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第十一章 电路及其应用
2.导体的电阻
c
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“西安地铁问题电缆报道”
思考并回答：电缆的质量是否达标包含着怎样的物理原理？
一、电阻
1、在用电器及各种电子产品里面有各式各样的电阻，它们的阻值各不相同。请根据初中所学的知识，想一想：如何测它们的阻值？
交流讨论
学生电源、电流表、电压表、开关、导线、滑动变阻器
原理图
一、电阻
2、我们已经知道，导体两端有电压，导体中才有电流，那么导体中的电流跟导体两端的电压有什么关系呢？
●
●
●
●
I
U
O
电阻是一个只跟导体本身性质有关而与通过电流无关的物理量；
图线斜率反映了导体电阻的大小。
一、电阻
3、U-I 图像中图线斜率的意义分别是什么？
I
U
O
图线斜率反映了导体电阻的大小；图线的斜率越大，电阻越大
R1
R2
R1
< R2
电阻的大小
一、电阻
4、比较下列两幅图，图线斜率的意义分别是什么？
U
I
O
I
U
O
电阻的大小
的倒数
（一）电阻
1、物理意义：反映导体对电流的阻碍作用。
2、定义：导体两端的电压U与通过导体的电流 I 的比值。
一、电阻
梳理深化
3、定义式： (R只与导体本身性质有关)。
4、单位：国际单位制 欧姆（Ω）
常用的还有千欧（kΩ）兆欧（MΩ）。
（二）欧姆定律
1、内容：导体中的电流 I 跟导体两端的电压U 成正比，跟导体的电阻R成反比。
一、电阻
2、表达式： 。
3、适用条件：纯电阻电路，如金属导电和电解液导电。
对含电动机等非纯电阻电路、气体导电等不适用。
4、图线：在导体的 U-I 图像中，斜率反映了导体电阻的大小;
在导体的 I -U 图像中，斜率反映了导体电阻的大小的倒数。
一、电阻
I
U
O
B
A
I-U 图线
I
U
O
B
A
U-I 图线
【例1】用电器A的电阻是用电器B的电阻的2倍，加在A上的电压是加在B上的电压的一半,那么通过A、B的电流IA和IB的关系是( )
A．IA=2IB B．IA=IB C．IA= D．IA=
D
一、电阻
巩固提升
解析：根据R= ，结合两者的电压之比1∶2，即可得出二者的电流之比为1∶4，所以D项正确。
一、电阻
练习1、(多选)下列判断正确的是（ ）
A．由I＝　 知，U一定时，通过一段导体的电流跟导体的电阻成反比
B．由I＝　可知，通过一段导体的电流跟加在它两端的电压成正比
C．由R＝　可知，I一定时，导体的电阻R与U成正比，U一定时，导体的电阻R与I成反比
D．对给定的导体，比值　是个定值，反映了导体本身的性质
ABD
二、影响导体电阻的因素
1、滑动变阻器通过触片的调节来改变输出的电阻，其本质是改变了什么？
交流讨论
由此猜想：电阻与什么因素有关？
电阻的长度
电阻的长度
二、影响导体电阻的因素
2、观察左边图片中两盏灯的亮度有何区别；再对照右边图片中灯丝的情况，猜想：灯丝的电阻与什么因素有关？
灯丝的横截面积
二、影响导体电阻的因素
3、下面两幅图中均为电阻，除了形状外观之外，你还能观察到其他不同之处吗？
电阻材料
二、影响导体电阻的因素
4、由以上讨论我们可以猜想出电阻与哪些因素有关？
长度、横截面积、材料
5、要进行探究，应采用什么物理方法？
控制变量法
6、如何进行实验方案的设计？
实验器材、实验电路、变量的控制、实验结果
【实验】研究导体电阻与长度、横截面积及材料的关系
二、影响导体电阻的因素
【实验方法】控制变量法
【实验方案】不同导体串联到电路中，测U 比较R
① 同种材料，S一定，改变l；②同种材料，l一定，改变S；③不同材料，l一定，S一定（如图所示）
a
b
c
d
二、影响导体电阻的因素
【实验过程】
把以上a、b、c、d四条不同的金属导体连接成如图所示的电路，导体b、c、d分别在长度、横截面积、材料上与导体a不同。
二、影响导体电阻的因素
【实验结果】
长度 横截面积 材料 电压
a l S 铁
b 2l S 铁
c l 2S 铁
d l S 镍铜合金
U
2U
5U
三个因素
及电压
不同
导体
二、影响导体电阻的因素
【实验结论】
(1)对比导体a和b说明电阻和长度有什么关系？
(2)对比导体a和c说明什么？
(3)对比导体a和d 说明什么？
材料、横截面积一定时，导体的电阻与其长度成正比。
材料、长度一定时，导体的电阻与其横截面积成反比。
导体的电阻与导体的材料有关。
电阻定律
1、内容：同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻还与构成它的材料有关。
2、公式：
ρ是比例系数，它与导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率。
二、影响导体电阻的因素
梳理深化
3、特别提醒：
（1）适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体；
（2）注意公式中l是沿电流方向的导体长度，S是垂直电流的导体横截面积。
二、影响导体电阻的因素
S
l
【例2】有一个长方体金属电阻，材料分布均匀，边长分别为a、b、c，且a>b>c。电流沿以下方向流过该金属电阻，其中电阻的阻值最小的是（ ）
A
二、影响导体电阻的因素
巩固提升
练习2、两根同种材料制成的导线，质量之比为2∶1，长度之比为3∶1，则它们的电阻之比为（ ）
A．1∶4 B．4∶1 C．9∶2 D．2∶9
C
二、影响导体电阻的因素
解析：两根同种材料制成的导线，质量之比为2∶1，则它
们的体积之比是2∶1，长度之比为3∶1，则横截面积之比
，根据 得， ，
所以C正确。
三、导体的电阻率
1、阅读《常见的导线分类》，思考影响导线电阻的因素还有哪些。
常见的导线分类
一常用的导线一般可分为硬导线和软导线两大类。其中，硬线又分单股、多股以及多混合股之分。导线又可分为裸线和包有绝缘层的绝缘线两大类。裸线中又有截面为圆形的导线和截面为矩形、管形等母线和汇流排的区别。一般为铝质和铜质材料。软线多为绝缘线，其芯线是多股细铜丝。
交流讨论
三、导体的电阻率
铝导线的导电性能、耐腐蚀能力比铜导线差，但其重量轻，价格便宜，故多用于架空线路、照明线路、母线和汇流排。
铜导线的带电性能、焊接特性、机械强度、耐腐蚀能力和使用寿命比铝线好，故较重要的线路或要求可靠性较高的电气设备如桥式起重机的动力、控制和照明线路以及各种电机、变压器的绕组都采用铜线。
三、导体的电阻率
2、下图是某一手机的用户手册中的重要安全提示，其中一条规定了使用温度范围，这说明了什么？
金属的电阻（电阻率）受温度的影响
1.物理意义：电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关。
2.单位：欧姆·米，符号为Ω·m。
三、导体的电阻率
梳理深化
几种导体材料在20℃时的电阻率 材料 ρ/（Ω m） 材料 ρ/（Ω m）
银 1.6×10-8 铁 1.0×10-7
铜 1.7×10-8 锰铜合金 4.4×10-7
铝 2.9×10-8 镍铜合金 5.0×10-7
钨 5.3×10-8 镍铬合金 1.0×10-6
3.影响电阻率的两个因素：材料和温度。
(1)金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。
(2)大部分半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。
(3)有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。
(4)许多导体在温度特别低时电阻率可以降到零，这个现象叫作超导现象。
三、导体的电阻率
4.在实际应用中，常用横坐标表示电压U，纵坐标表示电流I，这样画出的I-U 图像叫作导体的伏安特性曲线。
伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线的电学元件叫作线性元件；
伏安特性曲线不是直线的电学元件叫作非线性元件。
三、导体的电阻率
【例3】关于导体的电阻及电阻率的说法中，正确的是(　　)
A．导体对电流的阻碍作用叫作导体的电阻，因此，只有导体有电流通过时，才具有电阻
B．由R＝ 可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比
C．将一根导线一分为二，则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一
D．某些金属、合金和化合物的电阻率随温度降低会突然减小为零
三、导体的电阻率
D
巩固提升
练习3、(多选)如图所示，为某一金属导体的伏安特性曲线，由图像可知( 　)
A．该导体的电阻随电压的升高而增大
B．该导体的电阻随电压的升高而减小
C．导体两端电压为2 V时，电阻为0.5 Ω
D．导体两端电压为2 V时，电阻为1 Ω
AD
三、电流的微观解释
课堂小结
电阻
影响导体电阻的因素
导体的电阻率
电阻的物理意义
电阻的U—I 图像
决定因素
探究过程
电阻的表达式
物理意义
决定因素
超导现象
伏安特性曲线
导体的电阻
半导体的常见用途
半导体是指在常温下导电性能介于导体与绝缘体之间的材料。
光伏应用
半导体材料光生伏特效应是太阳能电池运行的基本原理。现阶段半导体材料的光伏应用已经成为一大热门 ，是目前世界上增长最快、发展最好的清洁能源市场。太阳能电池的主要制作材料是半导体材料，判断太阳能电池的优劣主要的标准是光电转化率 ，光电转化率越高 ，说明太阳能电池的工作效率越高。根据应用的半导体材料的不同 ，太阳能电池分为晶体硅太阳能电池、薄膜电池以及III-V族化合物电池。
课外拓展
照明应用
LED是建立在半导体晶体管上的半导体发光二极管 ，采用LED技术半导体光源体积小，可以实现平面封装，工作时发热量低、节能高效，产品寿命长、反应速度快，而且绿色环保无污染，还能开发成轻薄短小的产品 ，一经问世 ，就迅速普及，成为新一代的优质照明光源，目前已经广泛的运用在我们的生活中。如交通指示灯、电子产品的背光源、城市夜景美化光源、室内照明等各个领域 ，都有应用。
课外拓展
大功率电源转换
交流电和直流电的相互转换对于电器的使用十分重要 ，是对电器的必要保护。这就要用到等电源转换装置。碳化硅击穿电压强度高 ，禁带宽度宽，热导性高，因此SiC半导体器件十分适合应用在功率密度和开关频率高的场合，电源装换装置就是其中之一。碳化硅元件在高温、高压、高频的又一表现使得现在被广泛使用到深井钻探，发电装置中的逆变器，电气混动汽车的能量转化器，轻轨列车牵引动力转换等领域。由于SiC本身的优势以及现阶段行业对于轻量化、高转换效率的半导体材料需要，SiC将会取代Si，成为应用最广泛的半导体材料。
课外拓展

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