电阻和变阻器教案(2) 8页

‎ ‎ 第十四章 探究电路 ‎【本章概述】‎ 本章在知识与技能方面，是要让学生认识电阻，学会使用常见的变阻器(滑动变阻器和变阻箱)。通过实验探究，认识影响电流大小的因素，理解欧姆定律并能应用于解决简单电路问题；了解家庭电路的构成；正确使用测电笔；知道安全用电常识。在科学究素质方面，突出猜想与假设、设计实验、分析与论证、评估等环节，同时让学生进一步学习“控制变量法”研究物理问题，并向学生介绍用“图线法”分析实验数据，归纳物理规律，让学生经历基本的科学探究过程，学习科学探究方法，发展初步的科学探究能力，形成实事求是、尊重自然规律、乐于参与科学实践的科学态度和科学精神，让学生增加与他人的协同、合作能力。 【本章教学要求】‎ ‎1.理解电阻的概念，通过实验探究影响电阻大小的因素，了解变阻器及其应用 ‎2.通过实验探究电流、电压和电阻的关系。 3.了解家庭电路和安全用电知识。有安全用电的意识。‎ ‎4.能注意探究活动中未解决的矛盾，发现新的问题 ‎【本章教学重点】欧姆定律的学习和在经历科学探究的过程中体验一些科学探究方法和科学思维方法。‎ ‎【本章教学难点】经历探究过程中“评估与反思”、“交流与合作”等环节，强化参加这两个环节的具体体验。‎ ‎【本章课时分配】‎ 内容 ‎ 课时 第一节 电阻和变阻器 ‎ 1‎ 第二节 科学探究：欧姆定律 ‎ 1‎ 第三节 家庭用电 ‎ 1‎ 本章单元总结与提升 ‎1‎ ‎【本章教学建议】‎ 本章在内容组织上。将“过程与方法”作为重要的培养目标之一。探究和实验贯穿全章始终。学生在本章学习中将会经历多方面的动手实验操作，较全面的感受科学探究过程中的若干要素，如猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集数据、分析与论证、评估等。对比在教学时应予足够的注意。‎ 第一节 电阻和变阻器 一、教学目标 ‎【知识与技能】‎ ‎1知道电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量,知道电阻的单位及其换算关系。‎ ‎2理解电阻的大小决定于导体的材料、长度、横截面积和温度，能根据决定电阻大小的因素判断比较不同导体电阻的大小。‎ ‎3知道滑动变阻器的构造，会把滑动变阻器正确地连人电路来改变电路中的电流．知道电阻箱的构造，会读出电阻箱的示数。‎ ‎【过程与方法】‎ ‎ 1．通过观察和实验，探究电阻及影响电阻大小的因素．培养学生观察、分析、比较、概括的能力．‎ ‎ 2．通过学生探究活动，研究电阻大小与材料种类、长度、横截面积的关系，渗透研究问题的一种方法——控制变量法．‎ ‎【情感、态度与价值观】‎ ‎1．通过了解半导体及超导在现代科技中的应用，开阔视野，激发学生求知欲．‎ 8‎ ‎ ‎ ‎2．通过多种活动形式，联系学生生活实际，培养学生对科学探索的热爱．‎ 二、教学重点难点 重点：电阻的概念、变阻器的使用及其作用 难点：决定电阻大小的因素、变阻器能改变电路中的电流的原理 三、课时安排 ‎ 1课时 四、教与学互动设计 ‎（一）创设情境，导入新课 ‎【导语一】复习电流表和电压表的使用规则。为什么电流表要串联在被测电路中，电压表要并联在被测电路中？‎ ‎【导语二】类比水在水管中流动要受到阻力，电荷在导体中定向移动也会受到阻力。‎ ‎【导语三】出示预先准备的各式各样的电线．电线、导线、电缆线、电话线、闭路电视线…让学生观察，剥开导线的绝缘外皮，看一下导线的芯是用什么材料做成的，是用铜做的、是用铝做的．电线芯是用容易导电的金属来做的，是导体．电线芯的外面包了一层橡胶或塑料，是不容易导电的物体，叫绝缘体．常用的导线通常是用铜或铝做的，特别重要的用电设备的导线还要用昂贵的银来做．大家见过用钢、铁做芯的导线吗?我们已经知道钢、铁也是导体，又多又便宜，那么为什么不用钢铁来做导线呢?让同学们大胆地猜想．引入新课。‎ ‎（二）合作交流，解读探究 ‎1.电阻 ‎【做一做】如图电压相同，通过AB和CD的电流不相同，为什么？‎ ‎【点拨】‎ ‎（1）电阻是表示导体对电流阻碍作用的大小，用字母R表示。‎ ‎（2）电阻的单位：‎ 国际单位：欧姆，简称：欧（Ω）。‎ 常用单位：兆欧（MΩ），千欧（kΩ）。1kΩ=103Q 1MΩ=103Ω ‎1Ω的含义：当导体两端电压为1V，通过的电流为1A，这段导体的电阻为1Ω ‎（3）在电子技术中经常用到具有一定电阻值的元件——电阻器．用来调节电路中的电流和电压，如调节收音机和电视机音量大小的电位器，调光台灯的控光旋钮，改变灯的亮度。电阻器在电路中的符号是。‎ 让同学们阅读信息窗中常见用电器的电阻阻值 ‎2.影响电阻大小的因素 实验探究 提出问题：电阻的大小与哪些因素有关？‎ 猜想与假设：‎ ‎（1）导体的电阻可能与导体的材料有关 ‎ （2）导体的电阻可能与导体的粗细有关 ‎ （3）导体的电阻可能与导体的形状有关 ‎ （4）导体的电阻可能与导体的长度有关 ‎ （5）导体的电阻可能与导体的温度有关 制定实验计划，设计实验： ‎ 8‎ ‎ ‎ 由于导体电阻的大小跟长度、横截面积、材料和温度等因素有关，因此在研究电阻和其中一个因素的相互关系时，使用控制变量法，即保持其他因素不变，观察研究电阻与这个因素之间有什么关系．为此，在温度一定下用如图所示实验装置进行实验。a、b、c是三根用同一种材料制成的导线，与d的材料不同。它们的长短、粗细如图。‎ 进行实验与收集证据 学生动手实验，教师给予指导。将铁丝绕成螺旋状线圈，再接入原电路中观察电流表指针偏转情况．给接入电路中的螺旋状的线圈加热，观察电流表指针有什么变化．‎ 交流与合作 导体越细横截面积越小，电阻越大；导体越长，电阻越大；导体电阻的大小与导体的材料有关；一般大多数的导体，温度越高，电阻越大．‎ ‎【得出结论】‎ ‎（1）导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积。‎ ‎（2）对大多数导体来说，温度越高，电阻越大。（少数导体如碳例外）‎ ‎【讨论交流】指导学生阅读信息窗“几种长1m．横截面积1mm2的金属导线任20℃时的电阻值”比较几种材料导线的电阻值，能得出什么样的结论?并说为什么不用铁做导线?‎ ‎【点拨】几种材料中银的电阻最小，除镍铬合金外，铁的电阻最大，铜的电阻和银差不多，但铜比银便宜，所不用铁做导线，而常用铝或铜．‎ ‎3.变阻器 ‎【想一想】前面几种金属导线的电阻镍铬合金的电阻最大，如果需要电阻在O～10Ω范围内变化，使用电阻最大的镍铬合金丝，需要多长? 将这样长的镍铬合金接人电路可行吗?‎ ‎ 【点拨】长1m横截面积是1mm2的镍铬合金的电阻是0.1 Ω．接人电路的电阻从0变化到10 Ω，就需100 m这样做肯定不行，将100 m长的镍铬线绕成像弹簧那样的圈，就能减小长度．教师可预先将变阻器拆开，取出绕着线圈的瓷管请同学们看，需要使用哪部分，就在哪个地方抽出一个头，教师将滑动变阻器的金属杆及滑片再装上，利用滑片在线圈上滑动就可以改变接入电路的电阻，所以把它叫做滑动变阻器．‎ ‎ 滑动变阻器 ‎（1）原理：通过改变接入电路中电阻线的长度来改变电阻的。‎ ‎（2）结构示意图： (如右图)‎ ‎（3）铭牌：滑片上标出的数字“50Ω2A”，其中50Ω表示最大阻值，2A表示允许通过的最大电流。‎ ‎（4）元件符号：(如右图)‎ ‎（5）作用：调节滑动变阻器可以逐渐改变连入电路的电阻，从而逐渐改变电路中的电流．‎ ‎（6）使用方法：‎ ‎ 【想一想】在如图所示电路图中把变阻器接入M,N中，共有几种接法？哪些接法能起到改变电阻作用？不能改变电阻接法的实质是什么？‎ ‎ 【点拨】共有6种接法，其中接AC,AD,BC,BD能起到改变电阻作用，而接AB相当于接定值电阻，接CD相当于接电阻很小的金属棒。上述六种接法中，只有前四种为正确接法，能起到改变电阻作用，正确接法为金属棒和合金线各一个接线柱接入。后两种接法都不能改变电阻。‎ 变阻器的四种接法：‎ 8‎ ‎ ‎ ‎【议一议】滑动变阻器接入电路中，闭合开关前要注意什么？为什么？如何操作？‎ ‎【点拨】闭合开关前，滑片应处于最大阻值位置，使电流最小，操作把滑片远离下接线柱即可。‎ ‎【小结】滑动变阻器使用注意事项：滑动变阻器应串联在要改变电流的电路中；闭合开关前，滑片应处于最大阻值位置（远离下接线柱）；正确接法：“一上一下”接法；下接线柱至P为接入电阻。‎ ‎ 【做一做】用滑动变阻器改变小灯泡的亮度，要求：P向右滑动，灯变亮。（教师巡视指导鼓励同学们在科学探究的过程中养成良好的习惯，培养科学的态度．）‎ 电阻箱 ‎【议一议】出示电阻箱，并讲解电阻箱的结构图和电阻箱的读数。（注意加单位） 如图旋盘式电阻箱连入电路的电阻是多少?‎ ‎【点拨】①构造：接线柱、旋盘、电阻值．当旋盘式电阻和面板上的两个接线柱串联在电路中时，旋动旋盘，就能改变电阻并表示出连入电路的电阻值，调节四个旋盘就能得到O～9990 Ω间的任意整数电阻值。‎ ‎②读数：各旋盘对应的指示点的示数乘以面板上标记的倍数，然后加在一起，就是接人电路的阻值．读数时各旋盘对应的指示点(图中小三角形)的读数乘以面板上标记的位数，然后加在一起，即是接入电路的电阻值． 图中的电阻值是：3×1000Ω+6×100Ω+O×10Ω+8×1Ω=3608Ω ‎（三）应用迁移，巩固提高 类型之一：电阻 ‎【例1】有两段导体1和2，在相同的电压下，通过导体1的电流较大，通过导体2的电流较小，哪段导体的电阻大? ( )‎ A.导体l的电阻大 B.导体2的电阻大 C.两段导体的电阻一样大 D.无法确定 ‎ 解析：导体对电流有阻碍作用，电阻是由导体本身的因素决定，跟外部其他因素无关，但可通过检测在一定电压下导体中的电流大小来感知导体对电流阻碍作用的大小．导体1和导体2，在相同的电压作用下，导体1中通过的电流比较大，说明导体1对电流的阻碍作用比较小，导体1的电阻比较小．由以上分析知，导体2的电阻比较大。答案：B 点评：本题考查对导体的电阻概念的理解及其量度方法．解答本题应该理解：①不同导体在相同电压作用下，通过的电流不同，说明不同导体对电流的阻碍作用不同，即不同导体的电阻不同；②导体的电阻是导体本身固有的阻碍电流作用的性质，由导体本身决定，跟导体两端的电压和通过导体的电流无关，但可以用一定电压下通过导体的电流大小表现出来导体对电流阻碍作用的大小．把比较导体电阻大小的问题转化为比较相同电压下导体中的电流大小的问题，通过观察了解不同导体中的电流大小来获得不同导体(相同条件下)对电路中电流的阻碍作用大小的信息，这种研究问题的科学方法在学习过程中要逐步学会运用．‎ 类型之二：影响电阻大小的因素 ‎【例2】在做“决定电阻大小的因素”实验时，需要在电压相同的条件下，比较通过不同导线的电流，发现决定电阻大小的因素．下表是几种实验用导线的参数．‎ 8‎ ‎ ‎ 导体代号 A B C D E F G 长度/m ‎1.0‎ ‎0.5‎ ‎1.5‎ ‎1.0‎ ‎1.2‎ ‎1.5‎ ‎0.5‎ 横截面积/‎ ‎3.2‎ ‎0.8‎ ‎1.2‎ ‎0.8‎ ‎1.2‎ ‎1.2‎ ‎1.2‎ 材料 锰铜 钨 镍铬丝 锰铜 钨 锰铜 镍铬丝 ‎ (1)为研究电阻与导体材料有关，应在上表中选用导线C和导线_____________．‎ ‎(2)为研究电阻与导体的长度有关，应在上表中选用导线C和导线__________．‎ ‎(3)为研究电阻与导体横截面积的关系，应在上表中选用导线A和导线_________． ‎ 解析：题目所列表中给出了七种导体的长度、横截面积和材料三个因素．研究导体的电阻跟这三个因素的关系，实验就需要分三组不同的情况进行探索研究．要研究导体的电阻跟导体材料的关系，必须使导体的长度和横截面积都相同，应选用导线C和导线F，通过比较在相同电压下导体中的电流大小来比较电阻的大小，找出导体电阻大小和材料的关系；同样的道理，要研究电阻与导体长度的关系，必须使导体的材料和横截面积都相同，应选用导线C和导线G；要研究电阻与导体横截面积的关系，必须使导体的材料和长度都相同，应选用导线A和导线D．‎ 答案：(1)F；(2)G；(3)D．‎ 变式题：关于导体的电阻，下列说法中正确的是 ( )‎ A.长导线的电阻一定比短导线的电阻大 B.粗导线的电阻一定比细导线的电阻大 C.铜导线的电阻一定比铁导线的电阻小 D.导体的电阻的大小是由它的材料、长度、横截面积和温度决定的 解析：导体的电阻是导体本身的一种性质．它的大小由导体的材料、长度和横截面积共同决定．还跟温度有关系．比较导体电阻的大小，要同时考虑材料、长度和横截面积三个因素．‎ 答案：D 类型之三：变阻器 ‎【例3】小宇在实验室用图所示的电路做电学实验，请你帮助他完成以下的判断：‎ ‎(1)当滑动变阻器的B、C两个接线柱接入电路中，滑片P向A端移动时，灯L将____________(填“变暗”、“不变”或“变亮”)．‎ ‎(2)当滑动变阻器的A、D两个接线柱接入电路中，要使灯L变暗，滑片户应向_________端移动． ‎ 解析： 由图知，滑动变阻器和灯L串联起来接在电源两极之间．变阻器接入电路的是B、C两个接线柱，连入电路的是PB段电阻线，当滑片P向A端移动时，连入电路的电阻线长度变大，则连入电路的电阻变大，电源电压保持不变，电路中的电流变小，灯L因通过的电流变小而变暗；若把变阻器的A、D两个接线柱接入电路，则连入电路的电阻线是AP段，要使灯L变暗，电路中的电流必须变小，在电路两端电压一定的情况下，变阻器连入电路的电阻必须变大，滑片P应向B端移动．‎ 答案 (1)变暗；(2)B 变式题：在没有滑动变阻器和电阻箱的情况下，为了调节灯泡的亮度，你能想出一个简易的方法来代替滑动变阻器吗?请介绍你的设计。‎ ‎ 解答：‎ 8‎ ‎ ‎ 用铅笔代替滑动变阻器的方法，如图所示。把电路中接电阻的两个接线头都装上金属夹子，用其中的一个金属夹子把铅笔芯一端夹牢，在铅笔芯上卡上一只曲别针，再把另一个金属夹子夹在曲别针上。移动曲别针在铅笔芯上的位置，可以改变接入电路的阻值，从而达到改变电路中的电流大小的目的。‎ ‎（四）总结反思，拓展延伸 ‎【总结】通过本节课的学习主要学习了以下几个问题：（引导学生自己总结，教师予以点评）‎ ‎【点拨】‎ ‎1.物理学中用电阻来表示导体对电流阻碍作用的大小，导体的电阻是导体本身的一种性质．电阻的符号是R，单位是欧姆(Ω)，电阻在电路图中的符号是 ‎2. 导体的电阻大小跟哪些因素有关：‎ ‎ ①决定因素——导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积．‎ ‎ ②影响因素——导体的电阻还跟温度有关，大多数导体的电阻随温度升高而增大，少数导体(如碳)的电阻随温度的升高而减小．‎ ‎ ③研究导体的电阻跟哪些因素有关运用的是控制变量法．‎ ‎3.滑动变阻器原理：通过改变导体在电路中的长度来改变电阻．构造：电阻丝绕成的线圈、绝缘管、金属棒、滑片．结构示意图：‎ 使用规则：‎ ‎ a．首先观察变阻器的铭牌，弄清变阻器的最大值和允许通过的最大电流． ‎ b．连接时要将滑动变阻器的“一上、一下”两个接线柱串联接入所要控制的电路中．‎ ‎ c．闭合电路前，应将滑动变阻器滑片滑到阻值最大的位置上．电阻箱和电位器是滑动变阻器的变形，实质都是变阻器。‎ ‎【拓展】（05年辽宁省大连市）铅笔芯的主要成分是石墨。软硬程度不同的铅笔其用途是不同的，例如作画用6B软铅笔，写字用软硬道中的HB铅笔，制图用6H硬铅笔。铅笔芯是导体，那么铅笔芯的电阻大小与其软硬度有什么关系呢？请你设计一个实验方案对这个问题进行探究。‎ ‎（1）写出主要实验步骤及所要测量的物理量（用字母表示）。‎ ‎（2）分析测得的物理量，说明铅笔芯电阻大小与铅笔芯软硬度的对应关系。‎ 答案：‎ 点评：“勇于探究日常用品中的物理学原理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识”是新课程目标之一．本题以铅笔芯为情境，围绕“铅笔芯的电阻大小与其软硬度有什么关系?”这一疑问的解决，考查学生利用身边有限的常用工具，解决实际问题的能力，同时，要求用书面形式表述解决方法，能利用控制变量法对问题进行探究。‎ 8‎ ‎ ‎ 当研究的某一个物理量和多个因素有关时，只研究某个量与多个因素量中一个因素量的关系，常用此法。研究物理问题的方法很多，理解和掌握这些方法，将为我们的科学探究提供很大的帮助。‎ ‎（五）当堂检测反馈 ‎1．为什么使用电流表时，绝对不允许不经用电器而将表的两个接线柱直接连到电源的两极上，而电压表可以直接和电源相接?‎ 答案：如果电流表的内阻较大，把它串联到电路中后，势必导致电路中的电流大幅度下降．为了使电流表接人电路中后，不影响电路的电流，所以要求电流表的内阻很小．正因为它的内阻很小，所以使用电流表时，绝对不允许不经用电器而将表的两个接线柱直接连到电源上，以免电流过大而将电表烧坏．电压表是用米测量电路两端电压的，所以必须将电压表与被测电路并联，电压表两端电压才和被测电路两端的电压相等．如果电压表电阻较小，并联后电路的总电阻将显著变小而使电路的电流大幅增加，势必影响待测电路两端电压，那么电压表就不能客观地反映电路电压的值．为了不影响电路的电压值，要求电压表的内阻必须相当大，所以电压表可以直接和电源相连．‎ ‎ 2．如图为滑动变阻器的结构和连入电路情况的示意图，当滑片向右滑动时，连入电路的电阻变小的为……………………………………………( )‎ 解析：在B图中把变阻器的最大电阻值连入了电路．移动滑片不起作用．C图中滑片向右移时，接人电路的电阻丝变长，即连人电路的电阻变大，D图中变阻器连入电路的电阻等于零，移动滑片，变阻器连入电路的电阻不变，仍为零．在A图中，当滑片向右移时变阻器连人电路的电阻丝变短，因此连人电路的电阻变小，这种连接符合题目要求．‎ ‎ 答案：A ‎ 3．将图中滑动变阻器的接线柱ABCD中的两个接人电路的M、N处，如果当滑片P向左移动时，电流表的读数变大，则M、N应分别与哪两个接线柱相连?‎ 解析：电阻是对电流的阻碍作用，要使电流表的读数增大，变阻器的阻值应变小．‎ 变阻器的接线往没有“+、一”之分，所以选准A、B、C、D上的两个合理的接线柱与M，N相连即可．那么，如何选择两个接线柱呢?接(：、D时变阻器不能变阻．阻值可视为零，选A、B时变阻器也不能变阻，阻值等于它的最大值．正确使用滑动变阻器应掌握“一上、一下”的原则，即选 A、B中的一个，C、D中的一个．阻值如何变化与选A、B无关．因为AP和BP的电阻都视为零．关键在C、D两个接线柱．本题要使滑片向左移动，电阻减小，就应认准A接线柱是必须的，再根据“一上、一下”的原则，就可得出正确答案，可见连接滑动变阻器首先要选准“下”接线柱，然后在“上”接线拄中任选一个．‎ 答案：接C、A或者A、D． ‎ ‎ 5． 如右图，表示插塞式电阻，从图示位置开始则 ( )‎ ‎ A．现在使用的电阻是70 Ω B．将第二个铜塞插上使用电阻为90Ω ‎ C．将全部铜塞插上使用电阻为100Ω D．将铜塞都拔出，总电阻为零 ‎ 解析：‎ 8‎ ‎ ‎ 插塞式电阻箱要注意观察当金属塞拔起时，表示把相对电阻接入电路，金属塞插入时，相当于把对应电阻短路．图中20Ω和50Ω处金属塞拔起，则总电阻为20Ω+50Ω=70Ω．‎ 五、资料链接 ‎ 银电线与超导体 ‎ 第二次世界大战末期，美国动员大批科学家研制原子弹．在研究当中需要加速器，而加速器又需要一种电阻很小的导线．‎ ‎ 电阻的大小是由导体本身的性质决定的，什么样的导线电阻最小呢?是铜还是银?人们发现，材料、粗细相同时，导线越长，电阻越大；材料、长度相同时，导线越粗，电阻越小．这就如同车辆在公路上奔驰，公路越宽，越容易通过一样；人们还发现，在长度、粗细都相同的情况下，不同的材料做的导线电阻不同．这就好像公路长度、宽度都一样，路面不同，对车辆的阻碍也不同：泥泞的土路，车走不起来；平整坚实的路面，行车如飞．比较发现，在同样长短粗细的条件下，银的电阻小，用银制造的电线的电阻要比铜电线小许多．‎ ‎ 根据这些知识，研究原子弹的科技工作者提出用银来代替铜，并且向美国总统提出了报告．美国总统也做不了主，最后提交国会讨论，才决定由国库中拨出若干银子．这件事是原子弹研制中的一段小插曲，同时又给我们提出了一个新的问题：能不能找到比银的电阻率还小的材料?‎ ‎ 人们在研究中发现，金属的电阻率是和温度有关系的．温度越高，金属的电阻率越大；反过来，温度越低电阻率也就越小．那么，会不会在温度极低的时候，电阻率成为零呢?如果出现了电阻率为零的导线，那么也就是得到了一种没有电阻的导体，它要比银电线强多了…‎ ‎ 1911年，荷兰物理学家昂尼斯在实验室里将水银温度降低，使水银凝固，并将固体的水银制成导线．测定水银在低温下的电阻值发现：当温度降到-269℃时，水银失去了电阻，电阻率真的能降到零吗?‎ ‎ 为了验证昂尼斯的实验，有人设计了一个实验．他们把水银做成圆环，放在-269℃的液氦中，用电磁感应的方法使水银环内产生一股电流，经过连续几年的观察，证明水银环内的电流丝毫没有变化．从此，没有人再怀疑电阻为零的现象了。‎ 8‎