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第七章 电阻

Posted on 2006-04-19 11:06 高山流水 阅读(336) 评论(0)  编辑 收藏 引用 所属分类: ------计算机硬件------
 

(一)教材分析

 

    本章介绍电阻的概念,讲述变阻器及其应用。电阻是导体的重要电学性质,理解这一概念的初步含义及其决定因素,与理解电流和电压的概念一样,是后续学习的必要基础。变阻器是电阻知识的实际应用,在电学实验和无线电技术中应用很广泛。在这里学习变阻器,既有助于学生更好理解电阻的概念,又为后续的学习特别是做电学实验作了必要的准备。半导体和超导体已成为现代科学技术的基本知识,由于学生的知识不足,作为选学内容只作初步介绍。

 

  本章第一节“导体对电流的阻碍作用──电阻”。教材从为什么常用导线是铜或铝制成的这个实际问题引入课题,进而通过实验讲述了什么是电阻和决定电阻大小的因素,在讲什么是电阻时,说明了电阻是导体本身的一种性质。教材还在介绍电阻的单位后列举了一些电阻器及其阻值,帮助学生形成阻值大小的具体观念。教材没有用电压和电流的比值来定义电阻,也没有说明 1 Ω的物理意义。这都有利于降低难度。在讲述决定电阻大小的因素时,重点放在材料、长度和横截面积这三个因素方面,因为在一般情况下这是主要的,但也只是限于定性说明。温度对电阻的影响在许多情况下也是不可忽视的因素,所以教材中也用实验来予以讲述。

 

  第二节“变阻器”。重点讲述的是滑动变阻器。理解的记忆才记得牢,所以在课本图 7 7 中较详细地说明了它的构造原理及由此而引出的使用方法。教材介绍的滑动变阻器是两个接线柱的,这是因为经验表明,四个接头的滑动变阻器对初中学生是难以掌握的,改讲两个接头的,有利于大大降低难度。四个接头的不作要求,只在“想想议议”中出现,用来培养学生灵活运用知识的能力,也使学生知道还有这种变阻器。此外作为选学内容,教材还安排了能够表示出电阻值的变阻器──电阻箱。

 

  第三节“半导体”为选学内容。简单介绍了半导体的一些电学特性──压敏特性、热敏特性和光敏特性及其应用。这节教材,主要是使学生对现代科学技术中广泛使用的半导体获得初步知识,开拓他们的眼界,启发对现代科学技术的兴趣。

 

  第四节“超导”为选学内容。介绍了超导体的一些电学特性及其应用。这节教材,主要是使学生对超导体在现代科学技术中的应用有一些初步的了解。


(二)教学要求

   1 .知道电阻及其单位,知道决定电阻大小的因素。

 

   2 .知道滑动变阻器的构造,会把滑动变阻器连入电路改变电流。

 

   3 .知道电阻箱的构造、使用和读数。

 

   4 .了解半导体以及半导体在现代科学技术中的应用。

 

   5 .了解超导体以及超导体在现代科学技术中的应用。


(三)教学建议

  本章教材共 4 节,建议每节安排 1 课时。

 

一、导体对电流的阻碍作用──电阻

 

  在以常用的导线一般都用钢或铝制成来自然地引出课题后,新授的知识可分下述三部分。

 

   1 .电阻的初步概念

 

  这部分内容有三点:电阻的初步知识、电阻的大小和单位、常见的电阻器。

 

  电阻是个重要概念,可通过如下实验使学生获得有关电阻的初步知识。长短、粗细相同的锰钢合金丝和镍铬合金丝,加上相同的电压后有不同的电流。

 

  归纳实验结果:用电阻来表示导体对电流的阻碍作用,电阻是导体本身的性质。

 

   2 .材料、长度和横截面积对电阻的影响

 

  这是本节课的主要内容。在知道电阻是导体本身的性质后,再进一步提出问题:这一性质与导体的哪些因素有关呢?然后可以按课文的顺序每做一个实验,分析一种因素的影

 

  响;也可以一次完成两个实验,一同比较分析。实验结果可以设计一张表格记录,便于比较、说明。

 

   3 .温度对电阻的影响

 

  在演示实验后说明:金属的电阻,一般都随温度的升高而增大;某些合金(如锰铜)的电阻,随温度的变化较小;少数物质(如碳),电阻随温度的升高而减小。

 

  建议指导学生阅读电阻率表。关于电阻率这个概念,只要学生知道就可以了。表里内容可作这样的介绍:铜、铝的电阻率小,是常用的导电材料;钨有很高的熔点( 3370 ),电阻率也是铜的三倍多,常用作灯泡的灯丝,铁的电阻率虽大,但熔点不高( 550 ),故不能用作灯丝;锰铜、康铜等电阻率大,电阻随温度的变化很小,可用作标准电阻;镍铬合金、铝铬合金等有长期承受高温的能力,可用做电热器的发热元件。

 

  “想想议议”中的问题,结论当然是选用铝线(实际上往往用钢芯铝线),但要在学生争论后得出。事实上,在三相四线制的供电线路中,中性线常使用钢线,因为中性线中的电流很小。这一点除少数学生见到过外,一般是不知道的。

 

二、变阻器

 

   1 .引入新课的方式可如课文所述,从有改变电灯亮度的实际需要出发,引出新课的讲述。

 

   2 .关于滑动变阻器的讲述,根据从感性到理性、从简单到复杂的原则,可以分为如下几个层次:

 

  ( 1 )演示课本中图 7 6 所示的改变小灯泡亮度的实验。

 

  ( 2 )分发滑动变阻器让学生对照课本图 7 7 观察、思考。如果条件许可,还可把课本图 7 8 所示的演示改为学生实验。

 

  ( 3 )指出每个变阻器都有规定的最大电阻值和允许通过的最大电流值。

 

  ( 4 )介绍变阻器在生产、生活中的一些应用。

 

  ( 5 )关于电阻箱的讲述,可从滑动变阻器能够逐渐地改变连入电路的电阻,但不能表示出连入的电阻值引入。这种从已有知识提出进一步研究的问题,可以培养学生科学地提出问题的能力。讲述电阻箱的使用方法(特别是读数)和它与滑动变阻器的区别;介绍它的构造原理。

 

 

  ( 6 )讨论“想想议议”中的问题,其结论见图 7 1 (改变电流方向后又有四种方法,但效果是一样的)。强调指出:只有在滑动变阻器的金属棒上和绝缘线圈上各选一个接线柱串联在电路中时,变阻器才能起到改变电阻的作用;接线柱 C D 之间的电阻为零, A B 之间的电阻最大,移动滑片不会改变这种状况。要注意,这里重要的不是结论,而是通过讨论使学生思想活跃,主动去获取应用知识的能力。

 

三、半导体

 

  这是一节选学教材,讲述半导体和半导体的压敏特性、热敏特性和光敏特性及其应用,教学时按照学生的情况可以有所增减。条件较好时,可以演示半导体的一些电学特性,补充一些应用这些特性的实例。但不宜补充过多,对有兴趣的学生可向他们介绍课外阅读材料。要注意把握好本节的深广度。

 

  可以告诉学生,人们早就知道半导体了,但半导体引起人们广泛的兴趣,却是在半导体的电学特性被发现、制造半导体器件的工艺问题得到解决,因而半导体获得了许多特殊而又重要的应用的最近几十年间。使学生自然而然地受到一次科学技术的发展与社会需要的辩证关系的教育。

 

四、超导

 

  这一节也是选学教材,只要让学生了解超导体以及超导体在科学技术中的应用就可以了。由于超导体的研究和应用涉及的问题过深,初中学生不可能搞懂。所以,对即使有兴趣而且学习较好的学生,也只能鼓励他们要进一步学习。

 
(四)实验

   1 .半导体的热敏特性

 

  量程 5mA 的演示用的电流表、几百欧姆的热敏电阻和 1 5V 的干电池连接成电路。用不同温度的物体去接触热敏电阻,电流表的指针会有不同程度的偏转。

 

   2 .半导体的光敏特性

 

  用 2CU 2DU 型光电二极管跟微安级的电流表和 6V 8V 的电源连接成电路,用太阳光或小电珠作光源,可看到电流表指针的变化。

 

 

  也可改用光敏电阻或 3AX 型的三极管。图 7 2 所示是用三极管演示的电路,其中欧姆表选 100 Ω或 1k Ω档。


(五)练习和习题答案与提示

  第一节练习

 

   1 .导线 2 的电阻大。

 

   2 .欧姆,欧。

 

   3 24k Ω; 2 4 × 10 2 M Ω。

 

   4 .材料;长度;横截面积;温度。

 

  第二节练习

 

   1 .长度。

 

   2 .小;大;亮。

 

   3 427 Ω。

 

  习题

 

   1 .发电厂距学校较远,输电线的电阻较大;发电厂距工厂较近,输电线的电阻较小。

 

   2 .两根导线并在一起,相当于增大了导线的横截面积,因此电阻减小。

 

   3 .选择铁丝作导线,锰铜丝作电阻丝。因为导线的电阻要小,而电阻丝的电阻要大。比较起来,相同粗细的铁丝和锰铜丝,长度一样时前者的电阻要小些。

 

   4 .要使灯泡暗些,导线夹应向 B 端移动;要使灯泡亮些,导线夹应向 A 端移动。

 

   5 .连接如图 7 3 所示。

 

 

   6 .油面下降时,浮标随同下降,杠杆右端指针──与滑动变阻器 R 接触的金属片上移,接入电路的电阻增加,电路中的电流减小,电表读数减小。反之,电表读数增加。电表读数的大小,反映了油面的高低。若把这个电表所标出的电流值,改成所反映的油面高度值,从这个电表就可以直接读出油面的高度了。


(六)参考资料

   1 .电子论对全属导体电阻的解释

 

  金属是由自由电子和正离子组成的。正离子构成金属结晶点阵,自由电子不断地作无规则的热运动。大量自由电子的热运动在任一方向上的速度平均值为零,不形成电流。在外加电场作用下(在导体两端加电压),这些自由电子获得了一个逆着场强方向的定向移动速度,形成了电流。电阻就是作定向移动的自由电子跟晶格碰撞所产生的对电流的阻碍作用。不同材料的金属,有不同的结晶点阵结构,因而有不同的电阻。

 

2 .几种常用电器的电阻

名 称

电阻 / Ω

普通干电池

 

铅蓄电池

 

15W 40W 日光灯丝冷态直流电阻

 

15W 20W 日光灯镇流器冷态直流电阻

 

220V   40W 白炽灯泡(冷态)

 

         (热态)

0 7

 

0 05 0 1

 

3 5 5

 

28 32

 

1000

 

1210

   3 .电阻器的标志方法

 

  电阻器的阻值和允许偏差的标志方法有三种。

 

  直标法在电阻器表面上直接标出产品的标称电阻值和允许偏差的百分数。如“ 5 1k Ω± 5 表示标称阻值是 5 1k Ω,实际阻值不偏离此值的 5 %。这种方法一目了然。

 

  文字符号法表示阻值单位的符号有: R (表示 10 0 Ω)、 K (表示 10 3 Ω)、 M (表示 10 6 Ω)、 G (表示 10 9 Ω)、 T (表示 10 12 Ω)。表示允许偏差的符号有: B (表示± 0 1% )、 C (表示± 0 25 %)、 D (表示± 0 5 %)、 F (表示± 1 %)、 G (表示± 2 %)、 J (表示± 5 %) K (表示± 10 %)、 M (表示± 20 %)、 N (表示± 30 %)。在表示阻值单位文字符号前面的数字表示该电阻器电阻的整数值,在此文字后面的数字表示小数点后面的阻值,末尾是允许偏差。如“ 5K1J ”表示标称阻值 5 1k Ω、误差± 5 %,“ 10RK

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