資源簡介

3.2《 決定導體電阻大小的因素》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于粵教版高中物理必修第三冊第三章“電路及其應用”的第二節，是學生在學習了歐姆定律之后，進一步探究電阻本質的關鍵環節。教材通過實驗引導學生探究導體的電阻與長度、橫截面積、材料和溫度之間的關系，構建電阻定律的物理模型，并引出電阻率的概念。本節內容不僅是對歐姆定律的深化，也為后續學習閉合電路歐姆定律、電功率及非純電阻電路打下基礎，在整個電學知識體系中起著承上啟下的作用。
學情分析
高二學生已具備一定的實驗操作能力和邏輯思維能力，掌握了電流、電壓、電阻的基本概念以及歐姆定律的計算方法。但在控制變量法的應用上仍存在理解偏差，對微觀機制（如自由電子定向移動受阻）缺乏直觀感知。此外，學生對“電阻率”這一抽象概念易與“電阻”混淆。其身心發展正處于抽象思維快速提升階段，適合通過探究實驗激發興趣。主要學習障礙在于如何從多因素中分離單一變量進行科學探究。突破措施是設計階梯式實驗任務，結合生活實例（如電線粗細選擇）增強感性認識，并借助動畫模擬微觀過程輔助理解。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解導體電阻是由其自身材料、長度、橫截面積和溫度共同決定的，掌握電阻定律的表達式 R = ρL/S 及其適用條件。
2. 理解電阻率 ρ 是反映材料導電性能的物理量，知道其單位和常見材料的電阻率數量級，能區分電阻與電阻率的概念差異。
科學思維
1. 能運用控制變量法設計實驗方案，分析實驗數據，歸納得出電阻與各因素的定量關系，發展歸納推理能力。
2. 能將宏觀實驗現象與微觀自由電子運動受阻機制建立聯系，形成從宏觀到微觀的物理建模能力。
科學探究
1. 經歷“提出問題—設計實驗—收集數據—分析論證—得出結論”的完整探究過程，提升實驗設計與操作能力。
2. 能正確使用多用電表測電阻、游標卡尺測直徑、刻度尺測長度，具備基本的實驗儀器操作技能。
科學態度與責任
1. 在小組合作實驗中培養實事求是、嚴謹細致的科學態度，尊重實驗數據，敢于質疑異常結果。
2. 認識導體材料選擇在電力輸送、電子器件制造中的實際意義，體會物理學對工程技術發展的支撐作用。
教學重點、難點
重點
1. 通過實驗探究得出導體電阻與長度、橫截面積、材料的關系，掌握電阻定律表達式。
2. 理解電阻率的概念及其物理意義，能進行簡單計算與比較。
難點
1. 理解電阻率是材料本身的屬性，不隨導體形狀改變而變化，區別于電阻。
2. 實驗中如何精確控制變量并減小誤差，特別是接觸電阻對測量結果的影響。
教學方法與準備
教學方法
實驗探究法、情境創設法、合作學習法、講授法
教具準備
不同長度、粗細的鎳鉻合金絲、銅絲若干，學生電源，滑動變阻器，電流表，電壓表，開關，導線，多用電表，游標卡尺，刻度尺，PPT課件，微視頻
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、生活情境引入，激發探究興趣 （一）、展示實物，引發思考
教師手持兩根外觀相似但材質不同的導線（一根為細銅線，一根為粗鎳鉻絲），接入簡單電路點亮小燈泡，明顯觀察到亮度不同。提問：“為什么同樣是金屬導線，燈泡亮度卻不一樣？這說明什么物理問題？”引導學生回憶電阻概念，意識到不同導體對電流阻礙作用不同。
（二）、提出核心問題鏈
進一步追問：“那么，導體的電阻大小究竟由哪些因素決定呢？如果我們想讓一根導線的電阻變大或變小，可以怎么做？”鼓勵學生結合生活經驗大膽猜想，如“導線越長電阻越大”、“越粗的電線電阻越小”、“銅線比鐵線導電好”等。教師將學生的猜想分類板書：長度L、橫截面積S、材料種類、溫度T。
（三）、明確探究任務
總結：“今天我們就化身‘電阻偵探’，通過科學實驗逐一驗證這些猜想，最終揭開決定導體電阻大小的秘密——這就是我們本節課的主題：《決定導體電阻大小的因素》。”同時在黑板上書寫課題，營造探究氛圍。 1. 觀察實驗現象，思考燈泡亮度差異的原因。
2. 基于生活經驗提出影響電阻可能的因素。
3. 明確本節課的學習目標與探究任務。
4. 進入“電阻偵探”角色，激發探究欲望。
評價任務 猜想合理：☆☆☆
表達清晰：☆☆☆
參與積極：☆☆☆
設計意圖 從生活現象出發，創設真實問題情境，激活學生已有認知，引發認知沖突，激發探究動機。通過角色代入（“電阻偵探”）增強課堂趣味性，使抽象的物理探究變得生動可感。
實驗探究一：電阻與長度的關系
【10分鐘】 一、設計并實施實驗方案 （一）、引導設計控制變量法
教師提問：“要研究電阻與長度的關系，我們必須保證哪些條件不變？”引導學生明確必須控制材料、橫截面積、溫度相同，只改變長度。展示一組相同粗細、同種材料（鎳鉻合金）但長度分別為20cm、40cm、60cm的金屬絲。
（二）、確定測量方法
提問：“我們如何測量導體的電阻？”引導學生回顧伏安法測電阻原理（R=U/I），說明本實驗采用伏安法。教師演示連接電路：電源、開關、電流表、待測電阻絲、滑動變阻器（限流接法）、電壓表并聯在電阻絲兩端。強調滑動變阻器作用是調節電流，獲取多組數據。
（三）、組織分組實驗
將學生分為6組，每組領取一套實驗器材。發放實驗記錄表，要求記錄每種長度下的電壓U和電流I，計算電阻R。提醒注意事項：接線牢固避免接觸電阻；通電時間不宜過長防止發熱影響；讀數時視線垂直表盤。
（四）、巡視指導
教師巡視各組，重點指導電路連接是否正確，電表量程選擇是否合適，數據記錄是否規范。對操作困難的小組及時介入，如幫助判斷正負接線柱、糾正電壓表并聯錯誤等。 1. 小組討論確定控制變量條件。
2. 觀察教師演示，理解伏安法測電阻原理。
3. 動手連接電路，測量不同長度下的U、I值。
4. 記錄數據并計算電阻R，填寫實驗表格。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據真實：☆☆☆
合作有序：☆☆☆
設計意圖 通過引導學生自主設計實驗方案，強化“控制變量法”這一核心科學方法的理解與應用。動手實踐提升實驗技能，培養團隊協作能力。教師巡視確保實驗安全與數據有效性，體現“做中學”的理念。
數據分析與結論
【5分鐘】 一、處理數據，歸納規律 （一）、組織數據展示
邀請三組代表將實驗數據投影展示，教師協助將長度L與電阻R的數據輸入電子表格，生成L-R散點圖。引導學生觀察圖像特征：是否呈直線？是否過原點？
（二）、引導數學建模
提問：“圖像接近一條過原點的直線，說明R與L之間存在什么關系？”引導學生得出“R ∝ L”的結論。進一步追問：“如果長度變為原來的2倍，電阻大約變為多少？”結合數據驗證比例關系。
（三）、建立物理表達式
教師總結：“實驗表明，在材料、橫截面積、溫度不變時，導體的電阻與其長度成正比。”板書：R ∝ L。強調這是電阻定律的第一部分。 1. 觀察圖像，描述R與L的關系。
2. 回答教師提問，用數學語言表達正比關系。
3. 理解并記錄結論R ∝ L。
4. 對比不同組數據，驗證規律普適性。
評價任務 識圖準確：☆☆☆
推理正確：☆☆☆
表達完整：☆☆☆
設計意圖 通過可視化數據分析，幫助學生從具體數據中抽象出物理規律，發展科學推理能力。利用圖像法直觀呈現正比關系，符合高中生認知特點，強化“實驗→數據→規律”的科學思維路徑。
實驗探究二：電阻與橫截面積的關系
【10分鐘】 一、遷移方法，自主探究 （一）、提出新問題
教師展示三根長度相同、材料相同（鎳鉻合金），但直徑不同的電阻絲（如0.3mm、0.5mm、0.8mm）。提問：“現在我們要研究電阻與橫截面積的關系，應該控制哪些變量不變？如何測量橫截面積？”引導學生回答控制L、材料、T不變，S為變量。提示S=πd /4，可用游標卡尺測直徑d。
（二）、組織測量與實驗
每組領取三根不同直徑的電阻絲，先用游標卡尺測量直徑并計算S值，記錄在表中。然后依次接入電路，測量每種情況下的U、I，計算R值。教師巡視指導游標卡尺的正確使用方法（如主尺與游標對齊讀數），提醒學生注意多次測量取平均以減小誤差。
（三）、引導分析圖像
收集各組數據，教師匯總生成R-S圖像和R-1/S圖像。展示兩個圖像，提問：“哪個圖像更接近直線？說明R與S之間存在什么關系？”引導學生發現R-1/S圖像接近過原點的直線，從而得出R ∝ 1/S的結論。
（四）、深化理解
類比水流：橫截面積越大，相當于水管越粗，水流越順暢，阻力越小。同理，電子通過的“通道”越寬，阻礙越小，電阻越小。板書：R ∝ 1/S。 1. 明確實驗變量控制條件。
2. 使用游標卡尺測量直徑并計算S。
3. 測量不同S下的電阻值，記錄數據。
4. 分析R-S與R-1/S圖像，得出R ∝ 1/S。
評價任務 測量精準：☆☆☆
圖像判斷：☆☆☆
類比理解：☆☆☆
設計意圖 通過遷移前一實驗的方法，提升學生自主探究能力。引入R-1/S圖像分析，培養學生處理非線性關系的能力。結合水流類比，將抽象電學概念具象化，幫助學生建立物理直覺。
探究三：電阻與材料的關系
【5分鐘】 一、對比實驗，引出電阻率 （一）、設計對比實驗
教師提供長度和橫截面積完全相同的一段銅絲和一段鎳鉻合金絲。提問：“如果我們將它們分別接入相同電路，測得的電阻會一樣嗎？”引導學生預測：不同材料導電性不同，電阻應不同。
（二）、演示實驗驗證
教師現場用多用電表歐姆擋分別測量兩段導體的電阻，投影顯示讀數。明顯可見，鎳鉻絲電阻遠大于銅絲。提問：“這說明什么？”引導學生得出結論：在L、S相同條件下，電阻大小取決于材料本身。
（三）、引入電阻率概念
教師總結：“為了定量描述材料的導電性能，物理學引入了一個新物理量——電阻率，用符號ρ表示。”板書定義：在相同長度和橫截面積下，材料的電阻越大，其電阻率越高。強調ρ是材料的屬性，與導體形狀無關。展示常見材料電阻率表（銀、銅、鐵、鎳鉻合金、橡膠等），讓學生直觀感受數量級差異。 1. 預測不同材料導體的電阻大小。
2. 觀察教師演示實驗結果。
3. 理解電阻率是材料本身的屬性。
4. 查閱電阻率表，比較不同材料導電性。
評價任務 預測合理：☆☆☆
觀察細致：☆☆☆
理解本質：☆☆☆
設計意圖 通過直接對比實驗，凸顯材料對電阻的決定性影響。順勢引出電阻率概念，解決學生“為何不同材料導電性不同”的疑問。借助數據表增強感性認識，為理解電阻定律的完整性奠定基礎。
規律整合與應用
【5分鐘】 一、構建電阻定律 （一）、綜合三組結論
教師回顧三個實驗結論：R ∝ L，R ∝ 1/S，R ∝ ρ（材料）。提問：“能否將這三個關系合并成一個公式？”引導學生嘗試寫出 R ∝ ρL/S。教師補充比例系數，給出完整表達式：R = ρL/S。強調該式稱為電阻定律，適用于溫度不變的均勻導體。
（二）、講解公式含義
逐項解釋公式中各物理量：R為電阻（Ω），ρ為電阻率（Ω·m），L為長度（m），S為橫截面積（m ）。強調ρ由材料和溫度決定，與L、S無關。舉例說明：將一根銅線拉長，L增大，S減小，ρ不變，故R顯著增大。
（三）、簡單應用練習
出示例題：一根長2m、橫截面積為1×10 m 的銅導線，已知銅的電阻率ρ=1.7×10 Ω·m，求其電阻。引導學生代入公式計算：R = (1.7×10 × 2) / (1×10 ) = 3.4×10 Ω。強調單位統一的重要性。 1. 回顧實驗結論，嘗試歸納公式。
2. 理解電阻定律的物理意義和適用條件。
3. 掌握各物理量單位及公式變形。
4. 完成例題計算，鞏固公式應用。
評價任務 公式掌握：☆☆☆
單位正確：☆☆☆
計算準確：☆☆☆
設計意圖 將分散的實驗結論整合為統一的物理規律，體現知識的系統性。通過講解與例題，幫助學生掌握公式的數學形式與物理內涵，實現從實驗現象到理論模型的升華。
作業設計
一、基礎鞏固
1. 判斷下列說法是否正確，錯誤的請說明理由：
（1）導體的電阻與其長度成正比，與其橫截面積成正比。（ ）
（2）電阻率大的材料，其制成的導體電阻一定大。（ ）
（3）將一根金屬絲均勻拉長為原來的2倍，其電阻變為原來的4倍。（ ）
2. 一根鎳鉻合金線，在溫度不變的情況下，下列情況中其電阻不變的是（ ）
A. 長度和橫截面積都變為原來的一半
B. 長度和橫截面積都變為原來的2倍
C. 長度變為原來的2倍，橫截面積變為原來的一半
D. 長度變為原來的一半，橫截面積變為原來的2倍
二、能力提升
3. 某電力公司計劃鋪設一條長10km、橫截面積為50mm 的鋁質輸電線（ρ鋁=2.9×10 Ω·m）。求該輸電線的總電阻是多少歐姆？若輸送電流為200A，求線路上的電壓損失（即IR壓降）為多少伏？
4. 科學家發現一種新型超導材料，在低溫下電阻率為零。請結合電阻定律解釋：為什么超導材料在電力傳輸中具有巨大優勢？生活中還有哪些可能的應用場景？
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. （1）錯誤。電阻與橫截面積成反比。
（2）錯誤。電阻還與長度和橫截面積有關。
（3）正確。拉長后L'=2L，S'=S/2（體積不變），則R' = ρ(2L)/(S/2) = 4ρL/S = 4R。
2. B。根據R = ρL/S，當L和S都變為2倍時，R不變。
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
電壓損失 ΔU = IR = 200A × 5.8Ω = 1160V
4. 因ρ=0，由R=ρL/S得R=0，故無電能損耗，可實現遠距離無損輸電。應用場景：磁懸浮列車、核磁共振成像（MRI）、高效電機、量子計算機等。
板書設計
3.2 決定導體電阻大小的因素
【左側】實驗探究：
1. R ∝ L （S、材料、T 不變）
2. R ∝ 1/S （L、材料、T 不變）
3. R ∝ ρ （L、S、T 不變）
【中間】→ 綜合 →
【右側】電阻定律：
R = ρL/S
R：電阻（Ω）
ρ：電阻率（Ω·m）——材料屬性
L：長度（m）
S：橫截面積（m ）
【下方】生活啟示：
選材（銅/鋁）→ 降損耗
加粗 → 減電阻
降溫 → 提效率（超導）
教學反思
成功之處
1. 以“電阻偵探”為主線故事貫穿全課，情境生動，有效激發了學生探究興趣，課堂參與度高。
2. 實驗設計層層遞進，從教師引導到學生自主，充分體現了“做中學”理念，學生動手能力與科學思維得到有效鍛煉。
3. 板書結構清晰，圖文結合，突出核心公式與物理量關系，便于學生形成知識網絡。
不足之處
1. 部分小組在使用游標卡尺時讀數誤差較大，今后需增加測量技能培訓環節。
2. 對電阻率微觀機制（如晶格振動對電子散射）解釋不夠深入，可補充微視頻輔助理解。
3. 時間分配略顯緊張，最后的應用拓展環節未能充分展開，可考慮拆分為兩課時。

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