电阻定律电阻率.doc

电阻定律　电阻率
一、教学目标
（一）知识目标
1、深化对电阻的认识，理解电阻定律及电阻率；
2、能利用电阻定律进行相关问题的分析与计算；
3、了解电阻率与温度的关系；
4、初步了解半导体、超导体的电阻率及其应用。
（二）能力目标
1、通过从猜想～探究～实验操作～总结的一般科学研究方法，使学生掌握如何获取知识，发展思维的能力；
2、培养学生对待事物的科学态度和唯物主义的思想方法；
3、掌握研究三个及以上物理量之间关系的方法——控制变量法，能运用数学方法处理实验结果。
（三）德育目标
1、通过对各种材料电阻率的介绍，加强学生安全用电的意识；
2、培养学生客观看待问题、热爱科学、热爱祖国的思想感情。
（四）美育目标
二、教学重点
电阻定律及其应用、电阻率
三、教学难点
电阻率
四、教学方法
实验探究法
五、教学用具
多媒体、两个大小不同的滑动变阻器、汽车前灯的灯泡、电阻定律演示器、电压表、电流表、直流电源、酒精灯（或打火机）、导线、电键。
六、课时安排
1课时
七、教学过程
（一）导入新课
1、复习提问、
（1）欧姆定律是的内容及公式如何？欧姆是用什么方法研究这一规律的？
导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比，公式. 欧姆是用控制变量法研究这一规律的。
（2）如何测定导体的电阻？
A
V
R

S
让引导学生画出电路图，教师纠正，强调：为了保护电阻
和多次测量要用滑动变阻器。如图（此图画在合适位置，在下
面的实验中要用），测出导体中的电流和导体两端的电压，利用
欧姆定律可计算出导体的电阻。
（3）由欧姆定律可得，能说R与U成正比，与I成
反比吗？
不能，R是一个跟导体本身有关的量，与U、I无关。
2、引入新课
1946年，世界上第一台计算机制造成功，它有多大？有多少个元器件？
有几个房间大（一幢楼），约有一万八千八百多个真空管，电阻约七万多个，吃电很凶，每次开机在美国的费城西部都会造成很大影响。计算机现已实现微型化，微型化与元器件的微型化有关，元器件之一是电阻，要使电阻微型化，需要知道电阻跟哪些因素有关，这就是今天我们要学习的内容。
板书：二、电阻定律　电阻率
（二）新课教学
用投影片出示本节课的学习目标：
1、深化对电阻的认识，理解电阻定律及电阻率；
2、能利用电阻定律进行相关问题的分析与计算；
3、了解电阻率与温度的关系；
4、初步了解半导体、超导体的电阻率及其应用。
学习目标的完成过程：
1、电阻定律
（1）猜想
引导学生猜想：导体的电阻与导体的哪些因素有关呢？
先出示大小不同的滑动变阻器，让学生观察并猜想：哪个最大阻值大？说明理由。
学生可能会答：大的那个滑动变阻器的最大阻值大，因为电阻丝要长一些。
实际是大小变阻器最大阻值都约为5Ω，为什么？
引导学生观察：大的滑动变阻器，电阻丝粗而长，小的变阻器细而短。导致两个阻值相差不多。
再出示汽车前灯与尾灯的灯泡，让学生观察灯泡中的两根灯丝有什么不同？猜想阻值有什么区别？并猜想灯丝的作用。
引导学生回答：灯丝一粗而短，一细而长，粗而短的电阻小，细而长的电阻大。晚上汽车会车时，要关闭大灯，即车灯由高功率变成低功率，高功率时电阻小，用粗而短的灯丝；低功率时电阻大，用细而长的灯丝。所以汽车会车时，是将灯泡中的粗而短的灯丝变成了细而长的灯丝；晚上尾灯亮着，不刹车时，尾灯暗，用的是细而长（电阻大）的灯丝。刹车时，尾灯亮，用的是粗而短（电阻大）的灯丝。
结论：导体的电阻应该跟导体的长度和粗细（横截面积）有关。
进一步猜想：导体的电阻还可能跟哪些因素有关？（提醒学生：为什么用钨做灯丝，而不用铜或铁做？从此可得出，电阻应该还跟材料有关）
学生回答，教师总结：
同学们在初中已经学过电阻，导体的电阻是导体本身的一种性质，跟导体两端的电压以及通过导体的电流无关，它的大小决定于导体的材料、长度、横截面积、温度等。这节课我们来研究导体的电阻与影响因素之间的定量关系。影响因素很多，要进行定量研究，选择其中的三个因素，即材料、长度、横截面积来进行研究。
让学生猜想它们间的定量关系。
（2）解决办法──控制变量法
影响电阻的因素很多，在科学研究中，当研究三个及以上的物理量之间的关系时，往往采用什么方法？（控制变量法）
①保证导体的材料、横截面积相同，改变导体长度，研究导体电阻与长度的关系；
②保证导体的材料、长度相同，改变导体横截面积，研究导体电阻与横截面积的关系；
③保证导体的长度、横截面积相同，改变导体材料，研究导体电阻与材料的关系。

（3）设计实验
要研究导体电阻的影响因素，需要测出导体的电阻，怎样测导体的电阻？
A
V
R
S
A
B
由引入时的图，在A、B两点间接入不同的导线，调节滑动变阻器，保持导线两端电压相同，只需测出电流就可知道导线的电阻值（由欧姆定律，
U同时，），从而得出电阻与以上三个因素的关系。
实验操作及记录：（可让学生做，也可演示或直接讲述，
如要实际演示，要利用电阻定律演示器，并说明板上的几
种金属材料。）
按照图示电路图连接电路，A、B先空着，待接入不同的合金导线。
把材料、横截面积相同，但长度不同的合金导线，先后接入电路中。调节变阻器，保持导线两端的电压相同，并测出电流。实验表明，电流与导线的长度成反比，这表明导线的电阻与导线的长度成正比。
把材料、长度相同，但横截面积不同的合金导线，先后接入电路中。调节变阻器，保持导线两端的电压相同，并测出电流。实验表明，电流与导线的横截面积成正比，这表明导线的电阻与横截面积成反比。
把长度和横截面积相同，但不同材料的合金导线，先后接入电路中。调节变阻器，保持导线两端的电压相同，并测出电流。实验表明，材料不同，导线的电阻也不同。
（4）分析归纳
①导体的材料、横截面积相同时，导体电阻与长度成正比（）；
②导体的材料、长度相同时，导体电阻与横截面积成反比（）；
③导体的长度、横截面积相同时，导体电阻与材料有关。

实验表明，导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积成反比。这就是电阻定律，即，写成等式应加上比例常量，有.
如为学生实验，教师可来回指导，找到较准确数据以便采用。最后根据测量所得数据，在老师启发下，由学生概括出电阻定律的内容及数学表达式。
（5）电阻定律：
导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积成反比。
公式：
2、电阻率ρ
电阻定律公式中的比例常量ρ跟导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。
（1）物理意义：反映材料导电性能的好坏。
横截面积和长度都相同的不同材料的导体，ρ值越大，电阻越大，导电性能越差。
（2）数值：电阻率在数值上等于用该材料制成的1m长．横截面积为1m2的导体的电阻值。
怎样确定ρ值？
从可得，只要测出l、S及R，就可得出ρ值。当l=1m，S=1m2时ρ的数值等于R值。可见，材料的电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻。
（3）单位：欧姆米，简称欧米，符号是Ω·m.
让学生自己推导：
国际单位制中， R的单位是Ω，l的单位是m，S的单位是m2，所以ρ的单位是Ω·m（欧姆米，简称欧米）。
（4）影响电阻率的因素
学生猜想，教师总结：影响电阻率的因素是材料和温度。
说明：电阻率并不由R、S和l决定，就像R与U、I无关，物质密度ρ与m、V无关。
①ρ跟材料的关系
引导学生阅读课本P137表格：几种导体材料在20℃时的电阻率

几种导体材料在20℃时的电阻率
材　 料
ρ/Ω·m
材 　料
ρ/Ω·m
银
1.6×10－8
铁
1.0×10－7
铜
1.7×10－8
锰铜合金
4.4×10－7
铝
2.9×10－8
镍铜合金
5.0×10－7
钨
5.3×10－8
镍铬合金
1.0×10－6
锰铜合金：85%铜，3%镍，12%锰。
镍铜合金：54%铜，46%镍。
镍铬（Gé）合金：67.5%镍，15%铬，16%铁，1.5%锰。
思考:
从表可见，不同材料的电阻率是不同的。
a、哪些物质电阻率小，哪些物质电阻率大?
纯金属的电阻率小，合金的电阻率较大。绝缘体的电阻率更大（表中没有）。
b、电阻率相差悬殊各有什么用途?
电阻率小用作导电材料，电阻率大的用作绝缘材料。如连接电路用的导线一般用电阻率小的铝或铜来制作，以免过多耗电（表中银的电阻率最小，为什么不用银制作导线？成本高）；电炉、电阻器的电阻丝一般用电阻率较大的合金来制作，以产生高温；橡胶、木头、塑料等绝缘体电阻率很大，常包于导线外或制作电工用具的把、套，以保障安全。
c、表中说明“几种导体材料在20℃时的电阻率”，这意味着什么?
材料的电阻率跟温度有关系。
②ρ跟温度的关系
各种材料的电阻率都随温度而变化。
a、金属的电阻率随温度的升高而增大。电阻温度计（课本P137图14－5）就是利用金属的电阻随温度变化而制成的。常用的电阻温度计是利用金属铂（Bó）做的。已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道温度；
实验：把小灯泡灯丝接入前图所示电路中，保持电压不变，用酒精灯加热，观察电流表读数，发现电流表读数减小，说明电阻增大了。
结论：金属材料（灯丝）电阻随温度的升高而增大，其实质是电阻定律中的电阻率增大。
b、有些合金，如锰铜合金和镍铜合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，随温度变化很小，常用来制作标准电阻；
实验：将小灯泡灯丝换成合金材料，用酒精灯燃烧，观察电流计示数，发现电流表读数几乎不变，说明电阻几乎不变。
结论：某些合金的电阻几乎不随温度改变，其实质是电阻定律中的电阻率几乎不变。
c、超导体：当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零，这种现象叫做超导现象，处于这种状态的物体叫做超导体。
超导体的应用：超导输电、超导磁悬浮列车、超导发电机、电动机、超导电磁铁、超导
计算机、超导船等。
　　影响超导体大规模应用的原因是这么低的温度不易获得。现在科学家们正在积极研究能在常温下工作的超导体。如同学们感兴趣，以后也可以研究研究，如真研究出来，对人类的贡献可就大了，就会把这种超导体命名为某某同学超导体，就象牛顿一样，让大家永远记住。
超导磁悬浮列车原理：超导磁悬浮列车的
最主要特征就是其超导元件在相当低的温度下
所具有的完全导电性和完全抗磁性。超导磁铁
是由超导材料制成的超导线圈构成，它不仅电
流阻力为零，而且可以传导普通导线根本无法
比拟的强大电流，这种特性使其能够制成体积
小功率强大的电磁铁。
d、半导体（导电性能即电阻率介于导体和
绝缘体之间）：电阻率不随温度的增加而增加，
反随温度的增加而减小。
半导体的应用：制作半导体传感器、晶体
二极管、三极管等电子器件，制作集成电路等
等。老式的半导体收音机、半导体照明技术（如
半导体路灯，我国正在研究）、智能行业、半导体制冷技术（半导体冰箱，现在我们所用的冰箱，大多以氟利昂作制冷剂，对大气破坏作用很大，如能用半导体制冷，可以保护我们赖以生存的大气层）、半导体计算机等都用到了半导体。
小结：不同材料的电阻率随温度的变化情况不同，根据这一特性，我们可以物尽其用。
综上所述可知:电阻率与材料种类和温度有关。（对某种材料而言，只有温度不变时ρ才是定值，故电阻定律成立的条件是：温度不变的情况下）电阻率与温度有关也是导体材料本身的属性。
在温度不变时，导线的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比——这就是电阻定律。
（5）电阻和电阻率的区别
电阻是导体本身的性质，反映导体对电流阻碍作用的大小；电阻率材料的性质，是反映导体（材料）导电性能的好坏，电阻率是影响电阻的一个因素。电阻率与材料（物质）的种类和所处的环境（温度）有关，与导体（物体）的形状（如长度、粗细等）无关；而电阻不但与构成导体的材料（物质）有关，还跟导体（物体）的形状（如长度、粗细等）有关。类似于质量和密度的关系。
2l
2a
a
l
a
a
（三）巩固训练
1、如图所示，用同种导体
材料制成的两个长方体尺寸如图，
按图示方式接入电路中，比较这
两个长方体的电阻。将接线柱换
成接上下又如何？
解析：均相同
说明：从这个题可看出，在电阻相同的情况下，第二个的尺寸比第一个小，在保证同
样功用的条件下，可让器件的尺寸更小。这就为元器件微型化带来了可能。
2、有一段导线，电阻是4Ω，把它对折起来作为一条导线用，电阻是多大？如果把它均匀拉伸，使它的长度为原来两倍，电阻又是多大？
解析：1Ω和16Ω. 注意，对折起来时长度减半，横截面积加倍；均匀拉伸长度为两倍时，横截面积减半。
3、一根均匀电阻丝电阻为R，下列哪些情况下阻值仍为R
A、长度变为一半，横截面积增大一倍时
B、横截面积变为一半，长度变为二倍时
C、长度和横截面积都变为二倍时
D、直径变为一半，长度变为四分之一时
解析：选CD.
4、某同学用欧姆表测出白炽灯灯丝的电阻（不发光），他又用灯泡上标记的额定电压和额定功率计算出灯丝的电阻。请你猜测一下，此同学用欧姆表测出的灯丝电阻与计算出的电阻之间有什么关系？
解析：白炽灯不发光时灯丝的电阻比用额定电压和额定功率计算出的灯丝电阻小，因灯丝是金属制成的，而金属的电阻率随温度的升高而增大，灯泡在额定电压下正常发光时灯丝的温度比不发光时温度高，因而灯泡正常发光时灯丝的电阻要大一些。
5、滑动变阻器是通过改变接入电路的电阻丝的长度来改变电阻的，如图为一滑动变阻器的示意图，A、B是绕在绝缘筒上的电阻丝的两个端点，C、D是金属杆的两个端点。电阻丝上能够与滑片P接触的地方，绝缘漆已被刮去，使滑片P能把金属杆与电阻丝连接起来。你能否设计出几种连接方案，使滑片P移动时，接入电路的电阻由大变小？
A
B
C
D
P
解析：A、C接入电路，P由B向A移动；
A、D接入电路，P由B向A移动；
B、C接入电路，P由A向B移动；
B、D接入电路，P由A向B移动。
说明：不能将A、B或C、D接入电路，将A、B接入电路，接入电路的电阻最大，移动滑片不能改变电阻大小；C、D接入电路，接入电路的电阻最小，近似为零，移动滑片不能改变电阻大小，会造成短路。
6、一只鸟站在一条通过400A电流的铝质裸导线上。鸟的两爪间的距离为5cm，导线的横截面积为185mm2 . 求两爪间的电压（ρ=2.9×10－8Ω·m）。
解析：

（四）小结
1、电阻定律
导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积成反比。
公式：
2、电阻率ρ
是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。跟导体的材料及温度有关。
金属的电阻率随温度的升高而增大；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响；半导体的电阻率随温度的增加而减小。
3、电阻定律研究的是电阻与导体材料、长度、横截面积等自身条件的关系；而部分电路欧姆定律则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。二者都适用于金属导体和电解液，电阻定律要求金属导体的粗细均匀，电解液浓度均匀。
（五）作业
1、如何测定水的电阻率？
2、了解超导体及半导体的应用？
3、一根粗细均匀的电阻丝，当加2V电压时，通过的电流强度为4A. 现把此电阻丝均匀拉长，然后加1V的电压，这时电流强度为0.5A. 求此时电阻丝拉长后的长度应原来长度的几倍?（2倍）
4、一立方体金属块,每边长2cm，具有5×10-6欧的电阻，现在将其拉伸为100m长的均匀导线，求它的电阻? （125欧）
八、说明   
　　1、电阻跟导体的材料、横截面积、长度之间的关系，初中已经定性地讲过。本节是通过实验，在复习的基础上，得出电阻定律，引人电阻率的概念。
2、通过小结使学生进一步理解电阻定律和部分电路欧姆定律是从不同角度研究导体电阻这个物理量，养成勤于总结的良好习惯。
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