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高中物理新课标版人教版选修3-1优秀教案:电阻定律(1)


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6 电阻定律 教学设计(一)
整体设计 教学分析 电阻定律是新课标物理选修 3—1 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。 课前准备 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。 教学过程 导入新课 [事件 1] 教学任务:创设情景,导入新课 师生活动: U 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 R 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。

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【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

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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: ①理论探究电阻 R 与长度 l 的关系

n 个电阻串联

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由串联知识:R 串=nR0 又因为 l 串=nl0 所以 R∝l。 ②理论探究电阻 R 与横截面积 S 的关系

n 个电阻并联

R0 由并联知识:R 并= n 1 又因为 S 并=nS0,所以 R∝ 。 S 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: l S 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=ρ 求得:ρ=R ;由 S l 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 J0407—1 型),直流电压表(J0408 型或 J0408—1 型),滑 动变阻器(J2354—1 型),单刀开关(J2352 型),外径千分尺,刻度尺,学生电源(J1202 型或 J1202—1 型),导线若干。

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【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 1 2 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 3 3 S 压三次,读出三组 V、I 值,由欧姆定律 R=U/I 算出金属丝的电阻 R,再由公式 ρ=R 求得 l 金属的电阻率。 (4)实验记录表格 实验次数 1 2 3 平均值 金属丝的横截面积 S=______米 2, 金属丝的电阻率 ρ=______, 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 L=10 米,横截面积为 5.1×10 7 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,0~100 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, l(米) 1 1 1 2 2 2 d(米) 3 3 3 4 4 4 平均值 平均值 平均值 U1 U2 U3 R(欧) I1 I2 I3 R1 R2 R3

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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) 参考答案: 参考答案 [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。 l 2.数学表达式:R=ρ (决定式) S U (注意区别:R= 定义式) I 适用条件:粗细均匀的导体,浓度均匀的电解液。 3.电阻率 ρ: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 2.6-1 几种导体材料在 20 ℃的电阻率 - 材料 银 铜 铝 钨 ρ( ·m) 1.6×10 - 1.7×10 8 - 2.9×10 8 - 5.3×10 8
-8

材料 铁 锰铜合金* 镍铜合金** 镍铬合金***

ρ( ·m) 1.0×10 7 - 4.4×10 7 - 5.0×10 7 - 1.0×10 6


*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。

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U l 1.关于公式 R= 和公式 R=ρ ,下列说法正确的是( I S A.两式对一切情况都适用 U l B.R= 仅适用于金属导体,R=ρ 适用于任何导体 I S

)

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: 答案:1.D 2.CD 课堂小结 [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。 布置作业 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。 板书设计

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: l R=ρ (决定式) S U (区别:R= 定义式) I 适用条件:粗细均匀的导体,浓度均匀的电解液 3.电阻率 ρ:反映导体材料导电性能的物理量。单位: ·m 设计说明 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。


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