第六節(jié)、導體的電阻教學目標一、知識和能力1、能敘述電阻定律，寫出表達式。2、能敘述電阻率的意義，能說出金屬導體、半導體材料的電阻率隨溫度的變化規(guī)律，了解電阻率和溫度有關。二、過程和方法1、通過設計和操作實驗，學會應用控制變量法來進行研究的方法。2、通過分析處理數(shù)據(jù)，培養(yǎng)學生邏輯思維能力和分析問題解決問題的能力。3、通過研究各材料的電阻率表格，培養(yǎng)學生收集信息、綜合分析獲取知識的能力。三、情感和價值觀1、培養(yǎng)學生熱愛科學，激發(fā)學生努力探索未知的激情。2、培養(yǎng)學生團結(jié)協(xié)作精神。教學重點電阻定律的得出教學難點電阻率的概念教學過程情景引入：可以給出投影，兩只不同的燈泡亮暗情況不一樣。為什么？可以得出結(jié)論：電阻不一樣，那么，電阻的阻值和哪些因素有關，以及具體是什么關系？這就是我們這節(jié)課需要探討的問題。新課教學：知識點一：游標卡尺和螺旋測微器一：游標卡尺游標卡尺是一種測量長度、內(nèi)外徑、深度的量具。游標卡尺由主尺和附在主尺上能滑動的游標兩部分構(gòu)成。若從背面看，游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片，利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘，可將游標固定在尺身上的任意位置。主尺一般以毫米為單位，而游標上則有10、20或50個分格，根據(jù)分格的不同，游標卡尺可分為十分度游標卡尺、二十分度游標卡尺、五十分度格游標卡尺等。游標卡尺的主尺和游標上有兩副活動量爪，分別是內(nèi)測量爪和外測量爪，內(nèi)測量爪通常用來測量內(nèi)徑，外測量爪通常用來測量長度和外徑。深度尺與游標尺連在一起，可以測槽和筒的深度。1992年5月在揚州市西北8公里的邗江縣甘泉鄉(xiāng)（今邗江區(qū)甘泉鎮(zhèn)）順利清理了一座東漢早期的磚室墓，從墓中出土了一件銅卡尺（見圖），此銅卡尺由固定尺和活動尺等部件構(gòu)成。固定尺通長13.3厘米，固定卡爪長5.2厘米、寬0.9厘米、厚0.5厘米。固定尺上端有魚形柄，長13厘米，中間開一導槽，槽內(nèi)置一能旋轉(zhuǎn)調(diào)節(jié)的導銷，循著導槽左右移動。在活動尺和活動卡爪間接一環(huán)形拉手，便于系繩或抓握。兩個爪相并時，固定尺與活動尺等長。使用時，將左手握住魚形柄，右手牽動環(huán)形拉手，左右拉動，以測工件。用此量具既可測器物的直徑，又可測其深度以及長、寬、厚，均較直尺方便和精確。惜因年代久遠，其固定尺和活動尺上的計量刻度和紀年銘文，已銹蝕難以辨認。\o"查看圖片"

東漢原始銅卡尺的出土，糾正了世人過去認為游標卡尺乃是歐美科學家發(fā)明的觀念。英國在1973年出版的《英國百科全書》第10卷402頁，記述游標卡尺是法國數(shù)學家“PierreVernier”【維尼爾·皮】公元1580－1637年在1631年發(fā)明的。游標卡尺的工作原理游標卡尺是工業(yè)上常用的測量長度的儀器，它由尺身及能在尺身上滑動的游標組成，如圖2.3-1所示。若從背面看，游標是一個整體。游標與尺身之間有一彈簧片（圖中未能畫出），利用彈簧片的彈力使游標與尺身靠緊。游標上部有一緊固螺釘，可將游標固定在尺身上的任意位置。尺身和游標都有量爪，利用內(nèi)測量爪可以測量槽的寬度和管的內(nèi)徑，利用外測量爪可以測量零件的厚度和管的外徑。深度尺與游標尺連在一起，可以測槽和筒的深度。尺身和游標尺上面都有刻度。以準確到0.1毫米的游標卡尺為例，尺身上的最小分度是1毫米，游標尺上有10個小的等分刻度，總長9毫米，每一分度為0.9毫米，比主尺上的最小分度相差0.1毫米。量爪并攏時尺身和游標的零刻度線對齊，它們的第一條刻度線相差0.1毫米，第二條刻度線相差0.2毫米，……，第10條刻度線相差1毫米，即游標的第10條刻度線恰好與主尺的9毫米刻度線對齊。當量爪間所量物體的線度為0.1毫米時，游標尺向右應移動0.1毫米。這時它的第一條刻度線恰好與尺身的1毫米刻度線對齊。同樣當游標的第五條刻度線跟尺身的5毫米刻度線對齊時，說明兩量爪之間有0.5毫米的寬度，……，依此類推。在測量大于1毫米的長度時，整的毫米數(shù)要從游標“0”線與尺身相對的刻度線讀出。游標卡尺的使用用軟布將量爪擦干凈，使其并攏，查看游標和主尺身的零刻度線是否對齊。如果對齊就可以進行測量：如沒有對齊則要記取零誤差：游標的零刻度線在尺身零刻度線右側(cè)的叫正零誤差，在尺身零刻度線左側(cè)的叫負零誤差（這件規(guī)定方法與數(shù)軸的規(guī)定一致，原點以右為正，原點以左為負）。測量時，右手拿住尺身，大拇指移動游標，左手拿待測外徑（或內(nèi)徑）的物體，使待測物位于外測量爪之間，當與量爪緊緊相貼時，即可讀數(shù).游標卡尺的讀數(shù)讀數(shù)時首先以游標零刻度線為準在尺身上讀取毫米整數(shù)，即以毫米為單位的整數(shù)部分。然后看游標上第幾條刻度線與尺身的刻度線對齊，如第6條刻度線與尺身刻度線對齊，則小數(shù)部分即為0.6毫米（若沒有正好對齊的線，則取最接近對齊的線進行讀數(shù)）。如有零誤差，則一律用上述結(jié)果減去零誤差（零誤差為負，相當于加上相同大小的零誤差），讀數(shù)結(jié)果為：L=整數(shù)部分+小數(shù)部分－零誤差判斷游標上哪條刻度線與尺身刻度線對準，可用下述方法：選定相鄰的三條線，如左側(cè)的線在尺身對應線之右，右側(cè)的線在尺身對應線之左，中間那條線便可以認為是對準了L=對準前刻度+游標上第n條刻度線與尺身的刻度線對齊*（乘以）分度值如果需測量幾次取平均值，不需每次都減去零誤差，只要從最后結(jié)果減去零誤差即可。游標卡尺的精度常用游標卡尺按其精度可分為3種：即0.1毫米、0.05毫米和0.02毫米。精度為0.05毫米和0.02毫米的游標卡尺。它們的工作原理和使用方法與本書介紹的精度為0.1毫米的游標卡尺相同。精度為0.05毫米的游標卡尺的游標上有20個等分刻度，總長為19毫米。測量時如游標上第11根刻度線與主尺對齊，則小數(shù)部分的讀數(shù)為11/20毫米=0.55毫米，如第12根刻度線與主尺對齊，則小數(shù)部分讀數(shù)為12/20毫米=0.60毫米。一般來說，游標上有n個等分刻度，它們的總長度與尺身上（n－1）個等分刻度的總長度相等，若游標上最小刻度長為x，主尺上最小刻度長為y則nx=（n－1）y，x=y－（y/n）主尺和游標的最小刻度之差為Δx=y－x=y/ny/n叫游標卡尺的精度，它決定讀數(shù)結(jié)果的位數(shù)。由公式可以看出，提高游標卡尺的測量精度在于增加游標上的刻度數(shù)或減小主尺上的最小刻度值。一般情況下y為1毫米，n取10、20、50其對應的精度為0.1，0.05毫米、0.02毫米。精度為0.02毫米的機械式游標卡尺由于受到本身結(jié)構(gòu)精度和人的眼睛對兩條刻線對準程度分辨力的限制，其精度不能再提高。游標卡尺的使用用軟布將量爪擦干凈，使其并攏，查看游標和主尺身的零刻度線是否對齊。如果對齊就可以進行測量；如沒有對齊則要記取零誤差：游標的零刻度線在尺身零刻度線右側(cè)的叫正零誤差，在尺身零刻度線左側(cè)的叫負零誤差（這件規(guī)定方法與數(shù)軸的規(guī)定一致，原點以右為正，原點以左為負）。測量時，右手拿住尺身，大拇指移動游標，左手拿待測外徑（或內(nèi)徑）的物體，使待測物位于外測量爪之間，當與量爪緊緊相貼時，即可讀數(shù)。游標卡尺的保管游標卡尺使用完畢，用棉紗擦拭干凈。長期不用時應將它擦上黃油或機油，兩量爪合攏并擰緊緊固螺釘，放入卡尺盒內(nèi)蓋好。游標卡尺有0.1毫米（游標尺上標有10個等分刻度）、0.05毫米（游標尺上標有20個等分刻度）、和0.02毫米（游標尺上標有50個等分刻度）、0.01毫米（游標尺上標有100個等分刻度）4種最小讀數(shù)值注意事項1．游標卡尺是比較精密的測量工具，要輕拿輕放，不得碰撞或跌落地下。使用時不要用來測量粗糙的物體，以免損壞量爪，避免與刃具放在一起，以免刃具劃傷游標卡尺的表面，不使用時應置于干燥中性的地方，遠離酸堿性物質(zhì)，防止銹蝕。2．測量時，應先擰松緊固螺釘，移動游標不能用力過猛。兩量爪與待測物的接觸不宜過緊。不能使被夾緊的物體在量爪內(nèi)挪動。3．讀數(shù)時，視線應與尺面垂直。如需固定讀數(shù)，可用緊固螺釘將游標固定在尺身上，防止滑動。4．實際測量時，對同一長度應多測幾次，取其平均值來減少偶然誤差二：螺旋測微器螺旋測微器又稱千分尺（micrometer）、螺旋測微儀、分厘卡，是比游標卡尺更精密的測量長度的工具，用它測長度可以準確到0.01mm，測量范圍為幾個厘米。它的一部分加工成螺距為0.5mm的螺紋，當它在固定套管B的螺套中轉(zhuǎn)動時，將前進或后退，活動套管C和螺桿連成一體，其周邊等分成50個分格。螺桿轉(zhuǎn)動的整圈數(shù)由固定套管上間隔0.5mm的刻線去測量，不足一圈的部分由活動套管周邊的刻線去測量。螺旋測微器的分類螺旋測微器分為機械式千分尺和電子千分尺兩類。①機械式千分尺。簡稱千分尺，是利用精密螺紋副原理測長的手攜式通用長度測量工具。1848年，法國的J.L.帕爾默取得外徑千分尺的專利。1869年，美國的J.R.布朗和L.夏普等將外徑千分尺制成商品，用于測量金屬線外徑和板材厚度。千分尺的品種很多。改變千分尺測量面形狀和尺架等就可以制成不同用途的千分尺，如用于測量內(nèi)徑、螺紋中徑、齒輪公法線或深度等的千分尺。②電子千分尺。也叫數(shù)顯千分尺，測量系統(tǒng)中應用了光柵測長技術和集成電路等。電子千分尺是20世紀70年代中期出現(xiàn)的，用于外徑測量。\o"查看圖片"

一種電子千分尺(螺旋測微器)分類介紹1.游標讀數(shù)外徑千分尺用于普通的外徑測量2.小頭外徑千分尺適用于測量鐘表精密零件3.尖頭外徑千分尺它的結(jié)構(gòu)特點是兩測量面為45°椎體形的尖頭。它適用于測量小溝槽，如鉆頭、直立銑刀、偶數(shù)槽絲錐的溝槽直徑及鐘表齒輪齒根圓直徑尺寸等。4.壁厚千分尺特點是有球形測量面和平側(cè)量面及特殊形狀的尺架，適用于測量管材壁厚的外徑千分尺。5.板厚千分尺板厚千分尺是指具有球形側(cè)量面合平側(cè)兩面及特殊形狀的尺架，適用于測量板材厚度的外徑千分尺。6.帶測微表頭千分尺它的結(jié)構(gòu)特點是，由測微頭代替普通外徑千分尺的固定測砧。用它對同一尺寸的工件進行分選檢查很方便，而且示值比較穩(wěn)定。測量范圍有0-25mm、25-50mm、50-75mm和75-100mm四種。它主要用于尺寸比較測量。7.大平面?zhèn)阮^千分尺其測量面直徑比較大(12.5mm)，并可以更換，故測量面與被測工件間的壓強較小。適用于測量彈性材料或軟金屬制件，如金屬po箔片、橡膠和紙張等的厚度尺寸。8.大尺寸千分尺其特點是可跟換測砧或可調(diào)整測杠，這對減少千分尺數(shù)量、擴大千分尺的使用范圍是有好處的。9.翻字式讀數(shù)外徑千分尺在微分筒上開有小窗口，顯示0.1mm讀數(shù)10.電子數(shù)字顯示式外徑千分尺是指利用電子測量、數(shù)字顯示及螺旋副原理對尺架上兩測量面間分隔的距離進行讀數(shù)的外徑千分尺。螺旋測微器的組成\o"查看圖片"

螺旋測微器組成部分圖解圖上A為測桿，它的活動部分加工成螺距為0.5mm的螺桿，當它在固定套管B的螺套中轉(zhuǎn)動一周時，螺桿將前進或后退0.5毫米，螺套周邊有50個分格。大于0.5毫米的部分由主尺上直接讀出，不足0.5毫米的部分由活動套管周邊的刻線去測量。所以用螺旋測微器測量長度時，讀數(shù)也分為兩步，即（1）從活動套管的前沿在固定套管的位置，讀出主尺數(shù)（注意0.5毫米的短線是否露出）。（2）從固定套管上的橫線所對活動套管上的分格數(shù)，讀出不到一圈的小數(shù)，二者相加就是測量值。螺旋測微器的尾端有一裝置D，擰動D可使測桿移動，當測桿和被測物相接后的壓力達到某一數(shù)值時，棘輪將滑動并有咔咔的響聲，活動套管不再轉(zhuǎn)動，測桿也停止前進，這時就可以讀數(shù)了。不夾被測物而使測桿和小砧E相接時，活動套管上的零線應當剛好和固定套管上的橫線對齊。實際操作過程中，由于使用不當，初始狀態(tài)多少和上述要求不符，即有一個不等于零的讀數(shù)。所以，在測量時要先看有無零誤差，如果有，則須在最后的讀數(shù)上去掉零誤差的數(shù)值。螺旋測微器原理和使用螺旋測微器是依據(jù)螺旋放大的原理制成的，即螺桿在螺母中旋轉(zhuǎn)一周，螺桿便沿著旋轉(zhuǎn)軸線方向前進或后退一個螺距的距離。因此，沿軸線方向移動的微小距離，就能用圓周上的讀數(shù)表示出來。螺旋測微器的精密螺紋的螺距是0.5mm，可動刻度有50個等分刻度，可動刻度旋轉(zhuǎn)一周，測微螺桿可前進或后退0.5mm，因此旋轉(zhuǎn)每個小分度，相當于測微螺桿前進或推后0.5/50=0.01mm。可見，可動刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋測微器可準確到0.01mm。由于還能再估讀一位，可讀到毫米的千分位，故又名千分尺。\o"查看圖片"

測量時，當小砧和測微螺桿并攏時，可動刻度的零點若恰好與固定刻度的零點重合，旋出測微螺桿，并使小砧和測微螺桿的面正好接觸待測長度的兩端，注意不可用力旋轉(zhuǎn)否則測量不準確，馬上接觸到測量面時慢慢旋轉(zhuǎn)左右面的小型旋鈕直至傳聲咔咔的響聲，那么測微螺桿向右移動的距離就是所測的長度。這個距離的整毫米數(shù)由固定刻度上讀出，小數(shù)部分則由可動刻度讀出。使用中的注意事項①測量時，在測微螺桿快靠近被測物體時應停止使用旋鈕，而改用微調(diào)旋鈕，避免產(chǎn)生過大的壓力，既可使測量結(jié)果精確，又能保護螺旋測微器。②在讀數(shù)時，要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻線是否已經(jīng)露出。③讀數(shù)時，千分位有一位估讀數(shù)字，不能隨便扔掉，即使固定刻度的零點正好與可動刻度的某一刻度線對齊，千分位上也應讀取為“0”。④當小砧和測微螺桿并攏時，可動刻度的零點與固定刻度的零點不相重合，將出現(xiàn)零誤差，應加以修正，即在最后測長度的讀數(shù)上去掉零誤差的數(shù)值。螺旋測微器的正確使用和保養(yǎng)1.檢查零位線是否準確；2.測量時需把工件被測量面擦干凈；3.工件較大時應放在V型鐵或平板上測量；4.測量前將測量桿和砧座擦干凈；5.擰活動套筒時需用棘輪裝置；6.不要擰松后蓋，以免造成零位線改變；7.不要在固定套筒和活動套筒間加入普通機油；8.用后擦凈上油，放入專用盒內(nèi)，置于干燥處。知識點二：導體的電阻一、實驗探究1、探究目的：探究導體電阻和哪些因素有關（材料、長度、橫截面積），及定性關系式。2、科學猜想：引導學生由生活中的現(xiàn)象猜想，歸納學生猜想：3、研究方法：控制變量法（通過與牛二定律研究方法類比、遷移）4、實驗操作：a.學生連接電路b.教師演示，學生讀數(shù)并記錄表中c.控制變量完成操作5、分析數(shù)據(jù)：先定性觀察：R與材料、長度、橫截面積有關。，（評述：通過從猜想→研究方法→實驗操作等一系列探索過程，將學習者始終置于探索者的位置，使學習過程成為“再發(fā)現(xiàn)”或“重新發(fā)現(xiàn)”的過程。以此，讓學生掌握獲取知識的方法，發(fā)展思維能力。）二、邏輯推理1、分析導體電阻與它的長度的關系一條長度為、電阻為R的導體，可以看成是由段長度同為、電阻同為的導體串聯(lián)而成的，這段導體的材料、橫截面積都相同?？傞L度與每段長度的關系為另一方面，由串聯(lián)電路的性質(zhì)可知，，即,對比兩式，可知：即在橫截面積、材料相同的條件下，導體的電阻與長度成正比。2、研究導體電阻與它的橫截面積的關系有條導體，它們的長度相同、材料相同、橫截面積相同。橫截面積同為、電阻同為。把它們緊緊地束在一起，組成一根橫截面積為、電阻為的導體。由并聯(lián)電路的性質(zhì)可知，，即，同時，所以即在長度、材料相同的條件下，導體的電阻與橫截面積成反比。三、導體的電阻1、電阻定律內(nèi)容：導體的電阻與它的長度成正比，與它的橫截面積成反比，導體電阻還與構(gòu)成它的材料有關。寫成式子形式，R∝L/S寫成比例形式，R=KL/S分析比例常數(shù)的意義。在實驗中也發(fā)現(xiàn)，即使L、S都相同，若材料不同，則電阻也不同，可見比例常數(shù)和材料有關，同時，對同一材料來說，比例常數(shù)相同，對不同材料來說，比例常數(shù)不同。它是反映材料本身性質(zhì)的物理量，我們把它定義為電阻率，并用一個專門的字母ρ表示。所以，公式可寫成：2、公式：R=ρL/s分析：當L、S一定時，ρ越大，R越大，即導電性能越差；反之，導電性能越好所以，電阻率是反映導電性能好壞的物理量3、電阻率ρ(1)反映了材料導電性能的好壞提問：對某一材料來說，ρ的數(shù)值等于多少？我們可以怎樣來測量？教師總結(jié)：由R=ρL/s可得，ρ=RS/L,可以得出某材料的電阻率在數(shù)值上就等于用該材料制成的長為1米、橫截面積為1平方米的導體的電阻（2）大小等于l=1m,S=1m2（3）單位：Ω·m材料ρ/Ω·m材料ρ/Ω·m銀1.6×10-8鐵1.0×10-7銅1.7×10-8錳銅合金4.4×10-7鋁2.9×10-8鎳銅合金5.0×10-7鎢5.3×10-8鎳鉻合金1.0×10-6錳銅合金：85%銅，3%鎳，12%錳。鎳銅合金：54%銅，46%鎳。.鎳鉻合金：67.5%鎳，15%鉻，16%鐵，1.5%錳。學生思考：（1）金屬與合金哪種材料的電阻率大？（2）制造輸電電纜和線繞電阻時，怎樣選擇材料的電阻率？4、電阻率與溫度的關系演示實驗：將日光燈燈絲（額定功率為8W）與演示用歐姆表調(diào)零后連接成圖電路，觀察用酒精燈加熱燈絲前后，歐姆表示數(shù)的變化情況。學生總結(jié)：當溫度升高時，歐姆表的示數(shù)變大，表明金屬燈絲的電阻增大，從而可以得出：金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大。教師：介紹電阻溫度計的主要構(gòu)造、工作原理。如圖所示。學生思考：錳銅合金和鎳銅合金的電阻率隨溫度變化極小，怎樣利用它們的這種性質(zhì)？解答：利用它們的這種性質(zhì)，常用來制作標準電阻。四、測定金屬的電阻率1、實驗目的：學會用伏安法測量電阻的阻值，測定金屬的電阻率。2、實驗原理：用刻度尺測一段金屬導線的長度L，用螺旋測微器測導線的直徑d，用伏安法測導線的電阻R，根據(jù)電阻定律，金屬的電阻率ρ=RS/L=πd2R/43、實驗器材：金屬絲、千分尺、安培表、伏特表、（3伏）電源、（20Ω）滑動變阻器、電鍵一個、導線幾根VRASE圖1【點撥】VRASE圖14、實驗步驟（1）用螺旋測微器三次測量導線不同位置的直徑取平均值D求出其橫截面積S=πD2/4.（2）將金屬絲兩端固定在接線柱上懸空掛直，用毫米刻度米尺測量接入電路的金屬絲長度L，測三次，求出平均值L。（3）根據(jù)所選測量儀器和選擇電路的原則畫好電路圖1，然后依電路圖按順序給實物連線并將滑動變阻器的阻值調(diào)到最大。點撥：為避免接線交叉和正負極性接錯，接線順序應遵循：電源正極→電鍵（斷開狀態(tài)）→滑動變阻器→用電器→安培表正極→安培表負極→電源負極，最后將伏特表并接在待測電路的兩端，即先接干路，后接支路。（4）檢查線路無誤后閉合電鍵，調(diào)節(jié)滑動變阻器讀出幾組I、U值，分別計算電阻R再求平均值，設計表格把多次測量的D、L、U、I記下來。【點撥】測量時通過金屬絲的電流應控制在1.00A以下，本實驗由于安培表量程0~0.60A，每次通電時間應盡量短（以能讀取電表數(shù)據(jù)為準），讀數(shù)完畢立即斷開電鍵S，防止溫度升高使金屬絲長度和電阻率發(fā)生明顯變化。計算時，務必算出每次的電阻值再求平均值，不能先分別求電壓U和電流I的平均值，再由歐姆定律得平均值，否則會