11.2 导体的电阻 （第一课时）教学设计 -2023-2024学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

教学设计 课程基本信息 学科 高中物理 年级 高二 学期 秋季 课题 导体的电阻（第一课时 电阻） 教学目标 1.在实验活动中，学会利用U-I图线来分析材料的导电本领，培养学生的分析能力、质疑论证意识，初步建立电阻概念。 2.在历史追溯中，体会物理学家探寻影响电流大小因素的艰难曲折历程，形成电阻观和实证的科学态度。 3.在微观解释中，从本质上深化电压、电阻对电流影响的认识，形成三个电学量的立体化的认知。 教学内容 教学重点： 1.引导学生利用U-I图线来分析元件的导电性能，观察图线发现规律。 2.启发学生通过质疑评价，从线性元件延伸到非线性元件，自主建立电阻的概念，体会伏安特性曲线的作用。 3.通过多样的表现方式，丰富电阻的概念。 教学难点： 引导学生发现规律，启发学生评价规律，最终实现概念的自主建构。 教学过程 上节课我们认识了电源、电流，在实际的电路中还需要有导电的元器件：比如：金属丝、小灯泡、漂亮的发光二极管。（图片）不同的导电元器件，它的导电性能不一样，那如何来研究元件的导电性能呢？ 研究问题1：如何研究元件的导电性能？ 思路讨论： 学生甲：测出电流，看电流的大小，电流大的说明其导电性能好。 学生乙：需要在同样的电压下比较电流大小。 学生丙：可以在两端加不同的电压、采集不同的电流，观察电压和电流的情况。 教师评价：同学们的想法很好，都提到了比较导电性能，可以利用电流、电压来表示，那么是测一组电压、电流,还是给材料加不同的电压、电流？ 实验方案：在导体的两端加不同的电压、测出对应的电压、电流的值，实验数据的分析可以利用U-I图像。 学生实验：利用电流、电压传感器，快速实验，得到两组不同金属丝的U-I图像（图1） 发现规律：同一根金属丝，电压与电流成正比，斜率不变，不同的金属丝这个比值不同。电压与电流比值大的表示材料对电流的阻碍作用大。I ① 图1 U 师生总结：电压与电流的这个比值可以反应不同的导体对电流的阻碍作用。这就是我们说的电阻。 质疑：同学们对实验结论有什么疑问吗？ 其他的导电元件是否也有同样的规律？ 演示实验：重复实验，得到发光二级管的U-I的实验图像（图2） 图2 对比分析：U与I并不成正比关系，在不同的工作电压下电压与电流的比值不同 教师陈述：我们把电压与电流成正比的材料称为线性元件，不成正比的材料称为非线性元件。 质疑（1）：非线性元件的斜率不是定值，非线性元件有电阻吗？ 质疑（2）：非线性元件的电阻如何表示呢？ 共同分析：非线性元件对电流有阻碍作用，应该有电阻。从实验中发现在二极管两端加不同的电压有对应的电流，对应着此工作状态下的电阻，应该用电压与电流的比值来表示。高中阶段我们主要研究像金属这类线性元件的导电情况。 总结提炼：如果要搞清楚这样的元件在电路中的情况，就需要采集每个不同电压下的工作电流，技术上常以电压为横坐标、电流为纵坐标，绘制在一张图像上，又称这种元件的伏安特性曲线。这是研究元件导电情况一种普遍采用的方法。 追溯历史 同学们，我们通过实验在研究导体材料的导电性能的过程中建立了电阻的概念，但历史上电阻概念的建立却历经了漫长又艰难的过程。 物理史料： 欧姆简介 德国物理学家，中学教师，他热衷于电学研究。 1817年，欧姆开始专门研究“决定电流大小的因素 研究的困难 没有电学概念：那时构成欧姆定律的电压、电阻的概念尚未出现，电流也才刚刚由安培定量化，但还没有测量电流的仪器。 欧姆的猜测 电流的大小应该与导线两端的某种驱动力成正比。 欧姆的创造 利用温差电池提供稳定的电源，开创性地设计了一个电流扭秤，利用扭秤的偏转角度来定量反应电流的强弱。（图4） 代表性实验 1826年，欧姆选用 8根长度不同的镀铜铁丝，依次接入电路测量相应的电流大小。 图3 共同体会：电阻这个概念是欧姆在研究决定电流大小因素的过程“顺带”建立起来的新的电学量。 研究问题2：导体的电阻产生的本质原因是什么？ 教师陈述：电阻这个概念虽然建立起来了，但人们还想搞明白电阻到底是怎样产生的，它的本质是什么？200多年后，人们终于揭开了它的神秘面纱。 动画演示：（图4）金属导电，是当自由电子在电场力作用下做定向运动，同时，自由电子又要去金属原子碰撞，形成对电子定向移动的阻碍作用，这就是电阻产生的根本原因。如果说，电压从宏观上可以描述电场对电荷定向运动的促进作用，那么，电阻就从宏观上描述了导体对电荷定向运动的阻碍作用。（图5） 图5 图4 课堂小结：这个视频我们从研究元件的导电性开始，通过实验认识了线性元件和非线性元件，它们的电阻都可以用电压与电流的比值来衡量。通过回溯历史，历经电阻概念的建立过程，本质原因的探寻，从而对电阻的认识从宏观到微观，从现象到本质。认识更全面而深刻了！ 备