2022年人教版高中物理選修3-1 第2章 第6節(jié) 導(dǎo)體的電阻（教案）

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1、2022年人教版高中物理選修3-1 第2章 第6節(jié) 導(dǎo)體的電阻（教案） 【知識(shí)與技能】 1、理解電阻定律和電阻率，能利用 電阻定律進(jìn)行有關(guān)的分析和計(jì)算。 2、了解電阻率與溫度的關(guān)系。 【過程與方法】 1、用控制變量法，探究導(dǎo)體電阻的決定因素，培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)抽象概括出物理 規(guī)律的能力。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、通過實(shí)驗(yàn)探究， 體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂。 【教學(xué)過程】 ★重難點(diǎn)一、電阻定律★ 1．電阻定律 (1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體其電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)．這就是電阻定律． (2)公式：R＝ρl/S. (3)單位

2、：R：Ω，l：m，S：m2，ρ：Ω·m. (4)適用條件：溫度一定，粗細(xì)均勻(S為定值)的導(dǎo)線或濃度均勻的電解液． ①電阻定律反映了導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體自身決定，只與導(dǎo)體的材料、導(dǎo)體的長(zhǎng)度和導(dǎo)體的橫截面積和溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)． ②表達(dá)式中的l是沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度，橫截面積是垂直電流方向的橫截面．如圖所示，一塊長(zhǎng)方形銅塊，若通以電流I1，則長(zhǎng)度為a，橫截面積為bc；若通以電流I2，則長(zhǎng)度為b，橫截面積為ac． 2．電阻率 (1)物理意義：電阻率ρ是一個(gè)反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān)． (2)大小：ρ＝RS/l，各種材料的電阻率在數(shù)值上等

3、于用該材料制成的長(zhǎng)度為1 m、橫截面積為1 m2的導(dǎo)體的電阻． ①不能根據(jù)ρ＝RS/l錯(cuò)誤地認(rèn)為電阻率跟導(dǎo)體的橫截面積S成正比，跟導(dǎo)體長(zhǎng)度l成反比． ②某種材料的電阻率大，不能說它對(duì)電流的阻礙作用一定大．這是因?yàn)殡娮杪蚀蟮牟牧现瞥傻碾娮杩梢允且粋€(gè)小電阻，這完全可由電阻的l、S決定． ③各種材料都有各自的電阻率，各種金屬中銀的電阻率最小，其次是銅、鋁，合金的電阻率大于組成它的任何一種純金屬的電阻率． (3)單位：歐·米(Ω·m)． (4)電阻率與溫度的關(guān)系 ①金屬的電阻率隨溫度升高而增大，可用于制作電阻溫度計(jì)． ②半導(dǎo)體和電解質(zhì)的電阻率隨溫度的升高而減小，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度變化較

4、大，可用于制作熱敏電阻． ③有些合金如錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻． ④有些物質(zhì)當(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí)，電阻率突然減小到零——這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象．能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體．材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的臨界溫度TC． 3．R＝與R＝ρ的區(qū)別與聯(lián)系 兩個(gè)公式 區(qū)別聯(lián)系 R＝ R＝ρ 區(qū)別 1 是電阻的定義式，其電阻并不隨電壓、電流的變化而變化，只是可由該式算出線路中的電阻 是電阻的決定式，其電阻的大小由導(dǎo)體的材料、橫截面積、長(zhǎng)度共同決定 2 提供了一種測(cè)R的方法：只要測(cè)出U、I就可求出R 提供了一種測(cè)導(dǎo)

5、體的電阻率ρ的方法：只要測(cè)出R、l、S就可求出ρ 3 適用于純 電阻元件 適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體 聯(lián)系 R＝ρ是對(duì)R＝的進(jìn)一步說明，即導(dǎo)體的電阻與U和I無關(guān)，而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長(zhǎng)度和橫截面積 4.應(yīng)用實(shí)例——滑動(dòng)變阻器 (1)原理：利用改變連入電路的電阻絲的長(zhǎng)度改變電阻． (2)在電路中的使用方法 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示，要使滑動(dòng)變阻器起限流作用，正確的連接是接A與D或C，B與C或D，即“一上一下”；要使滑動(dòng)變阻器起到分壓作用，要將AB全部接入電路，另外再選擇A與C或D及B與C或D與負(fù)載相連，當(dāng)滑片P移動(dòng)時(shí)，負(fù)載將與AP間或BP間的不同長(zhǎng)

6、度的電阻絲并聯(lián)，從而得到不同的電壓． 滑動(dòng)變阻器的兩種接法的比較 兩種接法 比較內(nèi)容 限流接法 分壓接法 電路圖(圖中R為負(fù)載電阻，R0為滑動(dòng)變阻器) 閉合電鍵前 滑片位置 滑動(dòng)觸頭在最左端，即保證滑動(dòng)變阻器接入電路中的阻值最大 滑動(dòng)觸頭在最左端，即開始時(shí)R上得到的電壓為零 負(fù)載兩端的 電壓調(diào)節(jié)范圍 U～U 0～U 通過負(fù)載的 電流調(diào)節(jié)范圍 ～ 0～ 【特別提醒】 1.選用兩種接法的原則。 (1)當(dāng)電壓表或電流表的量程太小時(shí)，若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓(或電流)的最小值仍超過電壓表或電流表的量程，必須采用分壓式接法。 (2)負(fù)載電

7、阻的阻值R0遠(yuǎn)大于變阻器的總電阻R，須用分壓式電路； (3)要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式電路； (4)負(fù)載電阻的阻值R0小于變阻器總電阻R或相差不多，且電壓電流變化不要求從零調(diào)起時(shí)，可采用限流接法； (5)兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃偣妮^小。 (4)導(dǎo)體的電阻由ρ、l、S共同決定，在同一段導(dǎo)體的拉伸或壓縮形變中，導(dǎo)體的橫截面積、長(zhǎng)度都變，但總體積不變，電阻率不變． (5)公式R＝ρ適用于溫度一定、粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或截面積相同且濃度均勻的電解液． 2．公式R＝ρ中各物理量的意義 (1)ρ表示材料的電阻率，與

8、材料和溫度有關(guān)。 (2)l表示沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度。 (3)S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。 【典型例題】一段粗細(xì)均勻的電阻絲，橫截面的直徑為d ，電阻是R 。把它拉制成直徑為d/10的均勻細(xì)絲后，它的電阻變成( ) A．100R B．10000R C．R/100 D．R/10000 【答案】B ★重難點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)：測(cè)定金屬的電阻率★ 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 1．學(xué)會(huì)使用電流表和電壓表以及正確讀數(shù)． 2．學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器以及正確讀數(shù)． 3．掌握測(cè)定金屬電阻率的方法． 二、實(shí)驗(yàn)原理 1．螺旋測(cè)微器 (1)構(gòu)造原理：螺旋測(cè)微器是測(cè)量長(zhǎng)度的儀器之一

9、．在實(shí)驗(yàn)中常用它測(cè)量小球的直徑、金屬絲的直徑和薄板的厚度等．用它測(cè)量長(zhǎng)度，可以精確到0.01 mm，還可以估讀到0.001 mm(即毫米的千分位)，因此螺旋測(cè)微器又稱為千分尺． 下圖所示是常用的螺旋測(cè)微器．它的小砧A和固定刻度B固定在框架C上，旋鈕D、微調(diào)旋鈕D′和可動(dòng)刻度E、測(cè)微螺桿F連在一起，通過精密螺紋套在B上．精密螺紋的螺距是0.5 mm，即每旋轉(zhuǎn)一周，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.5 mm.可動(dòng)刻度分成50等份．每一等份表示0.1 mm，即可動(dòng)刻度每轉(zhuǎn)過1等份，F(xiàn)前進(jìn)或后退0.01 mm，因此，從可動(dòng)刻度旋轉(zhuǎn)了多少個(gè)等份就知道長(zhǎng)度變化了多少個(gè)0.01 mm. (2)使用方法： a．找出零

10、誤差．測(cè)物前將兩小砧并攏，如果可動(dòng)刻度的零刻線正好在固定的零刻線上，零誤差為零；如果可動(dòng)刻度的零刻線在固定零刻線之上n小格，應(yīng)在讀數(shù)中加上0.01×n(mm)，反之則減去0.01×n(mm)． b．將待測(cè)物體放在兩小砧之間，旋動(dòng)旋鈕直至可動(dòng)小砧快靠近被測(cè)物體時(shí)，改用微調(diào)調(diào)至可動(dòng)小砧緊靠物體，當(dāng)聽到“咔咔……”聲后，止動(dòng)，即可讀數(shù)． c．待測(cè)物體長(zhǎng)度的整的毫米數(shù)從固定刻度上讀出，小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出． (3)注意事項(xiàng)： a．讀數(shù)時(shí)要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出． b．由螺旋測(cè)微器讀數(shù)時(shí)必須估讀一位，即估讀到0.001 mm這一位上． 2．測(cè)金屬絲電阻率的原理 用

11、毫米刻度尺測(cè)一段金屬導(dǎo)線的長(zhǎng)度l，用螺旋測(cè)微器測(cè)導(dǎo)線的直徑d，用伏安法(因金屬導(dǎo)線電阻較小采用外接法)測(cè)導(dǎo)線的電阻R，由R＝ρ，得ρ＝＝，實(shí)驗(yàn)電路如圖所示． 三、實(shí)驗(yàn)器材 直流電流表(0～0.6 A)、直流電壓表(0～3 V)、電池(3 V)、滑動(dòng)變阻器(0～10 Ω)、長(zhǎng)約1 m的金屬絲、開關(guān)1只、導(dǎo)線若干、毫米刻度尺、螺旋測(cè)微器． 四、實(shí)驗(yàn)步驟 1．用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度l，測(cè)三次取平均值． 2．用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑，在不同位置，測(cè)量三次，取平均值，并算出金屬絲的橫截面積S. 3．把金屬絲接入電路中，調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器的阻值，測(cè)得三組U、I數(shù)據(jù)，分別求出每組數(shù)據(jù)所

12、對(duì)應(yīng)的電阻值R1、R2、R3，取平均值R＝作為金屬絲的電阻． 4．用公式ρ＝求得該金屬絲的電阻率． 五、數(shù)據(jù)處理 1．金屬導(dǎo)線直徑的讀數(shù) (1)特別小心半刻度是否露出． (2)因螺旋測(cè)微器的精確度為0.01 mm，可動(dòng)刻度上對(duì)齊的格數(shù)需要估讀，所以，若以毫米為單位的話，最后一位應(yīng)出現(xiàn)在小數(shù)點(diǎn)后的第三位上． (3)把三個(gè)不同位置的測(cè)量值求平均值作為直徑D． 2．金屬絲長(zhǎng)度的測(cè)量 (1)應(yīng)測(cè)量接入電路中的有效長(zhǎng)度； (2)因?yàn)橛玫氖呛撩卓潭瘸撸x數(shù)時(shí)要讀到毫米的下一位(別忘記估讀)； (3)把3次測(cè)量值求平均值作為長(zhǎng)度l. 3．電阻R的測(cè)量值確定 方法一、平均值法： 可以

13、將每次測(cè)量的U、I分別計(jì)算出電阻，再求出電阻的平均值，作為測(cè)量結(jié)果． 方法二、圖象法： 可建立UI坐標(biāo)系，將測(cè)量的對(duì)應(yīng)U、I值描點(diǎn)作出圖象，利用圖象斜率來求出電阻值R. 4．將測(cè)得的R、l、d的值，代入電阻率計(jì)算公式ρ＝＝中，計(jì)算出金屬導(dǎo)線的電阻率． 六、注意事項(xiàng) 1．為了方便，應(yīng)在金屬導(dǎo)線連入電路前測(cè)導(dǎo)線直徑，為了準(zhǔn)確，應(yīng)測(cè)量拉直懸空的連入電路的導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度，且各測(cè)量三次，取平均值． 2．測(cè)量電路應(yīng)選用電流表外接法，且測(cè)電阻時(shí)，電流不宜過大，通電時(shí)間不宜太長(zhǎng)，因?yàn)殡娮杪孰S溫度而改變． 3．為準(zhǔn)確求出R的平均值，應(yīng)多測(cè)幾組U、I數(shù)值，然后采用UI圖象法求出電阻． 4．滑動(dòng)

14、變阻器用限流式接法就可以滿足該實(shí)驗(yàn)的要求． 七、誤差分析 1．測(cè)量誤差：測(cè)量金屬絲的直徑、長(zhǎng)度以及電流、電壓時(shí)出現(xiàn)讀數(shù)誤差． 2．由于采用電流表外接法，電壓表的分流，造成電阻測(cè)量值偏小(若誤用內(nèi)接法，則電流表分壓影響更大)． 3．通電電流太大，或時(shí)間太長(zhǎng)，致使金屬絲發(fā)熱，電阻率隨之變化． 【典型例題】在“測(cè)定金屬的電阻率”的實(shí)驗(yàn)中，若待測(cè)金屬絲的電阻約為5Ω，要求測(cè)量結(jié)果盡量準(zhǔn)確，且從零開始多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。提供以下器材供選擇： A．電池組(3 V，內(nèi)阻約1 Ω) B．電流表(0～3 A，內(nèi)阻約0.012 5 Ω) C．電流表(0～0.6 A，內(nèi)阻約0.

15、125 Ω) D．電壓表(0～3 V，內(nèi)阻約4 kΩ) E．電壓表(0～15 V，內(nèi)阻約15 kΩ) F．滑動(dòng)變阻器(0～20 Ω，允許最大電流1 A) G．滑動(dòng)變阻器(0～2 000 Ω，允許最大電流0.3 A) H．開關(guān)、導(dǎo)線若干 (1)除了A和H，實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)從上述器材中選用_____________ (2)測(cè)電阻時(shí)，兩電表和待測(cè)金屬絲電阻Rx在組成測(cè)量電路時(shí)，應(yīng)采用電流表________(選填“外”或“內(nèi)”)接法，待測(cè)金屬絲電阻的測(cè)量值比真實(shí)值偏________(選填“大”或“小”)； (3)若用螺旋測(cè)微器測(cè)得金屬絲的直徑d的讀數(shù)如下右圖所示，則讀數(shù)為________mm； (4)若用L表示金屬絲的長(zhǎng)度，d表示直徑，測(cè)得電阻為R，請(qǐng)寫出計(jì)算金屬絲電阻率的表達(dá)式ρ＝________. 【答案】（1）CDF；（2）外接；小；（3）0.900；（4）。