2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用2導(dǎo)體的電阻學(xué)案新人教版必修3

PAGE10-導(dǎo)體的電阻新課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量目標(biāo)1.通過試驗(yàn),探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的定量關(guān)系。2.通過I-U圖像了解材料的電阻特性。合格性考試1.了解電阻的概念,能對(duì)簡(jiǎn)潔的實(shí)際問題進(jìn)行說明。2.能理解電阻率的物理意義及電阻率與溫度的關(guān)系。選擇性考試1.能用電阻的計(jì)算公式進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。2.能用伏安特性曲線分析電阻變更及大小計(jì)算。必備學(xué)問·自主學(xué)習(xí)一、電阻1.定義:導(dǎo)體兩端的電壓與通過導(dǎo)體電流的比值叫作電阻。2.定義式:R=。3.物理意義:反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用。4.單位:(1)國際單位是歐姆,符號(hào)為Ω。(2)常用單位:千歐,符號(hào)kΩ;兆歐,符號(hào)MΩ。(3)單位換算:1kΩ=103Ω;1MΩ=106Ω。二、影響導(dǎo)體電阻的因素如圖為探討影響導(dǎo)體電阻的因素的電路圖,本試驗(yàn)采納了什么方法?提示:限制變量法?？赡芘c導(dǎo)體電阻有關(guān)的因素:(1)導(dǎo)體的橫截面積。(2)導(dǎo)體的長(zhǎng)度。(3)導(dǎo)體的材料。三、導(dǎo)體的電阻率有人說電阻是導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì),電阻率是由導(dǎo)體材料的性質(zhì)確定的,所以電阻率越大,則電阻越大,對(duì)嗎?提示:不對(duì)。1.導(dǎo)體的電阻: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)。2.公式:R=ρ。3.電阻率:(1)物理意義:反映了材料導(dǎo)電性能的好壞,電阻率越小,表示這種材料的導(dǎo)電性能越好。(2)確定因素:導(dǎo)體的材料和溫度。(3)金屬的電阻率:隨溫度的上升而增大。(4)超導(dǎo)現(xiàn)象:某些材料當(dāng)溫度特殊低時(shí),電阻可以降到0的現(xiàn)象。四、伏安特性曲線導(dǎo)體在A狀態(tài)下的電阻的倒數(shù)是該點(diǎn)切線的斜率還是OA直線的斜率?提示:是OA直線的斜率。1.伏安特性曲線:用橫坐標(biāo)表示電壓U,縱坐標(biāo)表示電流I,畫出的I-U圖像。2.線性元件:伏安特性曲線是一條過原點(diǎn)的直線,也就是電流I與電壓U成正比的元件。3.非線性元件:伏安特性曲線不是一條直線,也就是電流I與電壓U不成正比的元件。如圖為二極管的伏安特性曲線,二極管為非線性元件。(1)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。(×)(2)電阻率ρ與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l和橫截面積S有關(guān)。(×)(3)電阻率表征了材料的導(dǎo)電實(shí)力的強(qiáng)弱,由導(dǎo)體的材料確定,且與溫度有關(guān)。(√)(4)電阻率大的導(dǎo)體,電阻肯定很大。(×)(5)有些合金的電阻率幾乎不受溫度變更的影響,可用來制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。(√)關(guān)鍵實(shí)力·合作學(xué)習(xí)學(xué)問點(diǎn)一電阻確定式R=ρ的應(yīng)用1.R=ρ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(zhǎng)度。(3)S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。2.電阻定義式R=和確定式R=ρ的區(qū)分與聯(lián)系:R=R=ρ區(qū)別是電阻的定義式,電阻本身與電壓、電流無關(guān)是電阻的確定式,電阻的大小由導(dǎo)體的電阻率、橫截面積、長(zhǎng)度共同確定供應(yīng)了一種測(cè)R的方法:只要測(cè)出U、I就可求出R供應(yīng)了一種測(cè)導(dǎo)體的電阻率ρ的方法:只要測(cè)出R、l、S就可求出ρ適用于純電阻元件適用于粗細(xì)勻稱的金屬導(dǎo)體或濃度勻稱的電解液、等離子體聯(lián)系R=ρ是對(duì)R=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)體本身的電阻率、長(zhǎng)度和橫截面積提示:電阻R與電壓U、電流I無關(guān)。如圖為一塊長(zhǎng)方體鐵塊,若通過的電流為I1,則鐵塊的電阻R1多大?若通過的電流為I2,則鐵塊的電阻R2又是多大?提示:R1=ρ;R2=ρ【典例】在邊長(zhǎng)為a、厚度為h的導(dǎo)體中,通以圖示方向的電流,導(dǎo)體的電阻為R1,現(xiàn)將其四等分,取其中之一通以圖示方向的電流,其電阻為R2,則R1∶R2為()A.4∶1 B.1∶1C.1∶2 D.2∶1【解析】選B。電阻R1=ρ=;電阻R2=ρ=,則R1∶R2=1∶1,故選項(xiàng)B正確。應(yīng)用R=ρ解題的技巧(1)明確導(dǎo)體的形態(tài)變更后,電阻率不會(huì)發(fā)生變更。(2)導(dǎo)體的形態(tài)變更后,體積不變,由V=l1S1=l2S2確定l2與l1、S2與S1的關(guān)系。(3)由R=ρ確定電阻關(guān)系。1.有甲、乙兩根材料不同、長(zhǎng)度和橫截面積都相同的金屬絲,在溫度肯定的狀況下,甲金屬絲的電阻率是乙金屬絲電阻率的2倍。以下有關(guān)它們電阻值的說法正確的是()A.甲、乙兩根金屬絲的電阻值相等B.甲金屬絲的電阻值是乙金屬絲電阻值的2倍C.乙金屬絲的電阻值是甲金屬絲電阻值的2倍D.甲金屬絲的電阻值是乙金屬絲電阻值的4倍【解析】選B。由電阻定律公式R=ρ可以知道,長(zhǎng)度和橫截面積都相同的金屬絲,電阻與電阻率成正比,因?yàn)榧捉饘俳z的電阻率是乙金屬絲電阻率的2倍,所以甲金屬絲的電阻值是乙金屬絲電阻值的2倍,故選項(xiàng)B正確,A、C、D錯(cuò)誤。2.一段粗細(xì)勻稱的鎳鉻絲,橫截面的直徑是d,電阻是R,把它拉制成直徑為的勻稱細(xì)絲后,它的電阻變?yōu)?)A. B.9RC. D.81R【解析】選D。橫截面直徑為d的鎳鉻絲拉制成直徑為的勻稱細(xì)絲后,依據(jù)截面積公式:S=πd2可知,橫截面積變?yōu)樵瓉淼?鎳鉻絲的體積不變,則長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉淼?倍;由R=ρ,分析可知電阻變?yōu)樵瓉淼?1倍,即為81R,故選項(xiàng)D正確,A、B、C錯(cuò)誤。學(xué)問點(diǎn)二導(dǎo)體的伏安特性曲線由I-U圖像可以獲得的信息(1)坐標(biāo)軸的意義:I-U圖像中,橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I。(2)圖線斜率的意義:線性I-U圖像中,斜率表示電阻的倒數(shù),在圖中R2<R1。【典例】(多選)某導(dǎo)體中的電流隨其兩端電壓的變更如圖所示,則下列說法正確的是()A.所加電壓為5V時(shí),導(dǎo)體的電阻是5ΩB.所加電壓為12V時(shí),導(dǎo)體的電阻是14ΩC.由圖可知,隨著電壓的增大,導(dǎo)體的電阻不斷減小D.由圖可知,隨著電壓的增大,導(dǎo)體的電阻不斷增大【解析】選A、D。由圖可知,所加電壓為5V時(shí),電流為1.0A,則由電阻的定義式可得:R==Ω=5Ω,故選項(xiàng)A正確;所加的電壓為12V時(shí),電流為1.5A,則可得導(dǎo)體的電阻為:R′=Ω=8Ω,故選項(xiàng)B錯(cuò)誤;由圖可知,隨電壓的增大,圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)連線的斜率減小,則可知導(dǎo)體的電阻隨電壓的增大而不斷增大,故選項(xiàng)C錯(cuò)誤,D正確。1.如圖所示是依據(jù)某試驗(yàn)作出的金屬導(dǎo)體a和b的I-U圖像。從圖中可以得出金屬導(dǎo)體a和b的電阻關(guān)系是()A.Ra<RbB.Ra>RbC.Ra=RbD.無法確定【解析】選B。I-U圖像中圖像的斜率表示電阻的倒數(shù),由圖可知,a表示的電阻大于b的電阻,即Ra>Rb,故選項(xiàng)B正確。2.小燈泡的伏安特性曲線如圖中的AB段(曲線)所示。由圖可知,AB段燈絲的電阻因溫度的影響變更了()A.5Ω B.10ΩC.1Ω D.6Ω【解析】選B。小燈泡的電阻隨溫度的上升而增大,故得出來的伏安特性曲線不是直線;由圖可知,A點(diǎn)的電阻RA=Ω=30Ω;B點(diǎn)電阻RB=Ω=40Ω,故電阻的變更為:40Ω-30Ω=10Ω,故選項(xiàng)B正確。【拓展例題】考查內(nèi)容:電解質(zhì)溶液電阻率的測(cè)量【典例】如圖甲為一測(cè)量電解質(zhì)溶液電阻率的玻璃容器,P、Q為電極,設(shè)a=1m,b=0.2m,c=0.1m,當(dāng)里面注滿某電解質(zhì)溶液時(shí),且P、Q加上電壓后,其U-I圖像如圖乙所示,當(dāng)【解析】由題圖乙可求得電解質(zhì)溶液的電阻R==Ω=2000Ω,由題圖甲可知電解質(zhì)溶液長(zhǎng)l=a=1m,它的橫截面積S=bc=0.02m2,由R=ρ得ρ==Ω·m=40Ω·m。答案:40Ω·m情境·模型·素養(yǎng)電纜是生產(chǎn)生活中常用到的電路連接材料,企業(yè)假如沒有嚴(yán)格的檢驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn),生產(chǎn)出不合格電纜,簡(jiǎn)潔對(duì)用戶造成巨大財(cái)產(chǎn)損失。如圖為某企業(yè)生產(chǎn)的劣質(zhì)電纜,它的銅絲直徑只有國家合格電纜的一半。探究:若長(zhǎng)度相同,則不合格電纜的電阻為合格電纜的多少倍?【解析】若長(zhǎng)度相同,劣質(zhì)電纜的銅絲直徑只有國家合格電纜的一半,依據(jù):R=ρ,可知不合格電纜的電阻為合格電纜的4倍。答案:見解析2019年5月23日,國之重器:時(shí)速600公里高速磁懸浮試驗(yàn)樣車在青島下線。磁懸浮列車是利用高溫超導(dǎo)技術(shù)制成的。高溫超導(dǎo)體通常是指在液氮溫度(77K)以上超導(dǎo)的材料。目前,科學(xué)家們已在250K(-23℃)溫度下實(shí)現(xiàn)了氫化鑭的超導(dǎo)性。這項(xiàng)成果使我們真正意義上接近了室溫超導(dǎo)。探究:超導(dǎo)體中一旦有了電流,還須要電源來維持嗎?【解析】由于超導(dǎo)體電阻為0,超導(dǎo)體中一旦有了電流,就不須要電源來維持了。答案:見解析課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.(教材二次開發(fā)·P61【練習(xí)與應(yīng)用】T1變式)某同學(xué)對(duì)四個(gè)電阻各進(jìn)行了一次測(cè)量,把每個(gè)電阻兩端的電壓和通過它的電流在U-I坐標(biāo)系中的描點(diǎn)如圖,分別用Ra、Rb、Rc、Rd代表電阻的阻值,則()A.Ra>RdB.Rd>RaC.Rc>Rb D.Rb>Rc【解析】選A。連接aO、bO、cO、dO,U-I圖線的斜率表示電阻的大小,故Ra>Rd,故選項(xiàng)A正確,B錯(cuò)誤;又因?yàn)镺、b、c三點(diǎn)在一條直線上,故Rb=Rc,故選項(xiàng)C、D錯(cuò)誤。2.有一個(gè)長(zhǎng)方體型的金屬電阻,材料分布勻稱,邊長(zhǎng)分別為a、b、c,且a>b>c。電流沿以下方向流過該金屬電阻,其中電阻值最小的是()【解析】選A。由電阻的確定式可知,A中電阻RA=;B中電阻RB=;C中電阻RC=;D中電阻RD=,故電阻最小的為A。3.為了測(cè)定液體的電阻率,工業(yè)上用一種稱為“電導(dǎo)儀”的儀器,其中一個(gè)關(guān)鍵部件如圖所示。A、B是兩片面積為1cm2的正方形鉑片。間距l(xiāng)=1cm,把它們浸沒在待測(cè)液體中。若通過兩根引線加上肯定的電壓U=6V時(shí),測(cè)出電流強(qiáng)度I=1μA,這種液體的電阻率為()A.6×103Ω·m B.6×102Ω·mC.6×104Ω·m D.6×106Ω·m【解析】選C。由電阻公式R=ρ,變形可得ρ===6×104Ω·m,故選項(xiàng)C正確。4.如圖所示,P是一個(gè)表面勻稱鍍有很薄電熱膜的長(zhǎng)陶瓷管,直徑為D,其鍍膜的長(zhǎng)度為L(zhǎng),鍍膜的厚度為d。管兩端有導(dǎo)電金屬箍M、N。現(xiàn)把它接入電路中,測(cè)得M、N兩端電壓為U,通過它的電流為I。則鍍膜材料的電阻率ρ為()A. B.C. D.【解析】選C。依據(jù)部分電路歐姆定律I=,得R=,又依據(jù)電阻定律R=ρ,其中