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第3节　电阻
学习目标
1. 知道电阻是表示导体对电流阻碍作用大小的物理量，掌握电阻的单位（欧姆、千欧、兆欧）及换算关系；
2. 知道电阻是导体本身的一种性质，能说出影响电阻大小的因素（材料、长度、横截面积、温度）；
3. 掌握控制变量法和转换法在探究影响电阻大小因素中的应用；
4. 能分析比较不同导体的电阻大小，理解超导现象及其应用。
课前·自主预习
一、电阻
阅读教材,完成下列问题。
1.在物理学中,用电阻来表示________________________的大小。导体的电阻越大,表示________________________。导体的电阻通常用字母____________表示。
2.电阻有哪些单位 这些单位之间存在着怎样的换算关系
二、影响电阻大小的因素
阅读教材,完成下列问题。
1.怎样通过实验来探究影响导体电阻大小的因素 在探究的过程中,应用了哪些科学探究方法
2.导体的电阻是导体本身的一种____________,它的大小取决于导体的____________、长度和____________等因素。
课堂·互动理解
一、探究和理解影响电阻大小的因素
1.实验:影响导体电阻大小的因素。
【实验思路】运用控制变量法和转换法来设计和进行实验。影响导体电阻大小的因素有材料、长度和横截面积等,通过观察比较电流表的示数来判断两根合金丝的电阻大小。
【实验过程】
(1)分别把横截面积相同、长度不同的镍铬合金丝A、B接入电路中,闭合开关,比较电流表的示数。
(2)分别把长度相同、横截面积不同的镍铬合金丝A、C接入电路中,闭合开关,比较电流表的示数。
(3)分别把长度、横截面积都相同的镍铬合金丝A和锰铜合金丝D接入电路中,闭合开关,比较电流表的示数。
(4)实验现象及分析。
接入电路的导体 现象 分析
A、B I_BA、C I_AA、D I_A【实验结论】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。
2.探究温度对金属导体电阻的影响。
3.探究影响导体电阻大小的因素时,应用到的两种科学探究方法。
(1)转换法:实验中通过比较电路中电流的大小来判断导体电阻的大小。
(2)控制变量法:如控制长度和材料相同,只使横截面积不同,研究导体电阻的大小与横截面积的关系。
4.正确理解影响导体电阻大小的因素。
(1)导体的电阻是导体本身的一种性质,影响它的大小的内因有导体的材料、长度和横截面积;影响导体电阻大小的外因有导体的温度等。
(2)一个导体的电阻不会因为是否加电压或是否通电流而改变,即导体的电阻与导体两端的电压、通过导体的电流,及导体是否连入电路无关。
(3)导体与绝缘体之间没有严格的界限,在特定的环境中绝缘体可以变成导体。例如玻璃在常温下是绝缘体,加热至红炽状态时会变成导体。
跟踪训练
小雪用如图所示的实验器材探究电阻的大小与哪些因素有关,其中电源电压恒定,灯丝电阻的变化忽略不计。她提出以下猜想:①导体的电阻与导体的长度有关;②导体的电阻与导体的横截面积有关;③导体的电阻与导体的材料有关。
导体 A B C D
电流 0.30 A 0.26 A 0.16 A 0.40 A
(1)实验中小雪通过观察____________来比较金属丝电阻的大小更准确。
(2)为了实验安全,图甲中的小灯泡____________(选填“能”或“不能”)用导线代替。
(4)为了验证猜想②,需比较表格中B和____________对应的两个电流值;比较表格中B和C对应的两个电流值,是为了验证猜想____________(填序号),可以得到的结论为:___________________________________________。
(5)通过实验发现,锰铜合金和镍铬合金中,导电性能较好的材料是_______(选填“锰铜合金”或“镍铬合金”)。
【方法规律】探究影响导体电阻大小的因素时的“两种方法”“两项注意”：(1)两种方法:控制变量法和转换法。(2)两项注意:①在确定实验思路和设计实验步骤时,要注意正确运用控制变量法;②做出猜想时,注意猜想要全面,考虑到影响导体电阻大小的因素有导体的材料、长度、横截面积和温度等。
课后·知能演练
基础巩固
1.(2025·福建中考)空间站中,发光二极管为金鱼藻提供光照,其主要材料属于(　　)
A.导体 B.半导体 C.绝缘体 D.超导体
2.(2025·广西中考)在如图所示的电路中,用点燃的蜡烛对镍铬合金丝加热,发现小灯泡缓慢变暗。分析可知,镍铬合金丝的阻值变大,而导致其阻值变化的主要因素是(　　)
A.质量 B.长短
C.粗细 D.温度
3.(2024·天津中考)如图所示的铝芯电缆是一种输电导线。在某村输电线路改造工程中,新换的铝芯电缆比旧铝芯电缆电阻更小,主要是因为新电缆的(　　)
A.铝芯更细 B.铝芯更粗
C.绝缘皮更薄 D.绝缘皮更厚
4.铅笔芯的型号主要根据石墨和黏土的比例来划分,如“B”型号笔芯,“B”前的数字越大,则石墨含量越高。下列四种铅笔芯,它们长度相同,图中标注了相应的直径和型号,其中电阻最大的是(　　)
A.甲 B.乙 C.丙 D.丁
5.有A、B、C三根完全相同的导线,将A导线剪去一半,电阻变为R1;将B导线均匀地拉伸到原来长度的两倍,电阻变为R2;将C导线从中间对折,电阻变为R3。下列大小关系正确的是(　　)
A.R1>R2>R3 B.R2>R1>R3 C.R2>R3>R1 D.R3>R1>R2
6.如图所示,A、B是两个长度相同、粗细不同的铜棒,将它们串联在电路中,则两个铜棒的电阻RA　　　　RB;通过铜棒A、B的电流大小分别为IA、IB,则IA　　　　IB。(均选填“>”“<”或“=”)
7.在探究影响导体电阻大小的因素时,实验室提供了4根电阻丝,规格、材料如下表所示。小兵、小红两位同学做出了如下猜想:
①导体电阻与导体的长度有关;
②导体电阻与导体的横截面积有关;
③导体电阻与导体的材料有关。
　
编号 材料 长度/m 横截面积/mm2
A 镍铬合金 0.5 0.5
B 镍铬合金 1.0 0.5
C 镍铬合金 0.5 1.0
D 锰铜合金 0.5 0.5
为了验证上述猜想,他们设计了如图所示的实验电路。
(1)在M、N之间分别接上不同的导体,通过观察　　　　　　　和电流表示数来比较导体电阻的大小。通过观察电流表示数来判断接入的电阻丝阻值的变化情况会更准确。
(2)为了验证上述猜想③,应该选用编号为　　　　　的两根电阻丝进行实验。
(3)选用编号为A、C的两根电阻丝进行实验,是为了验证猜想　　　　(选填序号)。
(4)为了验证猜想①,分别将A和B两电阻丝接入M、N之间,电阻丝A接入时电流表示数较大,由此得到的结论是:材料与横截面积相同的电阻,长度越　　　(选填“长”或“短”),电阻越大。
素养提升
8.小明观察家里的装修过程,发现电工师傅在墙壁里埋线时会挑选非常粗的铜导线,导线与导线之间往往通过打一个漂亮的结来连接,如图甲所示。小明设计了如下实验,来比较几种打结法的电阻大小。
用等长的镍铬导线制作出三种打结导线,将它们和标有0.3 A字样的灯泡接入图乙电路中并闭合所有开关,灯泡正常发光。
(1)只断开开关S1,读出电流表的示数为0.26 A。
(2)只断开开关S2,读出电流表的示数为0.28 A。
(3)小明只断开开关S3,读出电流表示数为1.1 A。但他发现灯泡亮度却比正常发光时暗,请指出他出现的错误:　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。通过比较可以知道:打结法　　　　　　电阻最小。
拓展探究
9.(2024·云南中考)20世纪初,科学家发现汞在温度降低至-269 ℃时,电阻值就变成了零,这种现象叫“超导现象”,具有这种特性的物质叫“超导体”。
低温为什么能发生超导呢 基于初中知识,我们建立一个简易模型进行理解,将导体原子的原子核与核外受到约束的电子(不能自由运动)组成“原子实”,可类比成小球。原子实做热运动,穿行其间的自由电子会与它发生碰撞,表现为导体对自由电子传导的阻碍作用,即电阻。导体温度降至极低时,它们的热运动都趋于消失,通电时自由电子就可以不受阻碍地定向通过导体,宏观上就发生了低温超导现象。
高压也能让材料发生超导。理论上,某种导体在相当于260万倍标准大气压的高压环境下,15 ℃的“高温”(相对于极低温)也能发生超导现象。在这样极高的压强下,原子实排列成紧密的堆垛形式,如图所示,原子实仅能在很小的范围内做热运动,就像热运动消失了一般。此时原子实堆垛间的间隙就成为稳定的自由电子通道。通电时自由电子就能在间隙中零阻碍地定向移动,宏观上就显示出超导现象。
常见输电过程中,约7%的电能因导线发热而耗散掉。若输电线缆选用超导材料,就可大大减少由于电阻引发的电能损耗。2021年12月,世界首条35千伏千米级液氮超导输电线工程在上海投运,实现了我国在高温超导输电领域的领先。
(1)实现超导现象的方式有低温和　　　　　　。
(2)极低温度下,原子实与自由电子的　　　　　　都趋于消失,通电时自由电子在导体中通行无阻,发生低温超导现象。
(3)超高的压强限制了　　　　　　的热运动,通电时自由电子在原子实间隙中定向移动所受到的阻碍为零,发生高压超导现象。
(4)超导技术的一大应用前景是制作输电线缆,这样可以减少由　　　　　　而引发的电能损耗。
参考答案
课前·自主预习
一、1.导体对电流阻碍作用;导体对电流的阻碍作用越大;R。2.欧姆,简称欧,符号Ω;千欧(kΩ)、兆欧(MΩ);1 kΩ=10 Ω;1 MΩ=10 Ω;1 MΩ=10 kΩ。
二、1.选用材料、长度、横截面积不同(或相同)的合金丝,观察电流表示数,运用控制变量法和转换法。2.性质;材料;横截面积。
课堂·互动理解
跟踪训练：(1)电流表示数;(2)不能;(4)D;①;导体的材料和横截面积相同时,长度越长,电阻越大;(5)锰铜合金。
课后练习
1.B
2.D　解析 用点燃的蜡烛对镍铬合金丝加热,镍铬合金丝的材料、长度和横截面积不变,温度升高,此时发现小灯泡缓慢变暗,分析可知,镍铬合金丝的阻值变大,说明导致其阻值变化的主要因素是温度。故选D。
3.B　解析 影响导体电阻大小的因素有导体的材料、长度和横截面积,在其他条件相同时,导体的横截面积越大,其电阻越小,在输电线路改造中,线路的长度不变,线路的材料不变,所以只能通过增大横截面积来减小电阻,也就是新换更粗的铝芯,与绝缘皮的厚薄无关,B符合题意。
4.A　解析 石墨是导体,石墨含量越高,铅笔芯的导电能力越强。甲、乙、丙、丁中甲的石墨含量最低,横截面积最小,电阻最大。故选A。
5.B　解析 导体电阻的大小与导体的材料、长度、横截面积有关,同种材料制成的导体,导体越长,横截面积越小,电阻越大,反之,导体越短,横截面积越大,电阻越小。A、B、C三根导线完全相同,设电阻为R,将A导线剪去一半,电阻变为R1=;将B导线均匀地拉伸到原来长度的两倍,长度增加,横截面积减小,电阻R2=4R;将C导线从中间对折,长度变为原来的一半,横截面积变为原来的2倍,电阻变为R3=;可见,三个电阻的关系R2>R1>R3。
6.<　=
解析 影响电阻大小的因素是材料、长度、横截面积、温度。其他条件相同,导体的横截面积越大,电阻越小;导体A和B由同种材料制成、长度相同,由题图可知A比B的横截面积大,由于导体的电阻与横截面积成反比,因此RA7.(1)小灯泡亮度　(2)A和D　(3)②　(4)长
解析 (1)在M、N之间分别接上不同的导体,则通过观察小灯泡的亮度和电流表示数来比较导体电阻的大小。(2)要验证猜想③:导体的电阻与导体的材料有关,应控制导体长度与横截面积相同而材料不同,由表中数据可知,应选编号为A、D的两根电阻丝进行实验。(3)由表中数据可知,A、C两电阻丝的长度、材料相同而横截面积不同,所以选用编号为A、C两根电阻丝进行实验,是为了验证猜想②。(4)A、B两根电阻丝材料相同、横截面积相同,长度不同,可以探究导体的电阻与导体的长度的关系,电阻丝A接入时电流表示数较大,说明电阻丝A的电阻较小,而电阻丝A较短,所以可得结论为:材料与横截面积相同的电阻,长度越长,电阻越大。
8.(3)误将小测量范围看成了大测量范围,读错了电流表的示数　2
9.(1)高压　(2)热运动　(3)原子实
(4)电阻
解析 (1)由题中“高压也能让材料发生超导”可知实现超导的现象的方式有低温和高压。(2)由题中“导体温度降至极低时,它们的热运动都趋于消失,通电时自由电子就可以不受阻碍地定向通过导体,宏观上就发生了低温超导现象”可知,极低温度下,原子实与自由电子的热运动都趋于消失,通电时自由电子在导体中通行无阻,发生低温超导现象。(3)由题中“在这样极高的压强下,原子实排列成紧密的堆垛形式,如图所示,原子实仅能在很小的范围内做热运动,就像热运动消失了一般”可知,超高的压强限制了原子实的热运动。(4)由题中“若输电线缆选用超导材料,就可大大减少由于电阻引发的电能损耗”可知,这样可以减少电能由于电阻引发的电能损耗。
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