第二章第2节电阻定律

1 二 电阻定律 教学目标教学目标 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 重点难点重点难点 重点 电阻定律 难点 理解电阻率的物理意义 设计思想设计思想 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学习活动一 实验探究决定导体电阻的因素 问题问题 1 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 问题问题 2 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 问题问题 3 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 2 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 引出电阻定律学习活动二 引出电阻定律 问题问题 1 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 结论结论 1 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 结论结论 2 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 结论结论 3 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 问题问题 2 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 l R S 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 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 l R S 变的情况下 电流将变为原来的 16 倍 即电流 161 6 BA IIA 学习活动三 理解电阻率学习活动三 理解电阻率 问题问题 1 1 上述公式中的 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 m 注意点 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 3 温度变化 可用来制作标准电阻 问题问题 2 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 l R S RS l 电阻 R 就可求得该种金属的电阻率 例题 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 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 绝缘体和半导体学习活动四 了解导体 绝缘体和半导体 问题问题 1 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 6 m 的材料一般称为导体 电阻率大约为 108 1018 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 5 106 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 问题问题 2 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 课堂小结课堂小结 问题问题 1 1 如何设计电路探究决定导体电阻的因素 问题问题 2 2 导体电阻与哪些因素有关 问题问题 3 3 电阻定律的公式 如何理解电阻率 问题问题 4 4 导体 绝缘体和半导体有哪些应用 板书设计 t t1t2 t0 4 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 l R S 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 该输电线的横截面积最小值是 A L R B 2 LI U C U LI D 2UL I 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 5 实验步骤 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 将金属丝拉直 用刻度尺量出长度 L 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 数据处理 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电阻定律 7 一立方体金属块 每边长 2cm 具有 5 10 6 的电阻 现在将其拉伸为 100 米长的均匀导线 求它的电阻 参考答案 1 D 2 AC 3 C 4 B 5 D 6 密 线圈长度 圈数 2 4 D U R I 图略 正比 反比 材料 7 125 欧 课后测评课后测评 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 材料规格U VI AR S L S 2L镍铬 2S L 锰铜S L C P K E r R1R2 V A AB P R S 6 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 2 1 A D 4 1 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 121 当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应是 A 大于 121 B 小于 121 C 等于 121 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 1 A 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