资源简介

主题四 直流电及其应用
第一节 电阻定律 教学设计案例
课程内容 第一节 电阻定律
课程类型 实验探究课 课时 1 学时
教材内容分析 本节主要让学生通过控制变量实验，探究金属导体的电阻与长度、横截面积和材料的定量关系，理解电阻定律，能列举电阻定律在生产、生活中的应用。了解超导现象，了解超导材料研究对科学发展和人类进步的重大意义，关注超导材料研究的最新进展。
学情分析 学生在初中也定性地了解了部分电阻定律的内容，但没有要求定量计算，中职物理中要更全面、深入地探究此规律，还要增进对控制变量实验方法的了解，都是本节的重点内容。另外，要注意与初中所学电流、电阻概念和部分电路欧姆定律等内容的衔接。
教学目标 1．建构电流、电阻的概念，了解电阻定律，形成电荷的定向移动形成电流、导体对电流有阻碍作用、导体的电阻与导体的长度及横截面积等因素有关、超导体是电阻为零的导体等物理观念，并能应用其解释相关现象，解决生活中的简单问题。
2．了解建构电流等物理模型的方法和定义电流和电阻概念的比值定义法。了解描述部分电路欧姆定律、电阻定律时使用的数学方法以及探究电阻定律时使用的归纳法、控制变量法等。
3．通过观察演示实验，增强实验观察等物理学科核心素养。通过探究实验，增强操作技能、技术运用和探究设计能力。
4．通过探究实验，进一步体会工匠精神，增强合作交流能力。了解我国在超导材料领域的科学成就，增强民族自豪感和科技传承的责任感。
教学重点 让学生建构电流、电阻等概念，探究电阻定律，了解超导现象。
教学难点 建构电阻的概念，利用控制变量法探究电阻定律。
教学策略 让学生通过自主学习、合作学习与探究学习，了解新知识，形成新观念，提高实验观察能力，受到科学方法熏陶。
主要教法 启发式讲授、组织合作学习与探究学习
主要学法 自主学习、探究实验、思考讨论、合作学习
教学资源 多媒体课件展示系统、［ 四根金属导体a、b、c、d（a与b的横截面积和材料相同，a的长度为b的1/2；b与c的长度和材料相同，b的直径为c的1/2；c与d的长度和横截面积相同，材料不同）、学生电源（6 V），开关、滑动变阻器（50 Ω）、电压表（3 V）、电流表（0.6 A）、导线若干 ］六套。
课堂实施
教学 环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图
课前 准备 1. 电流的方向是如何规定的？电流的大小如何计算？ 2. 什么是电阻？部分电路欧姆定律是什么？ 3. 金属导体的电阻大小与其本身哪些因素有关系？有什么关系？ 4. 探究电阻定律实验中，是如何测量导体的电阻的？使用了哪些科学方法？ 5. 电阻定律是什么？ 6. 常见金属中，哪一种的电阻率最小？ 7. 什么是超导现象？什么是临界温度？ 8. 我国在世界超导材料领域的水平如何？ 1. 安排学生进行预习（阅读教材、观看老师提供的微课视频）。 2. 就学生提出的问题进行有针对性地备课，准备在课堂上学生讨论时给予指导。 对教材和教学视频进行学习和思考，并与同学讨论其中发现的问题，将疑问反馈给老师。 让学生通过课前自主学习，发现自己不理解的问题，准备到课堂上与同学讨论，与老师交流，解决疑问。
课堂 实施 新课引入 创设情境： 家里需要安装大功率空调时，由于空调工作电流较大，可能需要为它装配一条专用导线。商店里出售的电线有许多种：粗的、细的、铜的、铝的，如图所示。。 展示图片、提问： 该怎样选择合适的导线呢？ 观看、思考 激发学生学习动力，明确学习目标
新课教学 我们在初中学过，电荷的定向移动形成电流，它也是一种物理模型。要形成电流，必须有能够自由移动的电荷——自由电荷。金属中的自由电子，电解质溶液（酸、碱、盐的水溶液）中的正、负离子，都是自由电荷。在什么条件下，自由电荷才能发生定向移动呢？ 当金属导体两端没有电压时，导体中大量的自由电子不停地做无规则的热运动。自由电子向各个方向运动的机会相等，如图所示。从宏观上看，导体中的自由电子没有定向移动，所以没有电流。把金属导体的两端分别接到电源的两极上，两端有了电压，产生电场，导体中的自由电子在电场力的作用下发生定向移动，形成电流，如图所示。 展示图片、讲解 倾听、理解 让学生增加对电流模型的理解。
导体中的电流可以是正电荷的定向移动，也可以是负电荷的定向移动，还可以是正、负电荷沿相反方向的定向移动。习惯上规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。在金属导体中，电流的方向与自由电子定向移动的方向相反；在电解质溶液中，电流的方向与正离子定向移动的方向相同，与负离子定向移动的方向相反。 电流有强弱之分，电流的强弱用电流这个物理量来表示。通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值，称为电流。电流用I表示，则 电流的国际单位制单位是A（安）。 展示图片、讲解 观看、倾听、理解、记忆 让学生巩固对电流方向和大小的认识。
只有在导体的两端加上电压，导体中才会有电流。那么，导体中的电流跟导体两端的电压有什么数量关系呢？ 德国物理学家欧姆通过实验归纳出：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比。对于同一个导体，不管电压和电流的大小怎样变化，其比值都是恒定的。而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的。比值越大，表明导体在同一电压下通过的电流越小。这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，称为导体的电阻，用R表示，则 电阻的国际单位制单位是Ω（欧）。根据上式可知 即，导体中的电流I与导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。这就是部分电路欧姆定律。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生巩固对部分电路欧姆定律的认识。
电阻是导体本身的一种性质，与外加电压或内部电流的大小没有关系。那么，电阻的大小与导体本身哪些因素有关系？有什么样的关系呢？ 探究实验：探究电阻定律 发现问题：导体电阻的大小与导体本身哪些因素有关？有什么关系？ 提出假设：导体电阻的大小与导体的长度、横截面积和材料等因素有关 。 设计方案：由于导体的电阻受多种因素的影响，因此要采取控制变量法来研究电阻与以上每一种因素的关系。这就需要将金属导体接入电路，用电压表测量其两端电压，用电流表测量通过其电流，再利用部分电路欧姆定律即可计算出它的电阻值。最后将各金属导体的电阻值进行比较，验证上面的假设。 组织学生进行探究实验。 提醒学生注意参考教材中的探究步骤进行。 合作学习、探究实验 。 引导学生学习实验探究的方法。
收集证据：准备a、b、c、d四根金属导体（a与b的横截面积和材料相同，a的长度为b的1/2；b与c的长度和材料相同，b的直径为c的1/2；c与d的长度和横截面积相同，材料不同）。 按照图中所示的电路图连接电路，在图中的A、B之间分别接入a、b、c、d。调节滑动变阻器，保持导线两端的电压相同，分别测出相应的电流。 根据部分电路欧姆定律，利用R计算出各导体的电阻值。 结果验证： （1）比较导体a、b的电阻之比与长度之比，可归纳出导体电阻的大小与其长度有关，且成 比（填“正”或“反”）。 （2）比较导体b、c的电阻之比与横截面积之比，可归纳出导体电阻的大小与其横截面积有关，且成 比（填“正”或“反”）。 （3）比较导体c、d的电阻值，可归纳出导体的电阻与导体材料 关（填“有”或“无”）。 交流反思：与同学讨论，尝试从微观角度解释导体的电阻为什么与以上因素存在相应的关系。与同学交流，导体的电阻还可能与其他哪些因素存在关系？该如何设计实验进行验证？ 监督学生进行实验操作，巡视、答疑、指导。 进行实验、记录数据、合作学习、探究学习。 引导学生归纳导体电阻的规律。
人们通过大量实验归纳出，导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。这就是电阻定律。写成公式，则有 式中的比例常量ρ跟导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率，它的国际单位制单位是Ω·m（欧·米）。几种常用材料在20 ℃时的电阻率见表。 从表中可以看出，金属和合金的电阻率都很小；而电木、橡胶的电阻率都很大。使用时，可以根据需要，参照电阻率表选取合适的材料。例如，在输电、用电线路中，为了减小电阻就要选用铜、铝等材料作导线；电炉、滑动变阻器等的电阻丝要选用电阻率稍大的合金材料制作；在用电器和电工工具的绝缘部分，又要选用电阻率超大的电木、橡胶等材料制作。 讲解 倾听、理解、记忆 让学生了解电阻定律及其应用。
我们在给空调装配专用导线时，由于空调的功率较大，工作电流也较大，因此应选择电阻较小的粗铜导线。 回应“情境与问题”中的问题。 倾听、理解 让学生了解用电阻定律解决实际问题。
各种材料的电阻率都要受温度变化的影响。纯金属（如铂、金、铜、镍等）的电阻率随温度的升高而增大，利用这种特性可制成电阻温度计（如图所示），即利用已知金属的电阻随温度的变化情况，测出金属的电阻就可以知道温度。电阻温度计测量范围广，测量精度高。目前最精密的电阻温度计是用铂制作的。有些合金如锰铜合金和康铜合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。 展示图片、讲述 倾听、理解、记忆 让学生了解电阻与温度的关系及应用。
1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2 K时发现水银的电阻变为零，这种现象称为超导现象。能够发生超导现象的物质称为超导体。 超导体具有很强的抗磁性，当一个小的永磁体降落到超导体表面附近时，在永磁体与超导体间会产生排斥力，使永磁体悬浮于超导体上，如图所示。 展示图片、讲述 观看、倾听、记忆 让学生了解超导现象。
超导材料由正常状态转变为超导状态的温度，称为超导材料的临界温度。目前发现的超导材料的临界温度都很低，科学家们仍在努力寻找高温超导材料，即在室温下就能工作的超导材料，以便得到更广泛的应用。 我国在超导材料领域的探索及研究一直处于世界先进水平。1989年，我国已研制成临界温度为132.2 K的超导体。在2016年度国家科技奖励大会上，以中国科学院物理研究所赵忠贤院士为代表的团队，由于在超导材料方面的突出贡献而获得了国家最高科学技术奖。 讲述 倾听 让学生了解临界温度的概念及我国在超导材料研究领域的世界领先水平，增强民族自豪感。
【应用与拓展】 超导的应用前景 超导的应用具有十分诱人的前景。超导的应用大致可分为三类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。大电流应用即超导发电、输电和储能等；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。 组织学生自主学习、巡视、指导、答疑 自主学习、质疑 引导学生了解超导技术的应用前景。
自由讨论 本节的主要内容讲完了，同学还有哪些疑问，自由提问，小组讨论，自由抢答。 组织学生自由提问、讨论，或回答问题。 向老师提出自己的疑问、回答同学的问题。 通过思想的碰撞，发展学生质疑创新的核心素养。
归纳总结 本节巩固了电流、电阻等概念，新建构了电阻率、超导体、临界温度等概念，通过实验探究了金属导体电阻的规律，了解了电阻定律及其应用，还了解了超导现象及其应用，增强了家国情怀等。 归纳总结本节所学内容。 倾听、记忆 帮助学生巩固所学。
课后 提升 书面作业
实践活动
板书 设计 略。
评价 反馈 本节课堂上学生回答问题得到的分数，学生作业批改后将评语及时反馈给学生。
教学 反思 反思本节课是否让学生通过自主学习进行了预习？授课过程中是否考虑到新旧知识的衔接？是否注意由浅入深地进行引导？教学难点的处理方法是否恰当？是否调动了全体学生的学习积极性？是否采用了合作学习、探究学习的教学策略？是否给学生提供了思维方法指导？学生是否进行了动手实践活动？是否注重了学生正确价值观、爱国主义思想等的培养？思考自己的讲授、启发、提问、组织、指导、回答等方面有哪些需要改进的地方。
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