凌楚楚和凤惜爵全文:高中高二人教版物理上册全册教案下载

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气体实验定律的微观解释
一、教学目标
1、知识目标：
（1）能用气体分子动理论解释气体压强的微观意义，并能知道气体的压强、温度、体积与所对应的微观物理量间的相关联系．
（2）能用气体分子动理论解释三个气体实验定律．
2、能力目标：通过让学生用气体分子动理论解释有关的宏观物理现象，培养学生的微观想象能力和逻辑推理能力，并渗透“统计物理”的思维方法．
3、情感目标：通过对宏观物理现象与微观粒子运动规律的分析，对学生渗透“透过现象看本质”的哲学思维方法．
二、重点、难点分析
1、用气体分子动理论来解释气体实验定律是本节课的重点，它是本节课的核心内容．
2、气体压强的微观意义是本节课的难点，因为它需要学生对微观粒子复杂的运动状态有丰富的想象力．
三、教具
计算机控制的大屏幕显示仪；自制的显示气体压强微观解释的计算机软件．
四、主要教学过程
（一）引入新课
先设问：气体分子运动的特点有哪些？
答案：特点是：（1）气体间的距离较大，分子间的相互作用力十分微弱，可以认为气体分子除相互碰撞及与器壁碰撞外不受力作用，每个分子都可以在空间自由移动，一定质量的气体的分子可以充满整个容器空间．（2）分子间的碰撞频繁，这些碰撞及气体分子与器壁的碰撞都可看成是完全弹性碰撞．气体通过这种碰撞可传递能量，其中任何一个分子运动方向和速率大小都是不断变化的，这就是杂乱无章的气体分子热运动．（3）从总体上看气体分子沿各个方向运动的机会均等，因此对大量分子而言，在任一时刻向容器各个方向运动的分子数是均等的．（4）大量气体分子的速率是按一定规律分布，呈“中间多，两头少”的分布规律，且这个分布状态与温度有关，温度升高时，平均速率会增大．
今天我们就是要从气体分子运动的这些特点和规律来解释气体实验定律．
（二）教学过程设计
1、关于气体压强微观解释的教学
首先通过设问和讨论建立反映气体宏观物理状态的温度（T）、体积（V）与反映气体分子运动的微观状态物理量间的联系：
温度是分子热运动平均动能的标志，对确定的气体而言，温度与分子运动的平均速率有关，温度越高，反映气体分子热运动的平均速率（ ）越大．
体积影响到分子密度（即单位体积内的分子数），对确定的一定质量的理想气体而言，分子总数N是一定的，当体积为V时，单位体积内的分子数 与体积V成反比，即体积越大时，反映气体分子的密度n越小．
然后再设问：气体压强大小反映了气体分子运动的哪些特征呢？
这应从气体对容器器壁压强产生的机制来分析．
先让学生看用计算机模拟气体分子运动撞击器壁产生压强的机制：
首先用计算机软件在大屏幕上显示出如图1所示的图形：
向同学介绍：如图所示是一个一端用活塞（此时表示活塞部分的线条闪烁3～5次）封闭的气缸，活塞用一弹簧与一固定物相连，活塞与气缸壁摩擦不计，当气缸内为真空时，弹簧长为原长．如果在气缸内密封了一定质量的理想气体．由于在任一时刻气体分子向各方向上运动的分子数相等，为简化问题，我们仅讨论向活塞方向运动的分子．大屏幕上显示图2，即图中显示的仅为总分子数的 ，（图中显示的“分子”暂呈静态）先看其中一个（图2中涂黑的“分子”闪烁2～3次）分子与活塞碰撞情况，（图2中涂黑的“分子”与活塞碰撞且以原速率反弹回来，活塞也随之颤抖一下，这样反复演示3～5次）再看大量分子运动时与活塞的碰撞情况：
大屏幕上显示“分子”都向活塞方向运动，对活塞连续不断地碰撞，碰后的“分子”反弹回来，有的返回途中与别的“分子”相撞后改变方向，有的与活塞对面器壁相碰改变方向，但都只显示垂直于活塞表面的运动状态，而活塞被挤后有一个小的位移，且相对稳定，如图3所示的一个动态画面．时间上要显示15～30秒定格一次，再动态显示15～30秒，再定格．
得出结论：由此可见气体对容器壁的压强是大量分子对器壁连续不断地碰撞所产生的．
进一步分析：若每个分子的质量为m，平均速率为v，分子与活塞的碰撞是完全弹性碰撞，则在这一分子与活塞碰撞中，该分子的动量变化为2mv，即受的冲量为2mv，根据牛顿第三定律，该分子对活塞的冲量也是2mv，那么在一段时间内大量分子与活塞碰撞多少次，活塞受到的总冲量就是2mv的多少倍，单位时间内受到的总冲量就是压力，而单位面积上受到的压力就是压强．由此可推出：气体压强一方面与每次碰撞的平均冲量2mv有关，另一方面与单位时间内单位面积受到的碰撞次数有关．对确定的一定质量的理想气体而言，每次碰撞的平均冲量，2mv由平均速率v有关，v越大则平均冲量就越大，而单位时间内单位面积上碰撞的次数既与分子密度n有关，又与分子的平均速率有关，分子密度n越大，v也越大，则碰撞次数就越多，因此从气体分子动理论的观点看，气体压强的大小由分子的平均速率v和分子密度n共同决定，n越大，v也越大，则压强就越大．
2、用气体分子动理论解释实验三定律
（1）教师引导、示范，以解释玻意耳定律为例教会学生用气体分子动理论解释实验定律的基本思维方法和简易符号表述形式．
范例：用气体分子动理论解释玻意耳定律．
一定质量（m）的理想气体，其分子总数（N）是一个定值，当温度（T）保持不变时，则分子的平均速率（v）也保持不变，当其体积（V）增大几倍时，则单位体积内的分子数（n）变为原来的几分之一，因此气体的压强也减为原来的几分之一；反之若体积减小为原来的几分之一，则压强增大几倍，即压强与体积成反比．这就是玻意耳定律．
书面符号简易表述方式：
小结：基本思维方法（详细文字表述格式）是：依据描述气体状态的宏观物理量（m、p、V、T）与表示气体分子运动状态的微观物理量（N、n、v）间的相关关系，从气体实验定律成立的条件所述的宏观物理量（如m一定和T不变）推出相关不变的微观物理量（如N一定和v不变），再根据宏观自变量（如V）的变化推出有关的微观量（如n）的变化，再依据推出的有关微观量（如v和n）的变与不变的情况推出宏观因变量（如p）的变化情况，结论是否与实验定律的结论相吻合．若吻合则实验定律得到了微观解释．
（2）让学生体验上述思维方法：每个人都独立地用书面详细文字叙述和用符号简易表述的方法来对查理定律进行微观解释，然后由平时物理成绩较好的学生口述，与下面正确答案核对．
书面或口头叙述为：一定质量（m）的气体的总分子数（N）是一定的，体积（V）保持不变时，其单位体积内的分子数（n）也保持不变，当温度（T）升高时，其分子运动的平均速率（v）也增大，则气体压强（p）也增大；反之当温度（T）降低时，气体压强（p）也减小．这与查理定律的结论一致．
用符号简易表示为：
（3）让学生再次练习，用气体分子动理论解释盖·吕萨克定律．再用更短的时间让学生练习详细表述和符号表示，然后让物理成绩为中等的或较差的学生口述自己的练习，与下面标准答案核对．
一定质量（m）的理想气体的总分子数（N）是一定的，要保持压强（p）不变，当温度（T）升高时，全体分子运动的平均速率v会增加，那么单位体积内的分子数（n）一定要减小（否则压强不可能不变），因此气体体积（V）一定增大；反之当温度降低时，同理可推出气体体积一定减小．这与盖·吕萨克定律的结论是一致的．
用符号简易表示为：
（三）课堂小结
1、本节课我们首先明确了气体状态参量与相关的气体分子运动的微观物理量间的关系着重从气体分子动理论的观点认识到气体对容器壁的压强是大量分子连续不断地对器壁碰撞产生的，且由分子的平均速率和分子密度共同决定其大小．
2、本节课我们重点学习了用气体分子动理论的观点来解释气体三个实验定律的方法．
五、说明
1、本节课设计用计算机模拟气体分子对器壁碰撞而产生压强是为了使学生有一点感性认识，帮助学生想象，其中有两点需要说明，一是弹簧的形变（活塞的位移）说明活塞受到了压力，二是图中所示的“分子”数只是示意图，其“大量”的含义是无法（也没必要）用具体图形表示．
2、本节课用气体分子动理论解释实验定律的侧重点在于教会学生“解释”的方法，它是一种从宏观到微观，又由微观到宏观的有序而又严密的推理．因此对三个定律解释方式是先教师示范，讲清方法，再让学生独立思考，自行体验，最后反复练习，熟练掌握．既采用详细表述又用符号简易表示，其目的也是为了训练学生既严密又简练的逻辑思维．
3、由于温度只是气体分子平均动能的标志，它与分子平均速率v只能推出定性的相关关系，中学阶段无法得到定量的相关关系，因此对查理定律和盖·吕萨克定律也只能进行定性解释，不能定量的推出正比关系．

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第 2 楼

第十四章　恒定电流
14．1  欧姆定律
一、教学目标
1．理解产生电流的条件；掌握电流强度的定义、公式，并应用于实际问题；了解直流电和恒定电流
2．熟练掌握欧姆定律及其表达式I=U/R，明确欧姆定律的适用条件。
3．知道电阻的定义及定义式R=U/I；
4．使学生正确理解伏安特性曲线的物理意义
二、教学重点、难点分析
1．重点：欧姆定律的理解
2．难点：电阻的伏安特性曲线
3．疑点：由电阻定义式R=U/I，少数学生会产生电阻由电压和电流决定的想法。
4．解决方法：对重点和难点的解决有
（1）有条件的学校采取通过学校分组实验→数据分析→结论，加强感性认识，有利于定律的理解。
（2）关于电阻伏安特性结合数学知识，并尽可能举实例加强对知识的深化。
（3）关于疑点的出现，这是正常的，教师应借此机会，巧妙为下节课电阻定律作铺垫。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教    具：小灯泡、干电池电线若干。伏特表（演示） 安培表（演示） 滑动变阻器学生电源
待测电阻（约10Ω～30Ω两只） 晶体二极管 导线若干 电键
五、教学过程：
（一）引入新课
前面我们已学习了电场，电场对放入其中的电荷有力的作用，促使电荷移动，知道电荷的定向移动形成电流。由于电流与我们生活很密切，所以我们有必要去认识它，这节课我们将在初中的基础上对电流作进一步了解。
【板书】第一节  欧姆定律
（二）进行新课
【板书】1、电流
众所周知，人们对电路知识和规律的认识与研究，也如对其他科技知识的认识与研究一样，都经历了漫长的、曲折的过程。
18世纪末，意大利著名医生伽伐尼受偶然发现的启迪，经进一步研究后，已能利用两种不同的金属与青蛙腿相接触而引起肌肉痉挛，于是伽伐尼电池诞生了。但他对此并不理解，认为这是青蛙体内产生了“动物电”。
伽伐尼的发现引起了意大利著名物理学家伏打的极大兴趣。经过一番研究，伏打于1792年将不同的金属板浸入一种电解液中，组成了第一个直流电源——伏打电池。后来，他利用几个容器盛了盐水，把插在盐水里的铜板、锌板连接起来，电流就产生了。
（1）电流
①什么是电流？
大量电荷的定向移动形成电流。
②电流形成的条件
导体——有自由移动的电荷，可以定向移动。导体包括金属、电解液等；自由电荷有电子、离子等。
但是只有导体还是不行，因为通常情况下，导体中自由电荷没有做定向移动。还必须有一股力量促使自由电荷做定向移动，这如同水流的形成一样，有自由流动的水是形成水流的内因，还必须有促使水流动的动力即水流形成的外因——水压差。而对于电流，自由电荷是它产生的内因，那么它的外因是什么呢？
[演示1]按图连接
投影电路图
小灯泡发光
有电流流过小灯泡
导体两端存在电势差——外因
当导体与电源连接时，它的两端有了电压，导体中就有了电场，这样导体中的自由电荷在电场力作用下定向移动形成电流。
③持续电流的条件——导体两端有持续电压。
我们都知道要使灯泡一直亮着，即有持续电流通过，在灯泡两端须保持有持续电压。
导体中的电流有强有弱，在物理学中我们用电流强度来描述电荷定向移动快慢，进而描述电流强弱。
（2）电流强度（I）
①定义——通过导体横截面的电量跟通过这些电量所用时间的比值，叫做电流强度。简称电流，用I表示
②表达式：
③单位：安培（A）
④电流强度是标量
⑤电流的方向——规定正电荷定向移动的方向为电流的方向，负电荷（电子）定向移动方向与电流方向相反。
（3）电流的分类
按方向分成
直流电里，若电流强度不变称为恒定电流，通常指的都是恒定电流。
设问：既然导体两端有电压，才有电流流过导体，那么导体中的电流与导体两端的电压有什么关系呢？
【板书】2．欧姆定律   电阻
[演示2]
先用幻灯片投影图1介绍电路思路（或让学生先设计后投影），教师按图连接实物图，引导学生注意电表的正负接线柱接法。
[演示] 闭合开关，移动滑动变阻器滑片观察现象。
由实验现象可知导体中的电流随电压变化而变化，换用另一规格灯泡会发觉在相同电压（或电流）时，电流（或电压）表示数不同。
由上述现象知，导体本身、流过导体的电流、导体两端电压之间肯定存在某种制约关系，那么如何研究三个物理量之间的关系？
（引导学生回忆探索牛顿第二定律时的思维方法：即先保持一个物理量不变，研究其他两物理量的关系，再让其余两物理量中一个保持不变，研究其他两物理量关系，然后把研究综合起来得出三物理量之间的关系）
在这里我们是如何操作的呢？
（学生思考回答）
（1）实验 研究通过导体的电流与两端电压的关系
[演示3]
按图1连接好电路后闭合开关K，调节滑动变阻器，让学生由演示电表（有条件学校用投影演示）上读出电压表、电流表读数，记入下表，再移动滑片P，同样记下读数，这样得出大约6至7组数据。
从测得的数据中可得到，随着导体两端电压的升高，导体中的电流在增大，在误差允许范围内U/I=定值。
对于数据的处理除用图表法以外，我们还可以用什么方法？
图象法（描点、连线）
下面我们一起来用图象来处理，先画直角坐标系I-U，然后标刻度，按上述数据描点。
连点时先要看一下大致点的位置，然后作图时，要使尽量多的点，在一条直线上，并使不落在直线上的点，对称分布在直线两旁。
上面的I-U图线就叫做导体的伏安特性曲线。
由图象可知直线过原点，为什么？
（因为U=0，I=0，电流形成条件）
把导体R0，换成另一导体R0＇重做上述实验，可得另一条斜直线Ⅱ
由上述实验结论不难发现
①导体中的电流与导体两端电压成正比
即　 I∝U或I=KU且U2/I2＞U1/I1
②在同样电压情况下，U/I值大的电流小，U/I值小的电流大，即U/I值反映了导体阻碍电流的性质。
A．定义　 导体两端电压与通过导体电流的比值，叫做这段导体的电阻。
B．定义式　 R=U/I
对于给定导体R，一定不存在R与U成正比，与I成反比，关于R由哪些物理量决定，这有待下一节课来解决，但在相同电压下电流与电阻成反比。
C．单位　 欧姆（Ω）1Ω=1V/A
（2）欧姆定律
德国物理学家欧姆最早用实验研究了电流跟电压、电阻的关系，最后得出用他的名字命名的定律。
①内容：  导体的电流强度跟它两端的电压成正比，跟它的阻值成反比。
②表达式：I=U/R
注意：
A．定律中的三个物理量U、I、R是对应于同一研究对象
B．欧姆定律为控制导体中电流提供依据。
C．适用条件——纯电阻电路
（三）例题精讲
【例1】导体中电流强度是0.5A，求半分钟内通过导体横截面的电子数？
解　 q=It=0.5×30s=15C
【例2】把5.0V的电压加在一段电阻丝的两端测得通过电阻电流为1.0×102mA．当电阻丝两端电压增至8V时，通过电阻丝电流增加多少？
解　 已知　 U1=5.0V　 I1=1.0×102mA　 U2=8.0V
由欧姆定律　 I=U/R得
∴ΔI=I2-I1=1.6×102mA-1.0×102mA=60mA
答　 电流增加60 mA
（四）总结、扩展
本节课主要讨论了电流和欧姆定律。持续电流的形成，要求导体两端有电势差，即电压。电流强度与电压的关系，即欧姆定律，我们应该了解到不能凭空认为任何在导体中流过的电流总跟电压成正比，并且应该认识到R=U/I是电阻的定义式，而不是它的量度式。
六、布置作业：
1．认真阅读课本。自学152页阅读材料。
2．思考152页“思考与讨论”中提出的问题。
3．将152页练习一做在练习上。
七、说明：
1．由于本节课的有关知识在初中已有初步介绍，故本节课用提问方式调动学生参与课堂积极性，在教学中还试着通过举例让学生解答等方式，提高对知识的消化。
2．作为学习电路问题的知识基础，尽管初中已略有基础，但它在本章仍有一定的地位，而且本节的学习中渗透科学研究方法和思维的训练。因此，在学习中要注意发挥学生的主体作用。

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第 3 楼

14．2  电阻定律   电阻率
一、教学目标
1．进一步深化对电阻的认识
2．掌握电阻定律及电阻率的物理意义，并了解电阻率与温度的关系
二、教学重点、难点分析:
1．重点：电阻定律
2．难点：电阻率
3．疑点：超导现象的产生
4．解决办法
①对于重点，主要是通过课堂上师生一起（教师动手，学生观察）探索，最后用科学的处理方法导出定律，这样加深了学生对该知识点的渗透。
②对于难点，主要是通过与电阻的比较，从而明确电阻是反映导体本身属性；电阻率是材料本身的属性。
③对于疑点主要是通过实验来加强直观感觉。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教    具：电阻定律示教板（含金属丝） 学生电源 电流表 伏特表 滑动变阻器  电键 导线 火柴 废弃的“220V 40W”白炽灯 幻灯片 投影仪  计算机  自制CAI课件
五、教学过程：
（一）提出问题，引入新课
1．为了改变电路中的电流强度，怎样做？
由欧姆定律I=U/R，只要增加导体两端的电压U或降低导体电阻R即可。
2．R=U/I的含义，如何测定电阻（让学生自己设计电路）？
从上述的回答我们不难发现电阻R与两端电压及流过电流强度无关，那么它由谁决定呢？
（二）进行新课
1．探索定律——电阻定律
①R可能与哪些因素有关？（科学猜想）
（材料、长度、横截面积、温度……）
②解决方法——控制变量法。（回忆欧姆定律的研究或牛顿第二定律的研究）
③演示实验　 幻灯投影电路图。
A．出示电阻定律示教板、金属材料
B．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，又得一组（U、I）．再把A、B用一短线连接，E、F分别接A（B）a（b）．又得一组数据（U、I）．
C．换用E、F分别接不同材料金属丝C、c，又得一组数据。
D．分析数据
a）先定性观察→R与材料、长度、横截面积有关
b）定理推理
2．电阻定律
①内容——在温度不变时，导线的电阻与它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。
②表达式
说明　 ——长度　 S——横截面积　 ——比例系数
3．电阻率——ρ
①单位 欧·米
②物理意义 反映材料导电性能好坏。在数值上它等于用该材料制成的1m长，横截面积为1m2的导体电阻。
③测量——学生思考
（幻灯投影书上154页各材料电阻率——20℃时）
引导学生结合生活实际，了解为了电业工人的安全，为使在相同电压下电流小，选用电阻率较大的橡胶、木头等制造电工用具把套。
④电阻率与温度关系
由表格上面写着20℃，要学生明白这意味着这张表格的数据是在20℃时测得的，即电阻率与温度有关。
[演示]（幻灯投影电路图）
连接，用火柴点燃来加热白炽灯灯丝后再移开。
现象： 发现小灯泡先变暗后又慢慢变亮
材料的电阻率随温度变化而变化。利用金属的电阻率随温度升高而增大，制成温度计（电阻温度计），但也有些材料的电阻率不随温度改变而改变。
（三）例题精讲
【例】 把一均匀导体切成四段并在一起，电阻是原来的多少倍？拉长四倍后是原来多少倍？
解析：由电阻定律
切成四段体积不变，
故　 S→4S
所以  变为
同理拉长四倍后， 变为原来的16倍
（四）总结、扩展
打开计算机，利用多媒体教学课件再次展示决定电阻大小的因素，再现实验现象，形象直观，给学生留下深刻的印象。
本节课主要通过猜想→探索→得出定律的过程验证，并得到了电阻定律，由实验感知电阻率与温度的关系，关于超导的应用有待同学们进一步去探讨。
六、布置作业：
1．第154页（1）（2）（3）题做在作业本上。
2．思考154页（4）题
附：板书设计
第二节　 电阻定律  电阻率
1．电阻定律
（1）内容　 在温度不变时，导线的电阻跟它的长度成正比，跟它的横截面积成反比。
（2）表达式
2．电阻率 ρ
（1）单位 欧·米
（2）物理意义 反映材料导电性能的好坏
说明：
1．通过提问测定导体的电阻R，从学生已有认知结构出发，设计电路，在此基础上提出课题，加强学生的主体作用。
2．在对电阻定律的探索过程中，使学生思维积极活跃，充分展示他们个人的观察、分析能力。
3．联系实际生活中有关电阻率应用例子，使学生充分认识理论与实际结合的优点。

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第 4 楼

实验六   描绘小灯泡的伏安特性曲线
一、实验目的：描绘小灯泡的伏安特性曲线，并分析曲线的变化规律。
二、实验原理：根据部分电路欧姆定律， 可得 ，即在I-U坐标系中，图线的斜率等于电阻的倒数。
三、实验器材：学生电源（4~6V直流），小电珠（“4V  0.7A”或“3.8V  0.3A”），电流表（内组较小），电压表（内组很大），开关和导线。
四、实验步骤
（1）确定电流表、电压表的量程，照图连好电路。（注意开关应断开，滑动变阻器与灯泡并联部分电阻为零）。
（2）闭合开关S，调节滑动变阻器，使电流表、电压表有较小的明显示数，记录一组电压U和电流I值。
（3）用同样的方法测量并记录约12组U值和I值。
（4）断开开关S，整理好器材。
（5）在坐标纸上，以U为横坐标、I为纵坐标建立直角坐标系，并根据表中数据描点，连接各点得到I-U图线，（注意：连接各点时，不要出现折线）
【数据处理】
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
电压U/V
电流I/A
【结论】
描绘出的图线是一条     线。它的斜率随电压的增大而           ，这表明小灯泡的电阻随电压（温度）升高而
五、实验探究
用本实验提供的方法，测量并描绘发光二极管的伏安特性曲线。
次数
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
电压U/V
电流I/A
六、巩固练习
1．如图所示，电流表的示数是          A，电压表的示数是          V.
2．两个电阻R1、R2的电流I和电压U的关系如图所示。由图可知，两电阻的阻值之比R1：R2等于
A．1：3
B.3：1
C.  1 ：
D. ：1
3．如图所示，滑动变阻器R1的最大阻值是200欧，定值电阻的阻值R2=300欧，A、B两端的电压恒定，且UAB=8V。当开关S断开时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是       ，当开关S闭合时，移动滑片P，R2两端的电压变化范围是
4．为了测定小灯泡的伏安特性曲线，需要测得的电压范围尽可能大些，如从0~4V或0~3.8V．为此，应选下图中的那个电路？
参考答案：
１．0.48A，2.20V     2．A     3．4.8~8V,0~8V    4．(1)

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第 5 楼

14．3   半导体及其应用
一、教学目标：
1．知道什么是半导体
2．了解半导体的导电特性
3．了解半导体的应用
二、教学重点：了解半导体的导电特性
三、教学方法：实验演示
四、教具：演示用欧姆表，热敏电阻，光敏电阻，火柴，手电筒等
五、课时安排：0.5课时
六、教学过程
（一）引入新课
用提问的方式复习上节课学习的知识：
1．什么是导体？其电阻与哪些因素有关？写出电阻定律的表达式。
2．导体的电阻率跟什么有关？导体的电阻率和导体的电阻有何区别？
待学生回答后，教师：本节课学习有关半导体的知识。
（二）进行新课
1．什么是半导体
金属导体的电阻率一般约为10-8Ω·ｍ~10-6Ω·ｍ
绝缘体的电阻率一般约为108Ω·ｍ~1018Ω·ｍ
半导体的电阻率一般约为10-5Ω·ｍ~106Ω·ｍ
2．半导体的导电性能
【演示】（1）将半导体热敏电阻（或锗材料三极管3AX系列，e—c极反接）与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。将火柴燃烧并靠进热敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。
【结论】①半导体材料的电阻率随温度升高而减小，称为半导体的热敏特性。
【演示】（2）将半导体光敏电阻（或玻璃壳3AX81三极管外壳漆皮刮掉，使用e—c极）与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。用手电筒照射光敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。
【结论】②半导体材料的电阻率随光照而减小，称为半导体的光敏特性。
【演示】（2）将半导体光敏电阻（或玻璃壳3AX81三极管外壳漆皮刮掉，使用e—c极）与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。用手电筒照射光敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。
半导体还有一个重要特性：
③半导体材料中掺入微量杂质也会使它的电阻率产生急剧变化，称为半导体的掺杂特性。
3．半导体导电特性的应用及发展
1906年真空三极管的发明，为上个世纪上半叶无线电和电话的发展奠定了基础。1947年，美国贝尔研究所的巴丁、肖克莱、布拉坦研制出第一个晶体三极管。它的出现成为上世纪下半叶世界科技发展的基础。其功耗极低，而且可靠性高，转换速度快，功能多样，尺寸又小，因而成为当时出现的数字计算机的理想器件，并很快在无线电技术和军事上获得广泛的应用。由于研制成晶体管，他们三人获得1956年诺贝尔物理学奖。
半导体材料在目前的电子工业和微电子工业中主要用来制作晶体管、集成电路、固态激光器等器件。我们现在常见的晶体管有两种，即双极型晶体管和场效应晶体管，他们都是计算机的关键器件。前者是计算机中央处理器装置（即对数据进行操作部分）的基本单元，后者是计算机存储器的基本单元。两种晶体管的性能在很大程度上均依赖于原始硅晶体的质量。
砷化镓单晶材料是继锗、硅之后发展起来的新一代半导体材料。它具有迁移率高、禁带宽度大等特点，在工作速度、频率、光电性能和工作环境许多方面有着不可比拟的优势。它是目前最重要、最成熟的化合物半导体材料，主要应用于光电子和微电子领域。
电子技术最初的应用领域主要是无线电通信、广播、电视的发射和接收。雷达作为一种探测敌方飞行器的装置在第二次世界大战中大显身手。成为现代电子技术的一个重要应用领域。电子显微镜、各种波谱和表面能谱仪以及加速器、遥测、遥控和遥感、医学也是电子技术应用的一个重要领域。微电子技术和量子电子学也是现代电子技术中最活跃的前沿领域之一。
（三）布置作业： 1．复习本节课文。2．课下搜集有关半导体以及现代科学技术应用的资料。
（四）教学设计说明：
1．本节课的演示实验能够使学生实际体会到半导体的导电特性，并且与金属的导电性能加以区别，所以要充分做好实验准备。
2．介绍半导体技术的发展简史时，应尽量结合实际生活中学生比较了解的应用。例如，在计算机技术日益普及的今天，可以通过介绍计算机的只读存储器（ROM）和随机存储器（RAM），让学生了解半导体材料和技术的应用。

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第 6 楼

14．4   超导及其应用
一、教学目标：
1．理解超导现象的概念、转变温度的概念
2．理解超导的应用前景，知道超导在一些领域的重要意义。
3．知道研究高温超导的重要意义
二、教学重点：研究高温超导的重要意义
三、教学方法：多媒体、网络辅助教学
四、教具：计算机、有关超导的资料片
五、课时安排：0.5课时
六、教学过程
（一）引入新课
用提问的方式复习上节课学习的知识：
1．什么是导体？其电阻与哪些因素有关？写出电阻定律的表达式。
2．导体的电阻率跟什么有关？导体的电阻率和导体的电阻有何区别？
待学生回答后，教师：本节课学习有关半导体的知识。
（二）进行新课
播放有关超导的资料片，先给学生直观地感受。
通过前面知识的学习，我们知道大多数导体的电阻率随着温度的降低而减小。温度如果能一直降低下去，那么将会出现什么现象呢？大多数金属在温度降到一定程度时，都会出现电阻率突然降为零的现象。我们把这个现象称为超导现象。
超导体的转变温度，又称为临界温度。要想使金属出现超导现象，就要使它的温度降至很低，通常是几开尔文。例如：铅的转变温度Tc=7.0K，汞的转变温度Tc=4.2K，铝的转变温度Tc=1.2K，镉的转变温度Tc=0.6K等。
根据学生初中所学习的知识，从焦耳热的角度说明超导体在输电过程中发挥的作用。
若使得金属导体能出现超导现象必须要有超低温，这在实际中是无法实现的。我们自然想到：要使超导体能在实际中得到使用就要设法提高转变温度，使学生明确研究高温超导的目的性。金属的自身无法实现在较高温度下出现超导现象，后来人们发现一种合成材料——镧钡铜氧化物，其超导转变温度为35K。超导研究转向了氧化物及高温超导体。
重点突出我国在高温超导方面的研究成果，使学生产生民族自豪感，是进行爱国主义教育的时机。
展望超导的应用前景，启发学生自己想象。
导可以大大改观其生活环境，和人们息息相关。注意收集学生丰富的想象，在他们的想象中会有许多闪光点。

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第 7 楼

14．5   电功和电功率
一、教学目标
1． 理解电功、电功率的概念，公式的物理意义。
2．了解电功和电热的关系。
3．了解公式 和 的适用条件。
.4。知道非纯电阻电路中电能与其他形式能转化关系，电功大于电热。
5．能运用能量转化与守恒的观点解决简单的含电动机的非纯电阻电路问题。
二、教学重点、难点分析
1．教学重点在于区别并掌握电功和电热的计算。
2．难点主要在学生对电路中的能量转化关系缺乏感性认识，接受起来比较困难。
3．疑点在于有的学生认为额定功率大的灯泡一定比额定功率小的亮。
4．解决办法
①通过实物展示，使学生理解电能与其他形式能的转化，加强电路中能量转化的感性认识。
②通过演示实验，使学生理解用电器的实际功率和额定功率的区别。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教    具：灯泡“3.8V 0.3A”、灯泡“220V 40W”、灯泡“220V 100W”、伏特表、电流表。滑动变阻器（1.5A 50Ω）、电源（6-8V）、电键、电吹风（带有“220V 40W”标记）
幻灯片 投影仪
五、教学过程：
（一）新课引入
在高一我们已经知道，能量是以不同的形式存在的，不同形式的能量可以相互转化，请同学们举出电能转化为其他形式能的例子。
电能→机械能，如电风扇、电吹风
电能→内能，如电热器电熨斗、电饭堡
电能→化学能，如电解槽
能量的相互转化是如何实现的？
能量的相互转化是通过做功来实现的，功是能转化的量度。
对于电能转化为其他形式的能，又是什么力做功来实现的？如何来计算这种功的大小呢？让我们一起来学习电功、电功率这一节内容。
（二）新课教学
1．电功和电功率
什么是电功？其计算公式如何？是如何得到的？
在导体的两端加上电压，导体内建立了电场。自由电子在电场力的作用下定向移动，电场力对自由电子做了功，这个功简称为电功，通常说成电流做的功。
对一段导体而言，两端的电势差为U，把电荷q从一端搬到另一端，电场力做功W=qU，若在导体中形成电流I，则q=It（在时间t内，搬运的电量为q）
∴W=qU=UIt就是电功的表达式
说明（1）表达式的物理意义——电流在一段电路上的功跟这段电路两端的电压、电路中的电流强度和通电时间成正比。
（2）适用条件 I、U不随时间变化——恒定电流
（3）单位 W、U、I、t单位分别为焦耳、伏特、安培、秒
即1J=1V·A·s
（4）实质 电能转化为其他形式的能，是通过电功来实现的。电流做了多少功，就有多少的电能转化为其他形式的能。
什么是电功率，电功率的计算公式如何？是如何得到的？
电功率是表示电流做功快慢的物理量。
即　 p=W/t=UIt/t=UI
说明（1）表达式的物理意义——一段电路上的电功率跟这段电路两端的电压和电路中的电流成正比。
（2）适用条件 U、I不随时间变化
（3）单位 P、U、I单位分别为瓦特、伏特、安培
即　 1W=1J/s
（4）实质 表示电能转化为其他能的快慢程度。
由公式P=UI可知，随着U、I的增大，P也将增大，P是否可以无限增大呢？
首先我们要弄清额定功率和实际功率的概念。
额定功率 是指用电器在额定电压下工作的功率，是用电器正常工作的最大功率。
实际功率 是指用电器在实际电压下工作的实际的功率。
电路图中各元件，小灯泡标有“3.8V 0.3A”标记。
出示画有右图的幻灯片，引导学生按电路图接好电路
（提醒学生注意伏特表、安培表的正负极及滑动变阻器的接法）
讲清实验目的是测量小灯泡在不同的电压下工作的实际功率。
调节滑动变阻器，使伏特表读数分别为2.0V、3.0V和3.8V观察灯泡亮度的变化，并在图中记下安培表的对应值，请计算这三次的小灯泡的电功率P1、P2、P3
即　 P1=U1I1=2.0×0.22W=0.44W
P2=U2I2=3.0×0.28W=0.84W
P3=U3I3=3.8×0.30W=1.14w
①P1、P2、P3是小灯泡在U1=2.0V、U2=3.0V、U3=3.8V的电压下工作的实际功率，在这三种情况下，灯泡都能正常工作。
②由计算可知P1＜P2＜P3，而灯泡的亮度也逐渐变亮，可见灯泡的亮度由实际功率判断。
③小灯泡上的标记“3.8V 0.3A”指的是小灯泡的额定电压和额定电流。可见P3是这只小灯泡的额定功率，当U=3.8V时，灯泡的实际功率等于额定功率。
出示220V 100W、220V、40W灯泡，并说明“100W、40W”分别是它们的额定功率。说明一般家用电器的额定功率，如电吹风“220V 400W”、白炽灯“220V  60W”、空调 “220V 800 W 3000 W”，饮水机（制冷500W、制热100W），电饭褒“220V 1200W”等，提醒学生节约用电、节约电能。
是不是额定功率大的灯泡比额定功率小的灯泡一定亮呢？
出示“3.8V 0.3A”灯泡和“2.5V 0.3A”小灯泡，计算它们额定电功率分别为P1=3.8×0.3W=1.14W，P2=2.5×0.3W=0.75W。把“3.8V 0.3A”的灯泡接入电路，使伏特表示数为2.0V。再把“2.5V 0.3A”的小灯泡接入电路，使伏特表示数2.5V，观察灯泡的明亮程度。
灯泡明亮程度由其实际功率决定，与额定功率无关。
加给用电器的电压，可不可以超过额定电压呢？
继续做上述实验，减少变阻器的阻值，观察伏特表、安培表的示数和小灯泡的亮度，当伏特表的读数约为5.2V时，小灯泡熄灭。
加在小灯泡的电压比额定电压大不多时，随着电压的增大，灯泡越来越亮，说明灯泡的实际功率超过了额定功率，并在逐渐增大。当电压增到一定值时，灯丝被烧断。
实验说明，加给用电器的电压不应超过额定电压，否则就有可能使用电器损坏。
从这个实验中我们得到什么启示？
我们在使用电器的时候，一定要先检查实际电压是否符合额电电压，保证用电安全。
2．电功率和热功率
电流在通过导体时，导体要发热，电能转化为内能。这就是电流的热效应，描述它的定量规律是焦耳定律。
学生一般认为，W=IUt，又由欧姆定律，U=IR，所以得出W=I2Rt，电流做这么多功，放出热量Q=W=I2Rt。这里有一个错误，可让学生思考并找出来。
错在Q=W，何以见得电流做功全部转化为内能增量？有无可能同时转化为其他形式能？
英国物理学家焦耳，经过长期实验研究后提出焦耳定律。
（1）内容：电流通过导体产生的热量，跟电流强度的平方、导体电阻和通电时间成正比。
（2）表达式：Q=I2Rt
对于纯电阻导体而言，根据欧姆定律，U=IR，所以Q=I2Rt=I·IRt=IUt=W，电流做功完全用来生热，电能转化为内能。
说明：焦耳定律表明，纯电阻电路中电流做功电能完全转化为内能，且电热Q=I2Rt。
（3）简单介绍产生焦耳热的原因：
金属中自由电子在电场力作用下定向移动，由于电场力做功，电子动能增加，但不断地与晶格（原子核点阵）碰撞，不断把能量传给晶格，使晶格中各粒子在平衡位置附近的热运动加剧，从而温度升高。
（4）纯电阻电路中的电功和电功率
①电功W=Q= I2Rt，对所有电路中电阻的生热都适用。
结合纯电路电路欧姆定律　U＝IR，I＝
Q＝IUt＝ ＝
②电功率P＝ ＝ ，对所有电路中电阻的电热功率都适用。
结合纯电阻电路欧姆定律U=IR
P＝UI＝ ＝
（5）非纯电阻电路中的电功和电功率（以含电动机电路为例）
非纯电阻电路中，电能与其他形式能转化的关系非常关键。以电动机为例，电动机电路如图所示，电动机两端电压为U，通过电动机电流为I，电动机线圈电阻为R，则电流做功或电动机消耗的总电能为W=IUt，电动机线圈电阻生热Q=I2Rt，电动机还对外做功，把电能转化为机械能，W′=W-Q=IUt-I2Rt，W′是电动机输出的机械能。
这是一个非纯电阻电路，可满足U=IR，且W′＞0，则有U＞IR。
考虑每秒钟内能量转化关系，即功率，只要令上述各式中t=1s即可，可得总功率P总=IU，电热功率P热=I2R，输出功率P出，三者关系是P总=P热+P出，即P出=IU-I2R。
（三）例题精讲
【例】某一用直流电动机提升重物的装置如上图所示，重物质量m=50kg，电源提供恒定电压U=110V，不计各处摩擦，当电动机以v=0.90m／s的恒定速度向上提升重物时，电路中电流强度I=5A，求电动机线圈电阻R（g=10m／s2）。（4Ω）
（四）布置作业
1．把课本158页练习三（2）、（3）、（5）题做在作业本上。
2．把课下完成练习三（1）、（4）题做在课本上。
说明：
1．利用常用电器的展示，使学生回到日常生活，调动学生的学习兴趣和注意力。
2．引导学生观察演示实验，参与读数、记数，学会如何分析数据，处理问题得出结论。

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第 8 楼

14．6  闭合电路欧姆定律 （2课时）
第1课时
一、教学目标
1． 知道电动势是表征电源特性的物理量，它在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压；从能量转化的角度理解电动势的物理意义。
2．明确在闭合回路中电动势等于电路上内、外电压之和。
3．熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式 和 及其适用条件。
二、教学重点、难点分析:
1．重点：闭合电路欧姆定律的内容；
2．难点：应用闭合电路欧姆定律进行简单电路的分析计算。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教    具：不同型号的干电池若干、小灯泡（3.8V）、电容器一个、纽扣电池若干、手摇发电机一台、可调高内阻蓄电池一个、电路示教板一块、示教电压表（0～2.5V）两台、10Ω定值电阻一个、滑线变阻器（0～50Ω）一只、开关、导线若干。
五、教学过程：
（一）新课引入
教师：同学们都知道，电荷的定向移动形成电流。那么，导体中形成电流的条件是什么呢？（学生答：导体两端有电势差。）
演示：将小灯泡接在充电后的电容器两端，会看到什么现象？（小灯泡闪亮一下就熄灭。）为什么会出现这种现象呢？
分析：当电容器充完电后，其上下两极板分别带上正负电荷，如图1所示，两板间形成电势差。当用导线把小灯泡和电容器两极板连通后，电子就在电场力作用下沿导线定向移动形成电流，但这是一瞬间的电流。因为两极板上正负电荷逐渐中和而减少，两极板间电势差也逐渐减小为零，所以电流减小为零，因此要得到持续的电流，就必须有持续的电势差。
教师：能够产生持续电势差的装置就是电源。那么，如何描述电源的特性？电源接入电路，组成闭合电路，闭合电路中的电流有什么规律呢？这节课我们就来学习闭合电路欧姆定律。
（二）进行新课
【板书】第六节  闭合电路欧姆定律
【板书】一、电动势
【板书】1．电源：
电源是一种能够不断地把其他形式的能量转变为电能的装置。它并不创造能量，也不创造电荷。例如：干电池是把化学能转化为电能，发电机是把机械能、核能等转化为电能的装置。
教师：电源能够不断地把其他形式的能量转变为电能，并且能够提供恒定的电压，那么不同的电源，两极间的电压相同吗？展示各种干电池（1号、2号、5号、7号），请几个同学观察电池上面写的规格，发现尽管电池的型号不同，但是都标有“1.5V”字样。我们把示教电压表直接接在干电池的两端进行测量，结果大约都是1.5V。讲台上还摆放有手摇发电机、蓄电池、纽扣电池，它们两端的电压是否也是1.5V呢？（学生回答：不是）那么如何知道它们两端的电压呢？（学生：用电压表直接测量）
结论：电源两极间的电压完全由电源本身的性质（如材料、工作方式等）决定，同种电池用电压表测量其两极间的电压是相同的，不同种类的电池用电压表测量其两极间的电压是不同的。为了表示电源本身的这种特性，物理学中引入了电动势的概念。
【板书】2．电动势
教师：从上面的演示和分析可知，电源的电动势在数值上等于电源未接入电路时两极间的电压。
【板书】（1）电源的电动势在数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压。
电动势用符号E表示，单位跟电压的单位相同，也是伏特（V）。但是电动势和电压的物理意义是不同的。电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领，描述电源的特性；电压反映电场具有能的性质，描述电场的特性。可见，电动势和电压描述的对象是不同的。
【板书】（2）电动势反映电源把其他形式的能转化为电能的本领。
教师：干电池有大小不同的型号，只要是同种材料制成的，它们的电动势都是相同的，但大型号的干电池容量大，使用时间长。例如常用的1号、5号电池，其电动势都是1.5V，只是1号电池的容量比5号电池的容量大。蓄电池的电动势是2.0V，说明蓄电池把其他形式的能转化为电能的本领比干电池大。
【板书】二、闭合电路欧姆定律
【板书】1．闭合电路的组成
闭合电路由两部分组成，一部分是电源外部的电路，叫做外电路，包括用电器和导线等。另一部分是电源内部的电路，叫内电路，如发电机的线圈、电池的溶液等。外电路的电阻通常叫做外电阻。内电路也有电阻，通常叫做电源的内电阻，简称内阻。
【板书】2．电动势和内、外电压之间的关系
教师：各种型号的干电池的电动势都是1.5V。那么把一节1号电池接入电路中，它两极间的电压是否还是1.5V呢？用示教板演示，电路如图2所示，结论：开关闭合前，电压表示数是1.5V，开关闭合后，电压表示数变为1.4V。实验表明，电路中有了电流后，电源两极间的电压减小了。
教师：上面的实验中，开关闭合后，电源两极间的电压降为1.4V，那么减少的电压哪去了呢？用投影仪展示实验电路，如图3所示。接在电源外电路两端的电压表测得的电压叫外电压。在电源内部电极附近的探针A、B上连接的电压表测得的电压叫内电压。我们现在就通过实验来研究闭合电路中电动势和内、外电压之间的关系。
教师：向学生介绍实验装置及电路连接方法，重点说明内电压的测量。实验中接通S1、S2，移动滑动变阻器的滑动头使其阻值减小，由两个电压表读出若干组内、外电压U′和U的值。再断开S1，由电压表测出电动势E。分析实验结果可以发现什么规律呢？
学生：在误差许可的范围内，内、外电压之和等于电源电动势。
【板书】在闭合电路中，电源的电动势等于内、外电压之和，即E=U′＋U
教师：我们把公式 E=U′＋U两边同乘以电量q，得到qE=qU′＋qU，这个式子的物理含义是什么呢？在第一章我们学习过一个公式W=qU，用来计算电场力对电荷做的功。所以qU′＋qU等于电量q通过外电路和内电路时消耗的总电能。由能量守恒定律可知，qE就应该是电源提供的总电能。当q=1C时电源提供的总电能就是EJ，数值上等于电动势。电源提供给电路的总电能是其他非静电力做功转化而来的，所以，电动势的大小也可以反映出电源把其他形式的能转化为电能的本领。例如干电池的电动势是1.5V，它的物理含义是什么呢？（1）表示非静电力把1C正电荷从电源负极搬到正极所做的功是1.5J；（2）表示电场力搬运1C正电荷沿闭合回路走一周所做的功是1.5J。
【板书】3、闭合电路欧姆定律
问题设计：如图4所示电路中电源电动势为E，内阻为r，外电阻为R，试求电路中的电流I
图4
引导学生推导：
∵E=U+U′
而U=IR　 U′=Ir
∴ E=IR+Ir
或者写成：
其中，R+r表示整个电路总电阻，R为外电路总电阻，r为内阻，I为闭合电路总电流。
上式表明：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比，这就是闭合电路欧姆定律。
说明：闭合电路欧姆定律的适用条件：纯电阻电路。
【板书】（1）内容：闭合电路中的电流跟电源的电动势成正比，跟整个电路的电阻成反比
（2）公式：   或者
（3）适用条件：纯电阻电路
（三）例题精讲
【例题1】见教材161页（投影）
【例题2】见教材161页（投影）
图5
在如图5所示的电路中，R1=14.0Ω，R2=9.0Ω，当开关S扳到位置1时，电流表的示数为I1=0.20A；当开关S板到位置2时，电流表的示数为I2=0.30A，求电源的电动势和内电阻。
（E＝3.0V，r＝1.0Ω）
目的：（1）熟悉闭合电路欧姆定律；
（2）介绍一种测电动势和内阻的方法
（四）总结、拓展
1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。
2．闭合电路欧姆定律的两种表达式  和
注意适用条件：纯电阻电路
（五）布置作业：
1．学习本节课文。
2．把162页练习四第（1）、（2）题做在作业本上。

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第 9 楼

第2课时
一、教学目标
1．通过复习，熟练掌握闭合电路欧姆定律的两种表达式 和 及其适用条件。
2．熟练掌握路端电压和负载的关系。
3．掌握电源的总功率 =IE，电源的输出功率 =IU，电源内阻上损耗的功率 =I2r及它们之间的关系：
二、教学重点、难点分析
1．重点：应用闭合电路欧姆定律讨论电路中的路端电压、电流强度随外电阻变化的关系。
2．难点：短路、断路特征，路端电压随外电阻的变化。
三、教学方法：实验演示，启发式教学
四、教    具：电路示教板一块，示教电压表（0～2.5V）、电流表，10Ω定值电阻一个，滑线变阻器（0～50Ω）一只，开关，导线若干。
五、教学过程：
（一）新课引入
教师：上节课我们学习了闭合电路的欧姆定律，请大家写出闭合电路欧姆定律的两个表达式。
学生：
教师：当外电路的电阻变化时，外电路两端的电压、电路中的电流、电功率怎么变化呢？这节课我们就来学习这些内容。
（二）进行新课
【板书】第六节  闭合电路欧姆定律
【板书】三、路端电压跟负载的关系
【板书】1、路端电压
外电路的电势降落，也就是外电路两端的电压，叫做路端电压。
路端电压就是电源加在负载（用电器）上的“有效”电压，也就是电源两极之间的电压。那么路端电压与负载之间有何关系呢？
【板书】2、路端电压跟负载的关系
实验：见教材160页，如图所示。
实验结论：
当负载电阻R增大时，电流I将减小，则电源内阻上的电势降Ir将减小，所以路端电压U增大，所以路端电压U随外电阻的增大而增大。
引导学生分析：
由 得 路端电压表达式为：
可见，电源的电动势和内阻r是一定的，当负载电阻R增大时，由 知电流I将减小，由 知路端电压增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压减小。（培养学生分析推理能力）
两个特例：
（1）短路
当R→0时，I→E/r，可以认为U=0，路端电压等于零。这种情况叫电源短路。发生短路时，电流强度叫短路电流， ，一般，电源的内阻都比较小，所以短路电流很大。一般情况下，要避免电源短路。
（2）断路
当R→∞，也就是当电路断开时，I→0则U=E。当断路（亦称开路）时，路端电压等于电源的电动势。
说明：在用电压表测电源的电压时，有电流通过电源和电压表，外电路并非断路，这时测得的路端电压并不等于电源的电动势。只有当电压表的电阻非常大时，电流非常小，此时测出的路端电压非常近似地等于电源的电动势。
【板书】3、U-I图线
如图所示为 的函数图像，是一条倾斜向下的直线。
从图线可以看出，路端电压U随着电流I的增大而减小。图线还反映出电源的特性：直线的倾斜程度跟内阻r有关，内阻越大，倾斜得越厉害；直线与纵轴交点的纵坐标表示电源电动势的大小（I=0时，U=E）。
【板书】四、闭合电路中的功率
在公式E=U  +U 两端乘以电流I得到：
式中 和 分别表示外电路和内电路上消耗的电功率， 表示电源提供的电功率。上式表示，电源提供的电能只有一部分消耗在外电路上，转化为其它形式的能。另一部分消耗在内电路上，转化为内能。电动势E越大，电源提供的电功率越大，这表示电源把其他形式的能转化为电能本领越大。
如果外电路为纯电阻电路，上式可表示为 =
R2
（三）例题精讲
【例1】在如图所示的电路中，在滑动变阻器R2的滑动头向下移动的过程中，电压表V和电流表A的示数变化情况如何？
目的：熟悉路端电压随外电阻变化的关系及分析方法。
【例2】如图甲所示的电路中，电源的电动势E和内阻r恒定，当负载R变化时，电路中的电流发生变化，于是电路中的三个功率：电源的总功率P总、电源内部消耗功率P内和电源的输出功率P外随电流变化的图线可分别用图乙中三条图线表示，其中图线Ⅰ的函数表达式是______；图线Ⅱ的函数表达式是______；图线Ⅲ的函数表达式是______。
（四）总结、拓展
1．电动势是描述电源将其它形式能转化为电能本领的物理量，数值上等于电源没有接入电路时两极间的电压，数值上还等于闭合电路内、外电压之和。
2．闭合电路欧姆定律的两种表达式  和
注意适用条件：纯电阻电路
3．路端电压跟负载的关系：当负载电阻R增大时，电流I减小；路端电压U增大；相反，当负载电阻R减小时，电流I增大，路端电压U减小。
4．闭合电路中的功率： 或  =
（五）布置作业：把162页练习四第（3）、（4）、（5）题做在作业本上。

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第 10 楼

14．7  电压表和电流表   伏安法测电阻
一、教学目标
1．了解电流表（表头）的工作原理，知道什么是满偏电流和满偏电压。
2．理解电流表改装原理，掌握电流表G改装成电流表A和电压表V的方法与计算。
3．掌握伏安法测电阻的原理及内、外接法的区别
二、教学重点、难点分析
电流表G改装成电流表A和电压表V的方法与计算，伏安法测电阻的内接法、外接法的区别及误差的产生是教学的重点也是难点。
三、教学方法：教师讲解与学生讨论相结合
四、教    具：可拆的演示用电流表（表头），电阻箱，的案件，导线，量程为3V的电压表，2节干电池，及电池盒，幻灯片、投影仪
五、教学过程：
（一）引入新课
作为应用串联电阻进行分压和用并联电阻进行分流的实例，我们来研究它们在电压表和电流表中的应用。
常用的电压表和电流表都是由小量程的电流表（表头）改装而成的，关于电流表G的构造和工作原理将在磁场一章中学习，本节仅作简单说明。
【板书】第七节  电压表和电流表   伏安法测电阻
（二）进行新课
【板书】一、电压表和电流表
1．电流表的构造和工作原理
【演示】把演示用电流表的外壳取下，让学生观看电流表的内部构造：
（1）构造：永磁铁，线圈，指针
（2）工作原理：当线圈中有电流通过时，在磁场力作用下线圈带着指针一起偏转，通过线圈的电流越大，指针偏角就越大。
【板书】①
根据指针的偏角就可以知道电流的大小，在表头刻度盘上标出电流值就可以测量电流了。
根据欧姆定律，通过表头的电流跟表头两端的电压成正比，即
【板书】②
所以指针的偏角越大，表示加在表头两端的电压越大。
【板书】③
这样，在刻度盘上直接标出电压值就可以测量电压了。
2．电流表的内阻、满偏电流、满偏电压：
（1）电流表G的电阻Rg叫做电流表的内阻。
（2）指针偏转到最大刻度时的电流Ig叫做满偏电流。
（3）电流表G通过满偏电流时，加在它两端的电压Ug叫做满偏电压。由欧姆定律可知， Ug=Ig Rg  （如图所示）
3．电流表的改装
学生讨论：如何把一个小量程的电流表改装成一个量程较大的电压表或电流表呢？
利用电阻的串联分压、并联分流规律，给电流表串联一个电阻，就可以把电流表改装成电压表；给电流表并联一个电阻，就可以把小量程的电流表改装成大量成的电流表
4．伏安法测电阻
（提问）大家有什么方法可以测量导体的电阻呢？
生：根据电阻定律
只要知道材料的电阻率 ，测出导体的长度 和横截面积 ，就可以算出这导体的电阻 。
师：这种方法只适合于已知 ，且形状规则的导体。还有其它方法吗？
生：根据欧姆定律： 　得
只要测出某导体两端的电压及通过导体的电流即可测出R。
师：这种方法可以不知道材料电阻率及形状，测量较方便。
师：用这种方法测量需要什么器材？（需要电压表和电流表，叫做伏安法）
试画出测量的电路图
可见有两种测量方法。一种是电流表接在电压表外侧叫做外接法（图甲）一种是电流表接在电压表内侧叫做内接法（图乙）
误差分析
（1）外接法
师：电流表、电压表测量值是否为R的电流和电压？
生：电压表测的值为电阻R的电压即
电流表测的值为电压表和电阻的并联值，即
所以： <
可见外接法测量
实际上： ＝ （并联值）
当R＜RV时IV＜IR，则 ≈R
（2）内接法
电流表测的是R的电流，即I  =IR
电压表测的是R与电流表的串联U =UA+UR
可见内接法时R ＞R
当R＞RA时R ≈R
外接法R ＜R，适用于RV＞＞R
内接法R ＞R，适用于R＞＞RA
（三）例题精讲
【例1】见教材163页例题1（投影）
【例2】见教材163页例题2（投影）
（四）巩固练习
练习1
①如图测电阻R，当电压表的表头P从A点，接到B点时电压表读数变化明显，应用____接法
②电流表读数变化明显，应用_____接法
练习2　 要用伏安法测定一电阻，阻值约为10Ω，额定功率P=2W，可选用的仪器。
电源
干电池1节　 ε1=1.5V
蓄电池1组   ε2=6V
直流稳压电源1个  输出电压10V
电压表
V1（0～10V， 内阻 10kΩ）
V2（0～30V， 内阻30kΩ）
电流表
A1（0～0.6A， 内阻0.5Ω）
A2（0～3.0A，内阻0.1Ω）
滑动变阻器一个
0～10Ω
开关、导线若干
要求选取规格合格的器件组成正确的电路。
分析　 ①待测电阻　 R≈10Ω　 P=2W
为0.40~0.50V　　 为4~5V
②电源不能过低或过高
选6V，用滑动变阻器调节使待测电阻上电压为4～5V　I为0.40～0.50A
③电流表为0～0.60A　　电压表为0～10V
④接法     　　选择外接法
（五）总结、扩展
这节课我们学习了有关电流表和电压表的知识，还学习了测量电阻的一种方法——伏安法测电阻。由于电表的电阻对测量的影响，造成测量时存在系统误差。外接法R ＜R，适用于RV＞＞R；内接法R ＞R，适用于R＞＞RA
（六）布置作业
1．思考164页“思考与讨论”中提出的问题。
2．完成164页练习五上的题目。
实验七　测定金属的电阻率
一、实验目的：学会用伏安法测量电阻的阻值，测定金属的电阻率。
二、实验原理：用刻度尺测一段金属导线的长度L，用螺旋测微器测导线的直径d，用伏安法测导线的电阻R，根据电阻定律，金属的电阻率ρ=RS/L=πd2R/4L
三、实验器材：①金属丝②千分尺③安培表④伏特表⑤（3伏）电源⑥（20Ω）滑动变阻器⑦电键一个⑧导线几根
【点拨】被测金属丝要选用电阻率大的材料，如铁铬铝合金、镍铬合金等或300瓦电炉丝经细心理直后代用，直径0.4毫米左右，电阻5~10欧之间为宜，在此前提下，电源选3伏直流电源，安培表选0 0.6安量程，伏特表选0 3伏档，滑动变阻器选0 20欧。
四、实验步骤
（1）用螺旋测微器三次测量导线不同位置的直径取平均值D求出其横截面积S=πD2/4.
V
R
A
S
E
图1
（2）将金属丝两端固定在接线柱上悬空挂直，用毫米刻度米尺测量接入电路的金属丝长度L，测三次，求出平均值L。
（3）根据所选测量仪器和选择电路的原则画好电路图1，然后依电路图按顺序给实物连线并将滑动变阻器的阻值调到最大。
点拨：为避免接线交叉和正负极性接错，接线顺序应遵循：电源正极→电键（断开状态）→滑动变阻器→用电器→安培表正极→安培表负极→电源负极，最后将伏特表并接在待测电路的两端，即先接干路，后接支路。
（4）检查线路无误后闭合电键，调节滑动变阻器读出几组I、U值，分别计算电阻R再求平均值，设计表格把多次测量的D、L、U、I记下来。
【点拨】测量时通过金属丝的电流应控制在1.00A以下，本实验由于安培表量程0~0.60A，每次通电时间应尽量短（以能读取电表数据为准），读数完毕立即断开电键S，防止温度升高使金属丝长度和电阻率发生明显变化。
计算时，务必算出每次的电阻值再求平均值，不能先分别求电压U和电流I的平均值，再由欧姆定律得平均值，否则会带来较大计算误差。
五、实验记录
测量次数
1
2
3
平均值
导线长 /m
导线直径 /m
导线的横截面积S=               （公式）=                （代入数据）=     m2
测量次数
1
2
3
电阻平均值
电压U/V
电流I/A
电阻R/Ω
所测金属的电阻率ρ=         （公式）=             （代入数据）=     Ωm
【注意事项】
（1）测量金属导线的直径时要用螺旋测微器，直接测量的结果要估读下一位数字。
（2）金属导线的电阻和电流表的内阻相差不很大，因此在用伏安法测电阻时应采用电流表的外接法，开始实验时滑动变阻器在电路中的阻值应调至最大，实验过程中通过金属导线的电流不宜过大，以防止温度升高电阻率发生变化。
【点拨】（1）：为了减少电阻的计算误差，可以作U-I图象求出电阻的平均值
【点拨】（2）：经验表明，引起实验误差的原因可能是：
①采用外接法则由于伏特表的分流影响，造成电阻测量值偏大，若误用内接法则安培表分压影响更大。
②仪表量程太大且读数不准
③计算未遵从有效数字运算法则
实验中易混淆的是：R=U/I和R=ρL/S两个定律，这两个定律都是实验定律，但前者是研究电阻与电流、电压两者之间关系；后者是研究导体本身的性质即电阻与材料、长度、截面积三者之间关系，与所在的电路因素或是否接入电路无关，注意R=U/I中，电阻与U、I无关；R=ρL/S中，电阻率与L和S无关，使用这两式时ρ是不变的。
易错的是：测量电路（内、外接法）、控制电路（限流式和分压式）、量程的选择及有效数字、电阻R平均值的计算等。
易忘的是：金属丝未接入电路就测量其长度，用千分尺测直径D前未查零误差、测D时未按三个不同位置测量取平均值。
六、实验结论
由实验表中数据计算得出，待测金属丝的电阻率平均值。
七、例题分析：
（1997年高考题）某电压表的内阻在20～50kW之间，现要测量其内阻，实验室提供下列可选用的器材：
待测电压表 （量程3V）；
电流表 （量程200mA）；
电流表 （量程5mA）；
电流表 （量程0.6A）；
滑动变阻器R（最大阻值1kW）；
电源e（电动势4V）；
电键S。
⑴所提供的电流表中，应选用______（填写字母代号）。
⑵为了尽量减小误差，要求测多组数据，画出符合要求的实验电路（其中电源和电键及其连线已画出）。
〖解答：⑴若将电压全部加在待测电压表上，电流的最大值为Imax≈ ×103=200(mA)，在保证表不被烧坏、且读数比较准确时，应选电流表 。
⑵为减小实验误差，又保证电压表不损坏（ 量程为3V），应采用分压式接法接入滑动变阻器（因电压表内阻至少是R的20倍）。若采用限流式接法接入滑动变阻器时，电压表有可能损坏，所以正确电路如图所示。〗
八、巩固练习
1．（4）运用R=U/I和R=ρL/S的实验原理测定金属丝的电阻率，某同学总结如下几点，你认为正确的是[ ]
A．选定金属丝接入电路的长度越长，金属丝上的电压降越大。
B．金属丝两端的电压越高，其电阻越大。
C．金属丝电阻随温度改变而改变。
D．选定金属丝长度一经固定，这段长度的电阻就为定值。（答案：C）
2．测定一根粗细均匀的阻值约为几欧的金属丝的电阻率可供选择的实验器材如下：
A．伏特表（0 3伏，内阻3千欧）
B．伏特表（0 15伏，内阻20千欧）
C．安培表（0 0.6安，内阻1欧）
D．安培表（0 3安，内阻0.2欧）
E．滑动变阻器（0 20欧，I允=1.00安）
F．滑动变阻器（0 100欧，I允=0.60安）
G．6伏电池组
H．电键、导线若干
①电路实验时应选用器材：______（填序号）
②画出试验原理图。
【以下题目供参考】
3．（2001年全国高考理综）实验室中现在器材如实物图1所示，有：
电池E，电动势约10V，内阻约1Ω；电流表A1，量程10A，内阻r1约0.2Ω；电流表A2，量程300mA，内阻约5Ω；电流表A3，量程为250mA，内阻约5Ω；电阻箱R1，最大值999.9Ω，阻值最小改变量为0.1Ω；滑动变阻器R2，最大阻值100Ω；开关S，导线若干。
要求用图2所示的电路测定图中电流表A的内阻。
（1）在所给的三个电流表中，哪几个可用此电路精确测出其内阻答：（            ）
（2）在可测的电流表中任选一个作为测量对象，在实物图上连成测量电路。
（3）你要读出的物理量是（                             ）用这些物理量表示待测内阻的计算公式是（                                    ）
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第 12 楼

实验八  把电流表改装为电压表
一、预习题（可由学生课前完成）
1、电流表中有电流通过时电流表的指针就会发生偏转。当通过的电流等于电流表内线圈所允许的最大电流时，电流表的指针偏转到最大刻度处，这时的电流叫做电流表的        ，用符号         表示。如果电流表的内阻rg，则电流表能够承受的最大电压Ug=      （满偏电流；Ig；Ig·rg）
2、利用课本图实-14所示的电路测定电流表的内电阻rg时，应先调节电位器 R，使其阻值        ，然后闭合电开关        ，调整         的阻值，使电流表的指针偏转到满刻度。再闭合开关       ，这时流过电流表的电流将          ，调整        的阻值，使电流表的指针偏转到正好是满刻度的一半，而另一半的电流必通过          。根据并联电路的特点可知，电流表的内阻rg=         。以上分析的前提条件是：接入电阻箱R＇后，干路电流            。而要做到这一点，只有当R比R＇       时才行，所以利用半偏法测电流表内阻时必须满足的条件是R         R＇（最大；S1；R；S2；小于满偏电流Ig；电流表；R＇；不变；大很多；远大于）
3、已知电流表的内阻rg ，满偏电流为Ig ，若把这个电流表改装成量程为U的电压表，则必须在电流表上      联一个阻值为R=       的电阻。（串； ）
二、实验目的：用半偏法测定电流表的内阻；把电流表改装成电压表
三、实验器材：电源，导线，开关，电阻箱，电位器，滑动变阻器，电流表，标准电压表
R
R＇
S2
S1
G
图8-1
四、实验步骤
1．半偏法测电流表内阻
（1）按图8-1所示连好电路，图中R用电位器，R＇用电阻箱。
（2）合上开关S1，调整R的阻值，使电流表指针偏转到满刻度Ig。
（3）合上开关S2，调整Rˊ的阻值，使电流表指针偏转到满刻度的一半。读出电阻箱的阻值，当R比Rˊ大得多时，        ，可认为rg= Rˊ。
2．改装
（4）算出电流表的满偏电压Ug=        。
（5）如果把电流表改装成量程为U=2V的电压表，计算应串联的电阻值R1。
（6）将电阻箱阻值调为R1，把电流表跟电阻箱串联起来。
3．核对
（7）按图8-2所示连好电路，并使变阻器R2的滑片在分压值最小的位置。
G
V
R1
R2
S
图8-2
（8）改变变阻器R2的滑片位置，使标准电压表V的示数分别为0.5V、1.0V、1.5V、2.0V，并核对改装的电压表的示数是否正确。
4．计算百分误差
（9）将改装成的电压表调到满偏。
（10）读出标准电压表的示数。
（11）计算改装电压表满偏刻度的百分差。
五、实验记录和结果
电流表满偏电流Ig=
电流表内阻rg=
改装成量程为U=2V的电压表时应串联的分压电阻R=              （计算式）=   （代入数据）=
六、思考练习题
图8-3
1．用半偏法测电流表内阻的实验中，将原并联在电流表两端的电阻箱改换成滑动变阻器是否可以？为什么？
2．图8-3是测电流表内阻的实验电路图，下列说法中正确的是
A．开关接通前，必须调节到高阻处
B．开关S2接通前，R2的阻值无需调节
C．当电流示数从满偏电流Ig调到半偏电流Ig/2时，R2中电流强度稍大于Ig/2
D．R1阻值的大小，对实验误差没有影响。
3、如果条件可以，为提高本实验的测量结果的准确性，电源的电动势是稍大一些好还是稍小一些好？为什么？
4．在测定电流表的内阻的实验中备有的器材有
A、 电流表（量程0~10mA）.
B、 标准电压表（量程0~5V）.
C、 电阻箱（阻值范围0~9999Ω）.
D、 电阻箱（阻值范围0~99999）.
E、 电源（电动势2V，有内阻）.
F、 电源（电动势6V，有内阻）.
G、 滑动变阻器（组值范围0~50Ω，额定电流1.5A）
还有若干开关和导线.
(1)如果采用图8-3所示的电路测定电流表G的内阻，并且要想得到较高的精确度，那么从以上备用的器件中，可变电阻R1应选用      ，可变电阻R2应选用     ，电源E应选用         。（用字母代号填写）
（2）如果实验要进行的步骤有
A．合上S1
B．合上S2
C．观察R1的阻值是否最大，如果不是，将R1的阻值调至最大。
D．调节R1的阻值，使电流表指针偏转到满刻度。
E．调节R2的阻值，使电流表指针偏转到满刻度一半。
F．记下R2的阻值。
把以上步骤的字母代号按实验的合理顺序写在下面横线上：
（3）如果在步骤F中所得R2的阻值为600Ω，则被测电流表rg的内阻的测量值为   Ω。
（4）电流表内阻的测量值r测与其真实值r真的大小关系是r测                r真.（填“>”“<”“=”）
5．图8-4是把改装成的电压表跟标准电压表进行核对的电路图。它对从零至满刻度的所有刻度都能核对。图8-5是电流表改装和核对所需的器材。根据所给的电路图将所给器材连接成实验电路。