主題四直流電及其應用

第一節電阻定律教學設計案例

課程內容第一節電阻定律

課程類型實驗探究課課時1學時

本節主要讓學生通過控制變量實驗，探究金屬導體的電阻與長度、橫

教材內容截面積和材料的定量關系，理解電阻定律，能列舉電阻定律在生產、生活

分析中的應用。了解超導現象，了解超導材料研究對科學發展和人類進步的重

大意義，關注超導材料研究的最新進展。

學生在初中也定性地了解了部分電阻定律的內容，但沒有要求定量

計算，中職物理中要更全面、深入地探究此規律，還要增進對控制變量實

學情分析

驗方法的了解，都是本節的重點內容。另外，要注意與初中所學電流、電

阻概念和部分電路歐姆定律等內容的銜接。

1.建構電流、電阻的概念，了解電阻定律，形成電荷的定向移動形

成電流、導體對電流有阻礙作用、導體的電阻與導體的長度及橫截面積等

因素有關、超導體是電阻為零的導體等物理觀念，并能應用其解釋相關現

象，解決生活中的簡單問題。

2.了解建構電流等物理模型的方法和定義電流和電阻概念的比值定

教學目標義法。了解描述部分電路歐姆定律、電阻定律時使用的數學方法以及探究

電阻定律時使用的歸納法、控制變量法等。

3.通過觀察演示實驗，增強實驗觀察等物理學科核心素養。通過探

究實驗，增強操作技能、技術運用和探究設計能力。

4.通過探究實驗，進一步體會工匠精神，增強合作交流能力。了解

我國在超導材料領域的科學成就，增強民族自豪感和科技傳承的責任感。

教學重點讓學生建構電流、電阻等概念，探究電阻定律，了解超導現象。

教學難點建構電阻的概念，利用控制變量法探究電阻定律。

讓學生通過自主學習、合作學習與探究學習，了解新知識，形成新觀

教學策略

念，提高實驗觀察能力，受到科學方法熏陶。

主要教法啟發式講授、組織合作學習與探究學習

主要學法自主學習、探究實驗、思考討論、合作學習

多媒體課件展示系統、［四根金屬導體a、b、c、d（a與b的橫截

面積和材料相同，a的長度為b的1/2；b與c的長度和材料相同，b的

教學資源直徑為c的:1/2；c與d的長度和橫截面積相同，材料不同）、學生電源

（6V）,開關、滑動變阻器（50Q）、電壓表（3V）、電流表（0.6A）、

導線若干］六套。

課堂實施

教學

教學內容教師活動學生活動設計意圖

環節

1.電流的方向是如何規定的？電1.安排學生對教材和教讓學生通

流的大小如何計算？進行預習（閱學視頻進行過課前自

2.什么是電阻？部分電路歐姆定讀教材、觀看學習和思主學習，

律是什么？老師提供的考，并與同發現自己

3.金屬導體的電阻大小與其本身微課視頻）。學討論其中不理解的

哪些因素有關系？有什么關系？2.就學生提發現的問問題，準

4.探究電阻定律實驗中，是如何測出的問題進題，將疑問備到課堂

課前量導體的電阻的？使用了哪些科學行有針對性反饋給老上與同學

準備方法？地備課，準備師。討論，與

5.電阻定律是什么？在課堂上學老師交

6.常見金屬中，哪一種的電阻率最生討論時給流，解決

小？予指導。疑問。

7.什么是超導現象？什么是臨界

溫度？

8.我國在世界超導材料領域的水

平如何？

新創設情境：展示圖片、提觀看、思考激發學生

課家里需要安裝大功率空調時，問：學習動

引由于空調工作電流較大，可能該怎樣選擇力，明確

入需要為它裝配一條專用導線。合適的導線學習目標

商店里出售的電線有許多種：呢？

粗的、細的、銅的、鋁的，如圖

所示。。

新我們在初中學過，電荷的定向展示圖片、講傾聽、理解讓學生增

課移動形成電流，它也是一種物解加對電流

教理模型。要形成電流，必須有模型的理

學能夠自由移動的電荷一一自由解。

電荷。金屬中的自由電子，電

解質溶液（酸、堿、鹽的水溶

課堂液）中的正、負離子，都是自由

實施電荷。在什么條件下，自由電

荷才能發生定向移動呢？

當金屬導體兩端沒有電壓時，

導體中大量的自由電子不停地

做無規則的熱運動。自由電子

向各個方向運動的機會相等，

如圖所示。從宏觀上看，導體

中的自由電子沒有定向移動，

所以沒有電流。把金屬導體的

兩端分別接到電源的兩極上，

兩端有了電壓，產生電場，導

體中的自由電子在電場力的作

用下發生定向移動，形成電流，

如圖所示。

導體中的電流可以是正展示圖片、講觀看、傾聽、讓學生鞏

電荷的定向移動，也可以是負解理解、記憶固對電流

電荷的定向移動，還可以是正、方向和大

負電荷沿相反方向的定向移小的認

動。習慣上規定：正電荷定向識。

移動的方向為電流的方向。在

金屬導體中，電流的方向與自

由電子定向移動的方向相反；

在電解質溶液中，電流的方向

與正離子定向移動的方向相

同，與負離子定向移動的方向

相反。

電流有強弱之分，電流的

強弱用電流這個物理量來表

示。通過導體橫截面的電荷量

q跟通過這些電荷量所用時間f

的比值，稱為電流。電流用/表

示，貝I

一

t

電流的國際單位制單位是A

（安）。

只有在導體的兩端加上電講解傾聽、理解、讓學生鞏

壓，導體中才會有電流。那么，記憶固對部分

導體中的電流跟導體兩端的電電路歐姆

壓有什么數量關系呢？定律的認

德國物理學家歐姆通過實識。

驗歸納出：導體中的電流/跟

導體兩端的電壓U成正比。對

于同一個導體，不管電壓和電

流的大小怎樣變化，其比值都

是恒定的。而對于不同的導體，

電壓和電流的比值一般是不同

的。比值越大，表明導體在同

一電壓下通過的電流越小。這

個比值反映了導體對電流的阻

礙作用，稱為導體的電阻，用R

表示，則

U

R=7

電阻的國際單位制單位

是。（歐）。根據上式可知

U

，=R

即，導體中的電流/與導體兩

端的電壓。成正比，與導體的

電阻尺成反比。這就是部分電

路歐姆定律。

電阻是導體本身的一種性質，組織學生進合作學習、引導學生

與外加電壓或內部電流的大小行探究實驗。探究實驗學習實驗

沒有關系。那么，電阻的大小提醒學生注O探究的方

與導體本身哪些因素有關系？意參考教材法。

有什么樣的關系呢？中的探究步

探究實驗：探究電阻定律驟進行。

發現問題：導體電阻的大小與

導體本身哪些因素有關？有什

么關系？

提出假設：導體電阻的大小與

導體的長度、橫截面積和材料

等因素有關。

設計方案：由于導體的電阻受

多種因素的影響，因此要采取

控制變量法來研究電阻與以上

每一種因素的關系。這就需要

將金屬導體接入電路，用電壓

表測量其兩端電壓，用電流表

測量通過其電流，再利用部分

電路歐姆定律即可計算出它的

電阻值。最后將各金屬導體的

電阻值進行比較，驗證上面的

假設。

收集證據：準備a、b、c、監督學生進進行實驗、引導學生

d四根金屬導體(a與b的橫截行實驗操作，記錄數據、歸納導體

面積和材料相同，a的長度為b巡視、答疑、合作學習、電阻的規

的1/2;b與c的長度和材料相指導。探究學習。律。

同，b的直徑為c的1/2;c與

d的長度和橫截面積相同，材

料不同)。

按照圖中所示的電路圖連接電

路，在圖中的/、8之間分別接

入a、b、c、do調節滑動變阻

器，保持導線兩端的電壓相同，

分別測出相應的電流。

根據部分電路歐姆定律，利

用氏=彳計算出各導體的

電阻值。

結果驗證：

(1)比較導體a、b的電

阻之比與長度之比，可歸納出

導體電阻的大小與其長度有

關，且成______比(填“正”或

“反”)。

(2)比較導體b、c的電

阻之比與橫截面積之比，可歸

納出導體電阻的大小與其橫截

面積有關，且成______比(填

“正”或“反正。

(3)比較導體c、d的電

阻值，可歸納出導體的電阻與

導體材料______關(填“有”或

“無嘰

交流反思：與同學討論，嘗試

從微觀角度解釋導體的電阻為

什么與以上因素存在相應的關

系。與同學交流，導體的電阻

還可能與其他哪些因素存在關

系？該如何設計實驗進行驗

證？

人們通過大量實驗歸納講解傾聽、理解、讓學生了

出，導體的電阻R跟它的長度記憶解電阻定

/成正比，跟它的橫截面積S成律及其應

反比。這就是電阻定律。寫成用。

公式，則有

1

R=

式中的比例常量〃跟導體的材

料有關，是一個反映材料導電

性能的物理量，稱為材料的電

阻率，它的國際單位制單位是

Q（歐?米）。幾種常用材

料在20℃時的電阻率見表。

從表中可以看出，金屬和合金

的電阻率都很小；而電木、橡

膠的電阻率都很大。使用時，

可以根據需要，參照電阻率表

選取合適的材料。例如，在輸

電、用電線路中，為了減小電

阻就要選用銅、鋁等材料作導

線；電爐、滑動變阻器等的電

阻絲要選用電阻率稍大的合金

材料制作；在用電器和電工工

具的絕緣部分，又要選用電阻

率超大的電木、橡膠等材料制

作。

我們在給空調裝配專用導線回應“情境與傾聽、理解讓學生了

時，由于空調的功率較大，工問題”中的問解用電阻

作電流也較大，因此應選擇電題。定律解決

阻較小的粗銅導線。實際問

題。

各種材料的電阻率都要受溫度展示圖片、講傾聽、理解、讓學生了

變化的影響。純金屬（如伯、述記憶解電阻與

金、銅、銀等）的電阻率隨溫度溫度的關

的升高而增大，利用這種特性系及應

可制成電阻溫度計（如圖所用。

示），即利用已知金屬的電阻隨

溫度的變化情況，測出金屬的

電阻就可以知道溫度。電阻溫

度計測量范圍廣，測量精度高。

目前最精密的電阻溫度計是用

伯制作的。有些合金如鎰銅合

金和康銅合金，電阻率幾乎不

受溫度變化的影響，常用來制

作標準電阻。

19n年，荷蘭科學家昂內斯用展示圖片、講觀看、傾聽、讓學生了

液氨冷卻水銀，當溫度下降到述記憶解超導現

4.2K時發現水銀的電阻變為象。

零，這種現象稱為超導現象。

能夠發生超導現象的物質稱為

超導體。

超導體具有很強的抗磁性，當

一個小的永磁體降落到超導體

表面附近時，在永磁體與超導

體間會產生排斥力，使永磁體

懸浮于超導體上，如圖所示。

超導材料由正常狀態轉變講述傾聽讓學生了

為超導狀態的溫度，稱為超導解臨界溫

材料的臨界溫度。目前發現的度的概念

超導材料的臨界溫度都很低，及我國在

科學家們仍在努力尋找高溫超超導材料

導材料，即在室溫下就能工作研究領域

的超導材料，以便得到更廣泛的世界領

的應用。先水平，

我國在超導材料領域的探索及增強民族

研究一直處于世界先進水平。自豪感。

1989年，我國已研制成臨界溫

度為132.2K的超導體。在2016

年度國家科技獎勵大會上，以

中國科學院物理研究所趙忠賢

院士為代表的團隊，由于在超

導材料方面的突出貢獻而獲得

了國家最高科學技術獎。

【應用與拓展】超導的應用組織學生自自主學習、引導學生

前景主學習、巡質疑了解超導

超導的應用具有十分誘人的前視、指導、答技術的應

景。超導的應用大致可分為三疑用前景。

類：大電流應用、電子學應用

和抗磁性應用。大電流應用即

超導發電、輸電和儲能等；電

子學應用包括超導計算機、超

導天線、超導微波器件等；抗

磁性主要應用于磁懸浮列車和

熱核聚變反應堆等。

本節的主要內容講完了，同學組織學生自向老師提出