电阻定律，电阻率的物理意义等。导入新课事件1教学任务：创设情景，导入新课师生活动：通过学习欧姆定律，由i得，只要改变导体两端的电压u或导体的电阻r，就可以改变电路中的电流，但导体的电阻却并不是由u、i这两个因素决定的。【演示】将15 w和200 w的两盏灯泡并联接入电路，观察两灯泡的亮度。同学们观察两灯泡的照片，说出两者的不同之处：功率不同，灯丝粗细不同(横截面积不同)，两灯泡的电阻不同。展示滑动变阻器图片：移动滑动变阻器的滑片，可以改变电阻。展示几段材料不同的导线：电线常用铜而不用铁。学生思考、讨论，可得：导体的电阻与材料、横截面积、长度有关。点出课题：这节课我们就来探究导体的电阻和导体的长度、横截面积及材料之间的定量关系。设计说明：展示图片、实例，让学生先通过情景感受导体电阻与哪些因素有关，诱发学生探索欲望。推进新课事件2教学任务：设计探究实验师生活动：要研究导体电阻与长度、横截面积、材料间的关系，先要确定“控制变量法”为研究方法，学生思考，讨论。可得出：导体材料、横截面积相同情况下，研究电阻与导体长度关系；导体材料、长度相同情况下，研究电阻与横截面积的关系；导体长度、横截面积相同情况下，研究电阻与材料关系。经过教师引导，学生按照所选择的器材设计实验方案大致有三种，如图：方案一：伏安法方案二：利用分压原理方案三：利用分流原理现以分压原理的实验方案二为例(此法实验操作较简洁，计算简单)。事件3教学任务：进行实验，探究导体的电阻和导体的长度、横截面积及材料之间的关系。师生活动：采用方案二进行实验探究，学生将实验电路原理图画在学案的对应位置，并根据电路图连接实物图。在该过程中，教师要充分发挥学生的主体作用，让学生进行充分的讨论。教师只是加以引导。连接好实物图后，进行分工合作，这样既节约了时间，又可以达到相同的实验结果。第一小组做探究1：电阻与长度的关系；第二小组做探究2：电阻与横截面积的关系；第三小组做探究3：电阻与材料的关系；把数据采集后填入表格，并完成表格后面的实验结论，然后进行实验。实验操作：教师巡回指导数据分析：【数据记录表1】探究电阻与导体长度的关系在导体横截面积、材料相同的情况下，导体的电阻与长度_。引导学生分析数据：学生能够看出，长度加倍，导体两端的电压加倍，即电阻加倍。【数据记录表2】探究电阻与导体横截面积的关系在导体长度、材料相同的情况下，导体的电阻与横截面积_。引导学生分析数据：学生能够看出，横截面积加倍，导体两端的电压减半，即电阻减半。【数据记录表3】探究电阻与导体材料的关系在导体长度、横截面积相同的情况下，导体的电阻与材料_。引导学生分析数据：学生能够看出，不同的材料，导体两端的电压不同，即电阻不同。将三个组的探究结果进行整合，可以得到：导体的电阻r与它的长度l成正比，与它的横截面积s成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。设计说明：课本中的设计图如下图，在实际操作中，将学生进行分工，分工合作每一组只完成一项，既节约了时间，又降低了学生实验操作中的难度，通过动手合作调动学生的学习主动性，培养他们的探究意识，激发学生学习的热情，体会探究的乐趣。事件4教学任务：用逻辑推理来探究导体的电阻与导体的长度、横截面积及材料之间的关系。师生活动：理论探究电阻r与长度l的关系n个电阻串联由串联知识：r串nr0又因为l串nl0所以rl。理论探究电阻r与横截面积s的关系n个电阻并联由并联知识：r并又因为s并ns0，所以r。设计说明：学生已经学过串、并联的电阻知识，因此推导上面的结论难度不大。事件5教学任务：实验：探究导体电阻与材料的关系。师生活动：实验探究导体电阻与材料的关系1根据以上分析，以等式的形式写出用导体长度l，导体横截面积s表示导体电阻r的关系式，用一个与l、s无关的常量表示比例系数。2选择至少两种不同材料的导体(例如镍铬合金丝和康铜丝)，测出它们的长度、横截面积和电阻，分别计算出上述等式中的比例系数。3分析上述比例系数的物理意义。在得到导体电阻与导体的长度成正比，与其横截面积成反比的基础上，通过实验明确电阻率是材料本身的属性。设计说明：该实验可在学习过螺旋测微器的基础上进行实验，练习其使用和读数。事件6教学任务：测定金属的电阻率实验。师生活动：1测定金属的电阻率实验原理：金属的电阻率可由电阻定律r求得：r；由实验测出金属丝的长度、横截面积和电阻，即可求出金属的电阻率。2测定金属的电阻率实验方法【目的和要求】通过实验学会测金属电阻率的方法，从而加深对伏安法测电阻的认识。【仪器和器材】金属丝，直流电流表(j040型或j04071型)，直流电压表(j0408型或j04081型)，滑动变阻器(j23541型)，单刀开关(j2352型)，外径千分尺，刻度尺，学生电源(j1202型或j12021型)，导线若干。【实验方法】(1)用刻度尺测出金属丝的长度。(2)金属丝横截面积的测定：在金属丝上选择没有形变的点，用外径千分尺在不同的方位上测金属丝的直径四次(每测一次转45，如果金属丝上有漆，则要用火烧去漆，轻轻抹去灰后再测量。切忌把金属丝放在高温炉中长时间的烧，也不要用小刀刮漆，以避免丝径变小或不均匀)。求出该点的金属丝直径d，在不同的点再测出金属丝的直径，求得金属丝直径的平均值后，计算出金属丝的横截面积。(3)金属丝电阻的测定，按图连接电路。金属丝r一定从它的端点接入电路。滑动变阻器r0先调至阻值最大的位置，闭合开关，根据电阻丝的额定电流和电流表、电压表的指针位置，适当调节变阻器的阻值大小，使电流表和电压表指针在刻度盘的的区间。改变电压三次，读出三组v、i值，由欧姆定律ru/i算出金属丝的电阻r，再由公式r求得金属的电阻率。(4)实验记录表格实验次数l(米)d(米)r(欧)11234平均值u1i1r121234平均值u2i2r231234平均值u3i3r3平均值金属丝的横截面积s_米2，金属丝的电阻率_，查电阻率表，这种金属的名称是_。【注意事项】1实验前可估计金属丝的电阻(一般为几欧姆)，由此可确定电源电压及电流表和电压表的量程，均不宜太大。2由于金属丝的电阻远小于电压表内阻，应采用电流表外接法测电阻，滑动变阻器用限流接法接入电路。【思考题】1请设法粗略地测出实验中所用滑动变阻器电阻丝的电阻率(不允许把电阻丝拆下来)，实际做一做，把测量的方法和实验数据写出来。(提示：滑动变阻器电阻已知或可测，导线长度可根据电阻丝的圈数和圆筒直径算出，导线直径可用卡尺量出几十匝电阻丝密绕的宽度后算出。)2有一合金丝，长l10米，横截面积为5.1107米2，要测其电阻率。现备有量程3伏，内阻3千欧的电压表，量程0.6安，内阻0.1欧的电流表，两节干电池，0100欧滑动变阻器，开关，导线等。用伏安法测其电阻时，如电路选取正确，电压表示数为2.4伏，电流表示数为0.12安，所选取的是内接法还是外接法电路？被测合金丝的阻值是多少欧？(参考答案：内接法，199欧)事件7教学任务：归纳总结电阻定律。师生活动：1内容：同种材料的导体，其电阻r与它的长度l成正比，与它的横截面积s成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。2数学表达式：r(决定式)(注意区别：r定义式)适用条件：粗细均匀的导体，浓度均匀的电解液。3电阻率：反映导体材料导电性能的物理量。单位：m学生自主阅读课本表格，对电阻率有感性认识。表2.61几种导体材料在20 的电阻率材料(m)材料(m)银1.6108铜1.7108铝2.9108钨5.3108铁1.0107锰铜合金* 4.4107镍铜合金* 5.0107镍铬合金* 1.0106*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%锰讨论与交流：表中电阻率除了与材料有关，还可能与哪个因素有关？学生讨论，总结电阻率可能与温度有关，因为标题注有20 。事件8教学任务：演示实验：电阻率与温度有关。师生活动：实验演示：加热灯丝观察电流表示数，进而验证电阻与温度有关。学生操作加热灯丝，引导学生观察电流表指针偏转。利用导体电阻与温度有关，我们可以制成工业上的温度计；另外有些电阻几乎不受温度的影响，我们可以制成标准电阻。设计说明：电阻率作为一个新概念，要注意循序渐进的过程，设计好阶梯性问题，充分利用学生已有的知识，引导学生逐步理解这个概念。课堂巩固与反馈事件9教学任务：形成性测试：学生独立完成。时间：2分钟。1关于公式r和公式r，下列说法正确的是()a两式对一切情况都适用br仅适用于金属导体，r适用于任何导体c导体的电阻r与u成正比，与i成反比d导体的电阻在温度一定时与导体长度成正比，与导体的横截面积成反比2一根阻值为r的均匀电阻丝，在下列哪些情况下阻值仍为r(设温度不变) ()a当长度不变，横截面积增大一倍时b当横截面积不变，长度增大一倍时c当长度和横截面积都缩小一半时d当长度和横截面积都扩大一倍时答案：1.d2.cd事件10教学任务：同学自我小结本堂课学到知识和方法，由学生发言。引导学生从知识、方法、情感三个侧面小结本节课的学习活动。1复习本节教材。2完成课本课后问题与练习。3拓展性学习：上网查询有关超导的信息，写一篇相关小论文。6电阻定律一、探究导体电阻与导体长度、横截面积和材料的关系1实验探究：2理论探究：二、电阻定律1内容：同种材料的导体，其电阻r与它的长度l成正比，与它的横截面积s成反比；导体的电阻与构成它的材料有关。2数学表达式：r(决定式)(区别：r定义式)适用条件：粗细均匀的导体，浓度均匀的电解液3电阻率：反映导体材料导电性能的物理量。单位：m初中学生就已经知道电阻与这些因素有关，如何定量分析就是这节课的课题。重点是如何设计方案，课本的设计方案很巧妙，因此主要引导学生设计出最优方案，再进行实验。实验的实施采用学生合作，时间短，效果也比较好。另外课本也设计了几个与社会、生活联系紧密的内容，如“思考与讨论”“说一说”部分，体现了物理来源于生活。教学设计(二)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。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教师指出：式中是比例常数，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：(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量。(2)单位：欧米(m)【投影1】几种导体材料在20 时的电阻率材料/m材料/m银1.6108铁1.0107铜1.7108锰铜合金4.4107铝2.9108镍铜合金5.0107钨5.3108镍铬合金1.0106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r2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 ，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 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 ，设每段导线的电阻为r，则0.5 ，r2 ，所以导线原来的电阻为4r8 。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4 936 ，另一半的电阻为4 ，所以拉长后的总电阻为40 ，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 ，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l40 k