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2019-2020年高中物理《電阻定律》教案5 新人教版選修3-1 要 點：理解電阻定律和電阻率，能用電阻定律進(jìn)行相關(guān)的計算；知道半導(dǎo)體的特殊導(dǎo)電性和應(yīng)用；知道超導(dǎo)現(xiàn)象和條件，超導(dǎo)體的應(yīng)用 教學(xué)難點：電阻率概念 考試要求：高考Ⅱ（電阻和電阻定律） 課堂設(shè)計：學(xué)生在初中已經(jīng)接觸到電阻定律，能理解電阻的決定因素。教學(xué)活動仍有賴于實驗，但一定要將簡單的實驗中提煉出更高層次的產(chǎn)品──思維能力的提高──從電阻值來分析電阻與長度、面積的關(guān)系，并用比值法定義電阻率。半導(dǎo)體和超導(dǎo)體（名詞）是學(xué)生并不感到新鮮的，也能找到生活中的一些具體應(yīng)用實例，教學(xué)活動應(yīng)在交代清楚半導(dǎo)體的獨特導(dǎo)電性后，可考慮啟發(fā)學(xué)生關(guān)注其應(yīng)用和設(shè)計。超導(dǎo)體可介紹其思維和發(fā)展的過程，并介紹我國在這個領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。作為介紹性的知識可讓學(xué)生更多的參與。 解決難點：據(jù)學(xué)生的實際情況課對電阻定律進(jìn)行詳略的處理。簡化半導(dǎo)體的特性關(guān)注其應(yīng)用，利用金屬電阻率隨溫度升高而增大的反向思維得到超導(dǎo)體的可能，展示超導(dǎo)體的優(yōu)點，用我國超導(dǎo)體的領(lǐng)先鼓勵學(xué)生，激發(fā)學(xué)生愛國和奮發(fā)學(xué)習(xí)的精神。 學(xué)生現(xiàn)狀：初步知道電阻與長度和面積的關(guān)系，但未形成公式；聽過半導(dǎo)體和超導(dǎo)體，不知緣由和應(yīng)用；在新奇的應(yīng)用中感覺新鮮好玩，不關(guān)注物理原理的應(yīng)用。 培養(yǎng)能力：分析綜合能力，理解推理能力 A V 課堂教具：干電池，電壓表，電流表，滑動變阻器，電阻定律演示儀，導(dǎo)線若干、二極管，歐姆表，熱敏電阻，光敏電阻 一、引入(5’) 【問】歐姆定律所表示的物理意義？表達(dá)式？ R＝U/I是電阻的定義式，物理意義是什么？ 如下圖所示，有一段電路，伏特表的讀數(shù)為2V，電流表的讀數(shù)為1A，求 （1） 定值電阻的阻值 （2） 當(dāng)電壓表的讀數(shù)變化為4V時，定值電阻的阻值為多少？ 答：（1）R=2Ω （2）R=2Ω 【問】為什么電壓的變化沒有引起導(dǎo)體電阻的變化？ 分析：電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，只跟導(dǎo)體本身有關(guān)，跟電流和電壓無關(guān) 外界條件不能改變物體的電阻，決定電阻的是本身因素。這節(jié)課我們要研究哪些因素決定了電阻。 二、新課教學(xué)(35’) 【問】導(dǎo)體的電阻應(yīng)該跟導(dǎo)體本身的哪些因素有關(guān)？ 答：導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積 演示：導(dǎo)體的電阻與長度、面積和材料的關(guān)系 材料、橫截面積（s）不變，U不變，L改變，得出I∝1/L，即R∝L ； 材料、長度（L）不變，U不變，S改變，得出I∝S，即R∝1/S ； 橫截面積（s）、長度（L）不變，U不變，材料改變，得出材料不同，R不同； 由實驗得出 R∝L；R∝1/s；即 R∝L/S，寫成等式 R=ρL/S。 【板書】（一）電阻定律 1、內(nèi)容：導(dǎo)體的電阻跟它的長度成正比，跟它的橫截面積成反比 2、定義式：R=ρL/S ρ為比例常數(shù)，跟導(dǎo)體材料有關(guān)，是一個反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率 【板書】(二)電阻率 1、ρ＝RS/L （反映材料的導(dǎo)電性能） 2、單位：歐米 3、當(dāng)S＝1m2，L=1m時，數(shù)值上ρ＝R 4、直接反映了導(dǎo)體導(dǎo)電性能的好壞 5、電阻率與溫度有關(guān) 一般說道導(dǎo)體的電阻率是多少時，都必須說明在什么溫度下。 【閱讀】課本P154電阻率表：總結(jié) ①電阻率從上而下增大，導(dǎo)電性從上而下減少 ②貴金屬電阻率小 ③合金的電阻率大于純金屬的電阻率 ④溫度變化引起電阻率的變化（電阻率表中特別注明是在20℃時的電阻率） ⑤大部分金屬的電阻率隨溫度的升高而增大 【問】從理論上講，用那種材料制成導(dǎo)線最好？（銀） 但銀成本太高，不可行 4、應(yīng)用： （1）導(dǎo)線一般用電阻率小的鋁或銅來制成，電爐、電阻器的電阻絲一般用電阻率大的合金來制作。 （2）電阻溫度汁：測出鉑絲的電阻就可知道溫度 標(biāo)準(zhǔn)電阻：合金的電阻率幾乎不隨溫度變化 【板書】三、半導(dǎo)與體 1、導(dǎo)電能力介于導(dǎo)體絕緣體之間的物質(zhì)稱為半導(dǎo)體。 半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能受外界的影響很大 2、半導(dǎo)體的特性： （1）電阻不隨溫度的升高而增大，反隨溫度的升高而減小 常用的半導(dǎo)體不是一種純凈、單一的物質(zhì)，而是不同的物質(zhì)、微量元素（按比例）組成的混合體 （2）用光照射半導(dǎo)體；在半導(dǎo)體中摻入微量的其他物質(zhì)，都可以使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能發(fā)生顯著變化?！@一特性是導(dǎo)體和絕緣體所沒有的。 3、半導(dǎo)體的應(yīng)用 （1）在溫度升高時電阻減小得非常迅速，利用這種材料可制成體積很小的熱敏電阻 溫度變化————電信號 （2）有的半導(dǎo)體，在光照下電阻大大減小，利用這種導(dǎo)體材料可做成體積很小的光敏電阻————可起到開關(guān)作用 （3）在純凈的半導(dǎo)體中摻入微量的雜質(zhì)，會使半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能大大增強 可制成晶體二極管和晶體三極管 演示：半導(dǎo)體的單向?qū)щ娦? 半導(dǎo)體材料是半導(dǎo)體工業(yè)的基礎(chǔ)，它的發(fā)展對半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展有極大的影響。 熱敏電阻、光敏電阻、氣敏電阻，體積很小，靈敏度高，組成集成電路和大規(guī)模集成電路（封面圖：集成電路線路板） 活動：找到身邊的半導(dǎo)體產(chǎn)品：IC卡、電子表、計算器 凡是有（智能）控制的地方均有半導(dǎo)體（材料） 【板書】四、超導(dǎo)體 超導(dǎo)的發(fā)現(xiàn) 1896年對低溫下金屬電阻有兩種截然相反的理論：一是“純金屬電阻隨溫度的降低而減小，到0K時完全消失”；而是“溫度到0K時自由電子停止運動而電阻趨于無窮大”。已經(jīng)獲得4K低溫的荷蘭物理學(xué)家卡曼林昂尼斯時當(dāng)時低溫研究的權(quán)威，與1911年將汞降溫到4.2K時發(fā)現(xiàn)電阻突然為零，首先發(fā)現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象；1912年底又發(fā)現(xiàn)了鉛和錫的超到性，并于1913年獲諾貝爾物理學(xué)獎，被譽為“超導(dǎo)之父”。 金屬材料的電阻（率）在特定的溫度下能突然轉(zhuǎn)變?yōu)榱愕默F(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象，把具有超導(dǎo)現(xiàn)象的材料叫超導(dǎo)材料。超導(dǎo)材料做成的元件叫做超導(dǎo)體。 1930年人們發(fā)現(xiàn)了11K的氮化鈮超導(dǎo)性，又揭開了利用化合物的尋找轉(zhuǎn)變溫度高的超導(dǎo)材料序幕。至今已經(jīng)發(fā)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)變溫度為164K的汞鋇鈣銅氧化物，而法國在1994年聲稱發(fā)現(xiàn)了250K的超導(dǎo)體。 目前已發(fā)現(xiàn)了8000多種超導(dǎo)材料，使這門新興技術(shù)得到了飛速發(fā)展，但由于出現(xiàn)超導(dǎo)現(xiàn)象時的溫度大都極低（接近-273℃），因此，沒有太大的實用經(jīng)濟價值。為了尋找在較高溫度下的超導(dǎo)材料，世界上無數(shù)科學(xué)家為之努力奮斗，直到20世紀(jì)90年代才取得了重大突破，發(fā)現(xiàn)了接近于100K(-173℃)的超導(dǎo)材料。我國科學(xué)家在1988年研制出了轉(zhuǎn)變溫度在120K的超導(dǎo)材料鈦鋇鈣銅氧化物，1990年初又研制出了臨界溫度132K的超導(dǎo)材料，顯示我國在超導(dǎo)材料研究方面，已躋身于世界先進(jìn)行列。 【問】超導(dǎo)體有何應(yīng)用？ 我們知道金屬通常總是有電阻的，當(dāng)電流通過金屬時，金屬會發(fā)熱，像電爐就是利用電阻絲發(fā)熱制成的。電阻的存在使電流通過時受到一些損耗，這種情況在許多場合是人們所不希望的。凡是要避免電流發(fā)熱的地方均可以采用超導(dǎo)體：輸電線路、電動機、磁懸浮列車等。 電纜：粗細(xì)主要是考慮發(fā)熱，超導(dǎo)電纜與相同的導(dǎo)線比，理論電流可達(dá)100倍以上。01年4月，清華大學(xué)應(yīng)用超導(dǎo)研究中心，制成高溫超導(dǎo)導(dǎo)線（37芯）340米，-196℃。 超導(dǎo)電纜技術(shù)的發(fā)展已有十余年的歷史。至今參與超導(dǎo)電纜技術(shù)研究的國家主要有美國、日本、歐洲、中國和韓國等。04年7月，第一組超導(dǎo)電纜在昆明正式并網(wǎng)運行，這標(biāo)志著繼美國、丹麥之后，我國成為世界上第三個將超導(dǎo)電纜投入電網(wǎng)運行的國家。超導(dǎo)電纜傳輸電力，運行總損耗僅為常規(guī)電纜的50％至60％（導(dǎo)體損耗不足常規(guī)電纜的十分之一，加上制冷的能量損耗），顯示出明顯的經(jīng)濟效益，由于超導(dǎo)電纜傳輸電力的能力是傳統(tǒng)常規(guī)電纜的3至5倍，所以使用超導(dǎo)電纜還可以節(jié)約輸電系統(tǒng)的占地面積和空間，節(jié)省大量寶貴的土地資源。 超導(dǎo)的研究方向：溫度、混合物、磁場、電流，新材料和新工藝的探索及化學(xué)結(jié)構(gòu)特征。具體應(yīng)用：磁懸浮列車、超導(dǎo)船、超級計算機、超導(dǎo)電機等。 超導(dǎo)線圈的通電方法：超導(dǎo)狀態(tài)下撤銷磁場，能維持兩年半無明顯（磁性）減弱。 自1972年至xx年不足三十年時間里，因超導(dǎo)而獲得諾貝爾物理學(xué)獎有六次。 課外作業(yè)：《電阻定律》 教學(xué)札記： 1． 2． 3．