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(共43张PPT)
2　导体的电阻
素养 目标定位
目标素养
1.通过实验数据分析,理解电阻的定义式及电阻的物理意义,形成正确的物理观念
2.通过对影响导体电阻的因素的探究,体会控制变量法的应用
3.掌握影响导体电阻的因素及电阻的决定式
4.理解电阻率的概念及物理意义,了解电阻率与温度的关系
知识概览
课前 基础认知
一、电阻
1.定义式。
2.导体的U-I图像:斜率反映了导体电阻的大小。
如图RA>RB。
微思考1 小鸟落在110 kV的高压输电线上,虽然通电的高压线是裸露导线,但小鸟仍然安然无恙,这是为什么
提示:因为小鸟并联在两脚之间的导线上,而导线长度很小,该部分导体的电阻小,小鸟两端的电压很小,接近于零,故不会对小鸟造成危害。
二、影响导体电阻的因素
1.导体电阻与长度的关系:保持材料和横截面积不变,探究电阻与长度的关系,结论是两者成正比。
2.导体电阻与横截面积的关系:保持材料和长度不变,探究电阻与横截面积的关系,结论是两者成反比。
3.导体电阻与材料的关系:保持长度和横截面积不变,探究电阻与材料的关系,结论是导体的电阻因材料的不同而不同。
结论:导体的电阻跟导体的长度、横截面积有定量关系,还因材料不同而不同。
微思考2(1)图甲是滑动变阻器,当接线如图所示且移动滑片时,就可以改变接入电路的电阻阻值,你知道它是如何改变电阻阻值的吗 (2)图乙左图是两个并联的灯泡,右图是它们的灯丝结构图,观察发现灯泡亮度不同说明灯丝电阻值不同,你从中可以发现电阻和哪个因素有关吗
甲
乙
提示:(1)利用滑片改变接入电路中的电阻丝的长度,起到改变电阻的作用。(2)与灯丝的横截面积有关。
三、导体的电阻率
1.电阻大小(电阻定律):同种材料的导体,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。
3.电阻率。
(1)意义:表征了导体材料导电性能强弱的物理量。
(2)决定因素:电阻率与导体材料和温度有关。纯金属的电阻率较小,合金的电阻率较大。
(3)变化规律:金属的电阻率一般会随温度的升高而增大。
4.材料特性应用。
(1)连接电路的导线一般用电阻率小的铜来制作。
(2)金属的电阻率随温度的升高而增大,可用来制作电阻温度计,精密的电阻温度计用铂制作。
(3)有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,常用来制作标准电阻。
5.超导现象:当温度降低时,导体的电阻率会减小,一些金属在温度特别低时电阻可降到0,这种现象叫作超导现象。
微思考3 观察表中数据
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
(1)什么样的金属电阻率大 什么样的金属电阻率小
(2)在电路中导线一般用什么材料制作
提示:(1)合金的电阻率大,纯净金属的电阻率小。
(2)在电路中的导线一般用电阻率小且造价低的铝或铜制作。
课堂 重难突破
一 实验探究影响导体电阻的因素
问题探究
在做探究影响导体电阻的因素实验时,每次需挑选下表中两根合适的导线,测出通过它们的电流,然后进行比较,最后得出结论。
导线号码 A B C D E F G
长度/m 1.0 0.5 1.5 1.0 1.2 1.5 0.5
横截面积/mm2 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
探究1:为了研究电阻与导体材料的关系,应选用哪两根导线
探究2:为了研究电阻与导体长度的关系,应选用哪两根导线
探究3:为了研究电阻与横截面积的关系,应选用哪两根导线
提示:探究1:研究电阻与导体材料的关系,应该选长度和横截面积都相同的两根导线,即选C、F。
探究2:研究电阻与导体长度的关系,应该选材料和横截面积都相同的两根导线,即选C、G。
探究3:研究电阻与导体横截面积的关系,应该选长度和材料都相同的两根导线,即A、D。
归纳总结
【实验目的】探究导体电阻与导体的材料、横截面积、长度之间的关系。
【实验原理】(1)控制变量法。(2)串联电路中导体两端的电压与导体的电阻成正比。
【实验器材】直流电源,四块相同的电压表,滑动变阻器,开关,导线若干,四条金属导体a、b、c、d(其中b与a长度不同,横截面积和材料相同;c与a横截面积不同,材料和长度相同;d与a材料不同,长度和横截面积相同)。
【实验步骤】
(1)根据下面的电路图连接好电路,并使滑片在最右端,使滑动变阻器接入电阻最大。
(2)闭合开关,调整滑动变阻器滑片的位置,使电压表有合适的读数,记录各表的读数。
(3)多次改变滑动变阻器的滑片的位置,并记录各次电压表的读数。
【数据处理】根据取得的数据,求b与a、c与a、d与a每次电压表读数的比值。该数据之比即为电阻之比。实验结果:
(1)b与a长度不同,长度越长电阻越大,即R∝l。
(2)c与a横截面积不同,横截面积越大电阻越小,即
(3)d与a材料不同,电阻不同,即电阻与材料有关。
【实验结论】同种材料的导体,电阻R与它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比,导体电阻还与构成它的材料有关。
典型例题
【例1】 如图所示,a、b、c为同一种材料做成的电阻,b与a的长度相等但横截面积是a的2倍;c与a的横截面积相等但长度是a的2倍。当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是
(　　)
A.V1的示数是V2的2倍
B.V1的示数是V3的2倍
C.V2的示数是V1的2倍
D.V2的示数是V3的2倍
答案:A
解析:由题意可知lc=2la=2lb,Sb=2Sa=2Sc;设b的电阻Rb=R,由导体电阻与导体长度、横截面积和材料的关系得, Ra=2Rb=2R, Rc=2Ra=4R,Rc∶Ra∶Rb=4∶2∶1。由题中电路图可知,a、b、c三个电阻串联,通过它们的电流相等,由U=IR得,Uc∶Ua∶Ub =4∶2∶1,V1的示数是V2的2倍,选项A正确,C错误。V3的示数是V1的2倍,选项B错误。V3的示数是V2的4倍,选项D错误。
二 对电阻、电阻率的理解
问题探究
如图是一种测温度的仪器,叫作电阻温度计。
探究:你知道它是通过什么物理原理来测温度的吗
电阻温度计
提示:探究:根据金属电阻率随温度的变化关系,来测量温度。
比较项
意义 决定式 定义式
理解 导体的电阻由ρ、l、S决定,即与l成正比,与S成反比 既是电阻的定义式,又是电阻的计算式,但不能认为R与U成正比,与I成反比
作用 提供了测定电阻率的一种方法—— 提供了测定电阻的一种方法——伏安法
比较项
适用
范围 粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液 纯电阻元件
联系 对 补充说明了导体的电阻不取决于U和I,而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积;都不能反映电阻的实质,因为电阻实质需要用微观理论解释
3.电阻和电阻率的比较。
比较项 电阻R 电阻率ρ
物理意义 反映导体对电流的阻碍作用大小,R大,阻碍作用大 反映材料导电性能的好坏,ρ大,导电性能差
决定因素 由材料、温度、长度和横截面积决定 由材料、温度决定,与导体形状无关
单位 欧姆(Ω) 欧姆·米(Ω·m)
联系 ρ大,R不一定大,导体对电流阻碍作用不一定大;
R大,ρ不一定大,导电性能不一定差
三 对伏安特性曲线的理解
问题探究
假设某同学研究白炽灯得到某白炽灯的U-I图像如图所示。图像上A点与原点的连线与横轴成α角,A点的切线与横轴成β角,则由图像探究以下问题。
探究1:白炽灯的电阻随电压如何变化
探究2:在A点白炽灯的电阻应表示为
归纳总结
1.伏安特性曲线。
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。
2.线性元件和非线性元件的伏安特性曲线的比较。
比较项 线性元件 非线性元件
图线

特点 伏安特性曲线是过坐标原点的直线 伏安特性曲线不是过坐标原点的直线
比较项 线性元件 非线性元件
物理意义 电流与电压成正比 电流与电压不成正比
性质
典型例题
【例3】 (多选)小灯泡通电后其电流I随所加电压U变化的图线如图所示,P为图线上一点,PN为图线在P点的切线,PQ为U轴的垂线,PM为I轴的垂线,则下列说法正确的是(　　)
A.随着所加电压的增大,小灯泡的电阻增大
D.对应P点,小灯泡的功率为图中矩形PQOM所围面积的大小
答案:ABD
解析:由题图可知,流过小灯泡的电流I随所加电压U变化的关系为非线性关系,小灯泡的电阻随所加电压的增大而逐渐增大,选项A正确。根据欧姆定律,对应P点,小灯泡的电阻应为 ,选项B正确,C错误。对应P点,小灯泡的功率为PL=U1I2,也就是图中矩形PQOM的面积,选项D正确。
随 堂 训 练
3.有三根电阻丝,它们的长度、横截面积、电阻率分别如表所示:
电阻 电阻丝长度 横截面积 电阻率
R1 l S 2ρ
R2 l 2S ρ
R3 2l S 2ρ
则阻值最大的电阻丝是(　　)
A.R1 B.R2
C.R3 D.三根电阻丝的阻值一样大
答案:C

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