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第十六章
电压、电阻
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第3节
电阻
导线多是用铜或铝做的(图16.3-1)，特别重要的电气设备的导线还要用昂贵的银来做。铁也是导体，既多又便宜，为什么很少用它来做导线呢
图16.3-1 用铜制成的导线
铜、铝和铁都是导体，但它们的导电性能不同。我们通过研究不同材料的导电性能来回答这个问题。
电阻
将电池、电流表、小灯泡、开关和一小段细铁丝如图16.3-2所示串联起来，观察电流表的示数和小灯泡的亮度。把细铁丝换成其他导体，例如铅笔芯，电流表的示数和小灯泡的亮度是否会发生变化
图16.3-2 用细铁丝连接电路
在上面的实验中，电池提供的电压是相同的。当电路中接入不同的导体时，电流表的示数通常不同。为什么会有这种差别呢
原来，导体虽然容易导电，但是对电流也有一定的阻碍作用。在物理学中，用电阻(resistance)来表示导体对电流阻碍作用的大小。导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。导体的电阻通常用字母 R 表示，单位是欧姆(ohm)，简称欧，符号是。比较大的单位有千欧(kΩ)、兆欧(M)。它们之间的换算关系是
1 kΩ＝1 000 Ω＝103 Ω
1 MΩ＝1 000 000Ω＝106 Ω
实验室小灯泡中灯丝的电阻通常为几欧姆到十几欧姆；日常用的电炉丝的电阻为几十欧姆；长 1 m、横截面积 1 mm2 的家用铜导线，电阻为百分之几欧姆，通常可以略去不计。
我们经常要用到具有一定电阻的元件——电阻器(图16.3-3)，它也叫作定值电阻，在电路图中用符号 ——— 表示。
图16.3-3 常用的电阻器
影响电阻大小的因素
不同导体的电阻通常不同，那么导体的电阻与哪些因素有关呢
镍铬合金常用来制作电阻器。我们通过下面的演示实验，看看镍铬合金丝的电阻与哪些因素有关。
影响导体电阻大小的因素
1.电阻的大小是否跟导线的长度有关
选用横截面积相同、长度不同的两根镍铬合金丝，分别将它们接入电路(图16.3-4)中，观察电流表的示数。比较通过长短不同的镍铬合金丝的电流大小。
图16.3-4 研究电阻大小与导线长度的关系
2.电阻的大小是否跟导线的横截面积有关
选用长度相同、横截面积不同的两根镍铬合金丝，分别将它们接入电路中，观察电流表的示数。比较通过横截面积不同的镍铬合金丝的电流大小。
从实验中可以看到：
横截面积相同时，较长的镍铬合金丝中电流较小；长度相同时，横截面积较小的镍铬合金丝中电流较小。这表明导体的电阻跟它的长度和横截面积有关。
研究表明，材料不同，导电性能也不同。天然橡胶棒的电阻，大约是长度、横截面积相同铁棒的 2×1016 倍!
图 16.3-5 显示的是不同材料在导电性能上的排序，从下至上，材料的导电性能依次增强。铜的导电性能优于铁。
图 16.3-5
导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小取决于导体的材料、长度和横截面积等因素。
对于长度、横截面积相同的铁丝和铜丝，铁丝的电阻是铜丝的近 6 倍，所以一般不用铁制作导线。
对电阻的理解：可从“阻碍作用”和“性质”两个角度理解。
(1)导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用越大。在电压相同时，导体的电阻越大，则通过导体的电流就越小。
(2)导体的电阻是导体本身的一种性质，即导体的电阻由导体自身决定，不管这个导体是否连入电路、是否有电流通过，也不管导体两端的电压是否改变，导体对电流的阻碍作用(即电阻) 都是存在的。无电流通过时，这种阻碍作用仅仅是没有表现出来而已。
1. 半导体
导体导电性能好，绝缘体导电性能比较差。有一些材料，例如错、硅，导电性能介于导体和绝缘体之间，常常称作半导体。温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。
利用半导体材料可以制作二极管、三极管。如果把很多二极管、三极管和电阻器、电容器等元件直接做在基片上，就可以制成集成电路(俗称芯片)。
集成电路是20世纪最重要的发明之一，已经广泛应用于各行各业。电视机、计算机、手机以及其他数字电器中都有集成电路。图16.3-6展示的是我国自主研制的北斗导航卫星上的一些芯片。
没有半导体技术的发展，就没有我们今天的现代化生活。
图16.3-6 北斗导航卫星上的一些芯片
2. 超导现象
各种金属导体中，银的导电性能是最好的，但还是有电阻存在。20世纪初，荷兰物理学家昂内斯发现，当温度降低到某个临界值时一些金属的电阻会突然消失，这种现象叫作超导现象。零电阻和完全抗磁性是超导体的基本特性。
金属和合金出现超导现象的临界温度低于－250.15℃。1986年，瑞士科学家在铜氧化物材料中发现 35K (－238.15℃) 左右的超导现象。
1987年，中国科学家赵忠贤(图16.3-7) 和华裔美国籍科学家朱经武的团队各自独立发现临界温度超过 90K 的钇-钡-铜-氧系材料。2008年继日本科学家发现 26K 铁基超导体之后，中国科学家将铁基超导体的临界温度提高到 40K 以上，直至 55 K的最高纪录，实现了高温超导研究领域的第二次突破。
图 16.3-7 赵忠贤(1941-)
在高温超导研究领域，我国科学家作出了突破性的贡献，持续推动了国际高温超导研究的进展。科学家还在不断探索，寻找具有更高临界温度的超导材料。
超导技术已经得到实际应用，如用于核磁共振成像、高能加速器、磁约束核聚变装置等的超导磁体，检测微弱电磁信号的超导量子干涉仪和移动通信基站的超导滤波器等。超导技术还应用于有色金属加工、污水处理、超导磁悬浮列车、超导量子计算等方面，未来将进一步造福人类。
有一个定值电阻的电阻为 24 000 Ω ＝_____kΩ ＝ ________ MΩ。
24
2.4×10－2
解析：24 000Ω＝24000×10－3 kΩ
＝24 kΩ
＝24×10－3 MΩ
＝ 2.4×10－2 MΩ.
如果要用图16.3-8 所示的电路比较小灯泡和电阻器的电阻大小，请你用笔画线表示导线，把电路连接完整并画出电路图。怎样比较小灯泡和电阻器的电阻大小
图 16.3-8
电路图如图所示
比较电阻大小的方法：分别闭合开关后，读取两次电流表的示数 I灯 和 I阻 对应的电流越大，则电阻越小。
在通过实验研究影响导体电阻大小的因素时，分别对导体电阻跟它的长度、横截面积、材料有关的猜想进行了实验检验。某实验小组准备实验时对每一个猜想都用三组实验数据进行对比，下表中给出了可供选择的几种导体，分别用 A~G 七个字母代表。请你按该小组的要求选用。
导体代号 长度/m 横截面积/mm2 材料
A 1.0 0.2 锰铜合金
B 1.0 0.4 锰铜合金
(1) 为检验“导体电阻跟长度有关”的猜想，应选用哪三种导体
导体代号 长度/m 横截面积/mm2 材料
C 1.0 0.6 锰铜合金
D 0.5 0.4 锰铜合金
E 1.5 0.4 锰铜合金
F 1.0 0.6 镍铬合金
G 1.0 0.6 铁
B、D、E
(2) 为检验“导体电阻跟横截面积有关”的猜想，应选用哪三种导体
(3) 为检验“导体电阻跟材料有关”的猜想，应选用哪三种导体
A、B、C
C、F、G
说出你选择的理由。
理由：(1)要检验“导体电阻跟长度有关”的猜想必须控制导体的材料、横截面积相同，因此应选择导体 B、D、E.
(2)要检验“导体电阻跟横截面积有关”的猜想，必须控制导体的材料、长度相同，因此应选择导体 A、B、C.
(3)要检验“导体电阻跟材料有关”的猜想，必须控制导体的长度、横截面积相同，因此应选择导体 C、F、G
A、B 是两根完全相同的导线，长度都是 1m。把 A 剪去一半，剩下的一半跟 B 相比，哪个的电阻大 把 A 剩下的一半再拉长到1m，跟 B 相比，哪个的电阻大
B；A。
解析：A 剪去一半，剩下的一半与 B 相比，导体的材料、横截面积均相同，而 B 的长度大，电阻大；把 A 剩下的一半再拉长到 1 m 跟 B 相比，导体的材料、长度相同，而 A 的横截面积小，所以 A 的电阻大。
1.下列关于电阻的说法中，正确的是 ( )
A. 导体没有被连入电路时便没有电阻
B. 导体的电阻与通过的电流有关，电流越大，电阻越小；电流越小，电阻越大
C. 加在导体两端的电压越大，电阻就越大
D. 电阻表示导体对电流阻碍作用的大小，导体的电阻由导体本身的性质决定
D
2. (山东临沂模拟)如图所示是探究影响导体电阻大小因素的实验装置图，分别把锰铜合金 a 和镍铬合金 b、c、d 四根导线接入电路，其中导线 a、b、d 长度相同，a、b、c 粗细相同，b、d 粗细不同，下列说法正确的是 ( )
A. 实验可通过观察电流表的示数来比较导线电阻的大小
B. b、c导线分别接入电路中可探究电阻大小跟导体材料有关
C. a、b两根导线分别接入电路可探究电阻大小跟导体的长度关系
D. a、c两根导线分别接入电路可探究电阻大小跟导体的长度关系

3. (北京期末)中科院上海微系统与信息技术研究所等机构和团队经过研发，使中国单晶晶圆实现量产。如图所示，“晶圆”是指制作集成电路所用的硅晶片，其经过切割加工可制成芯片。则“晶圆”属于( )
A.导体 B.超导体
C.绝缘体 D.半导体
D

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