物理通用类1 电阻定律教学设计

《4.1 电阻定律》教学设计

　　【教学目标】

　　知识与技能：理解电阻定律；知道金属导体的电阻与长度、横截面积的关系，知道改变导体电阻的方法，了解超导现象及其应用。

　　过程与方法：通过实验探究总结出电阻定律，体会物理实验探究中的控制变量方法。

　　情感态度价值观：通过实验与观察、思考与讨论，使学生感到物理知识就在身边，物理知识就在生活中，学习物理是有趣的，学习物理是有用的。

　　【教学重点】

　　电阻定律。

　　【教学难点】

　　运用控制变量法探究电阻定律。

　　【教具准备】

　　电阻丝、电池组、开关、导线、电流表、电压表、滑动变阻器等。

　　【教学过程】

　　◆创设情境──引出课题

　　1．复习回顾初中所学电阻有关知识

　　（1）什么是电阻？

　　任何导体都有阻碍电流通过的特性，这种特性叫导体的电阻。就像任何物体都具有惯性一样，任何导体都有电阻。

　　（2）为什么任何导体都具有电阻？

　　导体中有可以自由移动的自由电荷，也有不能自由移动的晶格点阵，它们对自由电荷的移动将产生阻碍作用，当自由电荷定向移动时，就形成了对电流的阻碍。

　　（3）导体电阻的大小与哪些因素有关系？有什么关系？

　　导体的电阻大小与组成导体的材料、长度、截面积有关系。对于某种材料组成的导体来说，导体越长电阻越大，截面积越大，电阻越小。导体的电阻大小还与温度有关系，一般导体的电阻随温度的升高而增加。

　　2．提出问题：导体的电阻大小与导体的材料、长度、截面积之间有什么样的数量关系？

　　本节课我们探究导体的电阻大小与材料、长度、截面积的定量关系。

　　◆合作探究──新课学习

　　一、电阻定律

　　1．实验探究──研究电阻与长度、截面积的关系：课本第98页“实验与观察”。

　　（1）探究电阻与长度的关系：取粗细均匀，长度不同的镍铬合金丝接入电路，测出接入的长度，闭合开关，读出电流表、电压表的示数，计算出与不同长度对应的电阻。引导学生分析数据，得出结论──导体的电阻与长度成正比。

　　（2）探究电阻与截面积的关系：取长度相同，截面积（已知）不同的镍铬合金丝，接入电路，闭合开关，读出电流表、电压表的示数，计算出与不同截面积相对应的电阻。引导学生分析数据得出结论──导体的电阻与截面积成反比。

　　（3）综合分析上述实验结论，得出电阻定律。

　　2．电阻定律

　　（1）内容：导体的电阻R与它的长度L成正比，与它的截面积S成反比。用公式表示就是：。

　　式中的比例系数ρ与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，叫做材料的电阻率。

　　3．对导体的电阻率的讨论

　　（1）意义：反映材料的导电性能。在量值上等于某种材料制成的截面积1m2，长度为1m的导体的电阻，电阻率越大，材料的导电性能越差。

　　（2）单位：

　　（3）与温度的关系：一般材料的电阻率随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。

　　◆案例探究──巩固所学

　　1．例 一段均匀金属丝的电阻是Ro，先将其截成长度相等的4段，然后并接在一起。并接后的电阻是多少？

　　解析：并接后电阻率不变，长度变成了原来的四分之一，截面积变成了原来的四陪，由公式可知，并接后的电阻是原来的十六分之一，即。

　　2．组织学生讨论课本第99页“思考与讨论”中的问题

　　（1）组织学生讨论。

　　（2）交流评价：导体是用来连接各元件，作用是导通电流，它的电阻越小越好，一般选用电阻率较小的材料制造，所以选用铝或铜制作。电炉是把电能转化成热力学能的元件，根据焦耳定律可知，其电阻越大发热效果越好，故选用电阻率较大的合金制作。电阻器有各种规格的电阻值，制作一定电阻值的电阻器，选用电阻率较大的材料，电阻丝可以短一些，好绕制，是选用电阻率较大的合金丝制作。

　　二、敏感电阻

　　1．热敏电阻

　　一些材料的电阻率随温度的变化比较灵敏，温度的微小变化将引起电阻的明显变化。用这种材料制成的电阻称为热敏电阻，常用它作为温度对的感应元件，将温度的变化转变成电路中电流的变化，进行温度测量或利用温度进行自动控制。

　　2．光敏电阻：一些材料的电阻率随光照强度的变化而灵敏变化，光照强度的变化将引起电阻的明显变化，用这种材料制成的电阻或元件可用来测量光强度或作为光控元件。

　　3．磁敏电阻：一些材料的电阻率随光磁场强弱的变化而灵敏变化，磁场的变化将引起电阻的明显变化，用这种材料制成的电阻或元件可用来测量磁场强度或作为磁控元件。

　　此外还有一些材料的电阻率随掺入杂质、湿度等的变化而灵敏变化。

　　三、滑动变阻器

　　1．实物展示：出示滑动变阻器，引导学生观察其结构，猜测它是如何改变电阻的？

　　2．探究滑动变阻器是如何改变电阻的？

　　（1）引导学生由公式开始分析，得出初步结论：

　　在温度一定，材料一定时，通过改变导体接入电路中的长度，或改变导体的截面积，都可以改变导体的电阻。

　　在材料及导体的长度、截面积一定时，改变导体的温度，可以改变它的电阻。

　　（2）引导对初步方案进行优化：

　　改变导体接入电路的长度比较容易办到，因此，可以采用此原理制造电阻可方便改变的原件。对于一般导体，电阻随温度的改变不是太明显，而且改变温度比较麻烦。

　　（3）再次研究滑动变阻器的结构，看它的结构设计是如何实现改变它接入电路的电阻的。

　　3．滑动变阻器演示

　　按课本第99页“实验与观察”所示装置进行演示，证实学生探究结果的正确性。

　　四、超导电现象

　　1．学生阅读课本第99页课文“超导现象”。

　　2．思考讨论以下问题：

　　（1）什么是超导现象？

　　（2）什么是超导转变温度？

　　（3）研究超导现象有什么意义？

　　◆归纳小结──巩固所学

　　1．课堂练习，讨论问题：课本第100页“复习与巩固”1、4。

　　2．引导学生归纳本节知识要点（见板书设计）

　　【布置作业】

　　1．复习课文，书面完成课本第100页“复习与巩固”2、3。

　　2．查找资料，撰写小论文《中国的超导研究》

　　【板书设计】

　　附：

昂尼斯与超导现象

　　卡末林·昂尼斯（Kamerlingh　Onnes）是低温物理学家，1853年9月21日生于荷兰的格罗宁根，1926年2月21日卒于荷兰的莱顿。因制成液氦和发现超导现象1913年获诺贝尔物理学奖。

　　1882年，29岁的昂尼斯被任命为莱顿大学物理学教授和物理实验室负责人。当时物理学正处在一个转变的时代，人们越来越重视物理实验。昂尼斯在担任莱顿大学物理实验室负责人后，就决定把研究低温物理作为主攻方向。要进行低温方面的实验，首先就要获得低温。低温要靠液化气体获得。当时只有氢和氦还没有被液化。英国物理学家杜瓦从1877年开始研究，经过二十多年，于1898年液化了氢。昂尼斯领导的莱顿大学物理实验室为了满足低温研究的需要，于1892～1894年建成了大型的液化氧、氮和空气的工厂，1906年可以大量生产液氢，为液化氦打下了坚实的基础。又经过两年奋斗，终于在1908年7月10日成功地液化了氦。为在液氦温度下研究物质的性质创造了条件。

　　金属的电阻问题是昂尼斯的一个重要研究课题。当时对金属的电阻在绝对零度附近如何变化，有不同的说法，有人认为纯金属的电阻应随温度的降低而逐渐变小，并最终在绝对零度消失。昂尼斯最初相信的是开尔文1902年提出的另一种观点，即随着温度的降低，金属的电阻在达到一极小值后，会由于电子凝聚到金属原子上而变为无限大。昂尼斯由于掌握了液化氦的技术，因而具备了从实验上研究这一问题的条件。1911年2月，他测量了金和铂在液氦温度下的电阻，发现在4．3K以下，铂的电阻保持为一常数。而不是通过一极小值后再增大。因此他改变了原来的看法，而认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。

　　为了检验他的看法，选择了汞作为实验对象，因为汞比其他金属容易提纯。实验结果出现了令人意想不到的奇特现象：汞的电阻在4．2K左右突然消失。1911年4月～11月，昂尼斯在连续三篇论文中详细地报道了他的实验结果。

　　1913年，昂尼斯又发现锡和铅也具有和汞一样的超导电性，不纯的汞也具有超导电性。

　　由于昂尼斯对莱顿大学物理实验室的出色领导和管理，使该实验室成了本世纪初全世界低温研究的中心。

赵忠贤与中国的超导研究

　　在中国，著名超导专家赵忠贤从1976年开始从事高温超导体的研究工作，并取得重要成果。1987年，他发现了液氮温度超导体，并首先在国际上公布了它的化学成分──Ba-Y-Cu-O,这个研究成果推动了许多国家的超导研究。

　　多年从事超导研究的赵忠贤，也在不懈的追求中逐渐体验着人生的超导状态。对于他来说，超导不仅仅是科学研究中的一个领域，也是人生旅程中的一种超然境界。1986年，赵忠贤得知瑞士物理学家柏诺滋和缪勒的在La-Ba-Cu-O材料中发现了35Ｋ的超导电性的可能性，他立即带领他的研究小组开始了这方面的进一步研究。为了揭开这类超导体的谜底，他们夜以继日地奋战在实验室中，反复推敲实验方案。饿了，啃口面包或泡一袋方便面；累了，轮流在椅子上眯一会。遇到困难，赵忠贤鼓励大家：“别看现在生产的材料不超导，但是新的超导材料很可能就诞生在下一个样品中。”几个月后，就像某些金属到达临界温度后突然间电阻消失一样，他们的艰苦努力换来了柳岸花明的时刻──他们发现了La-Ba-Cu-O系列材料中有70K的超导现象。随即，在1987年初，他们又获得了起始转变温度在100K以上的超导体。1988年春，他们首先在Ti系氧化物超导体上，获得转变温度在120K的超导体。

　　以赵忠贤为代表的中国科学家以其出色的工作跻身于世界超导研究的先进行列，他们也先后获得国内外多项殊荣。然而，当荣誉到来的时候，赵忠贤却谦虚地说：“荣誉归于国家，成绩属于集体，我个人只是其中的一分子。”他早已把中国的超导事业当作自身的毕生追求，他说：“对未知世界的探索是人类的一种本性，它使人向往、激动和年轻。人活着又要吃饭，如果将个人的兴趣与生计结合起来，那将是最理想的选择。”赵忠贤的话朴素无华，但其中却闪烁着人生的大智慧。