第十四章教案

電流、歐姆定律、電阻定律一、教學(xué)目標(biāo)1.了解電流形成的條件。2.掌握電流的概念，并能處理簡(jiǎn)單問(wèn)題。3.鞏固掌握歐姆定律，理解電阻概念。4.理解電阻伏安特性曲線，并能運(yùn)用。5.掌握電阻定律，認(rèn)識(shí)電阻率的物理意義。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1.電流的概念、電阻定律、歐姆定律是教學(xué)重點(diǎn)。2.電流概念、電阻的伏安特性曲線、電阻率對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)比較抽象，是教學(xué)中的難點(diǎn)。三、教具1.歐姆定律（伏安特性曲線）直流電源（穩(wěn)壓），電壓表，電流表，滑動(dòng)變阻器，導(dǎo)線若干，開(kāi)關(guān)，待測(cè)電阻。2.電阻定律：電壓表，電流表，直流電源，滑動(dòng)變阻器，酒精燈，電阻絲（一根），自制電阻絲示教板。說(shuō)明：電阻絲示教板上，有電阻絲A，電阻絲B，其中B對(duì)折，其長(zhǎng)度是A的兩倍，電阻絲C是與A相同且等長(zhǎng)的兩根電阻絲并聯(lián)而成。四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課前面學(xué)習(xí)場(chǎng)。電場(chǎng)對(duì)其中的電荷有力的作用，若是自由電荷在電場(chǎng)力作用下將發(fā)生定向移動(dòng)。如：靜電場(chǎng)中的導(dǎo)體在達(dá)到靜電平衡狀態(tài)之前，其中自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)。電容器充放電過(guò)程中也有電荷定向移動(dòng)。電荷的定向移動(dòng)就形成了電流。（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.電流（1）什么是電流？大量電荷定向移動(dòng)形成電流。（2）電流形成的條件：靜電場(chǎng)中導(dǎo)體達(dá)到靜電平衡之前有電荷定向移動(dòng)；電容器充放電，用導(dǎo)體與電源兩極相接。①導(dǎo)體，有自由移動(dòng)電荷，可以定向移動(dòng)。同時(shí)導(dǎo)體也提供自由電荷定向移動(dòng)的“路”。導(dǎo)體包括金屬、電解液等，自由電荷有電子、離子等。②導(dǎo)體內(nèi)有電場(chǎng)強(qiáng)度不為零的電場(chǎng)，或者說(shuō)導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差，從而自由電荷在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)。③持續(xù)電流形成條件：要形成持續(xù)電流，導(dǎo)體中場(chǎng)強(qiáng)不能為零，要保持下去，導(dǎo)體兩端保持電勢(shì)差（電壓）。電源的作用就是保持導(dǎo)體兩端電壓，使導(dǎo)體中有持續(xù)電流。導(dǎo)體中電流有強(qiáng)有弱，用一個(gè)物理量描述電荷定向移動(dòng)的快慢，從而描述電流的強(qiáng)弱。（3）電流（I）①量度：通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量跟通過(guò)這些電量所用時(shí)間的比值。這樣可以通過(guò)電荷定向移動(dòng)的快慢來(lái)描述電流強(qiáng)弱，這個(gè)比值稱為電流。③單位：安培（A）1A=1C/s④性質(zhì)：標(biāo)量。初中學(xué)過(guò)并聯(lián)電路干路電流等于各支路電流之和。但電流是有方向的。（有方向的量不一定是矢量，是否矢量關(guān)鍵看滿不滿足平行四邊形法則。）⑤電流方向的規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞣较颍?fù)電荷定向移動(dòng)方向與電流方向相反。（4）電流分類：直流電里，若電流不變，就稱為恒定電流，這是高中階段電流知識(shí)的重點(diǎn)。前面討論了電流，尤其是持續(xù)電流的形成，要求導(dǎo)體兩端有電勢(shì)差，即電壓。電流與電壓究竟有什么關(guān)系？這可利用實(shí)驗(yàn)來(lái)研究。實(shí)驗(yàn)1按電路圖連接實(shí)驗(yàn)電路，R0為待測(cè)電阻（定值電阻）。閉合S后，移動(dòng)滑動(dòng)變阻器觸頭，記下觸頭在不同位置時(shí)電壓表和電流表讀數(shù)。電壓表測(cè)得的是導(dǎo)體R0兩端電壓，電流表測(cè)得的是通過(guò)導(dǎo)體R0的電流，記錄在下面表格中。把所得數(shù)據(jù)描繪在I－U直角坐標(biāo)系中，確定U和I之間的函數(shù)關(guān)系。分析：這些點(diǎn)所在的曲線包不包括原點(diǎn)？包括，因?yàn)楫?dāng)U=0時(shí)，I=0。這些點(diǎn)所在曲線是一條什么曲線？過(guò)原點(diǎn)的斜直線。把R0換成與之不同的R'0，重復(fù)前面步驟，可得另一條不同的但過(guò)原點(diǎn)的斜直線。結(jié)論：給定導(dǎo)體，導(dǎo)體中電流與導(dǎo)體兩端電壓成正比，I∝UI=kU對(duì)不同導(dǎo)體圖象斜率k不同。相同電壓U0下，兩導(dǎo)體電流分別為I1、I2，I1＞I2，導(dǎo)體2對(duì)電流阻礙作用比導(dǎo)體1大，I1=k1U。I2=k2U。2.歐姆定律：導(dǎo)體中電流跟它兩端電壓成正比，跟它的電阻成反比。大量實(shí)驗(yàn)表明，歐姆定律適用于純電阻電路（金屬、電解液等）。3.電阻（1）定義：導(dǎo)體兩端電壓與通過(guò)導(dǎo)體電流的比值，叫做這段導(dǎo)體的電阻。（2）量度式：R=U/I說(shuō)明：①對(duì)于給定導(dǎo)體，R一定，不存在R與U成正比，與I成反比的關(guān)系。②這個(gè)式子（定義）給出了測(cè)量電阻的方法——伏安法。（3）單位：電壓?jiǎn)挝挥梅兀╒），電流單位用安培（A），電阻單位用歐姆，符號(hào)Ω，且1Ω=1V/A常用單位：1kΩ=1000Ω1MΩ=106Ω電阻是導(dǎo)體的特性，電阻與導(dǎo)體的哪些因素有關(guān)？（4）影響電阻的因素：電阻反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，導(dǎo)體越長(zhǎng)，阻礙作用會(huì)不會(huì)越大？導(dǎo)體橫截面積越大，電壓不變，單位時(shí)間里通過(guò)電荷將增加，從而電阻變小。實(shí)驗(yàn)2按如圖所示電路，依次將A、B、C三段電阻絲分別接入電路中，利用R=U/I測(cè)出三段電阻絲電阻，并加以比較。應(yīng)指出：B電阻絲長(zhǎng)度是A的2倍，測(cè)出電阻也約為A的2倍。說(shuō)明：①R∝LC電阻絲與A等長(zhǎng)，為了改變橫截面積，C的兩根電阻絲并排連入電路中，相當(dāng)于橫截面積增加1倍，測(cè)出電阻比A電阻小，約為A電阻的一半。體k不同。k反映了材料導(dǎo)電性質(zhì)，稱作電阻率，用ρ表示。時(shí)，ρ在數(shù)值上等于R。強(qiáng)調(diào)：ρ的大小由導(dǎo)體材料決定。ρ的大小與溫度有關(guān)，一般ρ隨溫度升高而增大。實(shí)驗(yàn)3：把單獨(dú)一根電阻絲接入前圖所示電路中，測(cè)出電阻來(lái)，用酒精燈加熱。再看電壓表、電流表讀數(shù)，可以計(jì)算出電阻，從而判斷電阻增大了。④總結(jié)：電阻定律導(dǎo)體電阻跟它長(zhǎng)度成正比，跟它的橫截面積成反比。（三）復(fù)習(xí)鞏固導(dǎo)體兩端電壓U不變，導(dǎo)體電阻率ρ，長(zhǎng)L，橫截面積S，問(wèn)經(jīng)過(guò)△t秒后，通過(guò)導(dǎo)體任一截面的電量。若U、△t不變，導(dǎo)體材料也不變，要讓通過(guò)導(dǎo)體橫截面的電量加倍，可采用什么辦法？若U、△t及導(dǎo)體體積都不變，導(dǎo)體材料給定，要讓通過(guò)導(dǎo)體截面的電量加倍，可采用什么辦法？專題一：串并聯(lián)電路的講解基礎(chǔ)知識(shí)1、聯(lián)電路和并聯(lián)電路的特點(diǎn)（見(jiàn)下表）：串聯(lián)電路并聯(lián)電路兩個(gè)基本特點(diǎn)電壓U=U1+U2+U3+……U=U1=U2=U3=……電流I=I1=I2=I3=……I=I1+I2+I3+……三個(gè)重要性質(zhì)電阻R=R1+R2+R3+……1/R=1/R1+1/R2+1/R3+……電壓U/R=U1/R1=U2/R2=U3/R3=……=IIR=I1R1=I2R2=I3R3=……=U功率P/R=P1/R1=P2/R2=P3/R3=……=I2PR=P1R1=P2R2=P3R3=……=U22、記住結(jié)論：①并聯(lián)電路的總電阻小于任何一條支路的電阻；②當(dāng)電路中的任何一個(gè)電阻的阻值增大時(shí)，電路的總電阻增大，反之則減小。3、電路簡(jiǎn)化原則和方法①原則：a、無(wú)電流的支路除去；b、電勢(shì)相等的各點(diǎn)合并；c、理想導(dǎo)線可任意長(zhǎng)短；d、理想電流表電阻為零，理想電壓表電阻為無(wú)窮大；e、電壓穩(wěn)定時(shí)電容器可認(rèn)為斷路②方法：a、電流分支法：先將各節(jié)點(diǎn)用字母標(biāo)上，判定各支路元件的電流方向（若無(wú)電流可假設(shè)在總電路兩端加上電壓后判定），按電流流向，自左向右將各元件，結(jié)點(diǎn)，分支逐一畫(huà)出，加工整理即可；b、等勢(shì)點(diǎn)排列法：標(biāo)出節(jié)點(diǎn)字母，判斷出各結(jié)點(diǎn)電勢(shì)的高低（電路無(wú)電壓時(shí)可先假設(shè)在總電路兩端加上電壓），將各節(jié)點(diǎn)按電勢(shì)高低自左向右排列，再將各節(jié)點(diǎn)間的支路畫(huà)出，然后加工整理即可。注意以上兩種方法應(yīng)結(jié)合使用。RxRpRxRpa、限流連接：如圖，變阻器與負(fù)載元件串聯(lián)，電路中總電壓為U，此時(shí)負(fù)載Rx的電壓調(diào)節(jié)范圍紅為，其中Rp起分壓作用，一般稱為限流電阻，滑線變阻器的連接稱為限流連接。RxABRPRxABRP一般說(shuō)來(lái)，當(dāng)滑動(dòng)變阻器的阻值范圍比用電器的電阻小得多時(shí)，做分壓器使用好；反之做限流器使用好。5、含電容器的電路：分析此問(wèn)題的關(guān)鍵是找出穩(wěn)定后，電容器兩端的電壓。6、電路故障分析：電路不能正常工作，就是發(fā)生了故障，要求掌握斷路、短路造成的故障分析。半導(dǎo)體及其應(yīng)用教學(xué)目標(biāo)：1、知道什么是半導(dǎo)體。2、了解半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性及常見(jiàn)的半導(dǎo)體材料。3、了解半導(dǎo)體的應(yīng)用課前準(zhǔn)備演示用的歐姆表、熱敏電阻、光敏電阻、火柴、手電筒。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過(guò)程引入新課用提問(wèn)的方式復(fù)習(xí)上節(jié)課學(xué)習(xí)的知識(shí)；什么是半導(dǎo)體？什么是絕緣體？常見(jiàn)的導(dǎo)體有哪些？導(dǎo)體的電阻由哪些因素決定？導(dǎo)體的電阻率跟什么有關(guān)？本節(jié)課學(xué)習(xí)導(dǎo)體的電性能及其在集成電路、計(jì)算機(jī)技術(shù)等領(lǐng)域的應(yīng)用。通過(guò)以上簡(jiǎn)介，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。進(jìn)行新課金屬導(dǎo)體的電阻率一般約為10-8~10-6Ω·m絕緣體的電阻率一般約為108~1018Ω·m半導(dǎo)體的電阻一般約為10-5~106Ω·m[板書(shū)]2、半導(dǎo)體的導(dǎo)電性能[演示]（1）半導(dǎo)體熱敏電阻（或鍺材料三極管3AX系列，e—c極反接）與演示用歐姆表串聯(lián)，此時(shí)表盤(pán)指示電阻較大。將火柴燃燒靠近熱敏電阻時(shí)，歐姆表顯示其阻值急劇減小。[板書(shū)]（1）半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度升高而減小，稱為半導(dǎo)體的熱敏特性。[演示]（2）將半導(dǎo)體材料光敏電阻（或玻璃殼3AX81三極管外殼漆皮刮掉，使用e—c極）與演示用歐姆表串聯(lián)，此時(shí)表盤(pán)指示電阻較大。用手電筒照射光敏電阻時(shí)，歐姆表顯示其值急劇減小。[板書(shū)]（2）半導(dǎo)體材料的電阻率隨光照而減小，稱為半導(dǎo)體的光敏特性。[板書(shū)]半導(dǎo)體材料中摻入微量雜質(zhì)會(huì)使它的電阻率急劇變化，稱為半導(dǎo)體的摻雜特性。[板書(shū)]3、半導(dǎo)體導(dǎo)電特性的應(yīng)用及發(fā)展1960年真空三極管的發(fā)明，為上世紀(jì)上半葉無(wú)線電和電話的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。1947年，美國(guó)貝爾研究所的巴丁、肖克萊、不拉坦研制出第一個(gè)晶體三極管。它的出現(xiàn)成為上世紀(jì)下半葉世界科技發(fā)展的基礎(chǔ)。其功耗極低，而且可靠性高，轉(zhuǎn)換速度快，功能多樣尺寸又小。因而成為當(dāng)時(shí)出現(xiàn)的數(shù)字計(jì)算機(jī)的理想器件，并很快在無(wú)線電技術(shù)和軍事上或得廣泛的應(yīng)用，由于研制晶體管，他們?nèi)双@得1956年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。半導(dǎo)體材料在目前的電子工業(yè)和微電子工業(yè)中主要用來(lái)制作晶體管、集成電路、固態(tài)激光器等器件。我們現(xiàn)在常見(jiàn)的晶體管有兩種，即雙極型晶體管和場(chǎng)效應(yīng)晶體管，它們都是電子計(jì)算機(jī)的關(guān)鍵器件，前者是計(jì)算機(jī)中央處理裝置（即對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行操作部分）的基本單元，后者是計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)的基本單元。兩種晶體管的性能在很大程度上均依賴于原始硅晶體的質(zhì)量。砷化鎵單晶體材料是繼鍺、硅之后發(fā)展起來(lái)的新一代半導(dǎo)體材料。它具有遷移率高、禁帶寬度大的優(yōu)勢(shì)。它是目前最重要、最成熟的化合物半導(dǎo)體材料，主要用于光電子和微電技術(shù)領(lǐng)域。電子技術(shù)最初的應(yīng)用領(lǐng)域主要是無(wú)線電通訊、廣播、電視的發(fā)射和接收。雷達(dá)作為一種探測(cè)敵方飛行器的裝置在第二次世界大戰(zhàn)中大顯身手，成為現(xiàn)代電子技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。電子顯微鏡、各種波譜和表面能儀以及加速器、遙測(cè)、遙控和遙感、醫(yī)學(xué)也是電子技術(shù)的一個(gè)重要領(lǐng)域。微電子技術(shù)和量子電子學(xué)是現(xiàn)代電子技術(shù)中最活躍的前沿領(lǐng)域之一。[教學(xué)設(shè)計(jì)說(shuō)明]1、本節(jié)課的演示實(shí)驗(yàn)?zāi)軌蚴箤W(xué)生實(shí)際體會(huì)到半導(dǎo)體的導(dǎo)電特性，并且與金屬導(dǎo)電性能加以區(qū)別，所以要充分做好實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備。2、介紹半導(dǎo)體技術(shù)的發(fā)展簡(jiǎn)史時(shí)，應(yīng)盡量結(jié)合實(shí)際生活中學(xué)生比較了解的應(yīng)用。例如，在計(jì)算機(jī)技術(shù)日益普及的今天，可以通過(guò)介紹計(jì)算機(jī)的只讀存儲(chǔ)器（ROM）和隨機(jī)存儲(chǔ)器（RAM），讓學(xué)生了解半導(dǎo)體材料和技術(shù)的應(yīng)用。從導(dǎo)電性的角度，我們把材料分為導(dǎo)體、絕緣體，還有半導(dǎo)體。那么，還有沒(méi)有導(dǎo)電性更為奇特的材料呢？§14~3超導(dǎo)極其應(yīng)用【教學(xué)目的】1、知道什么是超導(dǎo)現(xiàn)象，了解相關(guān)名詞2、了解超導(dǎo)的歷史，知道一些重要的物理事件3、知道超導(dǎo)的應(yīng)用，激發(fā)勇于探索前沿科技的精神【教學(xué)重點(diǎn)】超導(dǎo)現(xiàn)象和應(yīng)用【教學(xué)難點(diǎn)】轉(zhuǎn)變溫度TC和材料的必然聯(lián)系【教具】投影儀【教學(xué)過(guò)程】○、復(fù)習(xí)＆引入金屬導(dǎo)體的電阻率一般都會(huì)隨著溫度的升高而升高，隨著溫度的降低而降低，當(dāng)溫度降到足夠低的時(shí)候，情形會(huì)怎樣呢？前面我們從理論的角度解釋電阻定律時(shí)曾經(jīng)說(shuō)過(guò)，促使電子定向移動(dòng)的因素是什么？——☆學(xué)生：電場(chǎng)力。制約電子定向移動(dòng)的微觀因素是什么？——☆學(xué)生：電子的熱運(yùn)動(dòng)。那么我們是不是可以這樣認(rèn)為，當(dāng)溫度足夠低，熱運(yùn)動(dòng)很微弱的時(shí)候，電子受到的阻礙作用會(huì)非常非常小呢？下面大家從事實(shí)的角度、歷史的角度、材料的角度，還有應(yīng)用的角度閱讀一下教材P156~157的內(nèi)容，閱讀完畢后，請(qǐng)同學(xué)們作相關(guān)的總結(jié)——☆學(xué)生閱讀…★學(xué)生總結(jié)——一、超導(dǎo)現(xiàn)象超導(dǎo)現(xiàn)象：大多數(shù)金屬在溫度降到某一數(shù)值時(shí)，都會(huì)出現(xiàn)電阻突然降為零的現(xiàn)象轉(zhuǎn)變溫度：導(dǎo)體由常態(tài)轉(zhuǎn)變成超導(dǎo)狀態(tài)的溫度，用TC表示。*兩種類型的超導(dǎo)體：a、常規(guī)金屬超導(dǎo)體；b、合金超導(dǎo)體，有兩各轉(zhuǎn)變溫度，而且在兩個(gè)轉(zhuǎn)變溫度之間，磁效應(yīng)和電效應(yīng)會(huì)出現(xiàn)“不一致”的情形。二、超導(dǎo)的歷史年份科學(xué)家材料轉(zhuǎn)變溫度TC1911（荷）昂尼斯汞4.2K至1986上半年23K1986年7月鑭鋇銅氧化物35K1987年2月美、中釔鋇銅氧化物90K1992年初125K*三、超導(dǎo)的相關(guān)研究1、邁斯納效應(yīng)把溫度T<Tc的超導(dǎo)體放入磁感應(yīng)強(qiáng)度為B0<BC的外磁場(chǎng)中，超導(dǎo)體內(nèi)部的磁應(yīng)強(qiáng)度等于0；如果是在T<Tc時(shí)，加B0<BC的外磁場(chǎng)，再降溫到TC以下時(shí)，超導(dǎo)體內(nèi)的磁感應(yīng)強(qiáng)度B也變?yōu)?，即磁場(chǎng)被“排擠”出超導(dǎo)體外．這表明超導(dǎo)體是“完全抗磁體”，超導(dǎo)體的完全抗磁效應(yīng)是邁斯納和奧森費(fèi)爾德在1933年發(fā)現(xiàn)的，現(xiàn)在稱為邁斯納效應(yīng)。2、約瑟夫森效應(yīng)（超導(dǎo)隧道效應(yīng)）1962年，英國(guó)劍橋大學(xué)的研究生約瑟夫森從理論上預(yù)言：當(dāng)兩塊超導(dǎo)體（S）之間用很?。?0~30）的氧化物絕緣層（I）隔開(kāi)，形成S－I－S結(jié)構(gòu)，將出現(xiàn)量子隧道效應(yīng)．這種結(jié)構(gòu)稱為隧道結(jié)，即使在結(jié)的兩端電壓為0時(shí)，也可以存在超導(dǎo)電流．這種超導(dǎo)隧道效應(yīng)現(xiàn)在稱為約瑟夫森效應(yīng)．約瑟夫森從結(jié)論上證明超導(dǎo)隧道結(jié)的一些奇特性質(zhì)．例如，當(dāng)兩端電壓V不等于0時(shí)，會(huì)出現(xiàn)一個(gè)高頻振蕩的超導(dǎo)電流，它的頻率f滿足關(guān)系式f=V其中e為基本電荷，h為普朗克恒量．這時(shí)隧道結(jié)好像一根能輻射電磁波的天線；反之，當(dāng)頻為f1的外界電磁波輻射到結(jié)上時(shí)，它的能量會(huì)被結(jié)吸收，從而在直流I-V曲線上引起一系列電流臺(tái)階，如右圖所示，其中第n個(gè)臺(tái)階處的電壓滿足關(guān)系式．Vn=f1約瑟夫森的預(yù)言不久就被實(shí)驗(yàn)證實(shí)，這為一門(mén)新學(xué)科超導(dǎo)電子學(xué)奠定了基礎(chǔ)，他因此而獲得1973年諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)．3、同位素效應(yīng)1950年，麥克斯韋和雷諾等人用實(shí)驗(yàn)證明，臨界溫度TC與樣品的同位素質(zhì)量M有關(guān)，M越大，TC越低，其關(guān)系可以用近似公式TC=常數(shù)來(lái)表示，這說(shuō)明超導(dǎo)現(xiàn)象的形成與原子核的質(zhì)量有關(guān)。4、超導(dǎo)體比熱在臨界溫度的不連續(xù)性實(shí)驗(yàn)表明，超導(dǎo)體在臨界溫度TC時(shí)，比熱發(fā)生不連續(xù)的變化，超導(dǎo)態(tài)的比熱大于正常態(tài)的比熱，但從正常相變?yōu)槌瑢?dǎo)相時(shí)，沒(méi)有吸收或放出潛熱，這稱為第二類相變。四、超導(dǎo)的應(yīng)用1、優(yōu)越的超導(dǎo)電機(jī)普通發(fā)電機(jī)組中的材料載流量十分有限，由于電路中有電阻，總要發(fā)熱，因此既不經(jīng)濟(jì)又不安全。用超導(dǎo)體制造電機(jī)，完全不發(fā)熱，可以提高載流量，據(jù)專家計(jì)算，用超導(dǎo)體制作電機(jī)，功率可以提高幾十倍。2、省電的超導(dǎo)電路普通的電路由于輸電線的耗能嚴(yán)重，必須經(jīng)過(guò)升壓、降壓的程序，而且也不可能作到完全不損耗。超導(dǎo)體導(dǎo)線則能完全解決這個(gè)問(wèn)題。3、精密的超導(dǎo)儀器一些精密的儀器，如核磁共振儀、電子顯微鏡等對(duì)磁場(chǎng)有非常嚴(yán)格的要求（強(qiáng)度要高、穩(wěn)定性要高、磁感線分布要理想，有時(shí)還要求很大的尺寸），普通的材料很難達(dá)到要求，超導(dǎo)則能解決這個(gè)問(wèn)題。4、神速的超導(dǎo)計(jì)算機(jī)把超導(dǎo)體應(yīng)用于計(jì)算機(jī)將會(huì)迎來(lái)科學(xué)史上的一次重大革命。理論研究表明：應(yīng)用約瑟夫森效應(yīng)制成超導(dǎo)器件，其開(kāi)關(guān)速度可以比當(dāng)前使用的半導(dǎo)體集成電路快十幾~二十幾倍，而且它消耗的電能只有現(xiàn)在普通計(jì)算機(jī)的1%。5、超導(dǎo)磁懸浮列車在超導(dǎo)磁懸浮列車的研究中走在最前列十日本。1962年，日本著手設(shè)計(jì)磁懸浮列車，但當(dāng)時(shí)是利用正常導(dǎo)體產(chǎn)生的磁場(chǎng)時(shí)速達(dá)到307.8km/h，1997年，日本又試制了超導(dǎo)磁懸浮列車，關(guān)鍵部分是由兩組超導(dǎo)電磁鐵構(gòu)成的，它們能提供極強(qiáng)的磁場(chǎng)，使列車的速度達(dá)到500km/h。四、小結(jié)本節(jié)講了超導(dǎo)的概念、名詞，相關(guān)的物理學(xué)史，展望了超導(dǎo)的應(yīng)用前景。值得注意的是，超導(dǎo)是一門(mén)前沿科學(xué)，還不是很成熟。大家通過(guò)學(xué)習(xí)也看到了，超導(dǎo)要真正走上產(chǎn)業(yè)化，道路還比較漫長(zhǎng)，所以還有待我們積蓄實(shí)力、挑戰(zhàn)未來(lái)。希望同學(xué)們樹(shù)立遠(yuǎn)大志向，爭(zhēng)取能夠在不久的將來(lái)改寫(xiě)歷史。五、作業(yè)布置閱讀教材；上網(wǎng)查詢有關(guān)超導(dǎo)的內(nèi)容；《學(xué)海導(dǎo)航——物理（下）》P7~8“鞏固提升”A組，做在書(shū)上【閱讀】◎磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)體的影響◎磁場(chǎng)對(duì)超導(dǎo)體的影響與超導(dǎo)體的材料有關(guān)．（1）外加磁場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)一定值時(shí)，可以破壞超導(dǎo)電性．破壞超導(dǎo)體所需的最小磁場(chǎng)叫臨界磁場(chǎng)．其磁感應(yīng)強(qiáng)度用BC表示，用BC0表示絕對(duì)零度時(shí)的臨界磁場(chǎng)，則大多數(shù)金屬超導(dǎo)體的臨界磁場(chǎng)BC與溫度T的近似關(guān)系是：磁致超導(dǎo)性．1962年，物理理論家V·Jacarino和M·Petar預(yù)言，可能在某些物質(zhì)中會(huì)發(fā)生與外磁場(chǎng)破壞超導(dǎo)性相反的情形，用磁場(chǎng)可誘發(fā)超導(dǎo)狀態(tài)．二十年后，日內(nèi)瓦大學(xué)的Fischer和他的同事們用銪化合物制造出一系列磁致超導(dǎo)體，他們所得到的材料的性質(zhì)，與理論預(yù)言精確地符合。電功、電功率一、教學(xué)目標(biāo)1.理解電功、電功率的概念，公式的物理意義。2.了解實(shí)際功率和額定功率。3.了解電功和電熱的關(guān)系。4.了解公式Q=I2Rt（P=I2R）和5.知道非純電阻電路中電能與其他形式能轉(zhuǎn)化關(guān)系，電功大于電熱。6.能運(yùn)用能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點(diǎn)解決簡(jiǎn)單的含電動(dòng)機(jī)的非純電阻電路問(wèn)題。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1.教學(xué)重點(diǎn)在于區(qū)別并掌握電功和電熱的計(jì)算。2.難點(diǎn)主要在學(xué)生對(duì)電路中的能量轉(zhuǎn)化關(guān)系缺乏感性認(rèn)識(shí)，接受起來(lái)比較困難。三、主要教學(xué)過(guò)程（一）提出問(wèn)題，引入新課1.通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，可知導(dǎo)體內(nèi)自由電荷在電場(chǎng)力作用下發(fā)生定向移動(dòng)，電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷做功嗎？（做功，而且做正功）2.電場(chǎng)力做功將引起能量的轉(zhuǎn)化，電能轉(zhuǎn)化為其他形式能，舉出一些大家熟悉的例子。電能→機(jī)械能，如電動(dòng)機(jī)。電能→內(nèi)能，如電熱器。電能→化學(xué)能，如電解槽。本節(jié)課將重點(diǎn)研究電路中的能量問(wèn)題。（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1.電功（1）定義：電路中電場(chǎng)力對(duì)定向移動(dòng)的電荷所做的功，簡(jiǎn)稱電功，通常也說(shuō)成是電流的功。（2）實(shí)質(zhì)：能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律在電路中的體現(xiàn)。電能通過(guò)電流做功轉(zhuǎn)化為其他形式能。上一章里學(xué)過(guò)電場(chǎng)力對(duì)電荷的功，若電荷q在電場(chǎng)力作用下從A搬至B，AB兩點(diǎn)間電勢(shì)差為UAB，則電場(chǎng)力做功W=qUAB。對(duì)于一段導(dǎo)體而言，兩端電勢(shì)差為U，把電荷q從一端搬至另一端，電場(chǎng)力的功W=qU，在導(dǎo)體中形成電流，且q=It，（在時(shí)間間隔t內(nèi)搬運(yùn)的電量為q，則通過(guò)導(dǎo)體截面電量為q，I=q/t），所以W=qU=ItU。這就是電路中電場(chǎng)力做功即電功的表達(dá)式。（3）表達(dá)式：W=IUt說(shuō)明：①表達(dá)式的物理意義：電流在一段電路上的功，跟這段電路兩端電壓、電路中電流和通電時(shí)間成正比。②適用條件：I、U不隨時(shí)間變化——恒定電流。（4）單位：電流單位用安培（A），電壓?jiǎn)挝挥梅╒），時(shí)間單位用秒（s），則電功的單位是焦耳（J）。（5）電功率物理意義：一段電路上功率，跟這段電路兩端電壓和電路中電流成正比。②單位：功的單位用焦耳（J），時(shí)間單位用秒（s），功率單位為瓦特（W）。1W=1J/s這里應(yīng)強(qiáng)調(diào)說(shuō)明：推導(dǎo)過(guò)程中沒(méi)用到任何特殊電路或用電器的性質(zhì)，電功和電功率的表達(dá)式對(duì)任何電壓、電流不隨時(shí)間變化的電路都適用。再者，這里W=IUt是電場(chǎng)力做功，是消耗的總電能，也是電能所轉(zhuǎn)化的其他形式能量的總和。電流在通過(guò)導(dǎo)體時(shí)，導(dǎo)體要發(fā)熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。這就是電流的熱效應(yīng)，描述它的定量規(guī)律是焦耳定律。學(xué)生一般認(rèn)為，W=IUt，又由歐姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，電流做這么多功，放出熱量Q=W=I2Rt。這里有一個(gè)錯(cuò)誤，可讓學(xué)生思考并找出來(lái)。錯(cuò)在Q=W，何以見(jiàn)得電流做功全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能增量？有無(wú)可能同時(shí)轉(zhuǎn)化為其他形式能？英國(guó)物理學(xué)家焦耳，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)研究后提出焦耳定律。2.焦耳定律——電流熱效應(yīng)（1）內(nèi)容：電流通過(guò)導(dǎo)體產(chǎn)生的熱量，跟電流的平方、導(dǎo)體電阻和通電時(shí)間成正比。（2）表達(dá)式：Q=I2Rt對(duì)于導(dǎo)體而言，根據(jù)歐姆定律，U=IR，所以Q=I2Rt=I·IRt=IUt=W，電流做功完全用來(lái)生熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（3）說(shuō)明：焦耳定律表明，純電阻電路中電流做功完全轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，同時(shí)，有電阻的電路中電流做功會(huì)引起內(nèi)能的增加，且電熱Q=I2Rt。（4）簡(jiǎn)單介紹產(chǎn)生焦耳熱的原因：金屬中自由電子在電場(chǎng)力作用下定向移動(dòng)，由于電場(chǎng)做功，電子動(dòng)能增加，但不斷地與晶格（原子核點(diǎn)陣）碰撞，不斷把能量傳給晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的熱運(yùn)動(dòng)加劇，從而溫度升高。（5）純電阻電路中的電功和電功率①電功Q=W=I2Rt，對(duì)所有電路中電阻的生熱都適用。率都適用。結(jié)合純電阻電路歐姆定律U=IR3.非純電阻電路中的電功和電功率（以含電動(dòng)機(jī)電路為例）非純電阻電路中，電能與其他形式能轉(zhuǎn)化的關(guān)系非常關(guān)鍵。以電動(dòng)機(jī)為例，電動(dòng)機(jī)電路如圖所示，電動(dòng)機(jī)兩端電壓為U，通過(guò)電動(dòng)機(jī)電流為I，電動(dòng)機(jī)線圈電阻為R，則電流做功或電動(dòng)機(jī)消耗的總電能為W=IUt，電動(dòng)機(jī)線圈電阻生熱Q=I2R0t，電動(dòng)機(jī)還對(duì)外做功，把電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，W'=W—Q=IUt-I2R0t，W'是電動(dòng)機(jī)輸出的機(jī)械能。這是一個(gè)非純電阻電路，可滿足U=IR0，且W'＞0，則有U＞IR0。考慮每秒鐘內(nèi)能量轉(zhuǎn)化關(guān)系，即功率，只要令上述各式中t=1s即可，可得總功率P總=IU，電熱功率P熱=I2R0，輸出功率P出，三者關(guān)系是P總=P熱＋P出，即P出=IU=I2R。4.額定功率和實(shí)際功率為了使用電器安全、正常地工作，對(duì)用電器工作電壓和功率都有規(guī)定數(shù)值。（1）額定功率：用電器正常工作時(shí)所需電壓叫額定電壓，在這個(gè)電壓下消耗的功率稱額定功率。一般說(shuō)來(lái)，用電器電壓不能超過(guò)額定電壓，但電壓低于額定電壓時(shí)，用電器功率不是額定功率，而是實(shí)際功率。（2）實(shí)際功率P=IU，U、I分別為用電器兩端實(shí)際電壓和通過(guò)用電器的實(shí)際電流。閉合電路歐姆定律的教案示例一、教學(xué)目標(biāo)1.在物理知識(shí)方面的要求（1）熟練掌握閉合電路歐姆定律的兩種表達(dá)式E=U＋I(xiàn)r和（2）掌握電源的總功率P總=IE，電源的輸出功率P輸=IU，電源內(nèi)阻上損耗的功率P損=I2r及它們之間的關(guān)系P總＝P輸+P損。2.在物理方法上的要求進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生用能量和能量轉(zhuǎn)化的觀點(diǎn)分析物理問(wèn)題的能力，并使學(xué)生掌握閉合電路歐姆定律的推導(dǎo)過(guò)程。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1.重點(diǎn)是閉合電路歐姆定律。2.難點(diǎn)是應(yīng)用閉合電路歐姆定律討論電路中的路端電壓、電流隨外電阻變化的關(guān)系。三、教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)（一）復(fù)習(xí)提問(wèn)（上節(jié)課后的思考題）當(dāng)電源不接外電路時(shí)（開(kāi)路時(shí)），非靜電力與電場(chǎng)力有什么關(guān)系？當(dāng)電源接上外電路時(shí)，電源內(nèi)部的非靜電力與電場(chǎng)力是什么關(guān)系？在電源內(nèi)部非靜電力做的功與在外電路中電場(chǎng)力做的功是什么關(guān)系？歸納總結(jié)學(xué)生的回答：當(dāng)電源不接外電路時(shí)，在電源內(nèi)部非靜電力與電場(chǎng)力平衡，電荷不移動(dòng)，正、負(fù)極間保持一定的電勢(shì)差。靜電場(chǎng)中的電勢(shì)差等于電場(chǎng)力將電量為q的正電荷從高電勢(shì)處（正極）移到低電勢(shì)處（負(fù)極）電場(chǎng)力做等于非靜電力將電量為q的正電荷從電源負(fù)極移向電源正極的過(guò)程中非既然此時(shí)非靜電力與電場(chǎng)力平衡，則電源的電動(dòng)勢(shì)等于電源不接外電路時(shí)（開(kāi)路時(shí)）正、負(fù)極間的電勢(shì)差，即E=U斷。當(dāng)電源接上外電路時(shí)，在外電路正電荷從電源正極向負(fù)極移動(dòng)，電場(chǎng)力做正功；在電源內(nèi)部正電荷從電源負(fù)極移向正極，正電荷所受的非靜電力大于電場(chǎng)力，合力的方向是從負(fù)極指向正極。此時(shí)在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場(chǎng)力所做的功，大于在外電路中電場(chǎng)力所做的功。從能量轉(zhuǎn)化的角度看，在電源內(nèi)部非靜電力反抗電場(chǎng)力所做的功是其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能的量度；在外電路中電場(chǎng)力所做的功是電能轉(zhuǎn)化或其他形式的能的量度。也就是說(shuō)在電源內(nèi)部“產(chǎn)生”的電能，大于在外電路中“消耗”的電能。多余的能量哪去了呢？（二）主要教學(xué)過(guò)程1.應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律推導(dǎo)閉合電路歐姆定律電動(dòng)勢(shì)為E，內(nèi)阻為r的電源與一個(gè)負(fù)載（不一定是純電阻）接成一閉合電路，設(shè)負(fù)載兩端電壓為U，電路中的電流為I，通電時(shí)間為t。電源的非靜電力做功為W非=qE=IEt即有這么多的其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能。同時(shí)在電源內(nèi)部電流要克服內(nèi)電阻的阻礙作用做功W2=I2rt，即在電源內(nèi)部有這么多的電能要轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在電源內(nèi)部同時(shí)有兩種作用，一是“產(chǎn)生”電能，同時(shí)又要“消耗”