2024-2025學(xué)年高中物理第2章電路第1節(jié)探究決定導(dǎo)線電阻的因素教案粵教版選修3-1

PAGE9-第一節(jié)探究確定導(dǎo)線電阻的因素[學(xué)習(xí)目標(biāo)]1.[物理觀念]知道影響導(dǎo)體電阻的因素．2.[科學(xué)思維]駕馭電阻定律，并能進(jìn)行有關(guān)計算．3.[物理觀念]理解電阻率的概念、意義及確定因素．4.[科學(xué)探究]體會限制變量的科學(xué)探究方法．一、電阻定律的試驗(yàn)探究1．電阻的定義：導(dǎo)體對電流的阻礙作用．2．伏安法測電阻(1)原理：用電壓表測出導(dǎo)體兩端的電壓，用電流表測出導(dǎo)體中的電流，利用公式R＝eq\f(U,I)求出導(dǎo)體的電阻．(2)電路圖：(如圖所示).3．探究試驗(yàn)(1)合理猜想：影響電阻的因素有導(dǎo)線的材料、長度和橫截面積．(2)探究方法：限制變量法．4．電阻定律(1)內(nèi)容：導(dǎo)體的電阻R跟它的長度成正比，跟它的橫截面積成反比，且還與導(dǎo)體的材料有關(guān)．(2)公式：R＝ρeq\f(l,S)，式中ρ稱為材料的電阻率．二、電阻率1．電阻率的計算：ρ＝eq\f(SR,l)．2．電阻率的單位：歐姆·米，符號Ω·m．1．正誤推斷(1)由公式R＝eq\f(U,I)知，R與U成正比，R與I成反比． (×)(2)在探究電阻與材料間關(guān)系時，應(yīng)限制導(dǎo)體長度及橫截面積相同． (√)(3)導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體的長度和橫截面積兩個因素確定． (×)(4)電阻率是反映導(dǎo)體材料導(dǎo)電性能的物理量，由材料和溫度確定． (√)(5)一根阻值為R的勻稱電阻線，其半徑變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,2)時，阻值變?yōu)?R. (×)2．(多選)關(guān)于電阻率的說法中正確的是()A．電阻率ρ與導(dǎo)體的長度l和橫截面積S有關(guān)B．電阻率反映材料導(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)C．電阻率大的導(dǎo)體，電阻肯定很大D．有些合金的電阻率幾乎不受溫度改變的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻BD[電阻率反映材料導(dǎo)電實(shí)力的強(qiáng)弱，只與材料及溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的長度l和橫截面積S無關(guān)，故A錯誤，B正確；由R＝ρeq\f(l,S)知，ρ大R不肯定大，故C錯誤；有些合金的電阻率幾乎不受溫度改變的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻，故D正確．]3．一根阻值為R的勻稱電阻絲長為L，橫截面積為S，設(shè)溫度不變，在下列哪些狀況下其電阻值仍為R()A．當(dāng)L不變，S增大一倍時B．當(dāng)S不變，L增大一倍時C．當(dāng)L和S都縮為原來的一半時D．當(dāng)L和橫截面的半徑都增大一倍時C[由電阻定律R＝ρeq\f(L,S)可知，當(dāng)L不變S加倍時，電阻減半，故A錯誤；當(dāng)S不變L加倍時，電阻加倍，故B錯誤；當(dāng)L和S都減半時，電阻不變，故C正確；當(dāng)L和橫截面半徑都加倍時，電阻將減半，故D錯誤．]電阻定律的理解應(yīng)用1．公式R＝ρeq\f(l,S)的三點(diǎn)留意(1)R＝ρeq\f(l,S)是導(dǎo)體電阻的確定式，其中ρ為材料的電阻率，它與材料和溫度有關(guān)．(2)導(dǎo)體的電阻由ρ、l、S共同確定，在同一段導(dǎo)體的拉伸或壓縮形變中，導(dǎo)體的橫截面積、長度都變，但總體積以及電阻率不變．(3)肯定材料，肯定幾何形態(tài)導(dǎo)體的電阻還與其接入電路的詳細(xì)方式有關(guān)．2．電阻定律公式R＝ρeq\f(l,S)的應(yīng)用(1)應(yīng)用電阻定律公式R＝ρeq\f(l,S)解題時，一般電阻率ρ不變，理解l、S的意義是關(guān)鍵；l是沿電流方向的導(dǎo)體長度，S是垂直于電流方向的橫截面積．(2)對于某段導(dǎo)體，由于導(dǎo)體的體積不變，若將導(dǎo)體的長度拉伸為原來的n倍，橫截面積必減為原來的eq\f(1,n).依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)知電阻變?yōu)樵瓉淼膎2倍．3．R＝ρeq\f(l,S)與R＝eq\f(U,I)的區(qū)分R＝ρeq\f(l,S)R＝eq\f(U,I)意義確定式定義式理解說明導(dǎo)體的電阻由ρ、l、S確定，且與l成正比，與S成反比供應(yīng)了一種測電阻的方法——伏安法．不能認(rèn)為R與U成正比，與I成反比適用范圍金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液任何導(dǎo)體聯(lián)系R＝ρeq\f(l,S)對R＝eq\f(U,I)補(bǔ)充說明白導(dǎo)體的電阻不取決于U和I，而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長度和橫截面積【例1】如圖所示，厚度勻稱的矩形金屬薄片邊長ab＝6cm，bc＝3cm.當(dāng)將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為2A；若將C與D接入同一電路中，則電流為A．9A B．C．4A D．思路點(diǎn)撥：(1)A、B接入電路時的“S”和“l(fā)”與C、D接入電路時的不同．(2)結(jié)合歐姆定律I＝eq\f(U,R)求解．B[當(dāng)A、B接入電路中時，I＝eq\f(U,R)＝2A，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(ab,bc·ad)＝eq\f(2ρ,ad)，即I＝eq\f(U,R)＝U·eq\f(ad,2ρ)＝2A；當(dāng)C、D接入同一電路時，R′＝ρeq\f(bc,ab·ad)＝eq\f(ρ,2ad)，I′＝eq\f(U,R′)＝U·eq\f(2ad,ρ)＝4I＝8A，故B正確．]公式R＝ρeq\f(l,S)的應(yīng)用策略(1)公式R＝ρeq\f(l,S)中的l是沿電流方向的導(dǎo)體長度，S是垂直于電流方向的橫截面積．(2)肯定幾何形態(tài)的導(dǎo)體，電阻的大小與接入電路的詳細(xì)方式有關(guān)，在應(yīng)用公式R＝ρeq\f(l,S)求電阻時，要留意導(dǎo)體長度和橫截面積的確定．(3)肯定幾何形態(tài)的導(dǎo)體當(dāng)長度和橫截面積發(fā)生改變時，導(dǎo)體的電阻率不變，體積不變，由V＝Sl可知l和S成反比，這是解決此類電阻問題的關(guān)鍵．eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])訓(xùn)練角度1.電阻定律的應(yīng)用1．某金屬導(dǎo)線的電阻率為ρ，電阻為R，現(xiàn)將它勻稱拉長到直徑為原來的一半，那么該導(dǎo)線的電阻率和電阻分別變?yōu)?)A．4ρ和4RB B．ρ和4RC．ρ和16R D．16ρ和16RC[電阻R＝eq\f(ρL,S)，現(xiàn)將它勻稱拉長到直徑為原來的一半，其材料和體積均不變，則橫截面積變?yōu)樵瓉淼膃q\f(1,4)，長度變?yōu)樵瓉淼?倍；由于導(dǎo)體的電阻與長度成正比，與橫截面積成反比，所以此時導(dǎo)體的電阻變?yōu)樵瓉淼?6倍，即16R.由于電阻率受溫度的影響，因溫度不變，所以電阻率也不變．故A、B、D錯誤，C正確．]訓(xùn)練角度2.探究影響電阻的因素2．“探究導(dǎo)體電阻與導(dǎo)體長度、橫截面積、材料的關(guān)系”的試驗(yàn)電路如圖所示，a、b、c、d是四種不同的金屬絲．現(xiàn)有幾根康銅合金絲和鎳鉻合金絲，其規(guī)格如下表所示．編號材料長度(m)橫截面積(mm2)A鎳鉻合金0.80.8B鎳鉻合金0.50.5C鎳鉻合金0.30.5D鎳鉻合金0.31.0E康銅絲0.30.5F康銅絲0.80.8(1)電路圖中四條金屬絲應(yīng)分別選上表中的________(用編號表示)；(2)在相互溝通時，有位同學(xué)提出用如圖所示的電路，只要將圖中P端分別和觸點(diǎn)1、2、3、4相接，讀出電流，利用電流跟電阻成反比的關(guān)系，也能探究出導(dǎo)體電阻與其影響因素的定量關(guān)系，你認(rèn)為上述方法是否正確，并說出理由________________________________________________________________________________________________________________.[解析](1)用限制變量法探討，選電阻絲時要留意盡量選擇有相同參數(shù)(材料、長度、橫截面積)的；從題述材料可以看出，B、C、E橫截面積相同，B、C、D材料相同，C、D、E長度相同．(2)接不同的電阻時，電流不同，故電阻分得的電壓不同，電流與電阻成反比的前提是導(dǎo)體兩端的電壓肯定．[答案](1)BCDE(2)不正確，因?yàn)镻端分別和觸點(diǎn)1、2、3、4相接時，電阻兩端的電壓不肯定相同，只有電壓不變時，利用電流跟電阻成反比的關(guān)系，才能探究出導(dǎo)體的電阻與其影響因素的定量關(guān)系．電阻率的理解1．電阻率大小與溫度的關(guān)系(1)金屬的電阻率隨溫度上升而增大．(2)絕緣體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度上升而減小，并且改變不是線性的．(3)有些合金如錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不受溫度改變的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻．(4)當(dāng)溫度降到－273℃2．電阻率與電阻的比較電阻率ρ電阻R描述的對象材料導(dǎo)體意義反映材料導(dǎo)電性能的好壞反映導(dǎo)體對電流的阻礙作用的大小確定因素由材料和溫度確定由材料、溫度、導(dǎo)體的長度和橫截面積共同確定單位歐·米(Ω·m)歐(Ω)聯(lián)系ρ大，R不肯定大，導(dǎo)體對電流阻礙作用不肯定大；R大，ρ不肯定大，導(dǎo)電性能不肯定差【例2】關(guān)于導(dǎo)體的電阻及電阻率的說法中，正確的是()A．導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫作導(dǎo)體的電阻，因此，只有導(dǎo)體有電流通過時，才具有電阻B．由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C．將一根導(dǎo)線一分為二，則半根導(dǎo)線的電阻和電阻率都是原來的二分之一D．某些金屬、合金和化合物的電阻率隨溫度降低會突然減小為零D[導(dǎo)體的電阻率由材料本身性質(zhì)確定，并隨溫度改變而改變，導(dǎo)體的電阻與長度、橫截面積有關(guān)，與導(dǎo)體兩端電壓及導(dǎo)體中電流大小無關(guān)，A、B、C錯；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對．]電阻與電阻率辨析(1)導(dǎo)體的電阻越大，說明導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大，不能說明導(dǎo)體的電阻率肯定越大．(2)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肯定大，確定電阻大小的因素和確定電阻率大小的因素是不同的．eq\a\vs4\al([跟進(jìn)訓(xùn)練])3．(多選)對電阻率及其公式ρ＝eq\f(RS,l)的理解，正確的是()A．金屬鉑電阻的電阻率隨溫度上升而增大B．電阻率的大小與溫度有關(guān)，溫度越高電阻率越大C．同一溫度下，電阻率跟導(dǎo)體電阻與橫截面積的乘積成正比，跟導(dǎo)體的長度成反比D．同一溫度下，電阻率由所用導(dǎo)體材料的本身特性確定AD[電阻率主要由導(dǎo)體的材料確定，另外還與溫度有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)，C錯，D對；純金屬材料的電阻率隨溫度的上升而增大，A對；有些材料的電阻率隨溫度的改變不大，如錳銅合金、鎳銅合金，有些材料的電阻率隨溫度的上升會減小，如半導(dǎo)體材料，B錯．][物理觀念]電阻電阻率影響導(dǎo)體電阻的因素[科學(xué)探究]1.駕馭探究影響導(dǎo)體電阻因素的方法，會設(shè)計測量電阻的電路．2．經(jīng)過合作探究，綜合信息得出導(dǎo)體電阻與長度、橫截面積的關(guān)系．[科學(xué)思維]能用限制變量法探究導(dǎo)體電阻與長度、橫截面積和材料的關(guān)系，并能進(jìn)行有關(guān)計算．1．關(guān)于下列電阻和電阻率的說法正確的是()A．把一根勻稱導(dǎo)線分成等長的兩段，則每部分的電阻、電阻率均變?yōu)樵瓉淼囊话隑．由ρ＝eq\f(RS,l)可知，ρ與R、S成正比，與l成反比C．全部材料的電阻率隨溫度的上升而增大D．對某一確定的導(dǎo)體，當(dāng)溫度上升時，若不計導(dǎo)體的體積和形態(tài)改變，發(fā)覺它電阻增大，說明該導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的上升而增大D[導(dǎo)體的電阻率由材料本身確定，并隨溫度的改變而改變，但并不都是隨溫度的上升而增大，半導(dǎo)體的電阻率隨溫度上升而減小，選項(xiàng)A、B、C錯誤；若導(dǎo)體溫度上升時，電阻增大，又不考慮導(dǎo)體的體積和形態(tài)改變，其緣由就是電阻率隨溫度的上升而增大產(chǎn)生的，選項(xiàng)D正確．]2．按圖所示的接法，一同學(xué)將滑動變阻器與一只“6V6～8W”的小燈泡L及開關(guān)S串聯(lián)后接在6V的電源E上，當(dāng)S閉合時，發(fā)覺燈泡發(fā)光．當(dāng)滑片P向右滑動時，燈泡將()A．變暗 B．變亮C．亮度不變 D．可能燒壞燈泡B[由題圖可知，滑動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，所以不行能燒壞燈泡．當(dāng)滑片P向右滑動時，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．]3．如圖所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面均為正方形的導(dǎo)體，R1邊長為2L，R2邊長為L，若R1的阻值為8Ω，則R2的阻值為A．4Ω B．8ΩC．16Ω D．64ΩB[設(shè)導(dǎo)體材料厚度為h，依據(jù)電阻定律R＝ρeq\f(l,S)得R1＝ρeq\f(2L,h×2L)＝eq\f(ρ,h)＝8Ω，R2＝ρeq\f(L,hL)＝eq\f(ρ,h)＝8Ω，B正確．]4．在“探究確定導(dǎo)線電阻的因素”試驗(yàn)中，某試驗(yàn)小組提出了如下猜想：猜想一：導(dǎo)體電阻跟導(dǎo)體長度有關(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)們想利用如圖所示的電路和表中的導(dǎo)體特征驗(yàn)證上述猜想．導(dǎo)體代號長度/m橫截面積/mm2材料A1.00.2錳銅B1.00.4錳銅C1.00.6錳銅D0.50.4錳銅E1.50.4錳銅F1.00.6鎳鉻合金G1.00.6鐵(1)請將猜想一的試驗(yàn)設(shè)計思路補(bǔ)充完整．選取________和________相同、________不同的導(dǎo)體，分別將其接入如圖電路中，通過比較電路中________的大小，推斷導(dǎo)體電阻的