最新人教版高中物理选修31第二章《导体的电阻》教学设计Word文档格式.docx
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难点:
设计合理可行的实验方案.
教学方法
本节将采用“导、探”式教学方法.导:
即教师通过设置情景和问题,引导学生提出探究方案,发挥学生的主体作用;
探:
即学生自主探究.
教学准备
1.“220V 100W”和“220V 25W”的两个白炽灯泡.
2.多媒体教学设备一套:
可供课件播放、实物投影.
3.学生分组实验器材:
电流表、电压表、滑动变阻器、电池组、开关、导线若干、锰铜合金导线、镍铬合金导线、电压传感器、电流传感器、电阻丝示教板等.
教学设计(设计者:
李长城)
教学过程设计
主要教学过程
教师活动
学生活动
一、引入新课
课前创设:
课前,在屏幕上打出“疑问像电阻,是思考让它导通电流,流光溢彩!
”,创设一种研究的前置氛围,也适当暗示了本节的学习内容,为课堂教学作铺垫.
问题引导:
1.观察课件中两个灯泡的图片,能发现什么不同?
2.若让你设计灯泡,要考虑什么因素?
在学生猜想的基础上,引入探究的课题:
本节在初中知识的基础之上,深入地“探究导体电阻与长度、横截面积和材料之间的定量关系”.
(设计意图:
创设一种研究的前置氛围,为课堂教学作铺垫.)
适当关注展示内容,体会这句话的含义.
仔细观察两个灯泡图片.
主动思考导体的电阻可能跟什么因素有关.
二、新课教学
引导学生设计实验:
1.如何研究导体电阻与导体长度、横截面积和材料三个量之间的关系?
通过学生的思考和回答,让他们明确依据控制变量,探究过程可以划分为三种情况:
R
探究方法一:
研究R与l、S的关系
(1)探究R与l的定量关系,对选择的电阻有什么要求?
(2)R与l该怎样来测量?
(3)你能尝试画出实验电路图吗?
学生小组交流讨论,教师参与指导小组讨论.请学生来陈述自己的想法:
(1)要求电阻丝的横截面积和材料相同,但长短不同.
(2)用伏安法测电阻R=
,用刻度尺测长度.
(3)电路图如图所示,AB之间分别接入横截面积和材料相同,但长短不同的电阻.
从各小组结论中大致知道该如何去探究R与l的定量关系.
接着从提供的器材出发,结合刚才的设计思路,引导学生优化实验方案.
1.实验室只能提供一根长的电阻丝,没有两根长短不一的电阻丝,能否探究R与l的关系?
说说你的想法?
2.根据R=
,测得U和I才能求R,引导学生思考能否少测一个量,让实验简单一些?
(提示:
我们设计探究R与l的关系时,并没有测S,这样做的理由是什么?
)
在学生充分思考、讨论的基础上,引导他们得出实验设计方案.
在保证电流I相等的前提下,电压U之比,反映了对应的电阻R之比.
设计表格:
U/V
l/m
R1
R2
进行实验:
依据优化的实验方案,分小组进行实验.教师巡视,解决学生实验操作中的困难.
处理数据,交流结果:
引导学生从实验数据中发现:
保证电流I相等的前提下,电阻两端的电压之比,实质反映的是电阻之比:
=
结论
(1):
在电阻的横截面积和材料相同的条件下:
R与l成正比.
学生自己猜想可能的结果,自己设计实验方案、自行分析数据,体会科学探究的全过程.)
【反思拓展】
引导1:
刚才的实验中,把一长段电阻丝看成长短不一的两段电阻丝串联,在电流相等的情况下探究R与l的关系,利用了串联电路的特点.
从串联电路的特点出发,我们也可以有如下推导:
一个长为l,阻值为R的电阻,可以看成是n个长为l0,阻值为R0的电阻串联而成,这样很容易就有:
l=nl0,R=nR0,显然R与l成正比.
引导2:
探究R与S的定量关系,是否也可以从串、并联电路的特点来推导得到呢?
引导学生思考的基础上,类比刚才的推理得到:
一个横截面积为S,阻值为R的电阻,可以看成n个横截面积为S0,阻值为R0的电阻并联而成.
结论
(2):
S=nS0,R=
,R与S成反比.
科学规律的得出不仅需要实验探究,更需要理论的推导和归纳.)
探究方法二:
研究R与材料的关系
以教师的演示实验为主导,为准确方便,电流表、电压表用传感器代替.
1.出示电阻丝示教板(如图乙).
2.教师与学生一起连接电路,先让E、F分别接A、a,测得一组数据(U,I)记入下表.然后把a、b用短导线连接,E、F分别接A、B,得一组数据(U,I).再把A、B用一短线连接,E、F分别接A(B)、a(b),得一组数据(U,I).
名称
I/A
R/Ω
镍铬
S、l(A、a单)
S、2l(A、B串接)
2S、l(A、B并接)
锰铜S、l(C、c单)
3.换用E、F分别接不同材料金属丝C、c,又得一组数据.
4.用计算机处理数据,得出结论.
(此方案,参考微视频.)
小结:
1.
2.实验探究和逻辑推理相辅相成,是科学研究中的两种重要方法.
结论整合:
引导学生将刚才的两个探究结论,归纳为一个:
R与
成正比.
1.能否将这个结论写成一个等式,怎么写?
设一个正比例系数ρ,就能得到等式:
R=ρ
2.正比例系数ρ应该有它的物理意义,是什么?
单位是什么?
ρ可能与什么因素有关呢?
同样长度、同样横截面积、不同材料的铜丝和铁丝各一根,它们的电阻相等吗?
让学生谈谈想法.
总结学生思考的结果,得出“比例系数ρ反映的是导体材料本身的性质,单位是Ω·
m”的结论.
这样我们发现公式R=ρ
很好地反映了R与l、S和材料之间的定量关系.其中ρ称为电阻率.
研读电阻率表:
几种导体材料在20℃时的电阻率
材料
ρ/(Ω·
m)
银
1.6×
10-8
铁
1.0×
10-7
铜
1.7×
锰铜合金
4.4×
铝
2.9×
镍铜合金
5.0×
钨
5.3×
镍铬合金
10-6
根据教材上的电阻率表格,结合下面几个问题思考:
1.哪些金属容易导电,哪些金属不容易导电,它们各自的电阻率呈现什么特点?
2.除了对电阻率关注之外,你还对表格中的什么数据感兴趣?
这个条件说明了什么?
自主学习,阅读填空:
利用教材提供的文本资料,通过学生阅读、自主学习,明确电阻率受温度影响的特点,并反馈学习结果,完成以下两个小题:
T升高,ρ增大,应用:
W.
T升高,ρ不变,应用:
学生自学,自己从材料中找出规律,是应该重点培养的技能之一.)
思考研究多个物理量之间的关系所用到的方法.
明确依据控制变量探究过程可以划分为三个步骤.
思考这三个问题的同时,对探究实验的方案形成大致的思路.
小组内思考、讨论、交流各自的想法.
请学生代表陈述小组交流的结果,并在黑板上画出电路图.
思考如何利用现有的器材,完成探究.
联系不测S的理由,思考不测电压U或者是不测电流I的前提是什么?
师生、生生交流,优化设计方案,最终形成共识.
体验到通过努力,能让探究方案变得更简洁.
小组内合作,完成探究实验.
得到实验结论.
在教师进一步的引导中,发现简单的逻辑推理也能验证刚才的实验结论,获得成功的体验和方法上的启示.
迁移思考探究R与S的定量关系,是否也可以从串、并联电路的特点来推导得到呢?
尝试依据并联电路的特点理论探究R与S的定量关系.
对“实验探究和逻辑推理两种科学方法相辅相成”,有一定的认识.
在问题的引导下将探究得到的两个结论,用数学方法整合为一个等式.
陈述个人思考的结果,相互启发,得到结论.
明确R=ρ
这一表达式中每一个物理量的意义,得到完整的探究结论,再次体验到物理学的简洁之美.
立足教材,阅读材料,自主学习,完成习题.
三、课堂小结
回顾本节“你学到了什么?
”
师生互动,总结本节学到的方法,以及探究到的知识.加深理解,拓展思维.
四、课后作业
1.让学生利用一段钨丝,设计一个实验,探究电阻和温度的关系?
(目的在于巩固实验探究的方法)
2.教材问题与练习1~4.
联系实际,体会物理与技术的紧密关系.
板书设计
一、探究导体电阻与导体长度、横截面积和材料的关系
1.实验探究
2.理论探究
二、导体的电阻
1.内容:
同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;
导体电阻还与构成它的材料有关
2.数学表达式
(决定式)(区别定义式:
R=
适用条件:
粗细均匀的导体,浓度均匀的电解液
3.电阻率ρ:
反映导体材料导电性能的物理量.单位:
Ω·
m
教学反思
中学物理课程的核心理念是以学生为本,注重提高学生的基本科学素养,使学生终身受益,所以,在教学过程中应该倡导学生学习的自主性、探究性、合作性,让学生主动参与,体验和感悟科学探究的过程和方法,激发他们持久的学习兴趣和求知欲望,并在探究过程中培养学生的能力,逐步实现学习方式的转变,使学生逐步养成敢于质疑、善于交流、乐于合作、勇于实践的科学态度.
本节的教学中,笔者努力渗透新课程理念,但是离新课程标准还有差距,特别突出的问题是探究式学习的开放度,这是一个值得研究的问题.
本节的设计既忠于教材的编写理念,又在此基础上有所增减,增加了实验方案的设计参考案例,减去了测长度、分压电路的介绍,更突出本节的重点.从这里我们可以获得一个启示,对教材的再处理,进行二次开发,在教学中凸显和实现课改的理念本身就是一个创新.
半导体电阻率
半导体的电阻率介于金属和绝缘体之间:
室温时约在1mΩ·
cm~1GΩ·
cm之间(上限按谢嘉奎《电子线路》取值).半导体的电导率是电阻率的倒数.
1.决定电阻率的因素
电阻率与晶向有关.对于各向异性的晶体,电导率是一个二阶张量,共有27个分量.特别,对于硅之类的具有立方对称性的晶体,电导率可以简化为一个标量的常数(其他二阶张量的物理量都是如此).
电阻率的大小决定于半导体载流子浓度n和载流子迁移率μ:
ρ=
.对于掺杂浓度不均匀的扩散区的情况,往往采用平均电导率的概念.
2.电阻率与温度的关系
决定电阻率与温度关系的主要因素是载流子浓度和迁移率随温度的变化关系.
①低温下:
由于载流子浓度指数式增大(施主或受主杂质不断电离),而迁移率也是增大的(电离杂质散射作用减弱),所以这时电阻率随着温度的升高而下降.
②室温下:
由于施主或受主杂质已经完全电离,则载流子浓度不变,但迁移率将随着温度的升高而降低(晶格振动加剧,导致声子散射增强所致),所以电阻率将随着温度的升高而增大.
③高温下:
这时本征激发开始起作用,载流子浓度将指数式地增大,虽然这时迁移率仍然随着温度的升高而降低(晶格振动散射越来越强),但是这种迁移率降低的作用不如载流子浓度增大的强,所以总的效果是电阻率随着温度的升高而下降.
半导体开始本征激发起重要作用的温度,也就是电阻率很快降低的温度,该温度往往就是所有以PN结作为工作基础的半导体器件的最高工作温度(因为在该温度下,PN结即不再存在);
该温度的高低与半导体的掺杂浓度有关,掺杂浓度越高,因为多数载流子浓度越大,则本征激发起重要作用的温度——半导体器件的最高工作温度也就越高.所以,若要求半导体器件的温度稳定性越高,其掺杂浓度就应该越大.
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