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第4章
第3节 物质的导电性与电阻
学习目标
1.能设计一个简单的实验检测物质的导电性。
2.知道常见的导体和绝缘体，了解半导体材料及其应用。
3.理解导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因。
4.理解电阻的概念，能分析并猜测影响电阻的因素。
5.能设计实验来探究导体电阻与其长度、横截面积和材料的关系。
6.知道金属导体的电阻与温度的关系和超导现象。
7.能设计实验来探究金属导体的电阻随温度变化的关系。
知识点1 物质的导电能力
1.教材第134页活动：检测物质的导电能力
实验目的 检测哪些物质容易导电， 哪些不容易导电
实验材料 硬币、塑料直尺、玻璃片、铅笔芯（碳棒）、食盐水、粉笔、纯净水等
实验方法 转换法（物质的导电能力无法直接测量，用灯泡的亮暗程度或电流表的示数大小来反映）
实验电路图
实验步骤 按实验电路图连接电路，将各种待测物质分别接入电路
实验现象分析 观察灯泡的亮暗程度，灯泡越亮，说明物质的导电能力越强，反之越弱 当物质的导电能力相差不大时，小灯泡的亮暗程度变化不明显，可以用电流表的示数大小来反映物质导电能力的强弱，电流表示数越大，说明物质的导电能力越强，反之越弱
实验结果 易导电物质有硬币、铅笔芯（碳棒）、食盐水； 不易导电物质有塑料直尺、玻璃片、粉笔、纯净水 续表
注意 实验电路中若只接电流表而不接小灯泡，在测量通电能力极好的良导体时，会因电路中电流太大而损坏电流表
2.导体和绝缘体
（1）导体和绝缘体的概念
导体 绝缘体
概念 容易导电的物质 不容易导电的物质
实例 金属、石墨（碳）、人体、大地、盐类的水溶液等 橡胶、玻璃、瓷、塑料、 干木材、油和干燥的空气等
注意 纯净的水是不导电的，但由于自然界的水中溶有大量其他物质，因此生活中所用的水一般是能导电的。
（2）导体和绝缘体之间没有绝对的界限
导体和绝缘体并不是绝对的，物质的导电性会随着条件的改变而改变。
①绝缘体变为导体的实例：玻璃在通常情况下是绝缘体，但被烧红时会导电，干木头在潮湿的情况下可以导电，空气在闪电作用下可以导电，纯水在掺有杂质的情况下可以导电等。
②导体的表面被氧化或腐蚀后，导电能力会下降，甚至不导电。因此，电路的关键部位必须采取防腐蚀措施。例如，人造卫星电路的接触点表面一般都会镀上金，以防止腐蚀，确保电路导电的可靠性。
（3）导体容易导电和绝缘体不容易导电的原因
导体容易导电的原因 导体中有大量可自由移动的电荷
绝缘体不容易导电的原因 绝缘体中几乎没有可自由移动的电荷
金属导电的原因：金属内部原子核的位置是相对固定的，但存在着大量可自由移动的电子。自由电子能从一个地方移动到另一个地方，所以金属能导电。
酸、碱、盐的溶液导电的原因：酸、碱、盐的溶液中含有大量带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子，在电压的“推动”作用下，阴、阳离子会向相反方向同时移动，因此溶液导电是靠带正、负电荷的离子的定向移动实现的。
3.半导体
典例1 用一个物体将如图所示电路中的 和 两点连接起来，要使小灯泡发光，下列物体中最合适的是( @1@ )
A.铁钉 B.木筷 C.橡皮擦 D.塑料管
A
[解析] 要使灯泡发光，连接 、 两点的物体应为导体，木筷、橡皮擦、塑料管是绝缘体，铁钉是导体。
知识点2 电阻 重点
为了描述物体导电能力的强弱，我们引入电阻的概念。
1.概念：电阻表示导体对电流的阻碍作用。
（1）导体对电流的阻碍能力越强，其电阻值就越大。
（2）绝缘体的电阻非常大，电流不容易通过；导体的电阻非常小，电流很容易通过。
（3）导体的电阻由导体本身的性质决定，不管这个导体是否连入电路，是否有电流通过，导体对电流的阻碍作用（即电阻）总是存在的。只是无电流通过时，导体对电流的阻碍作用没有体现出来而已。
2.符号：电阻用字母 表示。
3.单位及换算关系
（1）单位：欧姆，简称欧，符号是 。常用的单位还有千欧 和兆欧 。
（2）换算关系：1兆欧 千欧 , 千欧 欧 。
4.常见物品的电阻值
白炽电灯 人体 皮肤干燥时 皮肤潮湿时
从电流的形成理解导体的电阻
导体一方面由于内部有大量可自由移动的电荷而具备导电能力，另一方面又由于自身结构及电荷间的相互作用而对电流产生一定的阻碍作用。由此可知，导体具有两面性——既能导电，又对电流有一定的阻碍作用。从这个意义上来说，导体和绝缘体的区别实际上就是电阻大小的不同。
典例2 下列关于电阻的说法中，正确的是( @3@ )
A.绝缘体有电阻，导体没有电阻
B.导体的电阻与通过的电流有关，电流越大，电阻越大
C.通过导体的电流为零时，电阻不为零
D.只有导体才能用作电工材料
C
[解析] 导体对电流的阻碍作用叫电阻，任何物体都有电阻，只是绝缘体的电阻非常大，故A错误；电阻是导体本身的一种性质，与通过的电流大小无关，故B错误，C正确；导体和绝缘体的用途不同，好的导体和绝缘体都可用作电工材料，如电工手套就是用绝缘材料制成的，故D错误。
知识点3 影响导体电阻大小的因素 重难点
1.教材第136页探究：影响导体电阻大小的因素
提出问题 影响导体电阻大小的因素有哪些
猜想与假设
设计实验
续表
实验过程
续表
实验过程 （3）探究导体的电阻与材料的关系
控制导体的横截面积和长度相同,选用不同材料的导体接入同一电路（待测导线处）,观察灯的亮暗程度以及电流表的示数大小，将实验现象记录在表中。
续表
实验现象分析 当接入较长的导体甲时,灯的亮度较暗,电流表的示数较小,说明甲的电阻较大；当接入较短的导体乙时，灯的亮度较亮,电流表的示数较大,说明乙的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与长度有关 当接入较细的导体丙时,灯的亮度较暗,电流表的示数较小,说明丙的电阻较大;当接入较粗的导体丁时，灯的亮度较亮，电流表的示数较大，说明丁的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与横截面积有关 当接入镍铬合金制成的导体戊时,灯的亮度较暗，电流表的示数较小,说明戊的电阻较大;当接入铜制成的导体己时,灯的亮度较亮,电流表的示数较大，说明己的电阻较小。由此说明导体的电阻大小与材料有关
续表
实验结论 当材料、横截面积相同时，导体的长度越长,电阻越大 当材料、长度相同时，导体的横截面积越小,电阻越大 当横截面积、长度相同时,导体的材料不同,电阻大小不同
归纳总结 导体的电阻大小与导体的长度、横截面积（粗细）和材料有关。用同种材料的导线，导线越长，电阻越大；导线越细，电阻也越大
续表
注意 在叙述结论时，要注意控制变量思想的运用。如在“探究导体电阻的大小是否与导体的横截面积有关”实验中，得出的结论是“在导体的材料、长度相同时，导体的横截面积越大，电阻越小”，如果说成“导体的横截面积越大，电阻越小”是不准确的。
2.导体的电阻与温度的关系
（1）探究导体的电阻与温度的关系
设计实验 控制导体的材料、横截面积和长度相同，改变同一导
体的温度,利用电流表的示数大小来比较电阻的大小。
实验电路如图所示：
实验步骤
实验现象 加热前,电流表的示数较大,灯较亮;
加热后，电流表的示数变小,灯变暗
实验结论 导体的电阻大小与温度有关
电阻和温度的关系
（1）一般的物体，如金属，其电阻随温度的升高而增大，随温度的降低而减小。
（2）有的合金，如康铜和锰铜，其电阻几乎不随温度的变化而变化，是制作标准电阻的好材料。
（3）半导体的电阻和温度的关系较为复杂，有些半导体的电阻随温度的升高而减小，有些半导体的电阻随温度的升高而增大。
（2）超导现象
目前，超导材料还没有广泛应用于生活实际的主要原因是还没有发现常温下的超导体。
3.各种材料的电阻
与密度、比热、导热性等特性一样，导电能力的强弱（即电阻）也是物质的一种特性，即每一种物质的导电能力是不相同的。
由表可知，在相同条件下，银、铜、铝的电阻很小，而镍铬合金的电阻较大。因此，人们常用电阻小而价格实惠的铜或铝来制作导线。电木和橡胶的电阻很大，可用作绝缘材料。
（1）在 时，长1米、横截面积1毫米 的几种材料的电阻如下表所示。
材料 电阻/欧 材料 电阻/欧
银 0.016 铁 0.10
铜 0.0175 镍铬合金 1.0
铝 0.029 电木
钨 0.053 橡胶
（2）人体电阻
一般来说，人体电阻的平均值是 欧。当然，不同的人电阻是不同的，同一个人在不同情况下的电阻也是不同的。当气温高或人体出汗时，人体电阻较小；而在气温低、空气干燥的冬季，皮肤很干燥时，人体电阻较大。
典例3 在探究导体的电阻与哪些因素有关时，小明进行了如下实验。如图所示，实验板上固定了三根合金丝。（ 、 、 三根合金丝均可拆卸并能任意弯折）
（1） 该实验通过观察_____________来比较导体电阻的大小。
电流表示数
（2） 将长度、粗细相同的 、 两根合金丝分别接入电路中，可探究导体电阻的大小与导体的_______是否有关。
材料
（3） 如果只用一根镍铬合金丝，可探究的因素有___________、_______________。
导体长度
导体横截面积
[解析] 只用一根镍铬合金丝，实验时，改变镍铬合金丝接入电路的长度，此时横截面积和材料不变，可以探究导体电阻的大小与长度的关系，还可以将镍铬合金丝对折起来，改变镍铬合金丝的横截面积，此时长度和材料不变，可以探究导体电阻的大小与横截面积的关系。
题型1 对导体和绝缘体的认识（易错） ★★★
典例4 关于导体和绝缘体，下列说法正确的是( @12@ )
A.导体一定能导电，绝缘体一定不能导电
B.导体容易导电是因为导体内有大量的自由电荷
C.绝缘体内部没有电荷
D.绝缘体既不能导电，也不能带电
B
[解析]
选项 分析 结论
导体和绝缘体没有绝对的界限，在一定条件下可能发生转化，如玻璃在通常情况下是绝缘体，但被烧红时会导电 ×
说法正确 √
构成物质的分子或原子中包含原子核和核外电子，它们带有电荷，故物质内部都有大量电荷 ×
绝缘体不容易导电，但能通过摩擦而带电，如橡胶是绝缘体，毛皮摩擦过的橡胶棒由于得到电子带负电 ×
题型2 对电阻的理解（易错） ★★
典例5 下列说法正确的是 ( @14@ )
A.通过导体的电流为零，导体的电阻也为零
B.通过导体的电流越大，导体的电阻越小
C.导体两端的电压为零，导体的电阻也为零
D.导体的电阻是导体本身的一种性质
D
[解析] 导体的电阻是导体本身的一种性质，和通过它的电流大小没有关系，故选项B错误，选项D正确。当导体两端有电压时，导体就会表现出对电流的阻碍作用；当导体两端没有电压时，导体中没有电流通过，导体对电流的阻碍作用依然存在，只是没有表现出来而已，故选项A、C错误。
题型3 探究影响导体电阻大小的因素 ★★★
典例6 导体电阻的大小与哪些因素有关呢？对于这个问题，小明想起课堂上老师把电流比作水流，于是他想：电阻也可以比作是水管对水流的阻力。他还想到水管内部粗糙程度、有无杂物和它的长短、粗细都可能导致水管对水流的阻力不同，因此经过分析，他提出了以下几种猜想。
猜想1：导体的电阻可能跟导体的材料有关。
猜想2：导体的电阻可能跟导体的长度有关。
猜想3：导体的电阻可能跟导体的横截面积有关。
为了验证自己的猜想，实验室有如下表格中的7种电阻丝。
电阻丝
1.0 0.5 1.5 1.0 1.2 1.5 0.5
3.2 0.8 1.2 0.8 1.2 1.2 1.2
材料 锰铜 钨 镍铬 锰铜 钨 锰铜 镍铬
（1） 若要探究电阻跟导体的横截面积的关系，可把图中的 、 依次跟电阻丝____、____（选填电阻丝的代码）的两端连接，闭合开关记下电流表示数，分析比较这两个电阻丝的电阻大小。
（2） 若把 、 依次跟电阻丝 、 的两端连接,闭合开关记下电流表示数，分析比较这两个电阻丝的电阻大小，这时探究的是电阻跟导体的_______的关系。
材料
（3） 在上面的实验中，电阻的大小并不能直接观察，而是通过电流表的示数反映出来的，电流表的示数越大，说明电阻丝的电阻越_____。
小
A
D
（4） 小超在做“探究影响导体电阻大小的因素”实验时，发现实验器材中只有一根电阻丝，其他器材足够，则不能完成的实验探究是 ( )
A.导体电阻与长度的关系 B.导体电阻与材料的关系
C.导体电阻与温度的关系 D.导体电阻与横截面积的关系
B
[解析] 因为只有一根电阻丝，所以无法改变材料，不能够完成B选项的探究。实验时，通过改变电阻丝接入电路的长度，控制横截面积不变，可完成A选项的探究。实验时，可以将电阻丝对折起来，改变电阻丝的横截面积，控制长度不变，可完成D选项的探究。
另外还可以用酒精灯改变电阻丝的温度，控制该电阻丝的长度和横截面积不变，可完成C选项的探究。故选B。
（6） 该实验采用了控制变量法和转换法，下列实验中采用了不同实验方法的是_____。（选填字母即可）
A.比较不同物质吸热的能力
B.探究平面镜成像特点
C.探究影响压力作用效果的因素
B
[解析] 探究平面镜成像特点时，使用两个完全相同的蜡烛，采用了等效替代法，故B选项符合题意。
（5） 若实验中将电路中的电流表更换为小灯泡，通过观察_____________也可判断导体电阻的大小，但不足之处是________________________________________________。
小灯泡的亮度
当电路中电流变化不大时，小灯泡的亮度变化不明显
题型4 影响导体电阻大小的因素 ★★
典例7 如图所示，材料和长度都相同的电阻 、 接入电路中，通过电阻 、 的电流分别为 、 ，则( @30@ )
A. B. C. D.
A
[解析] 由题意和图示知， 、 的材料和长度都相同， 的横截面积小于 的横截面积，所以 ；两个电阻串联，根据串联电路的电流特点可知，通过两个电阻的电流是相同的，故选A。
题型5 半导体和超导体的应用 ★★
典例8 下列关于导体、半导体和超导体的说法不正确的是( @32@ )
A.超导体可用作输电线 B.油罐车的尾部拖着的链条必须是导体
C.发光二极管的核心材料是半导体 D.超导体是一种电阻超级大的材料
D
[解析]
选项 分析 结论
当超导体的电阻为零时，用超导材料制成的导线在长途输电时几乎没有电能损失 √
在运输过程中油与罐体之间摩擦会带电，要借助铁链把产生的静电导走，所以油罐车的尾部拖着的链条必须是导体 √
常用的各种二极管都是由半导体材料制成的 √
超导体在温度降低到一定程度时，电阻会突然消失，是一种导电性能很好的材料 ×

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