电阻定律教案

102．２ 电阻定律课时安排：1课时一、教学目标〔一〕、学问目标1、进一步深化对电阻的生疏2、把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3、知道什么导体、绝缘体、半导体〔二〕、力量目标1、培育学生分析解决三个变量之间关系的科学争论方法2、通过从猜测→争论方法→试验操作等一系列探究过程，使学生把握如何猎取学问，进展思维力量。二、教学重点三、教学难点四、教学方法五、教具〔一根〕，自制电阻丝示教板，幻灯片幻灯机。ABBA的两CA一样且等长的两根电阻丝并联而成．六、教学过程〔一、引入1、为了转变电路中的电流，应当如何操作？依据欧姆定律可知，只要增加导体两端的电压或降低倒导体的电阻即可．2、给定一个导体，如何测量它的电阻？〔学生自己设计电路〕导体的电阻与导体的哪些因素有关呢？〔二、课教学1、电阻定律、探究打算电阻大小的因素【提出问题】影响电阻的因素有哪些？……【设计试验】①试验原理——伏安法②试验电路——安培表的外接法 ③试验方法——掌握变量法同种材料，SL，测R同种材料，LS，测R不同材料，L肯定，SR【试验】所示的电路(幻灯投影)A、B〔b〕所示的电阻丝，用掌握变量法进展演示，记录数据．a接入A、B，测得一组数据〔U、I〕记入下表。a、bA、B，又得一组〔U、I〕．a、bA、B，又得一组〔U、I〕．cA、B，又得一组〔U、I〕。电阻丝电阻丝U/VI/AR/Ω单根a〔L、S〕同材料镍铬ab串联〔2L、S〕ab并联〔L、2S〕c(L、S)【分析论证】①②比较R∝L。①③比较R∝1/S。R=KL/SK不变，不同材料导体．K不同．K反映了材料导电性质，称作电阻率，用ρ表示．【试验结论】均匀导体的电阻RL成正比，跟它的横截面积S成反比。、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。LRS2、电阻率

L——长度 S——横截面积 ρ——电阻率〔、定义：用长度为1．横截面积为1m2电阻率．留意：电阻反映对电流阻碍作用的大小．电阻率反映导电性能的好坏，电阻跟导体本身性质有关。电阻率跟导体的材料有关．、物理意义：反映材料导电性能好坏的物理量、单位：欧姆米，简称欧米，符号是Ω·m、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大、金属的电阻率随温度的上升而增大先变暗后又渐渐变亮金电阻率几乎不受温度的影响，可制成标准电阻．留意：电阻率与温度有关也是导体材料本身的属性．3、导体、绝缘体、半导体、导体：、酸碱盐的水溶液、大地等有的物体对电流的阻碍作用很大，不简洁导电。如干木、橡皮、橡胶、塑料、陶瓷等注：①、导体和绝缘体并没有确定的界限，良好的导体和绝缘体都是重要的电工材料。②、导电性能不同的缘由：导体中有大量的自由电荷。绝缘体中有少量的自由电荷。、半导体①、半导体的定义加而减小的材料称为半导体．10-8Ω·ｍ~10-6Ω·ｍ绝缘体的电阻率一般约为108Ω·ｍ~1018Ω·ｍ10-5Ω·ｍ~106Ω·ｍ〔半导体材料：锗、硅、砷化镓等〕〔1〕将半导体热敏电阻〔3AX—c极反接〕与演示示其阻值急剧减小。结论：①半导体的热敏特性：电阻率随温度上升而减小。〔2〕将半导体光敏电阻〔3AX81极〕与演示用欧姆表串联，此时表盘指示电阻较大。用手电筒照耀光敏电阻时，欧姆表显示其阻值急剧减小。结论：②光敏特性：电阻率随光照而减小。〔3〕体的掺杂特性。结论：③掺杂特性：③、半导体导电特性的应用及进展①制作半导体传感器、热敏电阻、光敏电阻等．②制作晶体二极管、三极管等电子器件．③制作集成电路、超大规模集成电路，半导体制造技术推动个人计算机快速进展。1906年真空三极管的制造，为上个世纪上半叶无线电和的进展奠定了根底。1947年，美国贝尔争论所的巴丁、肖克莱、布拉坦研制出第一个晶体三极管。它的消灭成为上世纪下半叶世界科技进展的根底。其功耗极低，而且牢靠性高，转换速度快，功能多样，尺寸又小，因而成为当时消灭的数字计算机的抱负器件，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。〔即对数据进展〕的根本单元，后者是计算机存储器的根本单元。两种晶体管的性能在很大程度上均依靠于原始硅晶体的质量。禁带宽度大等特点，在工作速度、频率、光电性能和工作环境很多方面有着不行比较的优势。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。也是现代电子技术中最活泼的前沿领域之一。4、超导体、超导现象和超导体为超导体．、转变温度Tc材料由正常状态转变为超导状态的温度，叫做超导材料的转变温度．、超导的厉史年份科学家材料TC19111986〔荷〕昂尼斯汞4.2K23K19867198721992美、中35K90K125K、超导的相关争论〔1、迈斯纳效应B

的外磁场中，超导体内部的磁应强c 0 C0；假设T<Tc

B<B0 C

的外磁场，再降温到TC

以下时，超导体内的磁感应强度B0，即磁场被“排挤”出超导体外．这说明超导体是“完全抗磁体”，超导2、约瑟夫森效应〔超导隧道效应〕很薄10~300〕的氧化物绝缘层〔I〕SI－S0种超导隧道效应现在称为约瑟夫森效应．约瑟夫森从结论上证明超导隧道结的一些惊奇性质．例如，当两端电压V不等于0时，会消灭一个高频振荡的超导电流，它f4nef= h V为根本电荷，h为普朗克恒量．这时隧道结似乎一根能辐射电磁波的天 线；f1

I-V曲线上引起一系列电流台阶，如右图所示，其中第n个台阶处的电压满足关系式．V=nnhf4e 1约瑟夫森的预言不久就被试验证明，这为一门学科 超导电子学奠定了根底，19731950TC

与样品的同位素养量M有关，M越大，TC

越低，其关系可以用近似公式M2T1C1

=常数来表示，这说明超导现象的形成与原子核的质量有关。、超导体比热在临界温度的不连续性TC

时，比热发生不连续的变化，超导态的比热大于正常态的比热，但从正常相变为超导相时，没有吸取或放出潜热，这称为其次类相变。、超导的应用、优越的超导电机用超导体制作电机，功率可以提高几十倍。、省电的超导电路到完全不损耗。超导体导线则能完全解决这个问题。、周密的超导仪器〕，一般的材料很难到达要求，超导则能解决这个问题。、神速的超导计算机~1%。、超导磁悬浮列车在超导磁悬浮列车的争论中走在最前列十日本。1962年，日本着手设计磁悬浮列307.8km/h，1997500km/h。5、忆阻器〔第四种无源电子元件〕具有记忆功能的非线性电阻。4，把它对折起来作为一条导线用，电阻是多大？假设把它均匀拉长到原来的两倍，电阻又是多大？RLS而变化．由于导线的体积不变．因此，LL2S2SL2LSS2．

L4．S．当导线对折后，其长R”L”1

LL2；横截面积S2S,所以导线电阻为：S” ．L””

L2LSS2R””

S””

16．例2、关于材料的电阻率，以下说法正确的选项是 〔 A．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的1/3．B．材料的电阻率随温度的上升而增大．C．纯金属的电阻率较合金的电阻率小．大．C．3L80kmA、B两地之间，架设两条导线，每条导线的电RAB400CA端接入电源、电压表和电流10V40mACA地多远？U 10R

250()AC I 40103L R :(R )L:LAC

，依据电阻定律有：AB 2R解得：L

250 8025(km)2RAB课堂训练

24001.关于公式R＝U/I和公式R＝ρ·l/S，以下说法正确的选项是( A．两公式对一切状况都适用B．R＝U/I仅适用于金属导体，R＝ρ·l/S适用于任何导体C．导体的电阻R与U成正比，与I成反比D．导体的电阻在温度肯定时与导体的长度成正比，与导体的横截面积成反比。UDR＝IA错．BR＝U/I仅适用于金属导体，错误．导体的电阻由导体本身打算，与U、I无关，故C错．由电阻定律知D正确．2、同一半圆形金属片，如下图，从不同方向测量其电阻Ra、Rb假设不等，Ra、Rb

谁大？Ra、Rb

比值是多少？解析：〔1〕不等(a)又短又“胖”,(b)RaRb1/4R0,则(a)R0并联,Ra=R0/2;(b)为两电阻串联,R=2R0Ra:R=1:4b b〔四〕、小结知电阻率与温度的关系，〔五〕、作业P 板书设计、探究打算电阻大小的因素

第三节 电阻定律【试验结论】均匀导体的电阻RL成正比，跟它的横截面积S成反比。、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。LRS2、电阻率、定义：用长度为1m．横截面积为1m2的材料制成导体的电阻值叫做该材料的电阻率．、物理意义：反映材料导电性能好坏的物理量、单位：欧姆米，简称欧米，符号是Ω·m、纯金属的电阻率小，合金的电阻率大、金属的电阻率随温度的上升而增大3、导体、绝缘体、半导体4、超导体、超导现象和超导体、转变温度Tc、超导的应用5、忆阻器〔第四种无源电子元件〕具有记忆功能的非线性电阻。反思”。经过20技术和超导弱电技术三个方面取得了重大进展和突破。在众多领域中,超导技术的应用具有格外突出的优点和不行取代的作用。随着高温超导材料和低温制冷技术的快速进展,使超导技术的应用步伐快速加快。超导技术在电力、通信、高技术装备和军事装备等方面的应用也格外令人向往,面积双面薄膜、钇系型涂层带材、钇系准单畴块材和高温超导电缆等方面,其技术进展水平与国际水平相当或相近,某些方面甚至处于国际领先水平。1，现在争论中的磁悬浮列车的材料就是应用磁场强、体积小、重量轻的超导磁体。磁悬浮列车的原理是运用磁铁“同性相斥，异性相吸”的性质，使磁铁具有抗拒地心引力的力量，即“磁性悬浮”。这种原理运用在铁路运输系统上，使列车完全脱离轨道而悬浮行驶，成为“无轮”列车，时速可达几百公里以上。这就是所谓的“磁悬浮列车”。列车上装有超导磁体，由于悬浮而在线圈上高速前进。这些线圈固定在铁路的底部，由于电磁感应，在线圈里产生电流，地面上线圈产生的磁场极性与列车上的电磁体极性总是保持一样，这样在线圈和电磁体之间就会始终存在排斥力，从而使列车悬浮起来。2，此外在受控热核反响装置、盘旋等中都具有巨大的应用价值。电磁信号探测元件和用于高速运行的计算机元件，可以制造出超导量子干预磁强计，能测出脑磁图和心磁图，这对人的大脑活动具有重大的意义。也可以应用超导体于微波器件中，这对通信的质量的提高也具有重大的应用价值，通信质量的提高将会提高的人们生活水平，改善现在的生活现状。3，在军事工业中，超导技术也可以发挥其特有的作用，超导扫雷具承受两根大电流电缆在海水中形成电极或者在船上安装一个电磁体产生磁场，从而得以将磁水雷引爆。4，超导材料在强电、弱电方面的应用也具有很大的空间。在强电方面如高能物理受控热核反响、核磁共振等方面的应用，还有一些物理争论需要很强的磁场，一些特别的设备都需要超导磁体。核磁共振成像仪就是原子核带有正电，并进展自旋运动。通常状况下，原子核自旋轴的排列是无规律的，但将其置于外加磁场中时，核自旋空间取向从无序向有序过渡。自旋系统的磁化矢量由零渐渐增长，当系统到达平衡时，磁化强度到达稳定值。假设此时核自旋系统受到外界作用，如一定频率的射频激发原子核即可引起共振效应。在射频脉冲停顿后，自旋系同时释放出微弱的能量，成为射电信号，把这很多信号检出，并使之进展空间区分，就得到运动中原子核分布图像。核磁共振的特点是流淌液体不产生信号，称为流淌效应或流淌空白效应。因此血管是灰白色管状构造，而血液为无信号的黑色。这样使血管软组织很简洁分开。正常脊髓四周有脑脊液包围，脑脊液为黑色的，并有白色的硬膜为脂肪所衬托，使脊髓显示为白色的强信号构造。核磁共振已应用于全身各系统的成像诊断。在弱电方面，由于约瑟夫森效应可以得到准确度高的电压值，在电压计量工作〔SQUID〕的制造也是一个重要的应用，其具有高的磁测量灵敏度，在磁学中意义重大。高温超导特点编辑高温超导无源微波器件的成功研制，一些器件，例如滤波器、延迟线对超导材料的应用争论还在连续并且格外活泼。然而，超导技术的应用，也表现了很多的缺乏之处。超导体的广泛应用要解决材料在技术方面的很多问题。在材料方面，要求超导体应有较高的临界温度和临界电流。其安全稳定性要考虑，而提超群导材料的超导转变温度是超导材料得以广泛应用的根本前提，临界电流的提高也是至关重要的。各向异性不均匀性等等。现代在液氢温区大规模应用高温超导体还需要努力，进一步进展制备工艺。高温超导种类编辑高温超导铋家族铋超导家族的化学通式为Bi2Sr2Can-1CunO2n+4,n=2,3。也就是说这个家族有两个成员，即Bi2Sr2CaCuO8和Bi2Sr2Ca2Cu3O10。习惯上221222232223Pb少量地取代Bi,材料的超导性能会得到改善。铋2212相的超导转变温度为85K，铋2223110K。高温超导铊家族分族的分子通式为Tl2Ba2Can-1CunO2n+4,n=1,2,3…。这个家族有三个2201相，22122223相。2201相〔Tl2Ba2CuO6〕的90K，2212相〔Tl2Ba2CaCu2O8〕的超导转变温度为110K。2223相〔Tl2Ba2Ca2Cu3O10〕的超导转变温度为125K。因这一分族的每个成员的分子式里都含有两个Tl晶体构造上对应两个铊原子层，所以人们又把这个分族叫做铊双层分族。铊家族的另一个分族的化学分子通式为Tl(Ba,Sr)2Can-1CunO2n+3,n=1,2,3(Ba,Sr)Ba也可以是Sr个位置的原子是Sr时，Ca可以被某一种稀土元素〔R〕局部取代。能参与15种之多。这个家族的主要成员在晶体构造上有三个1201相，12121223相。由于每个相的(Ba,Sr)的位置都可以是Ba或者是SrTlBa2CuO5,TlSr2CuO5；TlBa2CaCu2O7，TlSr2CaCu2O7；TlBa2Ca2Cu3O9，TlSr2Ca2Cu3O96个成员。而每个含Sr的成员的Ca又可以被稀土元素取代。所以这个分族有成员几十个。因这个分族每一个分子中只含一个铊原子，即在晶格中只有一层铊原子，所以人们又常把这个分族称为铊单层1201相、12121223相的超导转变温度分别为45K，95K120K。高温超导汞家族汞超导家族的化学通式为HgBa2Can-1CunO2n+2+xn=1,2,3…“+x“。这个家族的主要成员有HgBa2CuO4，HgBa2CaCu2O6+x和HgBa2Ca2Cu3O8+x1201相、12121223相，这三个相的转变温度85K，120K133K1223133K是迄今为止所觉察的在常压下最高的超导临界转变温度。高温超导体是金属氧化物，在本质上是陶瓷材料，所以有的人将其称为陶瓷超导材料。高温超导稀土家族213家族的化学通式一般写为〔R,Ba〕2CuO4-x,R表示某一种稀土元素。至少有十种稀土元素可以用来合成这个家族的超导体。这个化学分子式中含两个〔R，Ba〕类原子，一个Cu原子，4个氧原子，214构造。在晶格中，RBa的位置是等价的，所以这里把它们看作一类原子。由于一般地讲，在晶格中存在着氧原子少缺，所以在分子式中写成O4-x。这个家族的超导转变温度约为36K。224家族的化学通式为RBa2Cu3O7-x,R同样表示某个稀土元13种稀土元素可以用来合成这个家族的超导体。由于这个家族的分子式中金属元素的个数分别为1，23，所以人们把这三种家族称为123氧原子写出来表示这个家族。由于这个家族被觉察的第一个成员的稀土元素是钇〔Y〕，12312390K左右。高温超导历史沿革编辑早在19欧姆定律、基尔霍夫定律、电阻定律等，关于物质导电的机理已经成为一个格外重要的课题。高温超导相关书籍1882年昂内斯成为莱顿大学物理系教授，开头把试验室的全部争论方向都确定在低温方向。191124.3K时，铂的电阻是一个定值。他认为这个定值是由杂质引起的，从而昂内斯选择汞作争论对象，由于汞在常温下可以连续用蒸馏法提纯。在3K时，他觉察电3×10－6以下，这是第一次观看到的超导电性。19139月在华盛顿召开的第三届国际制冷会议上，昂内斯正式提出了“超导态”概念。超导体的零电阻效应时间里，始终误认为超导电性是超导体的最本质的性质，却无视了超导体迈斯纳后争论说明，当物体进入超导态后，外部空间的磁场分布将发生变化，使超导体内部的磁感应强度保持为零。后来称这一觉察为“迈斯纳效应”。但是这个时期还是生疏超导机制的起步阶段。20世纪30年月，超导唯象理论有了快速的进展，有戈特—卡西米尔的热力学理论与二流体模型，有伦敦兄弟的电动力学理论。可以说金属电子导电理论此时在很多方面取得了巨大的成功。但是，超导电性是宏观世界的一种现象，在解释超导现象时，它的微观机制是如何的呢？还没有人能够给出恰当的解释。此后，很多人开头这方面的争论。他们认为，金属电子导电理论所使用的自由电子模型对超导体不再适用，应当充分考虑电子间以及电子与正离子间的相互作用。从今以后，超导物理界在电子间的库仑作用以及电—声相互作用方面开放了广泛的争论。最终在1957年由巴丁、库珀和施里弗三人共同建成了完整的超导微观机制。此后，一些物理学家依据前人的工作，相继地觉察了超导隧道效应和约瑟夫森效应。对超导现象，BCS理论给出了比较满足的解释。而在应用方面，超导现象具有很宽阔的应用空间，具有很高的应用价值。到了现代，人们始终致力于对超导材料的争论。在1968年以前，高温超导材料的争论处于停滞状况，始终在探究，但是没有较大的进展。其应用上会遇到制冷等问题的障碍于早期的超导体存在于液氦极低温度条件下，极大地限制了超导材料的应用。人们始终在探究高温超导体19111986年，75年间从水银4．2K提高到铌三锗23．22K19K。1986年，高温超导体的争论取得了重大的突破。掀起了以争论金属氧化物陶瓷材料为对象，以查找高临界温度超导体为目标的“超导热”。全260多个试验小组参与了这场竞赛。1986年1月，美国国际商用机器公司设在瑞士苏黎世试验室科学家柏诺兹和缪勒首先觉察钡镧铜氧化物是高温超导体，将超导温度提高到30K；紧接着，日本东京大学37K；1230日，美国休斯敦大学宣布，美籍华裔科学家朱经武又将超导温度提高到40．2K。1986年10Ba-La-Cu-O系统中获得Tc33K1215日，休斯顿大学报告了在处于压力下的La-Ba-Cu-O化合物体系中获得40.2K12月26日，中科院物理争论所宣布，他们成功地获得转变温度48.6K的1987年2月1692K处观看到了超导转变。同年2月24日，中科院物理争论所赵忠贤领导的争论液氮温区超导体起始转变温度在100K左右。这时期超导临界温度77K大关，对人类具有划时代的意义。现代物理学中关于超导现象的争论还在进一步的进展中。19871月初，日本川崎国立分子争论所将超导温度提高到43K；不久日本综合电子争论所又将超导温度提高到46K和53K中国科学院物理争论所由赵忠贤、陈立泉48．6K的锶镧铜氧系超导体70K发生转变的迹象。215日美国报道朱经武、吴茂昆98K超导体。220日，中国也宣布觉察100K以上超导体。33123K超导体。312日中国北京大学成功地用液氮进展超导磁悬浮327日美国华裔科学家又觉察240K的超导迹象。高温超导体的巨大突破，以液态氮代替液态氦作超导制冷剂获得超导体，使超导技术走向大10倍，所以液氮的价格实际仅相当于液氦的1/100。液氮制冷设备简洁，因此，现有的高温超导体虽然还必需用液氮冷却，但却被认为是20世纪科学上最宏大的觉察之一。科学家第一次在基于钚的材料中觉察了超导电性。他们觉察由钚、钴和镓组成的一种合金在确定温标18.5K以下存在超导性。这个温度反常的高，意味着除了重费米子系统、高温氧化物和传统的超导材料之外，含钚化合物很可能也是一类型的超导体(J.L.Sarraoetal.,Nature420,297(2023))。这项工作是由美国洛斯阿拉莫斯(LosAlamos)国家试验室的JohnSarrao超铀元素争论所的合作者们共同完成的。他们觉察，钚化合物的临界温度〔Tc〕比重费米子系统〔基于铀和铈的化合物〕要高一个量级。临界温度是超导材料的电阻变为零的温度。这种材料同时还有很高的〔超过此界限材料就失去超导特性的电流强度〕，这对其实际应用格外有利——固然钚危急的放射性会限制这一应用。这个很高的临界电流来源于材料中由于辐射导致的缺陷所产生的