人教版 (新课标)选修3选修3-1第二章 恒定电流6 导体的电阻教学设计
展开教学设计(一)
eq \(\s\up7(),\s\d5(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。
eq \(\s\up7(),\s\d5(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 Ω),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 Ω)、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。
eq \(\s\up7(),\s\d5(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:
通过学习欧姆定律,由I=eq \f(U,R)得,只要改变导体两端的电压U或导体的电阻R,就可以改变电路中的电流,但导体的电阻却并不是由U、I这两个因素决定的。
【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
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
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
由并联知识:R并=eq \f(R0,n)
又因为S并=nS0,所以R∝eq \f(1,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:
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=ρeq \f(l,S)求得:ρ=Req \f(S,l);由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。
【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eq \f(1,3)~eq \f(2,3)的区间。改变电压三次,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=Req \f(S,l)求得金属的电阻率。
(4)实验记录表格
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,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)
[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。
2.数学表达式:R=ρeq \f(l,S)(决定式)
(注意区别:R=eq \f(U,I)定义式)
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:Ω·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
*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。
1.关于公式R=eq \f(U,I)和公式R=ρeq \f(l,S),下列说法正确的是( )
A.两式对一切情况都适用
B.R=eq \f(U,I)仅适用于金属导体,R=ρeq \f(l,S)适用于任何导体
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:1.D 2.CD
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(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。
eq \b\lc\ \rc\ (\a\vs4\al\c1(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。
eq \(\s\up7(),\s\d5(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:
R=ρeq \f(l,S)(决定式)
(区别:R=eq \f(U,I) 定义式)
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:Ω·m
eq \(\s\up7(),\s\d5(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。
实验次数
l(米)
d(米)
R(欧)
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)
银 1.6×10-8
铜 1.7×10-8
铝 2.9×10-8
钨 5.3×10-8
铁 1.0×10-7
锰铜合金* 4.4×10-7
镍铜合金** 5.0×10-7
镍铬合金*** 1.0×10-6
教科版选修3-12 电阻定律教学设计: 这是一份教科版选修3-12 电阻定律教学设计,共4页。教案主要包含了实验探究,理论探究,电阻定律等内容,欢迎下载使用。
高中物理教科版选修3-12 电阻定律教案设计: 这是一份高中物理教科版选修3-12 电阻定律教案设计,共4页。教案主要包含了教材分析,教学目标,教学重点难点,学情分析,教学方法,课时安排 1课时,教学过程,板书设计等内容,欢迎下载使用。
物理选修3-1第二章 直流电路2 电阻定律教学设计: 这是一份物理选修3-1第二章 直流电路2 电阻定律教学设计,共3页。教案主要包含了教学目标,重点难点,教学方法,教学用具,教学过程,课外作业,教学后记等内容,欢迎下载使用。