新課標(biāo)高中物理選修第6節(jié)導(dǎo)體的電阻教案

第6節(jié)導(dǎo)體的電阻學(xué)習(xí)目標(biāo)核心提煉1.通過(guò)對(duì)決定導(dǎo)體電阻的因素的探究，體會(huì)控2個(gè)概念——電阻和電阻率制變量法和邏輯思維法。1種思想方法——控制變量法2.加深對(duì)導(dǎo)體電阻的理解，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。l3.理解電阻率的概念及物理意義，了解電阻率1個(gè)公式——R＝ρS與溫度的關(guān)系。一、影響導(dǎo)體電阻的因素1.與導(dǎo)體電阻有關(guān)因素的測(cè)量方法(1)電阻絲橫截面積的測(cè)量把電阻絲緊密繞在一個(gè)圓柱形物體上(例如鉛筆)，用刻度尺測(cè)出多匝的寬度，然后除以圈數(shù)，得到電阻絲的直徑，進(jìn)而計(jì)算出電阻絲的橫截面積；或用螺旋測(cè)微器測(cè)出電阻絲的直徑，進(jìn)而得到電阻絲的橫截面積。(2)電阻絲長(zhǎng)度的測(cè)量把電阻絲拉直，用刻度尺量出它的長(zhǎng)度l。(3)電阻的測(cè)量連接適當(dāng)?shù)碾娐?，閉合開(kāi)關(guān)后，測(cè)量電阻絲兩端的電壓U和通過(guò)電阻絲的電流I，U由R＝計(jì)算得到電阻。I2.探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系項(xiàng)目?jī)?nèi)容實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄繉?dǎo)體電阻與長(zhǎng)度、橫截面積、材料的關(guān)系實(shí)驗(yàn)電路實(shí)驗(yàn)方法控制變量法：在長(zhǎng)度、橫截面積、材料三個(gè)因素，b、c、d與a分別有一個(gè)因素不同串聯(lián)的a、b、c、d電流相同，電壓與導(dǎo)體的電阻成正比，測(cè)量出它實(shí)驗(yàn)原理們的電壓就可知道電阻比，從而分析出影響導(dǎo)體電阻大小的有關(guān)因素二、導(dǎo)體的電阻1.電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。l(2)公式：R＝ρ，式中ρ稱(chēng)為材料的電阻率。S2.電阻率(1)意義：反映材料導(dǎo)電性能強(qiáng)弱的物理量，電阻率越小，材料的導(dǎo)電性能越強(qiáng)。(2)單位：歐姆·米，符號(hào)：Ω·m。(3)決定因素：電阻率由導(dǎo)體的材料和溫度決定。(4)變化規(guī)律：各種材料的電阻率一般都隨溫度的變化而變化。(5)應(yīng)用：電阻溫度計(jì)、標(biāo)準(zhǔn)電阻等。思考判斷1.導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積兩個(gè)因素決定。(×)2.一根阻值為R的均勻電阻線(xiàn)，均勻拉長(zhǎng)為原來(lái)的2倍，電阻變?yōu)?R。(√)3.由R＝UI可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比。(×)4.金屬電阻隨溫度變化的原因是熱脹冷縮導(dǎo)致金屬電阻的長(zhǎng)短和橫截面積發(fā)生變化，所以金屬的電阻隨溫度變化的幅度不大。(×)5.溫度變化導(dǎo)致金屬電阻變化的原因是金屬的電阻率隨溫度變化。(√)對(duì)電阻定律的理解[要點(diǎn)歸納]l1.公式R＝ρ是導(dǎo)體電阻的決定式，圖1中所示為一塊長(zhǎng)方體鐵塊，若通過(guò)電流SacR＝ρ；若通過(guò)電流I，則R＝ρ。bcab122I，則1圖1導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的。2.適用條件：溫度一定，粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。lU3.R＝ρS與R＝的比較IlR＝ρSUR＝I電阻定律的表達(dá)式，也是電阻的意義電阻的定義式，R與U、I無(wú)關(guān)決定式提供了測(cè)定電阻率的一種方法：ρ提供了測(cè)定電阻的一種方法：伏作用＝RS安法l適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃適用范圍聯(lián)系純電阻元件度均勻的電解液、等離子體導(dǎo)體的電阻取決于導(dǎo)體本身的材料、長(zhǎng)度和橫截面積，而不是U和I[精典示例][例1](多選)某根標(biāo)準(zhǔn)電阻絲的電阻為R，接入電壓恒定的電路中，要使接入電12路的電阻變?yōu)镽，可采取的措施是()A.剪其一半的電阻絲接入B.并聯(lián)相同的電阻絲接入C.串聯(lián)相同的電阻絲接入D.對(duì)折原電阻絲后再接入l12可知，剪去一半的電阻絲，長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的，電阻減解析由電阻定律R＝ρS12小為R，選項(xiàng)A正確；并聯(lián)相同的電阻絲后，橫截面積變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電阻12減小為R，選項(xiàng)B正確；串聯(lián)一根相同的電阻絲后，長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，電12阻為原來(lái)的2倍，選項(xiàng)C錯(cuò)誤；對(duì)折原電阻絲后，長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的，橫截面積14變?yōu)樵瓉?lái)的2倍，總電阻變?yōu)樵瓉?lái)的，選項(xiàng)D錯(cuò)誤。答案AB導(dǎo)體變形后電阻的分析方法某一導(dǎo)體的形狀改變后，討論其電阻變化應(yīng)抓住以下三點(diǎn)：(1)導(dǎo)體的電阻率不變。(2)導(dǎo)體的體積不變，由V＝lS可知l與S成反比。l求解。(3)在ρ、l、S都確定之后，應(yīng)用電阻定律R＝ρS[針對(duì)訓(xùn)練1]如圖2所示為一長(zhǎng)方體銅塊，使電流沿圖中I、I2兩個(gè)方向通過(guò)該1銅塊，銅塊的電阻之比為()圖2a2B.c2A.1a2b2C.D.cb22解析若通以電流I1，則銅塊的長(zhǎng)度為a，橫截面積為bc，由電阻定律知其電阻為R1＝ρ＝ρa(bǔ)；若通以電流I2，則銅塊的長(zhǎng)度為c，橫截面積為ab，由電阻定abcbc律知其電阻為R2＝ρ＝ρc；故＝2。cRa1Rcabab22答案B[例2](多選)滑動(dòng)變阻器的原理如圖3所示，則下列說(shuō)法中正確的是()圖3A.若將a、c兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路中的阻值增大B.若將a、d兩端連在電路中，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，變阻器接入電路中的阻值減小C.將滑動(dòng)變阻器以限流式接法接入電路時(shí)，必須連入三個(gè)接線(xiàn)柱D.將滑動(dòng)變阻器以分壓式接法接入電路時(shí)，必須連入三個(gè)接線(xiàn)柱解析若將a、c兩端連在電路中，aP部分連入電路，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，該部分的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度變長(zhǎng)，變阻器接入電路中的阻值將增大，A正確；若將a、d兩端連在電路中，也是將aP部分連入電路，則當(dāng)滑片OP向右滑動(dòng)時(shí)，該部分的導(dǎo)線(xiàn)長(zhǎng)度變長(zhǎng)，變阻器接入電路中的阻值將增大，B錯(cuò)誤；A、B兩個(gè)選項(xiàng)中均為限流式接法，可見(jiàn)在限流式接法中，a、b兩個(gè)接線(xiàn)柱中任意選一個(gè)，c、d兩個(gè)接線(xiàn)柱中任意選一個(gè)，接入電路即可，C錯(cuò)誤；在滑動(dòng)變阻器的分壓式接法中，a、b兩個(gè)接線(xiàn)柱必須接入電路，c、d兩個(gè)接線(xiàn)柱中任意選一個(gè)，接入電路即可，D正確。答案AD滑動(dòng)變阻器的原理及使用(1)原理：利用改變連入電路的電阻絲的長(zhǎng)度改變電阻。(2)在電路中的使用方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖甲所示，要使滑動(dòng)變阻器起限流作用(如圖乙)，正確的連接是接A與D或C，B與C或D，即“一上一下”；要使滑動(dòng)變阻器起分壓作用(如圖丙)，要將A、B全部接入電路，另外再選擇C或D與負(fù)載相連，即“一上兩下”，當(dāng)滑片P移動(dòng)時(shí)，負(fù)載將與AP間或BP間的不同長(zhǎng)度的電阻絲并聯(lián)，從而得到不同的電壓。電阻和電阻率的區(qū)別和聯(lián)系[要點(diǎn)歸納]電阻R電阻率ρ描述對(duì)象物理意義導(dǎo)體材料反映導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大反映材料導(dǎo)電性能的好壞，ρ大，小，R大，阻礙作用大導(dǎo)電性能差由材料、溫度決定，與導(dǎo)體形狀無(wú)關(guān)決定因素由材料、溫度和導(dǎo)體形狀決定單位聯(lián)系歐姆(Ω)歐姆·米(Ω·m)l由R＝ρS知，ρ大，R不一定大；R大，ρ不一定大特別提醒(1)電阻率越大，材料的導(dǎo)電性能越差，但用這種材料制成的電阻不一定大，決定電阻大小的因素還與其長(zhǎng)度和橫截面積有關(guān)。(2)導(dǎo)體的電阻越大，說(shuō)明導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用越大，導(dǎo)體的電阻率不一定越大。[精典示例][例3]關(guān)于導(dǎo)體的電阻及電阻率的說(shuō)法正確的是()A.導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻，因此，只有導(dǎo)體有電流通過(guò)時(shí)，才具有電阻UB.由R＝可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比IC.將一根導(dǎo)線(xiàn)一分為二，則半根導(dǎo)線(xiàn)的電阻和電阻率都是原來(lái)的二分之一D.某些金屬、合金和化合物的電阻率隨溫度降低會(huì)突然減小為零解析導(dǎo)體的電阻率由材料本身性質(zhì)決定，并隨溫度變化而變化，導(dǎo)體的電阻與長(zhǎng)度、橫截面積有關(guān)，與導(dǎo)體兩端電壓及導(dǎo)體中電流大小無(wú)關(guān)，A、B、C錯(cuò)誤；電阻率反映材料的導(dǎo)電性能，電阻率常與溫度有關(guān)，存在超導(dǎo)現(xiàn)象，D正確。答案D[針對(duì)訓(xùn)練2]如圖4所示，a、b、c為不同材料做成的電阻，b與a的長(zhǎng)度相等，c與a的橫截面積相等，c的長(zhǎng)度是a的兩倍。當(dāng)開(kāi)U∶U2∶U3＝1∶1∶2。關(guān)于這三種材b的橫截面積是a的兩倍；關(guān)閉合后，三個(gè)理想電壓表的示數(shù)關(guān)系是1料的電阻率ρ、ρ、ρ，下列說(shuō)法正確的是()abc圖4B.ρ是ρ的2倍A.ρ是ρ的2倍abacC.ρ是ρ的2倍D.ρ是ρ的2倍cabcRU解析設(shè)a的長(zhǎng)度為L(zhǎng)，橫截面積為S，因?yàn)镽＝UI，而R＝ρl，所以＝1＝1，aSRUb2LLρa(bǔ)S＝，故ρρa(bǔ)RU＝＝，所以2L2ρ1RU21S即＝1，即ρ＝2ρ；同理＝ρ，由上述可知ca1Lbaaρb2S3cSc＝2ρ，選項(xiàng)C正確。ρbc答案C1.(影響導(dǎo)體電阻的因素)在“探究影響導(dǎo)體電阻大小的因素”實(shí)驗(yàn)中，某實(shí)驗(yàn)小組提出了如下猜想：猜想一：導(dǎo)體電阻跟導(dǎo)體長(zhǎng)度有關(guān)；猜想二：導(dǎo)體電阻跟導(dǎo)體粗細(xì)有關(guān)；猜想三：導(dǎo)體電阻跟導(dǎo)體材料有關(guān)。同學(xué)們想利用如圖5的電路和表中的導(dǎo)體特征驗(yàn)證上述猜想。圖5橫截面積導(dǎo)體代號(hào)長(zhǎng)度/m材料/mm20.20.40.60.40.40.60.6ABCDEF1.0錳銅錳銅錳銅錳銅錳銅鎳鉻合金鐵1.01.00.51.51.01.0G(1)請(qǐng)將猜想一的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路補(bǔ)充完整。選取_______和_________相同、_______的_大_______不_同的導(dǎo)體，分別將其接入如圖電路中通，過(guò)比較電路中小，判斷導(dǎo)體電阻的大小。(2)驗(yàn)證猜想三時(shí)，若需對(duì)比三個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，則應(yīng)從上表中選取導(dǎo)體________(填寫(xiě)導(dǎo)體代號(hào)來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn))。解析(1)為了研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度的關(guān)系，則需使導(dǎo)體的材料和橫截面積相同，長(zhǎng)度不同，應(yīng)選用的三種導(dǎo)體是B、D、E，分別將其接入如題圖電路中。通過(guò)比較電路中電流的大小，判斷導(dǎo)體電阻的大小。(2)為了研究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系，則需使導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積相同，材料不同，應(yīng)選用的三種導(dǎo)體是C、F、G，分別將其接入如題圖電路中。通過(guò)比較電路中電流的大小，判斷導(dǎo)體電阻的大小。答案(1)材料橫截面積長(zhǎng)度電流(2)C、F、G2.(電阻率的理解A.電阻率ρ與導(dǎo)體的長(zhǎng)度B.電阻率反映材料導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，由導(dǎo)體的材料決定，且與溫度有關(guān)C.電阻率大的導(dǎo)體，電D.有些合金的電變化的影響，可用來(lái)制成電阻溫度計(jì))關(guān)于電阻率的說(shuō)法中正確的是()l和橫截面積S有關(guān)阻一定很大阻率幾乎不受溫度解析電阻率反映材料導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，只與材料及溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度ll和橫截面積S無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)誤，B正確；由R＝ρ知ρ大，R不一定大，故C錯(cuò)S誤；有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)電阻，故D錯(cuò)誤。答案B3.(電阻定律的理解)(2018·蘇州高二檢測(cè))一根粗細(xì)均勻的導(dǎo)線(xiàn)，當(dāng)其兩端電壓為U時(shí)，通過(guò)的電流是I，若將此導(dǎo)線(xiàn)均勻拉長(zhǎng)到原來(lái)的2倍時(shí)，電流仍為I，導(dǎo)線(xiàn)兩端所加的電壓變?yōu)?)UA.2B.UC.2UD.4U，拉長(zhǎng)后長(zhǎng)度變?yōu)?l，橫截面積變?yōu)?，所以R′lS解析導(dǎo)線(xiàn)原來(lái)的電阻為R＝ρS2l′2l＝ρ＝ρ＝4R。導(dǎo)線(xiàn)原來(lái)兩端的電壓為U＝IR，拉長(zhǎng)后為U′＝IR′＝4IR＝4U，S′S2D正確。答案D4.(電阻定律的理解與應(yīng)用)給裝在均勻玻璃管內(nèi)的水銀柱加一電壓，使通過(guò)水銀柱的電流為0.1A，若將這些水銀倒入一個(gè)內(nèi)徑為前者2倍的玻璃管內(nèi)，接在同一電壓上，通過(guò)水銀柱的電流為多少？解析設(shè)水銀柱在兩種情況下的電阻分別為R1、R2，對(duì)應(yīng)的長(zhǎng)度、橫截面積分ll。2別為l1、l2、S1、S2，由電阻定律得R1＝ρ，R2＝ρ1SS21在兩種情況下水銀的體積相同，所以有l(wèi)1S1＝l2S2。又因?yàn)镾1＝πr2，S2＝π(2r)2，所以S2＝4S1，l1＝4l2，代入公式R＝ρSl得R1＝16R2由歐姆定律得U＝R1I1＝R2I2所以I2＝16I1＝1.6A。答案1.6A基礎(chǔ)過(guò)關(guān)UlR＝和公式R＝ρ，下列說(shuō)法正確的是()IS1.關(guān)于公式A.兩公式對(duì)一切情況都適用UlR＝ρ適用于任何導(dǎo)體SB.R＝I僅適用于金屬導(dǎo)體，C.導(dǎo)體的電阻R與U成正比，與I成反比D.導(dǎo)體的電阻在溫度一定時(shí)與導(dǎo)體的長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比解析R＝UI適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體和濃度均勻的電解液，且為純電阻電路，A、B錯(cuò)誤；導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身決定，與U、I無(wú)關(guān)，C錯(cuò)誤；由電阻定律知，D正確。答案D2.一根阻值為R的均勻電阻絲，在下列哪些情況中其阻值仍為R(設(shè)溫度不變)(A.當(dāng)長(zhǎng)度不變，B.當(dāng)橫截面積不變，)橫截面積增大一倍時(shí)長(zhǎng)度增加一倍時(shí)C.當(dāng)長(zhǎng)度和橫截面積都縮小為原來(lái)的一半時(shí)D.當(dāng)長(zhǎng)度擴(kuò)大一倍而面積縮為原來(lái)的一半時(shí)解析根據(jù)電阻定律R＝ρSl可知，只有電阻絲的長(zhǎng)度和橫截面積都擴(kuò)大或縮小相同比例倍數(shù)時(shí)，電阻絲的電阻才能保持不變，故選項(xiàng)C正確。答案C3.圖1一同學(xué)將變阻器與一只6V、6～8W的小燈泡L及開(kāi)關(guān)S串聯(lián)后接在6V的電S閉合時(shí)，發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光。按圖1所示的接法，當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，燈泡將源E上，當(dāng)()A.變暗B.變亮C.亮度不變D.可能燒壞燈泡解析由題圖可知，變阻器接入電路的是PB段的電阻絲，由于燈泡的額定電壓等于電源電壓，所以不可能燒壞燈泡。當(dāng)滑片P向右滑動(dòng)時(shí)，接入電路中的電阻絲變短，電阻減小，燈泡變亮，選項(xiàng)B正確。答案B4.圖2如圖2所示為均勻的長(zhǎng)方形薄片合金電阻板abcd，ab邊長(zhǎng)為L(zhǎng)，ad邊長(zhǎng)為L(zhǎng)。12當(dāng)端點(diǎn)Ⅰ、Ⅱ或Ⅲ、Ⅳ接入電路時(shí)，導(dǎo)體的電阻分別為R、R，則R∶R為()1212A.L1∶L2C.L∶LB.L2∶L1D.L∶L22221122L1，R2＝ρhLL21，所以R1∶R2＝解析設(shè)電阻板厚度為h，由電阻定律有R＝ρhL21L∶L22，故C正確。12答案C5.(2018·保定模擬)如圖3所示，一段長(zhǎng)為a、寬為b、高為c(a>b>c)的長(zhǎng)方體金屬導(dǎo)體，將其中的兩個(gè)對(duì)立面接入電路中時(shí)，最大的電阻為R，則最小的電阻為()圖3B.cA.c2R2Ra2abC.a2RD.Rbc解析根據(jù)電阻定律知，最大電阻為R＝ρa(bǔ)，最小電阻為R′＝ρc＝ρa(bǔ)c×abbca22＝bcc2R，故A正確。a2答案A6.(多選)溫度能影響金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能，在如圖分別為某金屬和某半導(dǎo)體的電阻隨溫度變化的關(guān)系曲線(xiàn)，則4所示的圖象中()圖4A.圖線(xiàn)甲反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化B.圖線(xiàn)乙反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化C.圖線(xiàn)甲反映金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化D.圖線(xiàn)乙反映半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化解析金屬導(dǎo)體隨著溫度升高，電阻率變大，從而導(dǎo)致電阻增大，對(duì)于半導(dǎo)體材料，電阻隨著溫度升高而減小，因此由題圖可知，圖線(xiàn)甲表示金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的變化，圖線(xiàn)乙表示半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的變化。故C、D正確，A、B錯(cuò)誤。答案CD7.在如圖A點(diǎn)的電壓為縱坐標(biāo)，各點(diǎn)離A點(diǎn)的距離x為橫坐標(biāo)，則各點(diǎn)電勢(shì)U隨x變化的圖線(xiàn)應(yīng)為5所示電路中，AB為粗細(xì)均勻、長(zhǎng)為L(zhǎng)的電阻絲，以A、B上各點(diǎn)相對(duì)()圖5ERE解析由U＝IR＝·x＝x，其中E、L均為定值，故U與x成正比，A項(xiàng)正確。RLLx答案A能力提升8.(2019·4月浙江選考，18)小明想測(cè)額定電壓為2.5V的小燈泡在不同電壓下的電功率，設(shè)計(jì)了如圖6甲所示的電路。圖6(1)在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，調(diào)節(jié)滑片P，電壓表和電流表均有示數(shù)但總是調(diào)不到零，其原因是________的導(dǎo)線(xiàn)沒(méi)有連接好(圖中用數(shù)字標(biāo)記的小圓點(diǎn)表示接線(xiàn)點(diǎn)，空格中請(qǐng)?zhí)顚?xiě)圖中的數(shù)字，如“7點(diǎn)至8點(diǎn)”)；(2)正確連好電路，閉合開(kāi)關(guān)，調(diào)節(jié)滑片P，當(dāng)電壓表的示數(shù)達(dá)到額定電壓時(shí)，電流表的指針如圖乙所示，則電流為_(kāi)_______A，此時(shí)小燈泡的功率為_(kāi)_______W；(3)做完實(shí)驗(yàn)后，小明發(fā)現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)報(bào)告上漏寫(xiě)了電壓為1.00V時(shí)通