高中物理《電阻定律》教案5 新人教版選修3-1

1、§14.2 電阻定律§14.3 半導(dǎo)體 §14.4 超導(dǎo)體要 點(diǎn)：理解電阻定律和電阻率，能用電阻定律進(jìn)行相關(guān)的計(jì)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(diǎn)：電阻率概念考試要求：高考（電阻和電阻定律）課堂設(shè)計(jì)：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(dòng)仍有賴于實(shí)驗(yàn)，但一定要將簡單的實(shí)驗(yàn)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(shí)例，教學(xué)活動(dòng)應(yīng)在交代清楚半導(dǎo)體的獨(dú)特導(dǎo)電性后，可考慮啟發(fā)學(xué)生關(guān)注其

2、應(yīng)用和設(shè)計(jì)。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(gè)領(lǐng)域的領(lǐng)先地位。作為介紹性的知識(shí)可讓學(xué)生更多的參與。解決難點(diǎn)：據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況課對(duì)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(diǎn)，用我國超導(dǎo)體的領(lǐng)先鼓勵(lì)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AV課堂教具：干電池，電壓表，電流表，滑動(dòng)變阻器，電阻定律演示儀，導(dǎo)線若干、二極管，歐姆表，熱

3、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？RU/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(shí)，定值電阻的阻值為多少？答：（1）R=2 （2）R=2【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

4、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I1/L，即RL； 材料、長度（L）不變，U不變，S改變，得出IS，即R1/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(shí)驗(yàn)得出 RL；R1/s；即 RL/S，寫成等式 R=L/S?！景鍟浚ㄒ唬╇娮瓒?、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=L/S為比例常數(shù)，跟導(dǎo)體材料有關(guān)，是一個(gè)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、RS/L （反映材料的導(dǎo)電性能）2、單位：歐·米3、當(dāng)S1m2，L=1m時(shí)，數(shù)值上R4、直接反映

5、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(shí)，都必須說明在什么溫度下?！鹃喿x】課本P154電阻率表：總結(jié) 電阻率從上而下增大，導(dǎo)電性從上而下減少 貴金屬電阻率小 合金的電阻率大于純金屬的電阻率 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(shí)的電阻率）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(cè)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

6、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。這一特性是導(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(shí)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(hào)（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(huì)使半導(dǎo)體的導(dǎo)

7、電性能大大增強(qiáng) 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(duì)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(dòng)：找到身邊的半導(dǎo)體產(chǎn)品：IC卡、電子表、計(jì)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(duì)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(shí)完全消失”；而是“溫度到0K時(shí)自由電子停止運(yùn)動(dòng)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(shí)當(dāng)時(shí)低溫研究的權(quán)

8、威，與1911年將汞降溫到4.2K時(shí)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(jiǎng)，被譽(yù)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(shí)的溫度大都極低（接近-273）

9、，因此，沒有太大的實(shí)用經(jīng)濟(jì)價(jià)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?！締枴砍瑢?dǎo)體有何應(yīng)用？ 我們知道金屬通?？偸怯须娮璧?，當(dāng)電流通過金屬時(shí)，金屬會(huì)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(shí)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(dòng)機(jī)、磁

10、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(yùn)行，這標(biāo)志著繼美國、丹麥之后，我國成為世界上第三個(gè)將超導(dǎo)電纜投入電網(wǎng)運(yùn)行的國家。超導(dǎo)電纜傳輸電力，運(yùn)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(jì)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