第二課時(shí)電阻定律

1、第二課時(shí)第二課時(shí) 電阻定律電阻定律學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)目標(biāo) n1、用控制變量法，探究導(dǎo)體電阻的決定因、用控制變量法，探究導(dǎo)體電阻的決定因素，理解電阻定律，培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)抽素，理解電阻定律，培養(yǎng)學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)抽象概括出物理規(guī)律的能力。能利用電阻定象概括出物理規(guī)律的能力。能利用電阻定律進(jìn)行有關(guān)的分析和計(jì)算。律進(jìn)行有關(guān)的分析和計(jì)算。n2、通過交流討論，理解電阻率。知道測(cè)定、通過交流討論，理解電阻率。知道測(cè)定電阻率的方法。了解電阻率與溫度的關(guān)系。電阻率的方法。了解電阻率與溫度的關(guān)系。問題：問題： “根據(jù)歐姆定律根據(jù)歐姆定律 導(dǎo)體的導(dǎo)體的電阻電阻R R與加在導(dǎo)體兩端的與加在導(dǎo)體兩端的電壓電壓U U成成正比正比，

2、跟導(dǎo)體中的跟導(dǎo)體中的電流電流I I成成反比反比，這種說法對(duì)嗎？，這種說法對(duì)嗎？”URIRVAAB實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 次數(shù)次數(shù)測(cè)量量測(cè)量量123U/V I/AR/ 導(dǎo)體的導(dǎo)體的電阻電阻與加在導(dǎo)體兩端的與加在導(dǎo)體兩端的電壓電壓及導(dǎo)體及導(dǎo)體中的中的電流電流沒有關(guān)系。沒有關(guān)系。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：實(shí)驗(yàn)結(jié)論：問題問題1：導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)？：導(dǎo)體的電阻大小與哪些因素有關(guān)？學(xué)習(xí)活動(dòng)一學(xué)習(xí)活動(dòng)一問題問題2：如何探究導(dǎo)體的電阻大小與這些因素的關(guān)：如何探究導(dǎo)體的電阻大小與這些因素的關(guān)系？系？與長度有關(guān)與長度有關(guān)與材料有關(guān)與材料有關(guān)一、決定導(dǎo)體一、決定導(dǎo)體電阻電阻大小的因素有那些？大小的因素有那些？與材料有關(guān)與材料

3、有關(guān)與橫截面積與橫截面積二、實(shí)驗(yàn)探究：二、實(shí)驗(yàn)探究： 2、實(shí)驗(yàn)方法：、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法控制變量法3、目標(biāo)任務(wù)：、目標(biāo)任務(wù)：（1 1） ：導(dǎo)體的材料、橫截面積相同，：導(dǎo)體的材料、橫截面積相同， 改變長度，研究電阻的變化。改變長度，研究電阻的變化。（2 2）：導(dǎo)體的材料、長度相同，）：導(dǎo)體的材料、長度相同， 改變橫截面積，研究電阻的變化。改變橫截面積，研究電阻的變化。（3 3） ：導(dǎo)體的長度、橫截面積相同，：導(dǎo)體的長度、橫截面積相同， 改變材料種類，研究電阻的變化。改變材料種類，研究電阻的變化。探究探究電阻電阻與導(dǎo)體的與導(dǎo)體的材料、橫截面材料、橫截面積、長度積、長度之間的定量關(guān)系。之間的定量關(guān)

4、系。 1、明確目的：、明確目的：4、實(shí)驗(yàn)儀器、實(shí)驗(yàn)儀器RAV導(dǎo)體導(dǎo)體abcd材料材料鎳鉻合金鎳鉻合金鎳鉻合金鎳鉻合金鎳鉻合金鎳鉻合金碳鋼合金碳鋼合金長度長度L2L2L2L橫截面積橫截面積SS2SS 電壓電壓U/V電流電流I/A電阻電阻R/5 5、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)RSKLRL1RSLRSLRKSykx電阻定律電阻定律導(dǎo)體的導(dǎo)體的電阻電阻R R跟它的跟它的長度長度L L成正成正比，跟它的比，跟它的橫截面積橫截面積S S成反比。成反比。2 2、表達(dá)式：、表達(dá)式：R=LS1 1、內(nèi)容：、內(nèi)容：電阻率電阻率2 2、物理意義：、物理意義：電阻率是反映材料電阻率是反映材料導(dǎo)電性能導(dǎo)電性能的物理量。的物理量

5、。1 1、電阻率越大、電阻率越大 表明在相同長度、相同表明在相同長度、相同 橫截面積的情況下橫截面積的情況下 ，導(dǎo)體的電阻越大導(dǎo)體的電阻越大 。4 4、單位、單位：3 3、公式：、公式：R=LSRSL歐歐米（米（m)5 5、幾種導(dǎo)體材料的電阻率、幾種導(dǎo)體材料的電阻率你能從表中看出哪些信息：你能從表中看出哪些信息：1、_2、_ 3、_ 純金屬的電阻率較小純金屬的電阻率較小,合金的電阻率較大。合金的電阻率較大。不同材料的導(dǎo)體電阻率不同。不同材料的導(dǎo)體電阻率不同。5.010-75.010-75.010-7鎳銅合金鎳銅合金4.410-74.410-74.410-7錳銅合金錳銅合金1.4410-71.0

6、10-70.8910-7鐵鐵7.1010-85.310-84.8510-8鎢鎢3.8010-82.910-82.6710-8鋁鋁2.0710-81.710-81.4310-8銅銅2.0710-81.610-81.4810-8銀銀100(m)20(m)0 (m)溫度溫度阻阻率率金屬材料的電阻率隨溫度的金屬材料的電阻率隨溫度的升高升高而而增加增加材料材料電電AR熱電阻6 6、電阻率隨溫度變化的運(yùn)用、電阻率隨溫度變化的運(yùn)用超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體 將超導(dǎo)體的溫度降到某臨界溫度將超導(dǎo)體的溫度降到某臨界溫度Tc時(shí)，超導(dǎo)體時(shí)，超導(dǎo)體電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象，稱為零電阻現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表電阻突然變?yōu)榱愕默F(xiàn)象，

7、稱為零電阻現(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)表明：超導(dǎo)狀態(tài)下的零電阻現(xiàn)象不僅與臨界溫度有關(guān)，明：超導(dǎo)狀態(tài)下的零電阻現(xiàn)象不僅與臨界溫度有關(guān)，也與超導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度和外磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，所以也與超導(dǎo)體中的電流強(qiáng)度和外磁場(chǎng)強(qiáng)度有關(guān)，所以也存在著類似的臨界電流和臨界外磁場(chǎng)。也存在著類似的臨界電流和臨界外磁場(chǎng)。 不同的材料具有不同的臨界溫度。某些物質(zhì)臨不同的材料具有不同的臨界溫度。某些物質(zhì)臨界溫度非常低，例如汞為界溫度非常低，例如汞為4.15K，不具有太大的應(yīng)，不具有太大的應(yīng)用價(jià)值。而有的超導(dǎo)材料的臨界溫度比較高，達(dá)到用價(jià)值。而有的超導(dǎo)材料的臨界溫度比較高，達(dá)到幾十幾十K甚至上百甚至上百K，隨著臨界溫度的提高，其應(yīng)用，隨著臨界溫度

8、的提高，其應(yīng)用價(jià)值也大大提高。所以如何提高超導(dǎo)材料的臨界溫價(jià)值也大大提高。所以如何提高超導(dǎo)材料的臨界溫度，發(fā)展出具有常溫下工作能力的高溫超導(dǎo)材料是度，發(fā)展出具有常溫下工作能力的高溫超導(dǎo)材料是人們重點(diǎn)關(guān)注的地方。人們重點(diǎn)關(guān)注的地方。課堂小結(jié)課堂小結(jié)本節(jié)課學(xué)到了以下內(nèi)容：本節(jié)課學(xué)到了以下內(nèi)容：1 1、基本知識(shí)：、基本知識(shí)：電阻定律電阻定律電阻定律電阻定律電阻率電阻率2 2、探究方法：、探究方法：觀察猜想觀察猜想實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析數(shù)據(jù)分析歸納歸納-結(jié)論結(jié)論控制變量法控制變量法3 3、探究過程：、探究過程：探究新知探究新知 你能否根據(jù)電阻定你能否根據(jù)電阻定律測(cè)出金屬材料的電阻律測(cè)出金屬材料的電阻 率？如

9、何測(cè)？設(shè)計(jì)一個(gè)率？如何測(cè)？設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，試試看。實(shí)驗(yàn)，試試看。 超導(dǎo)材料是在低溫條件下能出現(xiàn)超導(dǎo)電超導(dǎo)材料是在低溫條件下能出現(xiàn)超導(dǎo)電性的物質(zhì)。超導(dǎo)材料最獨(dú)特的性能是電能在性的物質(zhì)。超導(dǎo)材料最獨(dú)特的性能是電能在輸送過程中幾乎不會(huì)損失。近年來，隨著材輸送過程中幾乎不會(huì)損失。近年來，隨著材料科學(xué)的發(fā)展，超導(dǎo)材料的性能不斷優(yōu)化，料科學(xué)的發(fā)展，超導(dǎo)材料的性能不斷優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度也越來越高。一旦室溫實(shí)現(xiàn)超導(dǎo)的臨界溫度也越來越高。一旦室溫超導(dǎo)題達(dá)到實(shí)用化、工業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)代文明超導(dǎo)題達(dá)到實(shí)用化、工業(yè)化，將對(duì)現(xiàn)代文明社會(huì)中的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。社會(huì)中的科學(xué)技術(shù)產(chǎn)生深刻的影響。 導(dǎo)電材料的電阻會(huì)不斷消

10、耗電能，這導(dǎo)電材料的電阻會(huì)不斷消耗電能，這在遠(yuǎn)距離電能傳輸中一直是一個(gè)很大的問在遠(yuǎn)距離電能傳輸中一直是一個(gè)很大的問題。尋找一種極低電阻甚至沒有電阻的材題。尋找一種極低電阻甚至沒有電阻的材料一直是物理科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的愿望。料一直是物理科學(xué)家們夢(mèng)寐以求的愿望。人們很早就發(fā)現(xiàn)了良導(dǎo)體的電阻會(huì)隨著環(huán)人們很早就發(fā)現(xiàn)了良導(dǎo)體的電阻會(huì)隨著環(huán)境溫度的降低而減小，因而科學(xué)工作者致境溫度的降低而減小，因而科學(xué)工作者致力于創(chuàng)造一個(gè)低溫環(huán)境，尋求電阻減小的力于創(chuàng)造一個(gè)低溫環(huán)境，尋求電阻減小的規(guī)律。規(guī)律。17世紀(jì)末阿蒙頓提出了溫度下限世紀(jì)末阿蒙頓提出了溫度下限（絕對(duì)零度）的概念，到了（絕對(duì)零度）的概念，到了18世紀(jì)，

11、蓋世紀(jì)，蓋.呂呂薩克薩克.查理斯確定了絕對(duì)零度為查理斯確定了絕對(duì)零度為-273C。直。直到到1908年萊頓實(shí)驗(yàn)室成功液化氦，獲得年萊頓實(shí)驗(yàn)室成功液化氦，獲得4.25K以下極低溫，開創(chuàng)了極低溫物性研究。以下極低溫，開創(chuàng)了極低溫物性研究。n 19111911年，昂尼斯發(fā)現(xiàn)溫度降到年，昂尼斯發(fā)現(xiàn)溫度降到4.2K4.2K時(shí)，汞的電阻突然降時(shí)，汞的電阻突然降為零的現(xiàn)象，當(dāng)溫度回到為零的現(xiàn)象，當(dāng)溫度回到4.2K4.2K以上，汞重新恢復(fù)電阻性的。以上，汞重新恢復(fù)電阻性的。某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對(duì)零度附近某一特某些金屬、合金和化合物，在溫度降到絕對(duì)零度附近某一特定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無

12、法測(cè)量的現(xiàn)象叫做超定溫度時(shí)，它們的電阻率突然減小到無法測(cè)量的現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。導(dǎo)現(xiàn)象，能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)叫做超導(dǎo)體。n19111911年到年到19551955年，是人類對(duì)超導(dǎo)體基本認(rèn)識(shí)和探索階段，相年，是人類對(duì)超導(dǎo)體基本認(rèn)識(shí)和探索階段，相繼發(fā)現(xiàn)了臨界溫度（繼發(fā)現(xiàn)了臨界溫度（19111911），臨界電流（），臨界電流（19331933），邁斯納效），邁斯納效應(yīng)（應(yīng)（19331933）。）。 n19551955年到年到19851985年，合金與金屬化合物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)使人們沖年，合金與金屬化合物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)使人們沖破了應(yīng)用超導(dǎo)體的重要阻力電磁壁壘。這其中重要的發(fā)

13、展標(biāo)破了應(yīng)用超導(dǎo)體的重要阻力電磁壁壘。這其中重要的發(fā)展標(biāo)志之一就是幾種重要化合物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。標(biāo)志之二是志之一就是幾種重要化合物超導(dǎo)體的發(fā)現(xiàn)。標(biāo)志之二是Nb3SnNb3Sn金屬間化合物超導(dǎo)線材制備技術(shù)的出現(xiàn)。從此為超導(dǎo)金屬間化合物超導(dǎo)線材制備技術(shù)的出現(xiàn)。從此為超導(dǎo)材料的應(yīng)用打開了局面。材料的應(yīng)用打開了局面。 1986年至今，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)是又年至今，高溫超導(dǎo)材料的出現(xiàn)是又一大重要突破，沖破了一大重要突破，沖破了“溫度壁壘溫度壁壘”。高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)被視為科學(xué)界得一高溫超導(dǎo)材料的發(fā)現(xiàn)被視為科學(xué)界得一次次“飛躍和革命飛躍和革命”。人們終于看到了超。人們終于看到了超導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用希望。超導(dǎo)現(xiàn)象的

14、研究和導(dǎo)技術(shù)的應(yīng)用希望。超導(dǎo)現(xiàn)象的研究和超導(dǎo)材料的制備成為科技前沿，發(fā)展越超導(dǎo)材料的制備成為科技前沿，發(fā)展越來越快。來越快。在這個(gè)發(fā)展過程中，各種理論的提出也在這個(gè)發(fā)展過程中，各種理論的提出也極大推動(dòng)了超導(dǎo)材料研究的發(fā)展。其中極大推動(dòng)了超導(dǎo)材料研究的發(fā)展。其中比較著名的是比較著名的是BCS理論，獲得了廣泛認(rèn)理論，獲得了廣泛認(rèn)可?？?。 （1）零電阻現(xiàn)象）零電阻現(xiàn)象 （2）邁斯納效應(yīng)）邁斯納效應(yīng) （3）超導(dǎo)態(tài)臨界參數(shù)三維圖）超導(dǎo)態(tài)臨界參數(shù)三維圖 （4）約瑟夫森效應(yīng)）約瑟夫森效應(yīng) （5）同位素效應(yīng)）同位素效應(yīng)超導(dǎo)材料的基本物理特性超導(dǎo)材料的基本物理特性 超導(dǎo)材料應(yīng)用價(jià)值超導(dǎo)材料應(yīng)用價(jià)值在國民經(jīng)濟(jì)中在

15、國民經(jīng)濟(jì)中在軍事上在軍事上在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中在科學(xué)實(shí)驗(yàn)中電流應(yīng)用電流應(yīng)用電子學(xué)應(yīng)用電子學(xué)應(yīng)用抗磁性應(yīng)用抗磁性應(yīng)用強(qiáng)磁強(qiáng)磁弱磁弱磁強(qiáng)磁場(chǎng)強(qiáng)磁場(chǎng) 超導(dǎo)電纜的發(fā)展經(jīng)歷了直流低溫超導(dǎo)超導(dǎo)電纜的發(fā)展經(jīng)歷了直流低溫超導(dǎo)電纜、交流低溫超導(dǎo)電纜和交流高溫超導(dǎo)電纜、交流低溫超導(dǎo)電纜和交流高溫超導(dǎo)電纜等幾個(gè)發(fā)展過程電纜等幾個(gè)發(fā)展過程,目前交流高溫超導(dǎo)電目前交流高溫超導(dǎo)電纜已經(jīng)成為超導(dǎo)電纜研究的重點(diǎn)。超導(dǎo)電纜已經(jīng)成為超導(dǎo)電纜研究的重點(diǎn)。超導(dǎo)電纜是利用超導(dǎo)材料零電阻特性的新一代電纜是利用超導(dǎo)材料零電阻特性的新一代電力輸電電纜。與常規(guī)電纜相比，超導(dǎo)電纜力輸電電纜。與常規(guī)電纜相比，超導(dǎo)電纜具有損耗低、容量大、材料省、無污染等具

16、有損耗低、容量大、材料省、無污染等優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)電纜的廣泛應(yīng)用，將降低輸電優(yōu)勢(shì)。超導(dǎo)電纜的廣泛應(yīng)用，將降低輸電損耗，改進(jìn)和提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，損耗，改進(jìn)和提高電網(wǎng)的穩(wěn)定性和安全性，節(jié)省土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。節(jié)省土地資源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境。 超導(dǎo)電纜超導(dǎo)電纜 高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大在工作時(shí)會(huì)發(fā)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中規(guī)模集成電路面臨的難題。超導(dǎo)計(jì)算機(jī)中的超大規(guī)模集成電路，其元件間的互連線的超大規(guī)模集成電路，其元件

17、間的互連線用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來制用接近零電阻和超微發(fā)熱的超導(dǎo)器件來制作，不存在散熱問題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算作，不存在散熱問題，同時(shí)計(jì)算機(jī)的運(yùn)算速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半速度大大提高。此外，科學(xué)家正研究用半導(dǎo)體和超導(dǎo)體來制造晶體管，甚至完全用導(dǎo)體和超導(dǎo)體來制造晶體管，甚至完全用超導(dǎo)體來制作晶體管。超導(dǎo)體來制作晶體管。 超導(dǎo)計(jì)算機(jī)超導(dǎo)計(jì)算機(jī) 利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放利用超導(dǎo)材料的抗磁性，將超導(dǎo)材料放在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力在一塊永久磁體的上方，由于磁體的磁力線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)線不能穿過超導(dǎo)體，磁體和超導(dǎo)體之間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在

18、磁體上方。產(chǎn)生排斥力，使超導(dǎo)體懸浮在磁體上方。利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁利用這種磁懸浮效應(yīng)可以制作高速超導(dǎo)磁懸浮列車。懸浮列車。 超導(dǎo)磁懸浮列車超導(dǎo)磁懸浮列車n半導(dǎo)體材料是指電阻率在半導(dǎo)體材料是指電阻率在10-3108cm，介于金屬和絕緣體之間的，介于金屬和絕緣體之間的材料。半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集材料。半導(dǎo)體材料是制作晶體管、集成電路、電力電子器件、光電子器件成電路、電力電子器件、光電子器件的重要基礎(chǔ)材料，支撐著通信、計(jì)算的重要基礎(chǔ)材料，支撐著通信、計(jì)算機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息機(jī)、信息家電與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。n在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，在半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)的發(fā)展中，n硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料；硅、鍺稱為第一代半導(dǎo)體材料；n將砷化鎵、磷化錮、磷化鎵、砷化錮、將砷化鎵、磷化錮、磷化鎵、砷化錮、砷化鋁及其合金等稱為第二代半導(dǎo)體砷化鋁及其合金等稱為第二代半導(dǎo)體材料；材料；n將寬禁帶將寬禁帶(Eg2.3eV)的氮化鎵、碳化的氮化鎵、碳化硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半硅、硒化鋅和金剛石等稱為第三代半導(dǎo)體材料。導(dǎo)體材料。n上述材料是目前主要應(yīng)用的半導(dǎo)體材上述材料是目前主要應(yīng)用的半導(dǎo)體材料，三代半導(dǎo)體材料代表品種分別為料，三代半導(dǎo)體材料代表品種分別為硅、砷化鎵和