Электрическое сопротивление. Удельное сопротивление - Электрические явления

Цели: ознакомить учащихся с электрическим сопротивлением проводников как физической величиной; дать объяснение природе электрического сопротивления на основании электронной теории; показать зависимость сопротивления от геометрических размеров проводника.

Демонстрации: электрический ток в различных металлических проводниках; зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.

Ход урока

I. Повторение изученного. Проверка домашнего задания

Если на предыдущем уроке не хватило времени провести самостоятельную работу, можно поработать с ней в начале этого урока, либо провести фронтальный опрос по теме «Электрическое напряжение».

II. Изучение нового материала

План изложения нового материала:

1. Электрическое сопротивление проводника.

2. Зависимость сопротивления проводника от его длины, площади поперечного сечения и материала.

3. Удельное сопротивление.

1. Формирование представления о сопротивлении можно начать с опыта, цель которого - показать, что сила тока в проводнике зависит не только от напряжения, но и от свойств самого проводника.

Собираем электрическую цепь из источника тока и медной проволочки на колодке, выключателя, амперметра и вольтметра. Замыкаем цепь и записываем показатели амперметра и вольтметра. Затем вместо медной проволочки включаем никелиновую такой же длины и сечения. Сила тока в цепи уменьшается. Если же включить железную проволочку, то сила тока значительно увеличится. Вольтметр же при подключении к концам этих проволочек показывает одинаковое напряжение. Следовательно, сила тока зависит от какого-то свойства проводника. Очевиден вывод: проводники влияют на силу тока; иначе говоря, - оказывают сопротивление току. Очевидно, тот проводник обладает большим сопротивлением, в котором при том же напряжении проходит меньший ток.

Свойство проводника ограничивать силу тока в цепи называют его сопротивлением.

Для лучшего понимания учениками природы электрического сопротивления необходимо рассмотреть модельные представления электрического тока в металле, обратив внимание учащихся на взаимодействие движущихся электронов с ионами кристаллической решетки.

Возникает вопрос:

- Что является причиной, ограничивающей силу тока в проводнике?

Путем логических рассуждений учащиеся подводятся к выводу, что таких причин две:

а) электрическое поле Положительно заряженных ионов кристаллической решетки действует с силой на электроны, уменьшая их скорость направленного движения, а, следовательно, и силу тока;

б) воздействие электрического поля электронов на соседние электроны, что также приводит к уменьшению скорости их направленного движения.

2. Далее учитель ставит перед школьниками следующую проблему:

- От чего и как зависит сопротивление проводника?

Проводя опыты по выяснению факторов, влияющих на сопротивление проводника, учитель задает классу вопросы:

- Как показать на опыте зависимость сопротивления проводника от его длины? Площади поперечного сечения?

- Как можно показать, что сопротивление проводника зависит от рода вещества, из которого он изготовлен?

Выяснив причины, ограничивающие силу тока в проводнике, переходим к формулированию обобщающего определения величины сопротивления. Для этого выполним ряд опытов с проводниками различной длины, площади поперечного сечения и материала. Учащиеся, анализируя полученные результаты, самостоятельно приходят к заключению:

Сопротивление проводника прямо пропорционально длине, обратно пропорционально площади поперечного сечения и зависит от материала.

Электрическое сопротивление обозначается буквой R.

[R] = Ом.

За единицу сопротивления принимают сопротивление такого проводника, в котором при напряжении на концах 1 В сила тока равна 1 А.

3. Удельное сопротивление. Если обозначить сопротивление проводника буквой R, его длину буквой l, а площадь поперечного сечения - S, то формула для вычисления сопротивления будет иметь такой вид:

где ρ - коэффициент, характеризующий электрические свойства вещества, из которого изготовлен проводник. Этот коэффициент называется удельным сопротивлением вещества. Он равен:

Откуда:

В заключение урюка необходимо познакомить учащихся с таблицей удельных электрических сопротивлений некоторых веществ. Поскольку сопротивление металлических проводников зависит от температуры (оно увеличивается при повышении температуры), то в таблице приводятся значения удельных сопротивлений для температуры 20 °С.

- Удельное сопротивление никелина Что это значит?

Из таблицы следует, что серебро и медь - лучшие проводники электричества: Для нагревательных элементов удобно использовать вещества с большим удельным сопротивлением, например, нихром.

III. Закрепление изученного. Решение задач

С целью закрепления материала желательно конец урока посвятить решению простых задач по изученной теме:

Задача 1

Каково сопротивление медного провода длиной 1 м и площадью поперечного сечения 1 мм²?

Задача 2

Имеются две медные проволоки одинаковой длины. У одной площадь поперечного сечения 1 мм², а у другой - 5 мм². У какой проволоки сопротивление меньше и во сколько раз?

Задача 3

При устройстве молниеотвода использовали стальной провод сечением 35 мм² и длиной 25 м. Определите его сопротивление.

Задача 4

Ртуть заполняет стеклянную трубку с внутренним сечением 1 мм² и имеет сопротивление 2 Ом. Вычислите длину столбика ртути в трубке.

Домашнее задание

1. § 43, 45 учебника; вопросы и задания к параграфам.

2. Сб. задач В. И. Лукашика, Е. В. Ивановой, № 1302, 1307, 1313, 1312.