浙江专用高中物理第二章恒定电流2_6导体的电阻学案新人教版.docx

第6节导体的电阻研究学考明确要求知识内容导体的电阻考试要求学考c选考c基本要求1.知道用伏安法测量金属丝电阻的电路，会用伏安法测量电阻。2会用刻度尺测量金属丝的直径，知道所用的方法。3会通过实验探究导体的电阻与长度、横截面积的关系。4理解电阻率概念，知道电阻定律。发展要求1.领会“探究导体电阻与其影响因素的定量关系”实验中控制变量的思想。2会推导导体的电阻与长度、横截面积的关系。3定性了解金属导体的电阻率与温度的关系。说明1.不要求用螺旋测微器测量金属丝的直径。2不要求定量分析伏安法测金属丝电阻的实验中电表电阻对测量结果的影响。基 础 梳 理1导体电阻与其影响因素的定性关系移动滑动变阻器的滑片可以改变它的电阻，这说明导体电阻跟它的长度有关；同是220 V的灯泡，灯丝越粗用起来越亮，说明导体电阻跟横截面积有关；电线常用铜丝制造而不用铁丝，说明导体电阻跟它的材料有关。2实验：探究导体电阻与其影响因素的定量关系如图1所示，a、b、c、d是四条不同的金属导体，在长度、横截面积、材料三个因素方面，我们采用控制变量法研究影响电阻的因素，即b、c、d跟a相比，分别只有一个因素不同：b与a长度不同；c与a横截面积不同；d与a材料不同。图1图中四段导体是串联的，每段导体两端的电压与它们的电阻成正比，因此，用电压表分别测量a、b、c、d两端的电压，就能知道它们的电阻之比。3实验结论(1)在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成正比。(2)在长度、材料相同的条件下，导体的电阻与横截面积成反比。典 例 精 析【例1】 在做“研究决定电阻大小的因素”实验时，每次需挑选下表中两根合适的导线，测出通过它们的电流强度，然后进行比较，最后得出结论：导线序号ABCDEFG长度(m)1.00.51.51.01.21.50.5横截面积(mm2)3.20.81.20.81.21.21.2材料锰铜钨镍铬锰铜钨锰铜镍铬(1)为了研究电阻与导体材料有关，应选用的两根导线是(填序号)_；(2)为了研究电阻与导体的长度有关，应选用的两根导线是_；(3)为了研究电阻与导体的横截面积的关系，应选用的两根导线是_。(4)本实验所采用的方法是_。解析(1)研究电阻与导体材料的关系，应该选长度和横截面积都相同的两根导线，即选C、F；(2)研究电阻与导体长度的关系，应该选材料和横截面积都相同的两根导线，即选C、G；(3)研究电阻与导体横截面积的关系，应该选长度和材料都相同的两根导线，即选A、D。答案(1)C、F(2)C、G(3)A、D(4)控制变量法即 学 即 练1(1)家中的白炽灯灯丝断了，恰好又没有新的可换，轻轻摇晃灯泡，把断了的灯丝搭接起来，还能继续使用。这种断丝再搭接的灯泡重新连入电路中会发现它比原来更亮了，这说明灯丝的电阻发生了变化，说明是什么原因影响到了灯丝的电阻？除此以外还有什么因素会影响到灯丝的电阻？(2)如何测量金属丝的长度、横截面积和电阻？解析晃灯泡使得灯丝搭起，这导致灯丝长度变短，除此之外搭起还导致并联进而使两灯丝的横截面积增大，除了长度、横截面积等因素，还有材料的影响。答案(1)长度、横截面积、还有材料的影响。(2)长度可以用刻度尺测量；直径可以用缠绕的方法测导线的直径进而算出横截面积；用伏安法测电阻。基 础 梳 理1电阻定律(1)内容同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻还与它的材料有关。(2)公式R，式中是比例系数叫这种材料的电阻率。(3)适用条件适用于粗细均匀的金属导体或横截面积相同且浓度均匀的电解液。2电阻率(1)电阻率是反映材料导电性能的物理量，是材料本身的属性，与材料的大小、形状无关。电阻率越小，导电性能越好。各种材料的电阻率大小一般不同，在数值上等于用该材料制成的长度为1 m、横截面积为1 m2的导体的电阻。(2)计算公式：。(3)符号意义：l表示导体沿电流方向的长度，S表示垂直于电流方向的横截面积，是电阻率，表征材料的导电性能。(4)单位：国际单位是欧米，符号为m。(5)电阻率与温度的关系及应用金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用制作标准电阻。当温度降到绝对零度时，某些导体变成超导体。3对公式R的理解图2(1)式中长度l是沿电流方向导体的长度，横截面积S是垂直于电流方向的横截面的面积。如图2所示，一块长方体铜块，若通以电流I1，则长度为a，横截面积为bc；若通以电流I2，则长度为c，横截面积为ab。(2)此式为电阻的决定式，表明导体的电阻由、l、S决定，而与加在导体两端的电压U和通过导体的电流I无关。(3)电阻串联等效于导体长度变长了，所以串联电路的总电阻比其中任何一个电阻都大，而电阻并联等效于增大了导体的横截面积，故并联时的总电阻比其中任何一个电阻都小。(4)滑动变阻器和电阻箱都是通过改变接入电路的导体长度来改变电阻的。典 例 精 析【例2】 如图3所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab2bc，当将A与B接入电路或将C与D接入电路中时电阻之比RABRCD为()图3A14 B12C21 D41解析设沿AB方向横截面积为S1，沿CD方向横截面积为S2，则有。根据电阻定律有，选项D正确。答案D(1)导体的电阻由、l、S共同决定，在同一段导体的拉伸或压缩形变中，导体的横截面积、长度都变，但总体积不变。(2)电阻率大的导体，电阻不一定大；同样，电阻大的导体，电阻率不一定大。即 学 即 练2两根完全相同的金属裸导线，如果把其中一根均匀的拉长到原来的2倍，把另一根对折后绞合起来，则它们的电阻之比为()A21 B41 C81 D161解析金属导体原来的电阻为R，拉长为l2l，因为体积不变，所以S，R4R；对折后l，S2S，所以R，则RR161。答案D基 础 梳 理1原理(1)把金属丝接入电路中，用伏安法测金属丝的电阻R(R)。由于金属丝的电阻较小，选择电流表外接法；由于不要求电压必须从0调节，所以一般可以选择滑动变阻器限流式接法。请在线框内画出实验电路图。(2)用毫米刻度尺测出金属丝的长度l和金属丝的直径d，算出横截面积S(S)。(3)由电阻定律R，得，求出电阻率。2实验器材毫米刻度尺、电压表、电流表、定值电阻、开关及导线、被测金属导线、电池、滑动变阻器。3实验步骤(1)测直径：通过密绕法用毫米刻度尺测金属导线的直径，测量三次取平均。(2)量长度：图4用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度l，反复测量3次，并记录。(3)连电路：按如图4所示的电路图连接实验电路。(4)求电阻：把滑动变阻器的滑动触头调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合开关S。改变滑动变阻器滑动触头的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U 的值，记入表格内，断开开关S。(5)拆除实验电路，整理好实验器材。4数据处理(1)电阻R的数值可用以下两种方法确定：方法一，平均值法：利用每次测量的U、I值分别计算出电阻，再求出电阻的平均值作为测量结果。方法二，图象法：可建立IU坐标系，将测量的U、I值描点作出图象，利用图象的斜率来求出电阻值R。(2)将测得的R、l、d的值，代入电阻率计算公式中，计算出金属导线的电阻率。5实验注意(1)因一般金属丝电阻较小，为了减少实验的系统误差，必须选择电流表外接法；(2)本实验若用限流式接法，在接通电源之前应将滑动变阻器调到阻值最大状态。(3)测量l时应测接入电路的金属丝的有效长度(即两接线柱之间拉直后的金属丝的长度)。(4)电流不宜过大(电流表用00.6 A量程)，通电时间不宜太长，以免电阻率因温度升高而变化。(5)滑动变阻器分压、限流电路的选择下列两种情况必须选择分压式：a.待测电阻两端的电压要求从0调节；b.滑动变阻器的总阻值比待测电阻小得多。当滑动变阻器阻值与待测电阻差不多或比待测电阻稍大，且不要求电压从0调节，可用限流式接法。(6)电流表内、外接法的选择：当测大(填“大”或“小”)电阻或时，用电流表内接法；当测小(填“大”或“小”)电阻或时，用电流表外接法。典 例 精 析【例3】 在测定金属的电阻率的实验中，金属丝长为l，直径为d，阻值约为4 ，额定电流约0.5 A，可供选择的实验器材如下：电压表：V(量程03 V，内阻约3 k)；电流表：A1(量程00.6 A，内阻约0.2 )；A2(量程03 A，内阻约0.05 )；电源：E1(电源电压为3 V)； E2(电源电压为12 V)；滑动变阻器：R(最大阻值约20 )；开关S；导线。(1)若滑动变阻器采用限流式接法，为使测量得到的电阻R尽量精确，电流表应选_，电源应选_(均填器材代号)，在虚线框中完成电路原理图。(2)用上面测得的电阻R和已知的金属丝长度l、直径d，可根据电阻率的表达_算出所测金属的电阻率。解析(1)在用伏安法测电阻的实验时，为使测量尽量精确，则电流表、电压表指针需达到量程的以上，又因待测电阻丝的额定电流为0.5 A，所以电流表选A1，电源选E1即可。因为金属丝电阻较小，应选择电流表外接法，电路原理图如图所示。(2)由电阻定律R，有。答案(1)A1E1电路原理图见解析图(2)R即 学 即 练3(20174月浙江选考，18)小明用电学方法测量电线的长度，首先小明测得电线铜芯的直径为1.00 mm，估计其长度不超过50 m，(已知铜的电阻率为1.75108 m)，现有如下实验器材：量程为3 V、内阻约为3 k的电压表；量程为0.6 A、内阻约为0.1 的电流表；阻值为02 的滑动变阻器；内阻可忽略，输出电压为3 V的电源；阻值为R04.30 的定值电阻，开关和导线若干。小明采用伏安法测量电线电阻，正确连接电路后，调节滑动变阻器，电流表的示数从0开始增加，当示数为0.5 A 时，电压表示数如图1所示读数为_V，根据小明测量的信息，图5中P点应该_(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)，Q点应该_(选填“接a”“接b”“接c”或“不接”)，小明测得的电线长度为_m。图5解析由图可得电压表量程为3 V，最小精度0.1 V，有效数字应该保留到0.01 V，示数应为2.50 V；被测量电阻属于小电阻，电流表应该外接，P点接b，题中要求电流表能从0开始变化，所以采取分压接法，Q点应接a，根据电阻定律R，代入数据可得长度为31.4 m。答案2.50接b接a31.41一只白炽灯泡，正常发光时灯丝的电阻为121 ，当这只灯泡停止发光一段时间后的电阻应是()A大于121 B小于121 C等于121 D无法判断解析由于金属的电阻率随温度的升高而增大，故白炽灯泡正常发光时灯丝的电阻大，停止发光一段时间后，灯丝温度降低，电阻减小，故选项B正确。答案B2关于材料的电阻率，下列说法正确的是()A电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大B金属的电阻率随温度的升高而增大C银材料的电阻率较锰铜合金的电阻率大D金属丝拉长为原来的两倍，电阻率变为原来的2倍解析电阻率是材料本身的一种电学特性，与导体的长度、横截面积无关，D错误；金属材料的电阻率随温度升高而增大，B对；合金的电阻率比纯金属的电阻率大，电阻率大表明材料的导电性能差，不能表明对电流的阻碍作用一定大，因为电阻才是反映对电流阻碍作用大小的物理量，而电阻除跟电阻率有关外还跟导体的长度、横截面积有关，所以A、C错误。答案B3关于电阻率的说法中正确的是()A电阻率与导体的长度l和横截面积S有关B电阻率反映材料导电能力的强弱，由导体的材料决定，且与温度有关C电阻率大的导体，电阻一定很大D有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制成电阻温度计解析电阻率反映材料导电能力的强弱，只与材料及温度有关，与导体的长度l和横截面积S无关，故A错误，B正确；由R知大，R不一定大，故C错误；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻，故D错误。答案B4如图6所示，a、b、c为同一种材料做成的电阻，b与a的长度相等，b的横截面积是a的两倍；c与a的横截面积相等，c的长度是a的两倍，当开关闭合后，三个理想电压表的示数关系是()图6AV1的示数是V3的2倍BV1的示数是V2的2倍CV2的示数是V1的2倍DV2的示数是V3的2倍解析由R，a、b、c的电阻R1R2R3214，三者串联，电流相等，则电压比等于电阻比，选项B正确。答案B1我们做电学实验时经常用到电阻箱，关于电阻箱内的电阻是由什么材料制成的，以下猜测可能正确的是()A纯银 B纯铜C石墨 D某些金属的合金解析电阻箱内的电阻阻值适中，要由电阻率较大的材料制成，纯银纯铜的电阻率太小，而石墨的电阻率太大，只有某些金属的合金才适合做电阻箱内的电阻材料。答案D2关于金属的电阻率，下列说法正确的是 ()A纯金属的电阻率小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大B纯金属的电阻率随温度的升高而减小，绝缘体的电阻率随温度的升高而增大C合金的电阻率随温度的升高而减小D电阻率的大小只随温度的变化而变化，与材料无关解析由不同种类金属的电阻特点知A正确；纯金属的电阻率随温度的升高而增大，而合金的电阻率随温度的升高增加量很小或不变，B、C错误；电阻率除与温度有关外，还与材料有关，D错误。答案A3关于导体的电阻及电阻率的说法中，正确的是()A导体对电流的阻碍作用叫作导体的电阻，因此，只有导体有电流通过时，才具有电阻B由R可知，导体的电阻跟导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比C将一根导线一分为二，则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一D某些金属、合金和化合物的电阻率随温度降低会突然减小为零解析导体的电阻率由材料本身性质决定，并随温度变化而变化，导体的电阻与长度、横截面积有关，与导体两端电压及导体中电流大小无关，A、B、C错误；电阻率反映材料的导电性能，电阻率常与温度有关，存在超导现象，D正确。答案D4如图1所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab10 cm，bc5 cm，当将A与B接入电压为U的电路中时，电流为1 A，若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为()图1A4 A B2 AC0.5 A D0.25 A解析根据电阻定律公式R，有：RAB，RCD，故。根据欧姆定律知，电压相同时，电流与电阻成反比，故两次电流之比为14，故将C与D接入电压为U的电路中，电流为4 A，故选项A正确。答案A5(201610月浙江选考)一根细橡胶管中灌满盐水，两端用短粗钢丝塞住管口。管中盐水柱长为40 cm时测得电阻为R。若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同。现将管中盐水柱均匀拉长至50 cm(盐水体积不变，仍充满橡胶管)。则盐水柱电阻变为()A.R B.R C.R D.R解析由于总体积不变，设40 cm长时的横截面积为S。所以长度变为50 cm后，横截面积SS，根据电阻定律R，可得RR，选项D正确。答案D6一同学将变阻器与一只6 V,68 W的小灯泡L及开关S串联后接在6 V的电源E上，当S闭合时，发现灯泡发光。按图2所示的接法，当滑片P向右滑动时，灯泡将()图2A变暗 B变亮C亮度不变 D可能烧坏灯泡解析由题图可知，变阻器接入电路的是PB段的电阻丝，由于灯泡的额定电压等于电源电压，所以不可能烧坏灯泡。当滑片P向右滑动时，接入电路中的电阻丝变短，电阻减小，灯泡变亮，选项B正确。答案B7(2017浙江丽水中学模拟)如图3所示是插头式电阻箱的结构示意图，下列说