12/12導體的電阻一、設計思想1．本節課是本章的第一節課，起到銜接初高中相關知識的作用。在初中知識基礎上進一步加深對電流、電壓和電阻的理解，對學生進一步學習電路的基本知識和掌握電學實驗的基本技能有重要作用。2．本節課采用講授與啟發相結合的教學方式。二、指導思想與理論依據奧蘇貝爾認為，意義學習有兩個先決條件：（1）學生表現出一種意義學習的傾向，即表現出一種在新學的內容與自己已有的知識之間建立聯系的傾向；（2）學習內容對學生具有潛在意義，即能夠與學生已有的知識結構聯系起來。2017年版課程標準中提出要促進學生科學思維的發展。“科學思維”是從物理學視角對客觀事物的本質屬性、內在規律及相互關系的認識方式，是基于經驗事實建構物理模型的抽象概括過程，是分析綜合、推理論證等方法在科學領域的具體運用，是基于事實證據和科學推理對不同觀點和結論提出質疑和批判，進行檢驗和修正，進而提出創造性見解的能力和品格。三、教學背景分析電流、電壓、電阻在初中階段都學過，在高中階段，要有所深入和提高。1．教材首先把初中階段學習過的有關電路的基本知識進行了回顧。2．關于電流這個概念，加入了恒定電場及電流的微觀意義。靜電場，是指靜止電荷產生的電場（在中學階段，討論電磁學問題，都選擇地面為參考系）。在電路中存在著恒定電流的情況下，導體內部有電荷定向移動，電源兩極以及電路的其他部位會有一定的電荷積累，它們產生的電場的電場線沿導體中電流流動的方向。這些電荷并不是靜止的，但它們的分布情況是穩定的，不隨時間變化而變化，這種電場稱為恒定電場。3．關于電壓這個概念，由于在第一章電勢與電勢差中已經說明了“電壓就是兩點間的電勢差”，教材中沒有再重復，但在例題示范的拓展中，涉及這個問題。4．關于電阻，初中階段只是說“電阻是導體對電流的阻礙作用”，教材則從歐姆定律出發，定義為R＝5．關于多用電表的原理部分，放在本節，是為下節實驗做準備。由于沒有講到電動勢的概念，故采用回避的辦法。四、教學目標1．知道簡單電路的組成及電路的三種狀態；知道電流及其形成條件；理解電流的定義式I＝q/t；知道電流的微觀表達式I＝nqvS。2．知道恒定電場及其在電路中的作用，知道某段電路兩端的電壓指的是該段電路兩個端點的電勢差。3．理解串并聯電路的電流、電壓關系及其在測定電流、電壓時的作用。4．理解歐姆定律及電阻概念，會用伏安法測電阻，知道內接法和外接法的誤差來源，了解歐姆表的原理。5．通過對電流、電壓、電阻的教學，培養學生的理解能力；通過介紹恒定電場在電路中的作用滲透相互作用觀，通過電流的教學培養學生的情景想象能力及建模意識。五、重點和難點1．重點：正確理解歐姆定律。2．難點：電流微觀表達式的推導。六、教學流程圖七、教學過程環節一：知識回顧討論交流：請回憶并整理，初中階段學過哪些有關電路的知識。什么是電流、電壓和電阻？怎樣測量它們？設計一個測量電阻的基本電路。學生通過思考和閱讀課本討論得出：電路至少由電源、用電器、導線、開關四部分組成。通路、斷路和短路是電路的三種狀態，其中短路是必須避免的。電流是自由電荷的定向移動形成的，I＝q/t，規定正電荷的移動方向是電流方向。測量電流用電流表，它必須串聯在被測量電流支路中。串聯電路中電流處處相等。電壓是形成電流的必要條件。測量電壓用電壓表，它必須與被測部位并聯。并聯電路各支路電壓相等。導體的歐姆表示導體對電流的阻礙作用，R＝U/I。環節二：新課教學在初中階段所學知識基礎上進一步深入學習。1．電流、電壓、電阻及其關系。（1）電流。閱讀課本，回答以下問題：①電流形成的條件是什么？內因——有自由移動的電荷。要使大量自由電荷做定向移動，必須要有一種力，這種力就是電場力。外因——導體兩端存在電壓。當導體與電源連接時，它的兩端有了電壓，即電勢差，導體中就有了電場，這樣導體中的自由電荷在電場力作用下定向移動形成電流。②導體內電荷在移動，為什么能形成穩定的電場？電源的作用使電路的不同部位聚集了一定的電荷。電荷在流動，有的流走了，另外的又來補充。當電荷在電路中的分布是穩定的，這些電荷產生的電場也是穩定的，這時的電場稱為恒定電場。靜電場，是指靜止電荷產生的電場。恒定電場的性質類似于靜電場，電荷在恒定電場內受到的電場力，仍稱為靜電力。③在恒定電場作用下，自由電荷加速運動，但為什么電流是恒定的？在恒定電場作用下，導體中的自由電荷沿電場線方向加速。同時，自由電荷在運動過程中又不斷地與導體內不能自由移動的粒子發生碰撞而減速。從宏觀上看，這些自由電荷定向移動的速率保持不變，即電流的大小保持不變，這種電流稱為恒定電流。④如圖所示，設一段粗細均勻的導體的橫截面積為S，導體每單位體積內的自由電荷數為n，每個自由電荷的電荷量為e。兩端加一定的電壓，導體中的自由電荷沿導體定向移動的速率為v。a．試證明：導體內的電流可表示為I＝neSv。b．如果該導體的電阻為R，求它兩端的電壓大小。當我們說A、B兩點的電勢差時，如果A點電勢高于B點電勢，則為正值，如果A點電勢低于B點電勢，則為負值。但有時我們說電壓時，常常不說明是哪兩點的電勢差，而只說“兩端電壓”，這時就只說絕對值，而不帶正負號。⑤電子定向移動的速率約為10-5m/s。思考：既然電子的定向運動速率很小，為什么閉合開關時電路中的電燈立刻就亮了？閉合開關的瞬間，電路中的各個位置以光速建立了恒定電場，在恒定電場的作用下，電路中各處的自由電子幾乎同時開始定向移動，整個電路也就幾乎同時產生了電流。電路接通時電燈中的電流并不是電源中的自由電子“跑”過去了，而是燈絲“自己的自由電子”定向移動產生的。例1截面積為S的導線中通有電流I。已知導線每單位體積中有n個自由電子，每個自由電子的電荷量是e，自由電子定向移動的速率是v，則在時間Δt內通過導線截面的自由電子數是（）A．答案：AC例2在某種帶有一價離子的水溶液中，正、負離子在定向移動，方向如圖所示。如果測得2s內分別有1.0×1018個正離子和1.0×1018個負離子通過溶液內部的橫截面M，則溶液中電流的方向如何？電流多大？解析：水溶液中導電的是自由移動的正、負電荷，它們在電場的作用下向相反方向定向移動。電學中規定，電流的方向為正電荷定向移動的方向，所以溶液中電流的方向與正離子定向移動的方向相同，即由A指向B。每個離子的電荷量是e＝1.6×10-19C。該水溶液導電時負電荷由B向A運動，負離子的定向移動可以等效看作是正離子反方向的定向移動。所以，一定時間內通過橫截面M的電荷量應該是正、負兩種離子電荷量的絕對值之和。I＝＝＝A＝0.16A（2）電流、電壓、電阻的關系（歐姆定律）。①對于金屬導體，通過它的電流和它兩端電壓之間是什么關系？通過導體的電流I與電壓U成正比，I＝U/R——歐姆定律。②歐姆定律是在金屬導體的基礎上總結得出的，對其他導體是否適用？對金屬導體、電解液適用，對氣態導體、半導體（如二極管）不適用。也就是說，對于氣態導體、二極管，電流與電壓不成正比。（3）電阻的定義。①定義式：R＝U/I。②物理意義：U一定時，R越大，I越小。R反映導體對電流的阻礙作用。③能否說R與U成正比，與I成反比？不能，同一個金屬導體，R不變，R與U、I無關。④在歐姆定律適用的電路中，I與U成正比，那么I-U圖像應是什么樣的？該圖中圖像斜率的物理意義是什么？哪個電阻大？符合歐姆定律的導體的I-U圖像是一條通過坐標原點的直線，其電阻為定值，我們把這種電阻稱為線性元件。⑤有些情況下，I與U不成正比，I-U圖像不是直線。如何描述在某一點的電阻？在某一點上能否用R＝U/I？電流和電壓不成正比，I-U圖像不是直線，即其電阻不是定值，這種電學元件稱為非線性元件。對于非線性元件，電阻是變化的，但我們仍可用R＝U/I來定義電阻。如果測出了導體兩端的電壓U，同時測出通過導體的電流I，則導體的電阻通過R＝U/I也就被測出來了。I、U、R對應同一時刻、同一導體而言。例3某導體中的電流隨其兩端電壓的變化如圖所示，則下列說法中正確的是（）A．加5V電壓時，導體的電阻約是5ΩB．加12V電壓時，導體的電阻約是14ΩC．由圖可知，隨著電壓的增大，導體的電阻不斷減小D．由圖可知，隨著電壓的減小，導體的電阻不斷減小解析：對某些導體，其I-U圖像不是直線，但曲線上某一點的U/I值仍表示該點所對應的電阻值。本題中給出的導體在加5V電壓時，U/I值為5Ω，所以此時電阻為5Ω；當電壓增大時，U/I值增大，即電阻增大。綜合判斷可知B、C項錯誤，A、D項正確。2．串并聯電路基本知識。（1）串聯電路。基本規律：，。根據歐姆定律：，即總電阻。等效思想：R與R1＋R2＋R3等效（）。根據P＝I2R，，。（2）并聯電路。基本規律：，。，根據，得。若R1＝R2＝R3，則R＝R1/3。Ri↑→R↑R＜Ri根據P＝U2/R，，。串并聯電路中，電流關系對應“電荷守恒定律”，電壓關系對應“能量守恒定律”。例4如圖所示，四個白熾燈泡的電阻分別是R1＝R3＝10Ω，R2＝R4＝30Ω，燈泡都被點亮，問燈由亮到暗的順序是怎樣的？答案：。例5兩燈泡L1、L2分別標有“110V60W”和“110V100W”，另有一只滑動變阻器R，要將它們連接后接入220V的電路中，使兩燈泡都正常發光，并使整個電路消耗的總功率最小，應使用下面哪個電路？（）解析：由P＝U2/R知，燈的電阻R1＞R2。對于A，因R并＜R1，兩燈電壓不會均分，A方案不行。對于C，因R1＞R2，兩燈電壓不會均分，C方案不行。B、D中兩燈泡都能正常發光，而B總電流較小，電路消耗的總功率較小，所以選B。答案：B3．電阻的測量。（1）伏安法測電阻。例6如圖為用伏安法測電阻的原理圖。圖中電壓表內阻為4000Ω，電流表內阻為50Ω；E為電源，R為電阻箱，Rx為待測電阻，S為開關。閉合開關后電壓表示數U＝1.6V，電流表示數I＝2.0mA。（1）我們把U與I的比值稱為Rx的測量值，試求出該值的大小。（2）實際上U與I的比值是Rx與電壓表并聯后的總電阻，請據此求出Rx的真實值。解析：（1）；（2），解得。，這種接法稱為電流表外接法。例7如圖所示為另一種伏安法測電阻的電路。如果閉合開關后兩電表示數仍為U＝1.6V，I＝2.0mA。請按照上題的思路，分別求出待測電阻的測量值與真實值。解析：（1）；（2）。，這種接法稱為電流表內接法。請同學們課下思考：什么情況下用內接法誤差小？除了用伏安法測電阻，我們還可以用歐姆表直接測量電阻。（2）歐姆表測電阻。原理：待測電阻的數值與電流表的示數是一一對應的，只要把表頭的刻度盤刻成相應電阻的數值就成為可以直接讀出電阻值的歐姆表。測電阻時，直接將表筆接在待測電阻兩端（歐姆表內部有電源）。紅表筆連接的是內部電源的負極，對表頭來說，電流仍然是“紅進黑出”。將電流表、電壓表和歐姆表共同使用一個表頭，就成為多用電表。在技術領域、電工操作和實驗室中，人們更常用多用電表。多用電表具有多種功能，比較簡單的多用電表就可以測量電流、電壓、電阻等。測量前先選好對應的擋位，再調零、測量、讀數。測電壓測電流環節三：總結引導學生回憶本節課的收獲。本節課所學的電流、電壓、電阻與初中階段所學有什么區別？八、板書設計1．電流電壓電阻一、電流、電壓、電阻及其關系1．電流導體中有自由電荷①電流的形成條件導體兩端有電壓→產生恒定電場（區別于靜電場）②電流的微觀表達式：I＝q/t＝neSv③電子定向移動的速率：10-5m/s2．電流、電壓和電阻的關系通過導體的電流I與電壓U成正比：I＝U/R。對金屬導體、電解液適用，對氣態導體、半導體（如二極管）不適用。3．電阻定義：R＝U／I二、串并聯電路基礎知識1．串聯電路基本規律：，根據歐姆定律：，得總電阻等效思想：R與R1＋R2＋R3等效（）根據P＝I2R，，2．并聯電路基本規律：，，根據，得若R1＝R2＝R3，則R＝R1/3Ri↑→R↑R＜Ri根據P＝U2/R，，。串并聯電路中：電流關系對應“電荷守恒定律”，電壓關系對應“能量守恒定律”。三、電阻的測量1．伏安法測電阻外接法