教學(xué)設(shè)計(一)


eq \(\s\up7(),\s\d5(整體設(shè)計))


教學(xué)分析


電阻定律是新課標(biāo)物理選修3—1的第二章《恒定電流》第六節(jié)的內(nèi)容，它是《恒定電流》這一章的基本規(guī)律之一，本節(jié)內(nèi)容安排在部分電路歐姆定律知識之后，起到了承上啟下的作用，部分電路歐姆定律是研究導(dǎo)體兩端電壓、流過的電流等外界條件與導(dǎo)體電阻的數(shù)量關(guān)系而非決定關(guān)系；電阻定律是研究導(dǎo)體材料、長度、橫截面積等自身條件與電阻的決定關(guān)系。學(xué)生在初中已經(jīng)定性研究了導(dǎo)體材料、長度、橫截面積等自身條件與電阻的關(guān)系，本節(jié)在此基礎(chǔ)上通過實驗分析進(jìn)行定量描述的研究，同時突出了“電阻率”這一物理概念，這部分知識與現(xiàn)代科技、現(xiàn)代生活、生產(chǎn)等有著密切聯(lián)系。因此，學(xué)好本節(jié)知識不僅在物理思想、物理方法上有教育意義，在培養(yǎng)學(xué)生分析問題的能力上面也有重要的意義。


教學(xué)目標(biāo)


1．經(jīng)歷決定導(dǎo)體電阻的因素的探究過程，體驗運用控制變量研究物理問題的思維方法。體會實驗探究和邏輯推理都是重要的科學(xué)研究方法。


2．深化對電阻的認(rèn)識，了解電阻定律，能用電阻定律來進(jìn)行有關(guān)計算。


3．理解電阻率的物理意義，并了解電阻率與溫度的關(guān)系，通過對不同材料電阻率的介紹，加強學(xué)生理論聯(lián)系實際的意識和安全用電的意識。


教學(xué)重點難點


本節(jié)的教學(xué)重點是實驗探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積、材料的關(guān)系。難點是對電阻率的理解，在介紹電阻率時，可先讓學(xué)生通過自主閱讀課本表格對電阻率有感性認(rèn)識，明確電阻率是材料本身的屬性，再通過演示實驗，使學(xué)生知道電阻率和溫度有關(guān)。


教學(xué)方法與手段


在學(xué)生科學(xué)猜想的基礎(chǔ)上，通過已知的研究方法——控制變量法的應(yīng)用，討論設(shè)計實驗方案，自主進(jìn)行實驗操作、分析數(shù)據(jù)、探究規(guī)律，過程中教師積極引導(dǎo)和評價。通過電阻率的相關(guān)圖表分析，鍛煉學(xué)生分析信息、獨立獲取知識的能力。


eq \(\s\up7(),\s\d5(課前準(zhǔn)備))


教學(xué)媒體


“220 V 15 W”“220 V 200 W”燈泡各一只，日光燈絲一條，學(xué)生電源，酒精燈，電池組，滑動變阻器(20 Ω)，演示電流表，電鍵，導(dǎo)線，多媒體課件，投影儀。


學(xué)生實驗20組：電池組，一個電流表，一個電壓表、2B鉛筆4支(兩支橫截面積加倍的鉛筆需提前固定)、HB鉛筆一支、滑動變阻器一個(20 Ω)、一個電鍵、導(dǎo)線若干。


知識準(zhǔn)備


閉合電路歐姆定律、串并聯(lián)電路的特點和性質(zhì)，電阻定律，電阻率的物理意義等。


eq \(\s\up7(),\s\d5(教學(xué)過程))


導(dǎo)入新課


[事件1]


教學(xué)任務(wù)：創(chuàng)設(shè)情景，導(dǎo)入新課


師生活動：


通過學(xué)習(xí)歐姆定律，由I＝eq \f(U,R)得，只要改變導(dǎo)體兩端的電壓U或?qū)w的電阻R，就可以改變電路中的電流，但導(dǎo)體的電阻卻并不是由U、I這兩個因素決定的。


【演示】將15 W和200 W的兩盞燈泡并聯(lián)接入電路，觀察兩燈泡的亮度。





同學(xué)們觀察兩燈泡的照片，說出兩者的不同之處：功率不同，燈絲粗細(xì)不同(橫截面積不同)，兩燈泡的電阻不同。


展示滑動變阻器圖片：移動滑動變阻器的滑片，可以改變電阻。


展示幾段材料不同的導(dǎo)線：電線常用銅而不用鐵。





學(xué)生思考、討論，可得：導(dǎo)體的電阻與材料、橫截面積、長度有關(guān)。


點出課題：這節(jié)課我們就來探究導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體的長度、橫截面積及材料之間的定量關(guān)系。


設(shè)計說明：展示圖片、實例，讓學(xué)生先通過情景感受導(dǎo)體電阻與哪些因素有關(guān)，誘發(fā)學(xué)生探索欲望。


推進(jìn)新課


[事件2]


教學(xué)任務(wù)：設(shè)計探究實驗


師生活動：


要研究導(dǎo)體電阻與長度、橫截面積、材料間的關(guān)系，先要確定“控制變量法”為研究方法，學(xué)生思考，討論?？傻贸觯簩?dǎo)體材料、橫截面積相同情況下，研究電阻與導(dǎo)體長度關(guān)系；導(dǎo)體材料、長度相同情況下，研究電阻與橫截面積的關(guān)系；導(dǎo)體長度、橫截面積相同情況下，研究電阻與材料關(guān)系。


經(jīng)過教師引導(dǎo)，學(xué)生按照所選擇的器材設(shè)計實驗方案大致有三種，如圖：





方案一：伏安法 方案二：利用分壓原理 方案三：利用分流原理


現(xiàn)以分壓原理的實驗方案二為例(此法實驗操作較簡潔，計算簡單)。


[事件3]


教學(xué)任務(wù)：進(jìn)行實驗，探究導(dǎo)體的電阻和導(dǎo)體的長度、橫截面積及材料之間的關(guān)系。


師生活動：


采用方案二進(jìn)行實驗探究，學(xué)生將實驗電路原理圖畫在學(xué)案的對應(yīng)位置，并根據(jù)電路圖連接實物圖。


在該過程中，教師要充分發(fā)揮學(xué)生的主體作用，讓學(xué)生進(jìn)行充分的討論。教師只是加以引導(dǎo)。


連接好實物圖后，進(jìn)行分工合作，這樣既節(jié)約了時間，又可以達(dá)到相同的實驗結(jié)果。第一小組做探究1：電阻與長度的關(guān)系；第二小組做探究2：電阻與橫截面積的關(guān)系；第三小組做探究3：電阻與材料的關(guān)系；把數(shù)據(jù)采集后填入表格，并完成表格后面的實驗結(jié)論，然后進(jìn)行實驗。


實驗操作：教師巡回指導(dǎo)


數(shù)據(jù)分析：


【數(shù)據(jù)記錄表1】探究電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系








在導(dǎo)體橫截面積、材料相同的情況下，導(dǎo)體的電阻與長度____________________。


引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)：學(xué)生能夠看出，長度加倍，導(dǎo)體兩端的電壓加倍，即電阻加倍。


【數(shù)據(jù)記錄表2】探究電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系








在導(dǎo)體長度、材料相同的情況下，導(dǎo)體的電阻與橫截面積________________________。


引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)：學(xué)生能夠看出，橫截面積加倍，導(dǎo)體兩端的電壓減半，即電阻減半。


【數(shù)據(jù)記錄表3】探究電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系





在導(dǎo)體長度、橫截面積相同的情況下，導(dǎo)體的電阻與材料________________________。


引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)：學(xué)生能夠看出，不同的材料，導(dǎo)體兩端的電壓不同，即電阻不同。


將三個組的探究結(jié)果進(jìn)行整合，可以得到：導(dǎo)體的電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體的電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。


設(shè)計說明：課本中的設(shè)計圖如下圖，在實際操作中，將學(xué)生進(jìn)行分工，分工合作每一組只完成一項，既節(jié)約了時間，又降低了學(xué)生實驗操作中的難度，通過動手合作調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)主動性，培養(yǎng)他們的探究意識，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的熱情，體會探究的樂趣。





[事件4]


教學(xué)任務(wù)：用邏輯推理來探究導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度、橫截面積及材料之間的關(guān)系。


師生活動：


①理論探究電阻R與長度l的關(guān)系





n個電阻串聯(lián)








由串聯(lián)知識：R串＝nR0


又因為l串＝nl0


所以R∝l。


②理論探究電阻R與橫截面積S的關(guān)系


n個電阻并聯(lián)








由并聯(lián)知識：R并＝eq \f(R0,n)


又因為S并＝nS0，所以R∝eq \f(1,S)。


設(shè)計說明：學(xué)生已經(jīng)學(xué)過串、并聯(lián)的電阻知識，因此推導(dǎo)上面的結(jié)論難度不大。


[事件5]


教學(xué)任務(wù)：實驗：探究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系。


師生活動：


實驗


探究導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系


1．根據(jù)以上分析，以等式的形式寫出用導(dǎo)體長度l，導(dǎo)體橫截面積S表示導(dǎo)體電阻R的關(guān)系式，用一個與l、S無關(guān)的常量表示比例系數(shù)。


2．選擇至少兩種不同材料的導(dǎo)體(例如鎳鉻合金絲和康銅絲)，測出它們的長度、橫截面積和電阻，分別計算出上述等式中的比例系數(shù)。


3．分析上述比例系數(shù)的物理意義。


在得到導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體的長度成正比，與其橫截面積成反比的基礎(chǔ)上，通過實驗明確電阻率是材料本身的屬性。


設(shè)計說明：該實驗可在學(xué)習(xí)過螺旋測微器的基礎(chǔ)上進(jìn)行實驗，練習(xí)其使用和讀數(shù)。


[事件6]


教學(xué)任務(wù)：測定金屬的電阻率實驗。


師生活動：


1．測定金屬的電阻率實驗原理：金屬的電阻率可由電阻定律R＝ρeq \f(l,S)求得：ρ＝Req \f(S,l)；由實驗測出金屬絲的長度、橫截面積和電阻，即可求出金屬的電阻率。


2．測定金屬的電阻率實驗方法


【目的和要求】通過實驗學(xué)會測金屬電阻率的方法，從而加深對伏安法測電阻的認(rèn)識。


【儀器和器材】


金屬絲，直流電流表(J040型或J0407—1型)，直流電壓表(J0408型或J0408—1型)，滑動變阻器(J2354—1型)，單刀開關(guān)(J2352型)，外徑千分尺，刻度尺，學(xué)生電源(J1202型或J1202—1型)，導(dǎo)線若干。


【實驗方法】


(1)用刻度尺測出金屬絲的長度。


(2)金屬絲橫截面積的測定：在金屬絲上選擇沒有形變的點，用外徑千分尺在不同的方位上測金屬絲的直徑四次(每測一次轉(zhuǎn)45°，如果金屬絲上有漆，則要用火燒去漆，輕輕抹去灰后再測量。切忌把金屬絲放在高溫爐中長時間的燒，也不要用小刀刮漆，以避免絲徑變小或不均勻)。求出該點的金屬絲直徑d，在不同的點再測出金屬絲的直徑，求得金屬絲直徑的平均值后，計算出金屬絲的橫截面積。





(3)金屬絲電阻的測定，按圖連接電路。金屬絲R一定從它的端點接入電路?；瑒幼冏杵鱎0先調(diào)至阻值最大的位置，閉合開關(guān)，根據(jù)電阻絲的額定電流和電流表、電壓表的指針位置，適當(dāng)調(diào)節(jié)變阻器的阻值大小，使電流表和電壓表指針在刻度盤的eq \f(1,3)～eq \f(2,3)的區(qū)間。改變電壓三次，讀出三組V、I值，由歐姆定律R＝U/I算出金屬絲的電阻R，再由公式ρ＝Req \f(S,l)求得金屬的電阻率。


(4)實驗記錄表格





金屬絲的橫截面積S＝______米2，


金屬絲的電阻率ρ＝______，


查電阻率表，這種金屬的名稱是______。


【注意事項】


1．實驗前可估計金屬絲的電阻(一般為幾歐姆)，由此可確定電源電壓及電流表和電壓表的量程，均不宜太大。


2．由于金屬絲的電阻遠(yuǎn)小于電壓表內(nèi)阻，應(yīng)采用電流表外接法測電阻，滑動變阻器用限流接法接入電路。


【思考題】


1．請設(shè)法粗略地測出實驗中所用滑動變阻器電阻絲的電阻率(不允許把電阻絲拆下來)，實際做一做，把測量的方法和實驗數(shù)據(jù)寫出來。


(提示：滑動變阻器電阻已知或可測，導(dǎo)線長度可根據(jù)電阻絲的圈數(shù)和圓筒直徑算出，導(dǎo)線直徑可用卡尺量出幾十匝電阻絲密繞的寬度后算出。)


2．有一合金絲，長L＝10米，橫截面積為5.1×10－7米2，要測其電阻率?，F(xiàn)備有量程3伏，內(nèi)阻3千歐的電壓表，量程0.6安，內(nèi)阻0.1歐的電流表，兩節(jié)干電池，0～100歐滑動變阻器，開關(guān)，導(dǎo)線等。用伏安法測其電阻時，如電路選取正確，電壓表示數(shù)為2.4伏，電流表示數(shù)為0.12安，所選取的是內(nèi)接法還是外接法電路？被測合金絲的阻值是多少歐？


(參考答案：內(nèi)接法，199歐)


[事件7]


教學(xué)任務(wù)：歸納總結(jié)電阻定律。


師生活動：


1．內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體的電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。


2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：R＝ρeq \f(l,S)(決定式)


(注意區(qū)別：R＝eq \f(U,I)定義式)


適用條件：粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，濃度均勻的電解液。


3．電阻率ρ：反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量。單位：Ω·m


學(xué)生自主閱讀課本表格，對電阻率有感性認(rèn)識。


表2.6－1 幾種導(dǎo)體材料在20 ℃的電阻率








*錳銅合金：85%銅，3%鎳，12%錳


**鎳銅合金：54%銅，46%鎳


***鎳鉻合金：67.5鎳，15%鉻，16%鐵，1.5%錳


討論與交流：表中電阻率除了與材料有關(guān)，還可能與哪個因素有關(guān)？


學(xué)生討論，總結(jié)電阻率可能與溫度有關(guān)，因為標(biāo)題注有20 ℃。


[事件8]


教學(xué)任務(wù)：演示實驗：電阻率與溫度有關(guān)。


師生活動：


實驗演示：加熱燈絲觀察電流表示數(shù)，進(jìn)而驗證電阻與溫度有關(guān)。





學(xué)生操作加熱燈絲，引導(dǎo)學(xué)生觀察電流表指針偏轉(zhuǎn)。


利用導(dǎo)體電阻與溫度有關(guān)，我們可以制成工業(yè)上的溫度計；另外有些電阻幾乎不受溫度的影響，我們可以制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。


設(shè)計說明：電阻率作為一個新概念，要注意循序漸進(jìn)的過程，設(shè)計好階梯性問題，充分利用學(xué)生已有的知識，引導(dǎo)學(xué)生逐步理解這個概念。


課堂鞏固與反饋


[事件9]


教學(xué)任務(wù)：形成性測試：學(xué)生獨立完成。時間：2分鐘。


1．關(guān)于公式R＝eq \f(U,I)和公式R＝ρeq \f(l,S)，下列說法正確的是( )


A．兩式對一切情況都適用


B．R＝eq \f(U,I)僅適用于金屬導(dǎo)體，R＝ρeq \f(l,S)適用于任何導(dǎo)體


C．導(dǎo)體的電阻R與U成正比，與I成反比


D．導(dǎo)體的電阻在溫度一定時與導(dǎo)體長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比


2．一根阻值為R的均勻電阻絲，在下列哪些情況下阻值仍為R(設(shè)溫度不變) …( )


A．當(dāng)長度不變，橫截面積增大一倍時


B．當(dāng)橫截面積不變，長度增大一倍時


C．當(dāng)長度和橫截面積都縮小一半時


D．當(dāng)長度和橫截面積都擴大一倍時


答案：1.D 2.CD


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(課堂小結(jié)))


[事件10]


教學(xué)任務(wù)：同學(xué)自我小結(jié)本堂課學(xué)到知識和方法，由學(xué)生發(fā)言。引導(dǎo)學(xué)生從知識、方法、情感三個側(cè)面小結(jié)本節(jié)課的學(xué)習(xí)活動。


eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(布置作業(yè)))


1．復(fù)習(xí)本節(jié)教材。


2．完成課本課后問題與練習(xí)。


3．拓展性學(xué)習(xí)：上網(wǎng)查詢有關(guān)超導(dǎo)的信息，寫一篇相關(guān)小論文。


eq \(\s\up7(),\s\d5(板書設(shè)計))








6 電阻定律


一、探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積和材料的關(guān)系


1．實驗探究：


2．理論探究：


二、電阻定律


1．內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體的電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān)。


2．?dāng)?shù)學(xué)表達(dá)式：


R＝ρeq \f(l,S)(決定式)


(區(qū)別：R＝eq \f(U,I) 定義式)


適用條件：粗細(xì)均勻的導(dǎo)體，濃度均勻的電解液


3．電阻率ρ：反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量。單位：Ω·m


eq \(\s\up7(),\s\d5(設(shè)計說明))


初中學(xué)生就已經(jīng)知道電阻與這些因素有關(guān)，如何定量分析就是這節(jié)課的課題。重點是如何設(shè)計方案，課本的設(shè)計方案很巧妙，因此主要引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計出最優(yōu)方案，再進(jìn)行實驗。


實驗的實施采用學(xué)生合作，時間短，效果也比較好。另外課本也設(shè)計了幾個與社會、生活聯(lián)系緊密的內(nèi)容，如“思考與討論”“說一說”部分，體現(xiàn)了物理來源于生活。


實驗次數(shù)
l(米)
d(米)
R(歐)
1
1
2
3
4
平均值
U1
I1
R1
2
1
2
3
4
平均值
U2
I2
R2
3
1
2
3
4
平均值
U3
I3
R3
平均值
材料 ρ(Ω·m)
材料 ρ(Ω·m)
銀 1.6×10－8


銅 1.7×10－8


鋁 2.9×10－8


鎢 5.3×10－8
鐵 1.0×10－7


錳銅合金* 4.4×10－7


鎳銅合金** 5.0×10－7


鎳鉻合金*** 1.0×10－6

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6 導(dǎo)體的電阻

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