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第3节物质的导电性与电阻【教学目标】(一)知识与能力1、能用正确的方法探测电路中的电流大小。2、知道常见的导体和绝缘体。3、了解导体的导电能力与外界条件有关。4、能从实验结果定性得出导体电阻与其长度、粗细和组成材料之间的关系。5、知道金属导体的电阻与温度之间的关系和超导现象。(二)情感与价值观1．提倡团结协作的学习。2．感受知识建立，品尝成功喜悦,燃起学习兴趣,激发思维热情。重点：知道常见的导体和绝缘体；知道金属导电原因是有自由电子；理解电阻概念，知道电阻的单位。难点：从实验结果得出导体的电阻与长度、粗细、材料之间的关系【教学过程】【引入】科索沃战争中，北约发言人吹嘘有控制南联盟的“电力开关”。1999年5月2 日晚，美国空军在轰炸南联盟首都贝尔格莱德时使用一种神秘的机载武器，果然造成了贝尔格莱德及周围地区的大面积停电，对南联盟人民的生活造成严重影响。你知道所谓的“电力开关”指的是哪种物质？主要运用了它的什么性质？解答：这种被北约吹得神乎其神的“电力开关”叫作石墨炸弹，美国人称其为电子炸弹。罐内装有大量经过处理的石墨丝。石墨丝比人的头发还细，具有极强的导电能力。电站或变电网络的高压线一旦被石墨丝缠上，瞬间即可造成电网短路，烧毁电力设备，导致大面积停电。一、对物质导电性检测-归纳导电不导电物质。
探究实验：试验器材有：金属片、塑料直尺、玻璃棒、铅笔芯（碳棒）、食盐水、粉笔、硬币。问：你认为在你身边有哪些物体容易导电？哪些物质不容易导电？你是怎么知道的？答：这是我们由生活常识得到的结论.所谓导电能力就是要检测某种物质能否通过电流，要设计这样的电路，除了被检测物质外，还要哪些器材呢？讨论：1）用什么方法可以显示或说明电路中有电流通过？小灯泡检测法，电流表检测法等2）什么情况下电路中会产生电流？3）根据以上设想能否画出一个检测电路图学生实验：按照实验方案及电路图进行实验检测，对各种物品测试后分成两类：容易导电：金属片、铅笔芯（碳棒）、食盐水、硬币、不容易导电：塑料直尺、玻璃棒、粉笔、小结：容易导电的物质叫导体；不容易导电的物质叫绝缘体。常见的导体有：金属、石墨、人体、大地和食盐水常见的绝缘体有：橡胶、玻璃、瓷、塑料、干木头、油和干燥的空气思考：那水是导体还是绝缘体？你的依据是什么？解答：纯净的水是绝缘体，但是普通的水里面溶有大量其他的物质，因此普通的水是能导电。（如人会触电）二、探究玻璃在条件改变时导电性的变化通过实验可以发现：正常情况下玻璃不会导电，然而烧红的玻璃能够导电你有什么启发？（注意点：用酒精喷灯加热；电源电压控制在20伏左右；负载用发光二极管。）解答：物质的导电能力不是绝对的。有些绝缘体在条件改变时会变成导体。反之，导体是否也会变成绝缘体？
（1）你知道某些电路的关键部位为什么要有防腐蚀措施吗？（2）家庭电路中的所有导线都是用塑料、橡胶等绝缘体材料包裹着的，主要是为了什么？三、半导体半导体：在生产生活中，我们还经常听到一种称为半导体的物质，它的导电能力介于导体与绝缘体之间，常见的半导体材料有硅和锗，主要应用于电子工业，我们常听到“硅谷”意指电子产品基地。（介绍计算机主板的集成电路）四、为什么导体绝缘体的导电能力不同过渡：我们了解了金属是导体，很容易导电，金属为什么都能导电？（微观解释）介绍：（1）物质是由分子构成的，分子是由原子构成的，而原子又是由原子核（带正电）和绕原子核高速运动的电子所构成。（2）金属内部原子核相对固定，但周围有大量能自由移动的电子（带负电），能从一个地方移动到另一个地方。当电路中接入电源，并接通后，金属中的这些自由电子都向同一方向（由电源的负极经导线向电源的正极）移动，从而形成了电流。（3）而非金属不容易导电就是因为几乎没有自由移动的电子，它里面的电荷是被束缚着，不能自由移动的。五、电阻过渡：我们已经知道有些物质容易导电叫做导体，有些物质不容易导电叫做绝缘体。可见，不同物质的导电能力不同，为了定量比较导电能力的强弱，我们引入电阻的概念。答：电阻表示导体对电流的阻碍作用，导体对电流的阻碍作用越强，电阻就越大。问：导体的电阻和绝缘体的电阻，谁大一点？介绍：绝缘体就是电阻非常大的，而导电能力却非常小的物质。而导体的导电能力很强，可见对电流通过的阻碍能力较差，所以导体的电阻相对较小。介绍：电阻用字母R表示，单位是：欧姆（简称欧，符号Ω）除了欧姆外，还有千欧KΩ，兆欧MΩ，之间的换算为1000倍，1MΩ=103KΩ=106Ω
如：200C时，铁的电阻=0.1Ω，铝的电阻=0.03Ω，橡胶的电阻=1020Ω（二）探索影响导体电阻大小的因素刚刚我们已经完成实验的假设，接下来我们就对建立的假设进行探究——研究导体电阻和长度、横截面积及材料之间的定性关系（出于安全考虑，温度先不探究）当有几个因素同时影响一个量的变化时，常常采用什么方法来研究各个因素对这个量的影响程度？（由学生思考得出:控制变量法）这样一来，这个问题就等于分别研究电阻与长度、电阻与横截面积、电阻与材料之间的关系了。1．设计电路图要进行实验，我们第一步就要设计实验电路，请大家设计好进行互相展示和讨论，采用最合适的电路图进行探究。学生互相讨论采用了第三个图，让学生说出采用这个图的理由2．实验探究：学生用实验套件里的材料进行实验设计并推代表上来用课件模拟实验，展示自己是如何实验的（1）研究导体的电阻与长度的关系
控制导体的材料和粗细相同，用两条不同长度的镍铬合金导线做实验。提问：分析实验数据，可以得到什么结论？ （导体的材料、粗细（横截面积）都相同时，导体越长，电阻越大。）（2）研究导体的电阻与粗细的关系控制导体的材料和长度不变，用两条粗细不同的镍铬合金线做实验。 提问：分析实验数据，可以得到什么结论？（导体的材料、长度都相同时，导体的越细（横截面积越小），电阻越大。） （大家有没有发现：导体的电阻跟长度、横截面积的关系可以用人在街上行走作比喻，街道越长，街面越窄，行人受到阻碍的机会越多．同理，导体越长、越细，自由电子定向移动受到碰撞的机会就会越多．）（3）研究导体电阻与材料的关系控制导体的长度、粗细不变，用猛铜和镍铬两种导线进行实验。 提问：分析实验数据，可以得到什么结论？（导体的长度、粗细都相同时，导体的材料不一样，电阻也不一样。）3．实验结论：导体的电阻大小与导体的长度、横截面积（粗细）和材料有关。同种材料的导线，导线越长，电阻越大；导线越细，电阻也越大。（二）思考与讨论：实验室里有两种导线，一种是导电能力极强的铜线（电阻极小），另一种是导电能力较差的镍铬合金线（电阻较大），为什么本实验用镍铬合金线作为被测导线？（由于铜线的电阻太小，实验现象不明显，所以一般选用镍铬合金线）（三）演示实验：
灯泡的灯丝按实验图接入电路，用酒精灯缓慢地对灯丝加热观察加热前后，演示电流表的示数有什么变化。【提问】从电流表示数的变化，得到什么结论？(导体被加热后，它的温度升高，电流表示数变小，表明导体的电阻变大，这说明导体的电阻还跟温度有关，对大多数导体来说，温度越高电阻越大。)【小结】导体的电阻由它自身的条件决定，因此，不同的导体，电阻一般不同，所以说，电阻是导体本身的一种性质． 为了表示导体的电阻跟材料的关系，应取相同长度，相同的横截面积的不同材料在相同温度下加以比较，课本上的表列出了一些长1米、横截面积1毫米2、在20℃时的不同材料的导线的电阻值．【提问】从查表，你知道哪些材料的导电性能好？(银的导电性能最好，因此，在相同长度和横截面积的情况下，它的电阻最小．其次是铜，再次是铝．）【资料链接】1、半导体我们知道，容易导电的物体称为导体，不容易导电的物体称为绝缘体．其实，导体和绝缘体之间没有绝对的界限．绝缘体并非绝对不导电，只是绝缘体的电阻率很大．在室温下，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．长为1m、横截面积为1×10-4m2的一段绝缘体，两端加以1V电压，通过的电流约为10-14A～10-4A．可见电流是多么微小了．有些材料，它们的导电性能介于导体和绝缘体之间，而且电阻不随温度的增加而增加，反随温度的增加而减小，这种材料称为半导体，半导体的电阻率约为10-5Ω·m～106Ω·m．锗、硅、砷化镓、锑化铟等都是半导体材料．半导体的导电性能可以由外界条件所控制，如改变半导体的温度，使半导体受到光照，在半导体中加入其他微量杂质等，都可以使半导体的导电性能成百万倍地发生变化．这种性能是导体和绝缘体所没有的
正因为半导体具备这种特性，人们用半导体制成了热敏电阻、光敏电阻、晶体管等各种电子元件，并且发展成为集成电路．把晶体管以及电阻、电容等元件，同时制作在很小的一块半导体晶片上，并且把它们按照电子线路的要求连接起来，使之成为具有一定功能的电路，这就是集成电路．在超大规模集成电路中，在面积比小拇指的指甲还小的一块半导体晶片上可以集成上百万个电子元件．集成电路的制成开辟了微电子技术的时代．集成电路的制成，微电子技术的发展，使电子计算机得以更新换代，由20世纪40年代约为30吨重的第一台庞大的电子计算机发展成为今天日益普及的个人计算机．个人计算机中的处理器（包括运算器和控制器）、存储器都是由大规模集成电路制成的．半导体，它在现代科学技术中发挥了重要的作用．2、超导体金属的电阻率随温度的降低而减小．人们发现，有些物质当温度降低到绝对零度附近时，它们的电阻率会突然减小到无法测量的程度，可以认为它们的电阻率突然变为零．这种现象叫做超导现象，能够发生超导现象的物质称为超导体．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Tc．例如铅的转变温度Tc＝7.0K，水银的转变温度Tc＝4.2K，铝的转变温度Tc＝1.2K，镉的转变温度Tc=0.6K． 超导体的电阻率几乎为零，如果用超导体材料制成一个闭合线圈，在这个线圈里一旦激发出电流，不需要电源，电流就可以持续几十天之久而不减小，并且发热的功率很小．在远距离输电中，在很长的输电线上白白地消耗掉大量的电能，如果使用超导输电线，将可避免电能的大量消耗．在大型的电磁铁和电机中，通过线圈的电流很强，损耗的电能很多．如果用超导材料做成线圈，耗损的功率大大降低，则可以制成强大功率的超导电磁铁和超导电机．各种电子器件如果能实现超导化．将会大大提高它们的性能．电子计算机实现超导化，将使个人计算机具有超级计算机的性能．超导体的应用具有十分诱人的前景． 超导材料的转变温度很低，要维持这样低的温度，在技术上是非常困难的．几十年来，科学家们积极进行高温超导的研究．我国的研究工作走在世界的前列，在1989年，我国科学家发现了转变温度Tc=130K的超导材料．目前在世界范围内掀起了高温超导研究的热潮，期望得到在室温下就能工作的超导材料．以便使它能有广泛的实际应用．[来源:学科网ZXK]【补充阅读】超导体的知识：一、金属的电阻随温度的升高而增大，当金属的温度降低时，它的电阻减小．
1911年，荷兰物理学家昂内斯在测定水银在低温下的电阻值时发现，当温度降到-269℃左右时，水银的电阻变为零，这种现象叫超导现象．1、超导体：能够发生超导现象的物质，叫做超导体．（注意：不是所有物体都会发生超导现象）2、超导转变温度（又叫超导临界温度）：物质的电阻降到一定温度时，才会出现超导现象，物质电阻变为零的温度叫做超导转变温度，用Tc表示．3、几种超导体的超导转变温度（Tc）．铝：-271.76℃．铅：-265.97℃．锡：-269.43℃．水银：-268.99℃．钨：-273.14℃．二、超导体的应用前景因为超导体在很低的温度下才会发生超导现象，目前超导体还不能在常温下应用于实际生产和生活中，只应用于科学实验和高新技术中．如果能应用于实际，会给人类带来很大的好处．举几例如下：①输电导线利用超导体，可以大大降低输电的电能损耗．②如果把发电机和电动机的线圈用超导体制成超导线圈，可以使发电机和电动机的质量减小，功率增大，效率提高．三、超导研究的历史和发展前景1911年，昂内斯首先发现水银的超导现象．1911年～1986年3月经过75年的努力，找到具有高转变温度的超导材料——铌三锗，Tc为-250℃．1987年2月24日，我国宣布获得Tc为～173℃以上的超导体．1989年，我国已找到Tc为-141℃的超导体材料．目前，各国科学家还在继续研究Tc值更高的超导体材料，以将超导应用到生产和生活中去．
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