11.2導(dǎo)體的電阻-2023-2024學(xué)年高二物理（人教版2019必修第三冊）（原卷版）

第十一章電路及其應(yīng)用第2節(jié)導(dǎo)體的電阻課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)習(xí)目標(biāo)通過試驗(yàn)，探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長度和橫截面積的定量關(guān)系。會(huì)測量金屬絲的電阻率。1．理解電阻的定義，會(huì)用歐姆定律分析電流、電壓與電阻之間的關(guān)系.2．把握電阻定律，知道影響電阻率大小的因素.3．能依據(jù)I－U圖像或U－I圖像求導(dǎo)體的電阻．（一）課前閱讀：1．如圖所示的圖像為金屬導(dǎo)體A、B的U－I圖像，思考：(1)對導(dǎo)體A(或?qū)wB)來說，電流與它兩端的電壓有什么關(guān)系？U與I的比值怎樣？(2)對導(dǎo)體A、B，在電壓U相同時(shí)，誰的電流??？誰對電流的阻礙作用大？2．依據(jù)圖猜想導(dǎo)體電阻大小與哪些因素有關(guān)？3．探究多個(gè)變量之間關(guān)系的方法是什么？4．試驗(yàn)探究：如圖所示，a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體．導(dǎo)體b、c、d在長度、橫截面積、材料三個(gè)因素方面，分別只有一個(gè)因素與導(dǎo)體a不同．下表所示為四個(gè)串聯(lián)導(dǎo)體的各方面因素關(guān)系及導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系．不同導(dǎo)體三個(gè)因素及電壓長度橫截面積材料電壓alS鐵Ub2lS鐵2Ucl2S鐵eq\f(U,2)dlS鎳銅合金5U①對比導(dǎo)體a和b說明什么？②對比導(dǎo)體a和c說明什么？③對比導(dǎo)體a和d說明什么？（二）基礎(chǔ)梳理一、電阻1．定義：導(dǎo)體兩端與通過導(dǎo)體的之比．2．公式：R＝eq\f(U,I).3．物理意義：反映了導(dǎo)體對電流的作用．4．在導(dǎo)體的U－I圖像中，斜率反映了．【拓展補(bǔ)充】兩個(gè)表達(dá)式的不同含義1．R＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，比值表示一段導(dǎo)體對電流的阻礙作用。對給定的導(dǎo)體，它的電阻是肯定的，與導(dǎo)體兩端是否加電壓，導(dǎo)體中是否有電流無關(guān)。2．I＝eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表示通過導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比，與電阻R成反比，常用于計(jì)算一段電路加上肯定電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，適用條件是金屬或電解質(zhì)溶液導(dǎo)電(純電阻電路)。二、導(dǎo)體的電阻率1．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的成正比，與它的————成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的有關(guān)．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S)，式中ρ是比例系數(shù)，叫作這種材料的電阻率．2．電阻率(1)電阻率是反映導(dǎo)體性能好壞的物理量．(2)影響電阻率的兩個(gè)因素是和．(3)純金屬電阻率較小，合金的電阻率較．由于用電器的電阻通常遠(yuǎn)大于導(dǎo)線電阻，一般狀況下，可認(rèn)為導(dǎo)線電阻為.3．超導(dǎo)現(xiàn)象一些金屬在溫度特殊低時(shí)電阻可以降到，這種現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象．【即學(xué)即練】推斷下列說法的正誤.(1)導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)打算，跟導(dǎo)體兩端的電壓及流過導(dǎo)體的電流的大小無關(guān)．()(2)由R＝ρeq\f(l,S)知，材料相同的兩段導(dǎo)體，長度大的導(dǎo)體的電阻肯定比長度小的導(dǎo)體的電阻大．()(3)電阻率是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率越大的導(dǎo)體導(dǎo)電性能越差．()電阻【典例精析】例1．依據(jù)歐姆定律，下列說法中正確的是()A．由關(guān)系式U＝IR可知，導(dǎo)體兩端的電壓U由通過它的電流I和它的電阻R共同打算B．由關(guān)系式I＝eq\f(U,R)可知，導(dǎo)體中電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比C．由關(guān)系式R＝eq\f(U,I)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D．由R＝eq\f(U,I)可知，導(dǎo)體兩端電壓為0時(shí)，導(dǎo)體的電阻也為0二、電阻定律電阻率1．導(dǎo)體電阻的打算式R＝ρeq\f(l,S)l是導(dǎo)體的長度，S是導(dǎo)體的橫截面積，ρ是比例系數(shù)，與導(dǎo)體材料有關(guān)，叫作電阻率．2．電阻率(1)電阻率是一個(gè)反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的外形、大小無關(guān)．(2)電阻率與溫度的關(guān)系及應(yīng)用①金屬的電阻率隨溫度的上升而增大，可用于制作電阻溫度計(jì)．②大部分半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的上升而減小，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的變化較大，可用于制作熱敏電阻．③有些合金，電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻．④一些導(dǎo)體在溫度特殊低時(shí)電阻率可以降到零，這個(gè)現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象．3．R＝eq\f(U,I)與R＝ρeq\f(l,S)的區(qū)分與聯(lián)系區(qū)分與聯(lián)系定義式：R＝eq\f(U,I)打算式：R＝ρeq\f(l,S)區(qū)分適用于純電阻元件適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體聯(lián)系R＝ρeq\f(l,S)是對R＝eq\f(U,I)的進(jìn)一步說明，即導(dǎo)體的電阻與U和I無關(guān)，而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長度和橫截面積【典例精析】例2．如圖所示為一塊長方體銅塊，使電流沿I1，I2兩個(gè)方向通過該銅塊，則兩次銅塊的電阻之比為()A．1B.eq\f(a2,c2)C.eq\f(a2,b2)D.eq\f(b2,c2)例3．R1和R2是材料相同、厚度相同的正方形導(dǎo)體片，R1的邊長為R2邊長的2倍．在兩導(dǎo)體片加上相同的電壓，通過兩導(dǎo)體片的電流方向如圖所示，則通過兩者的電流的大小之比I1∶I2為()A．1∶1B．2∶1C．1∶2D．4∶1三、導(dǎo)體的伏安特性曲線1．伏安特性曲線：用縱坐標(biāo)表示電流I，用橫坐標(biāo)表示電壓U，這樣畫出的導(dǎo)體的I－U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線．2．線性元件和非線性元件(1)線性元件：伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線，歐姆定律適用的元件，如金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液．3．I－U圖像與U－I圖像比較內(nèi)容I－U圖線U－I圖線坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I橫坐標(biāo)表示電流I、縱坐標(biāo)表示電壓U斜率圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示導(dǎo)體電阻的倒數(shù)圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示導(dǎo)體的電阻線性元件圖線的外形R1＞R2R1＜R2非線性元件圖線的外形電阻隨U的增大而增大電阻隨I的增大而減小【典例精析】例4．(多選)兩個(gè)電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示，由圖可知()A．R1為線性元件，R2為非線性元件B．R1的電阻R1＝tan45°Ω＝1ΩC．R2的電阻隨電壓的增大而減小D．當(dāng)U＝1V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻1．R＝eq\f(U,I)是電阻的定義式，比值表示一段導(dǎo)體對電流的阻礙作用。對給定的導(dǎo)體，它的電阻是肯定的，與導(dǎo)體兩端是否加電壓，導(dǎo)體中是否有電流無關(guān)。2．I＝eq\f(U,R)是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表示通過導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比，與電阻R成反比，常用于計(jì)算一段電路加上肯定電壓時(shí)產(chǎn)生的電流，適用條件是金屬或電解質(zhì)溶液導(dǎo)電(純電阻電路)。3．在導(dǎo)體的U-I圖像中，斜率反映了導(dǎo)體電阻的大小。4．R＝ρeq\f(l,S)中ρ、l、S的含義(1)ρ表示導(dǎo)體材料的電阻率，與材料和溫度有關(guān)。反映了導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，ρ越大，說明導(dǎo)電性能越差；ρ越小，說明導(dǎo)電性能越好。(2)l表示沿電流方向?qū)w的長度。(3)S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。5．常見材料的電阻率與溫度的關(guān)系(1)金屬的電阻率隨溫度上升而增大。(2)有些半導(dǎo)體的電阻率隨溫度上升而減小，且隨溫度的轉(zhuǎn)變變化較大，常用于制作熱敏電阻。(3)有些合金，如錳銅合金、鎳銅合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用于制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。(4)當(dāng)溫度降低到確定零度四周時(shí)，某些材料的電阻率突然降低到零，成為超導(dǎo)體。一、單選題1．2019年3月19日，復(fù)旦高?？蒲袌F(tuán)隊(duì)宣稱已成功制備出具有較高電導(dǎo)率的砷化銀納米帶材料，據(jù)介紹該材料的電導(dǎo)率是石墨烯的1000倍。電導(dǎo)率就是電阻率的倒數(shù)，即。下列說法正確的是（）A．電導(dǎo)率的單位是Ω·mB．材料的電導(dǎo)率越大，其導(dǎo)電性能越強(qiáng)C．材料的電導(dǎo)率只與材料本身有關(guān)，與溫度等因素?zé)o關(guān)D．材料的電導(dǎo)率大小與材料的長度、橫截面積等因素有關(guān)2．某電路中用到了一個(gè)特殊的滑動(dòng)變阻器，其截面示意圖如圖甲所示，其主體為兩段長度相同、材料相同的圓柱形導(dǎo)體拼接成的電阻，滑片P可以自由滑動(dòng)，A、B間的電阻R與電阻右端到P間的距離x的關(guān)系如圖乙所示，則左、右兩側(cè)的圓柱形導(dǎo)體橫截面的半徑之比為（）

A．3：4 B．1：2 C． D．3．如圖所示，一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為ρ，棒內(nèi)單位體積內(nèi)自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時(shí)，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動(dòng)的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為（）

A． B．C． D．4．將碳均勻涂在圓柱形實(shí)心瓷棒的外側(cè)面形成均勻的碳膜，做成碳膜電阻。已知碳的電阻率為，瓷棒的長為l，瓷棒橫截面的直徑為D，所涂碳膜的厚度為d。將該電阻沿軸線方向接入電路時(shí)，阻值為（）A． B． C． D．5．在試驗(yàn)室中有兩個(gè)定值電阻R1和R2，小明同學(xué)對兩個(gè)電阻串聯(lián)和并聯(lián)的伏安特性進(jìn)行了測量，分別為圖中的圖線1和2，則以下定值電阻R1和R2滿足要求的是（）

A．R1=10ΩR2=10Ω B．R1=10ΩR2=20ΩC．R1=20ΩR2=30Ω D．R1=30ΩR2=40Ω6．晶體二極管是一種半導(dǎo)體元件，在生產(chǎn)和生活中有著廣泛的應(yīng)用，某二極管的伏安特性曲線如圖所示，下列說法正確的是（

）

A．二極管是非線性元件B．加正向電壓時(shí)，二極管阻值不變C．加正向電壓時(shí)，二極管阻值隨著電壓的增大而增大D．加反向電壓時(shí)，無論加多大電壓，電流都很小7．一長方體金屬電阻，邊長分別為a、b、c，且a＞b＞c。電流分別沿以下圖方向流過該金屬電阻，則（）

A．（1）（2）（3）圖電阻相等 B．（1）圖電阻最小C．（2）圖電阻最小 D．（3）圖電阻最小8．兩根相同的金屬裸導(dǎo)線，假如把其中一根均勻拉長到原來的2倍，把另一根對折，則它們的電阻之比為（）A．16：1 B．8：1 C．4：1 D．2：1二、多選題9．如圖甲所示，電源電壓恒為5V，滑動(dòng)變阻器的最大阻值為，電流在0.2A~0.8A之間時(shí)電子元件均能正常工作。若通過此電子元件的電流I與其兩端電壓U的關(guān)系如圖乙所示。下列說法正確的是（）

A．通過電子元件的電流為0.4A時(shí)，其電阻為B．當(dāng)滑動(dòng)變阻器滑片P在中點(diǎn)時(shí)，電子元件與滑動(dòng)變阻器的兩端電壓之比為1:1C．電子元件處于正常工作狀態(tài)時(shí)，電子元件的電阻隨電流的增大而減小D．為使電子元件處于正常工作狀態(tài)，滑動(dòng)變阻器的阻值范圍應(yīng)把握在10．一小燈泡通電后其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示，P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線．則下列說法中正確的是（）

A．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻增大B．隨著所加電壓的增大，小燈泡的電阻減小C．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為D．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為11．我國已經(jīng)于2012年10月1日起禁止銷售100W及以上的白熾燈，以后將逐步淘汰白熾燈．假設(shè)某同學(xué)爭辯白熾燈得到某白熾燈的U-I圖線如圖所示．圖象上A點(diǎn)與原點(diǎn)的連線與橫軸成α角，A點(diǎn)的切線與橫軸成β角，則（）A．白熾燈的電阻隨電壓的增大而增大 B．在A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為tanβC．在A點(diǎn)，白熾燈的電功率小于 D．在A點(diǎn)，白熾燈的電阻可表示為12．如圖甲所示的電路，小燈泡通電后其兩端電壓U隨所通過的電流I變化的圖線如圖乙所示（圖中U1、I1、I2均為已知量），P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線的切線，PM為U軸的垂線，PQ為I軸的垂線，定值電阻的阻值R0為已知量，下列說法中正確的是（）A．隨著所通電流的增大，小燈泡的電阻增大B．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝C．在電路中燈泡L兩端的電壓為U1時(shí)，電阻R0兩端的電壓為I1R0D．對應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電功率為圖中矩形PQOM所圍的面積三、解答題13．如圖所示，是一段長為L、粗細(xì)均勻的金屬直導(dǎo)體，當(dāng)導(dǎo)體兩端加上恒定電壓時(shí)，導(dǎo)體內(nèi)部即建立起恒定的勻強(qiáng)電場，此時(shí)流經(jīng)導(dǎo)體的電流大小為I。已知導(dǎo)體中電量為e的自由電子受到恒定電場對它的作用力大小為F。（1）求導(dǎo)體的電阻。（