资源简介

3.2《 决定导体电阻大小的因素》课时教案
学科 物理 年级册别 高二上册 共1课时
教材 粤教版高中物理必修第三册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于粤教版高中物理必修第三册第三章“电路及其应用”的第二节，是学生在学习了欧姆定律之后，进一步探究电阻本质的关键环节。教材通过实验引导学生探究导体的电阻与长度、横截面积、材料和温度之间的关系，构建电阻定律的物理模型，并引出电阻率的概念。本节内容不仅是对欧姆定律的深化，也为后续学习闭合电路欧姆定律、电功率及非纯电阻电路打下基础，在整个电学知识体系中起着承上启下的作用。
学情分析
高二学生已具备一定的实验操作能力和逻辑思维能力，掌握了电流、电压、电阻的基本概念以及欧姆定律的计算方法。但在控制变量法的应用上仍存在理解偏差，对微观机制（如自由电子定向移动受阻）缺乏直观感知。此外，学生对“电阻率”这一抽象概念易与“电阻”混淆。其身心发展正处于抽象思维快速提升阶段，适合通过探究实验激发兴趣。主要学习障碍在于如何从多因素中分离单一变量进行科学探究。突破措施是设计阶梯式实验任务，结合生活实例（如电线粗细选择）增强感性认识，并借助动画模拟微观过程辅助理解。
课时教学目标
物理观念
1. 理解导体电阻是由其自身材料、长度、横截面积和温度共同决定的，掌握电阻定律的表达式 R = ρL/S 及其适用条件。
2. 理解电阻率 ρ 是反映材料导电性能的物理量，知道其单位和常见材料的电阻率数量级，能区分电阻与电阻率的概念差异。
科学思维
1. 能运用控制变量法设计实验方案，分析实验数据，归纳得出电阻与各因素的定量关系，发展归纳推理能力。
2. 能将宏观实验现象与微观自由电子运动受阻机制建立联系，形成从宏观到微观的物理建模能力。
科学探究
1. 经历“提出问题—设计实验—收集数据—分析论证—得出结论”的完整探究过程，提升实验设计与操作能力。
2. 能正确使用多用电表测电阻、游标卡尺测直径、刻度尺测长度，具备基本的实验仪器操作技能。
科学态度与责任
1. 在小组合作实验中培养实事求是、严谨细致的科学态度，尊重实验数据，敢于质疑异常结果。
2. 认识导体材料选择在电力输送、电子器件制造中的实际意义，体会物理学对工程技术发展的支撑作用。
教学重点、难点
重点
1. 通过实验探究得出导体电阻与长度、横截面积、材料的关系，掌握电阻定律表达式。
2. 理解电阻率的概念及其物理意义，能进行简单计算与比较。
难点
1. 理解电阻率是材料本身的属性，不随导体形状改变而变化，区别于电阻。
2. 实验中如何精确控制变量并减小误差，特别是接触电阻对测量结果的影响。
教学方法与准备
教学方法
实验探究法、情境创设法、合作学习法、讲授法
教具准备
不同长度、粗细的镍铬合金丝、铜丝若干，学生电源，滑动变阻器，电流表，电压表，开关，导线，多用电表，游标卡尺，刻度尺，PPT课件，微视频
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、生活情境引入，激发探究兴趣 （一）、展示实物，引发思考
教师手持两根外观相似但材质不同的导线（一根为细铜线，一根为粗镍铬丝），接入简单电路点亮小灯泡，明显观察到亮度不同。提问：“为什么同样是金属导线，灯泡亮度却不一样？这说明什么物理问题？”引导学生回忆电阻概念，意识到不同导体对电流阻碍作用不同。
（二）、提出核心问题链
进一步追问：“那么，导体的电阻大小究竟由哪些因素决定呢？如果我们想让一根导线的电阻变大或变小，可以怎么做？”鼓励学生结合生活经验大胆猜想，如“导线越长电阻越大”、“越粗的电线电阻越小”、“铜线比铁线导电好”等。教师将学生的猜想分类板书：长度L、横截面积S、材料种类、温度T。
（三）、明确探究任务
总结：“今天我们就化身‘电阻侦探’，通过科学实验逐一验证这些猜想，最终揭开决定导体电阻大小的秘密——这就是我们本节课的主题：《决定导体电阻大小的因素》。”同时在黑板上书写课题，营造探究氛围。 1. 观察实验现象，思考灯泡亮度差异的原因。
2. 基于生活经验提出影响电阻可能的因素。
3. 明确本节课的学习目标与探究任务。
4. 进入“电阻侦探”角色，激发探究欲望。
评价任务 猜想合理：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
参与积极：☆☆☆
设计意图 从生活现象出发，创设真实问题情境，激活学生已有认知，引发认知冲突，激发探究动机。通过角色代入（“电阻侦探”）增强课堂趣味性，使抽象的物理探究变得生动可感。
实验探究一：电阻与长度的关系
【10分钟】 一、设计并实施实验方案 （一）、引导设计控制变量法
教师提问：“要研究电阻与长度的关系，我们必须保证哪些条件不变？”引导学生明确必须控制材料、横截面积、温度相同，只改变长度。展示一组相同粗细、同种材料（镍铬合金）但长度分别为20cm、40cm、60cm的金属丝。
（二）、确定测量方法
提问：“我们如何测量导体的电阻？”引导学生回顾伏安法测电阻原理（R=U/I），说明本实验采用伏安法。教师演示连接电路：电源、开关、电流表、待测电阻丝、滑动变阻器（限流接法）、电压表并联在电阻丝两端。强调滑动变阻器作用是调节电流，获取多组数据。
（三）、组织分组实验
将学生分为6组，每组领取一套实验器材。发放实验记录表，要求记录每种长度下的电压U和电流I，计算电阻R。提醒注意事项：接线牢固避免接触电阻；通电时间不宜过长防止发热影响；读数时视线垂直表盘。
（四）、巡视指导
教师巡视各组，重点指导电路连接是否正确，电表量程选择是否合适，数据记录是否规范。对操作困难的小组及时介入，如帮助判断正负接线柱、纠正电压表并联错误等。 1. 小组讨论确定控制变量条件。
2. 观察教师演示，理解伏安法测电阻原理。
3. 动手连接电路，测量不同长度下的U、I值。
4. 记录数据并计算电阻R，填写实验表格。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据真实：☆☆☆
合作有序：☆☆☆
设计意图 通过引导学生自主设计实验方案，强化“控制变量法”这一核心科学方法的理解与应用。动手实践提升实验技能，培养团队协作能力。教师巡视确保实验安全与数据有效性，体现“做中学”的理念。
数据分析与结论
【5分钟】 一、处理数据，归纳规律 （一）、组织数据展示
邀请三组代表将实验数据投影展示，教师协助将长度L与电阻R的数据输入电子表格，生成L-R散点图。引导学生观察图像特征：是否呈直线？是否过原点？
（二）、引导数学建模
提问：“图像接近一条过原点的直线，说明R与L之间存在什么关系？”引导学生得出“R ∝ L”的结论。进一步追问：“如果长度变为原来的2倍，电阻大约变为多少？”结合数据验证比例关系。
（三）、建立物理表达式
教师总结：“实验表明，在材料、横截面积、温度不变时，导体的电阻与其长度成正比。”板书：R ∝ L。强调这是电阻定律的第一部分。 1. 观察图像，描述R与L的关系。
2. 回答教师提问，用数学语言表达正比关系。
3. 理解并记录结论R ∝ L。
4. 对比不同组数据，验证规律普适性。
评价任务 识图准确：☆☆☆
推理正确：☆☆☆
表达完整：☆☆☆
设计意图 通过可视化数据分析，帮助学生从具体数据中抽象出物理规律，发展科学推理能力。利用图像法直观呈现正比关系，符合高中生认知特点，强化“实验→数据→规律”的科学思维路径。
实验探究二：电阻与横截面积的关系
【10分钟】 一、迁移方法，自主探究 （一）、提出新问题
教师展示三根长度相同、材料相同（镍铬合金），但直径不同的电阻丝（如0.3mm、0.5mm、0.8mm）。提问：“现在我们要研究电阻与横截面积的关系，应该控制哪些变量不变？如何测量横截面积？”引导学生回答控制L、材料、T不变，S为变量。提示S=πd /4，可用游标卡尺测直径d。
（二）、组织测量与实验
每组领取三根不同直径的电阻丝，先用游标卡尺测量直径并计算S值，记录在表中。然后依次接入电路，测量每种情况下的U、I，计算R值。教师巡视指导游标卡尺的正确使用方法（如主尺与游标对齐读数），提醒学生注意多次测量取平均以减小误差。
（三）、引导分析图像
收集各组数据，教师汇总生成R-S图像和R-1/S图像。展示两个图像，提问：“哪个图像更接近直线？说明R与S之间存在什么关系？”引导学生发现R-1/S图像接近过原点的直线，从而得出R ∝ 1/S的结论。
（四）、深化理解
类比水流：横截面积越大，相当于水管越粗，水流越顺畅，阻力越小。同理，电子通过的“通道”越宽，阻碍越小，电阻越小。板书：R ∝ 1/S。 1. 明确实验变量控制条件。
2. 使用游标卡尺测量直径并计算S。
3. 测量不同S下的电阻值，记录数据。
4. 分析R-S与R-1/S图像，得出R ∝ 1/S。
评价任务 测量精准：☆☆☆
图像判断：☆☆☆
类比理解：☆☆☆
设计意图 通过迁移前一实验的方法，提升学生自主探究能力。引入R-1/S图像分析，培养学生处理非线性关系的能力。结合水流类比，将抽象电学概念具象化，帮助学生建立物理直觉。
探究三：电阻与材料的关系
【5分钟】 一、对比实验，引出电阻率 （一）、设计对比实验
教师提供长度和横截面积完全相同的一段铜丝和一段镍铬合金丝。提问：“如果我们将它们分别接入相同电路，测得的电阻会一样吗？”引导学生预测：不同材料导电性不同，电阻应不同。
（二）、演示实验验证
教师现场用多用电表欧姆挡分别测量两段导体的电阻，投影显示读数。明显可见，镍铬丝电阻远大于铜丝。提问：“这说明什么？”引导学生得出结论：在L、S相同条件下，电阻大小取决于材料本身。
（三）、引入电阻率概念
教师总结：“为了定量描述材料的导电性能，物理学引入了一个新物理量——电阻率，用符号ρ表示。”板书定义：在相同长度和横截面积下，材料的电阻越大，其电阻率越高。强调ρ是材料的属性，与导体形状无关。展示常见材料电阻率表（银、铜、铁、镍铬合金、橡胶等），让学生直观感受数量级差异。 1. 预测不同材料导体的电阻大小。
2. 观察教师演示实验结果。
3. 理解电阻率是材料本身的属性。
4. 查阅电阻率表，比较不同材料导电性。
评价任务 预测合理：☆☆☆
观察细致：☆☆☆
理解本质：☆☆☆
设计意图 通过直接对比实验，凸显材料对电阻的决定性影响。顺势引出电阻率概念，解决学生“为何不同材料导电性不同”的疑问。借助数据表增强感性认识，为理解电阻定律的完整性奠定基础。
规律整合与应用
【5分钟】 一、构建电阻定律 （一）、综合三组结论
教师回顾三个实验结论：R ∝ L，R ∝ 1/S，R ∝ ρ（材料）。提问：“能否将这三个关系合并成一个公式？”引导学生尝试写出 R ∝ ρL/S。教师补充比例系数，给出完整表达式：R = ρL/S。强调该式称为电阻定律，适用于温度不变的均匀导体。
（二）、讲解公式含义
逐项解释公式中各物理量：R为电阻（Ω），ρ为电阻率（Ω·m），L为长度（m），S为横截面积（m ）。强调ρ由材料和温度决定，与L、S无关。举例说明：将一根铜线拉长，L增大，S减小，ρ不变，故R显著增大。
（三）、简单应用练习
出示例题：一根长2m、横截面积为1×10 m 的铜导线，已知铜的电阻率ρ=1.7×10 Ω·m，求其电阻。引导学生代入公式计算：R = (1.7×10 × 2) / (1×10 ) = 3.4×10 Ω。强调单位统一的重要性。 1. 回顾实验结论，尝试归纳公式。
2. 理解电阻定律的物理意义和适用条件。
3. 掌握各物理量单位及公式变形。
4. 完成例题计算，巩固公式应用。
评价任务 公式掌握：☆☆☆
单位正确：☆☆☆
计算准确：☆☆☆
设计意图 将分散的实验结论整合为统一的物理规律，体现知识的系统性。通过讲解与例题，帮助学生掌握公式的数学形式与物理内涵，实现从实验现象到理论模型的升华。
作业设计
一、基础巩固
1. 判断下列说法是否正确，错误的请说明理由：
（1）导体的电阻与其长度成正比，与其横截面积成正比。（ ）
（2）电阻率大的材料，其制成的导体电阻一定大。（ ）
（3）将一根金属丝均匀拉长为原来的2倍，其电阻变为原来的4倍。（ ）
2. 一根镍铬合金线，在温度不变的情况下，下列情况中其电阻不变的是（ ）
A. 长度和横截面积都变为原来的一半
B. 长度和横截面积都变为原来的2倍
C. 长度变为原来的2倍，横截面积变为原来的一半
D. 长度变为原来的一半，横截面积变为原来的2倍
二、能力提升
3. 某电力公司计划铺设一条长10km、横截面积为50mm 的铝质输电线（ρ铝=2.9×10 Ω·m）。求该输电线的总电阻是多少欧姆？若输送电流为200A，求线路上的电压损失（即IR压降）为多少伏？
4. 科学家发现一种新型超导材料，在低温下电阻率为零。请结合电阻定律解释：为什么超导材料在电力传输中具有巨大优势？生活中还有哪些可能的应用场景？
【答案解析】
一、基础巩固
1. （1）错误。电阻与横截面积成反比。
（2）错误。电阻还与长度和横截面积有关。
（3）正确。拉长后L'=2L，S'=S/2（体积不变），则R' = ρ(2L)/(S/2) = 4ρL/S = 4R。
2. B。根据R = ρL/S，当L和S都变为2倍时，R不变。
二、能力提升
3. L=10km=1×10 m，S=50mm =5×10 m ，ρ=2.9×10 Ω·m
R = ρL/S = (2.9×10 × 1×10 ) / (5×10 ) = 5.8Ω
电压损失 ΔU = IR = 200A × 5.8Ω = 1160V
4. 因ρ=0，由R=ρL/S得R=0，故无电能损耗，可实现远距离无损输电。应用场景：磁悬浮列车、核磁共振成像（MRI）、高效电机、量子计算机等。
板书设计
3.2 决定导体电阻大小的因素
【左侧】实验探究：
1. R ∝ L （S、材料、T 不变）
2. R ∝ 1/S （L、材料、T 不变）
3. R ∝ ρ （L、S、T 不变）
【中间】→ 综合 →
【右侧】电阻定律：
R = ρL/S
R：电阻（Ω）
ρ：电阻率（Ω·m）——材料属性
L：长度（m）
S：横截面积（m ）
【下方】生活启示：
选材（铜/铝）→ 降损耗
加粗 → 减电阻
降温 → 提效率（超导）
教学反思
成功之处
1. 以“电阻侦探”为主线故事贯穿全课，情境生动，有效激发了学生探究兴趣，课堂参与度高。
2. 实验设计层层递进，从教师引导到学生自主，充分体现了“做中学”理念，学生动手能力与科学思维得到有效锻炼。
3. 板书结构清晰，图文结合，突出核心公式与物理量关系，便于学生形成知识网络。
不足之处
1. 部分小组在使用游标卡尺时读数误差较大，今后需增加测量技能培训环节。
2. 对电阻率微观机制（如晶格振动对电子散射）解释不够深入，可补充微视频辅助理解。
3. 时间分配略显紧张，最后的应用拓展环节未能充分展开，可考虑拆分为两课时。

展开更多......

收起↑