2020-2021学年高中物理 第十一章 电路及其应用 2 导体的电阻学案 新人教版必修3

1、2020-2021学年高中物理 第十一章 电路及其应用 2 导体的电阻学案 新人教版必修32020-2021学年高中物理 第十一章 电路及其应用 2 导体的电阻学案 新人教版必修3年级：姓名：- 11 -导体的电阻新 课 程 标 准学 业 质 量 目 标1.通过实验,探究并了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系。2.通过i-u图像了解材料的电阻特性。合格性考试1.了解电阻的概念,能对简单的实际问题进行解释。2.能理解电阻率的物理意义及电阻率与温度的关系。选择性考试1.能用电阻的计算公式进行有关计算。2.能用伏安特性曲线分析电阻变化及大小计算。必备知识自主学习一、电阻1.定义:导体两

2、端的电压与通过导体电流的比值叫作电阻。2.定义式:r=。3.物理意义:反映导体对电流的阻碍作用。4.单位:(1)国际单位是欧姆,符号为。(2)常用单位:千欧,符号k;兆欧,符号m。(3)单位换算:1 k=103;1 m=106。二、影响导体电阻的因素如图为研究影响导体电阻的因素的电路图,本实验采用了什么方法?提示:控制变量法。可能与导体电阻有关的因素:(1)导体的横截面积。(2)导体的长度。(3)导体的材料。三、导体的电阻率有人说电阻是导体阻碍电流的性质,电阻率是由导体材料的性质决定的,所以电阻率越大,则电阻越大,对吗?提示:不对。1.导体的电阻:同种材料的导体,其电阻r与它的长度l成正比,与

3、它的横截面积s成反比;导体电阻还与构成它的材料有关。2.公式:r=。3.电阻率:(1)物理意义:反映了材料导电性能的好坏,电阻率越小,表示这种材料的导电性能越好。(2)决定因素:导体的材料和温度。(3)金属的电阻率:随温度的升高而增大。(4)超导现象:某些材料当温度特别低时,电阻可以降到0的现象。四、伏安特性曲线导体在a状态下的电阻的倒数是该点切线的斜率还是oa直线的斜率?提示:是oa直线的斜率。1.伏安特性曲线:用横坐标表示电压u,纵坐标表示电流i,画出的i-u图像。2.线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,也就是电流i与电压u成正比的元件。3.非线性元件:伏安特性曲线不是一条直线,也就

4、是电流i与电压u不成正比的元件。如图为二极管的伏安特性曲线,二极管为非线性元件。(1)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。 ()(2)电阻率与导体的长度l和横截面积s有关。 ()(3)电阻率表征了材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关。 ()(4)电阻率大的导体,电阻一定很大。 ()(5)有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成标准电阻。()关键能力合作学习知识点一电阻决定式r=的应用1.r=中、l、s的含义(1)表示导体材料的电阻率,与材料和温度有关。反映了导体的导电性能,越大,说明导电性能越差;越小,说明导电性能越好。(2)l表示沿电

5、流方向导体的长度。(3)s表示垂直于电流方向导体的横截面积。2.电阻定义式r=和决定式r=的区别与联系:r=r=区别是电阻的定义式,电阻本身与电压、电流无关是电阻的决定式,电阻的大小由导体的电阻率、横截面积、长度共同决定提供了一种测r的方法:只要测出u、i就可求出r提供了一种测导体的电阻率的方法:只要测出r、l、s就可求出适用于纯电阻元件适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体联系r=是对r=的进一步说明,即导体的电阻与u和i无关,而是取决于导体本身的电阻率、长度和横截面积提醒:电阻r与电压u、电流i无关。如图为一块长方体铁块,若通过的电流为i1,则铁块的电阻r1多大?若通过的电流

6、为i2,则铁块的电阻r2又是多大?提示:r1=;r2=【典例】在边长为a、厚度为h的导体中,通以图示方向的电流,导体的电阻为r1,现将其四等分,取其中之一通以图示方向的电流,其电阻为r2,则r1r2为()a.41b.11c.12d.21【解析】选b。电阻r1=;电阻r2=,则r1r2=11,故选项b正确。应用r=解题的技巧(1)明确导体的形状改变后,电阻率不会发生变化。(2)导体的形状改变后,体积不变,由v=l1s1=l2s2确定l2与l1、s2与s1的关系。(3)由r=确定电阻关系。1.有甲、乙两根材料不同、长度和横截面积都相同的金属丝,在温度一定的情况下,甲金属丝的电阻率是乙金属丝电阻率的

7、2倍。以下有关它们电阻值的说法正确的是()a.甲、乙两根金属丝的电阻值相等b.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍c.乙金属丝的电阻值是甲金属丝电阻值的2倍d.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的4倍【解析】选b。由电阻定律公式r=可以知道,长度和横截面积都相同的金属丝,电阻与电阻率成正比,因为甲金属丝的电阻率是乙金属丝电阻率的2倍,所以甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍,故选项b正确,a、c、d错误。2.一段粗细均匀的镍铬丝,横截面的直径是d,电阻是r,把它拉制成直径为的均匀细丝后,它的电阻变为()a.b.9rc.d.81r【解析】选d。横截面直径为d的镍铬丝拉制成直径为的均匀细丝后,根

8、据截面积公式:s=d2可知,横截面积变为原来的,镍铬丝的体积不变,则长度变为原来的9倍;由r=,分析可知电阻变为原来的81倍,即为81r,故选项d正确,a、b、c错误。知识点二导体的伏安特性曲线由i-u图像可以获得的信息(1)坐标轴的意义:i-u图像中,横坐标表示电压u、纵坐标表示电流i。(2)图线斜率的意义:线性i-u图像中,斜率表示电阻的倒数,在图中r2r1。【典例】(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法正确的是()a.所加电压为5 v时,导体的电阻是5 b.所加电压为12 v时,导体的电阻是14 c.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小d.由图可知,随着电压

9、的增大,导体的电阻不断增大【解析】选a、d。由图可知,所加电压为5 v时,电流为1.0 a,则由电阻的定义式可得:r= =5 ,故选项a正确;所加的电压为12 v时,电流为1.5 a,则可得导体的电阻为:r= =8 ,故选项b错误;由图可知,随电压的增大,图线上的点与原点连线的斜率减小,则可知导体的电阻随电压的增大而不断增大,故选项c错误,d正确。1.如图所示是根据某实验作出的金属导体a和b的i-u图像。从图中可以得出金属导体a和b的电阻关系是()a.rarbc.ra=rbd.无法确定【解析】选b。i-u图像中图像的斜率表示电阻的倒数,由图可知,a表示的电阻大于b的电阻,即rarb,故选项b正

10、确。2.小灯泡的伏安特性曲线如图中的ab段(曲线)所示。由图可知,ab段灯丝的电阻因温度的影响改变了()a.5 b.10 c.1 d.6 【解析】选b。小灯泡的电阻随温度的升高而增大,故得出来的伏安特性曲线不是直线;由图可知,a点的电阻ra= =30 ;b点电阻rb= =40 ,故电阻的变化为:40 -30 =10 ,故选项b正确。【拓展例题】考查内容:电解质溶液电阻率的测量【典例】如图甲为一测量电解质溶液电阻率的玻璃容器,p、q为电极,设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解质溶液时,且p、q加上电压后,其u-i图像如图乙所示,当u=10 v时,求电解质溶液的电阻率。【

11、解析】由题图乙可求得电解质溶液的电阻r= =2 000 ,由题图甲可知电解质溶液长l=a=1 m,它的横截面积s=bc=0.02 m2,由r=得= m=40 m。答案:40 m情境模型素养电缆是生产生活中常用到的电路连接材料,企业如果没有严格的检验标准,生产出不合格电缆,容易对用户造成巨大财产损失。如图为某企业生产的劣质电缆,它的铜丝直径只有国家合格电缆的一半。探究:若长度相同,则不合格电缆的电阻为合格电缆的多少倍?【解析】若长度相同,劣质电缆的铜丝直径只有国家合格电缆的一半,根据:r=,可知不合格电缆的电阻为合格电缆的4倍。答案:见解析2019年5月23日,国之重器:时速600公里高速磁悬浮

12、试验样车在青岛下线。磁悬浮列车是利用高温超导技术制成的。高温超导体通常是指在液氮温度(77 k)以上超导的材料。目前,科学家们已在 250 k(-23 )温度下实现了氢化镧的超导性。这项成果使我们真正意义上接近了室温超导。探究:超导体中一旦有了电流,还需要电源来维持吗?【解析】由于超导体电阻为0,超导体中一旦有了电流,就不需要电源来维持了。答案:见解析课堂检测素养达标1.(教材二次开发p61【练习与应用】t1变式)某同学对四个电阻各进行了一次测量,把每个电阻两端的电压和通过它的电流在u-i坐标系中的描点如图,分别用ra、rb、rc、rd代表电阻的阻值,则()a.rardb.rdrac.rcrb

13、d.rbrc【解析】选a。连接ao、bo、co、do,u-i图线的斜率表示电阻的大小,故rard,故选项a正确,b错误;又因为o、b、c三点在一条直线上,故rb=rc,故选项c、d错误。2.有一个长方体型的金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且abc。电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻值最小的是()【解析】选a。由电阻的决定式可知,a中电阻ra=;b中电阻rb=;c中电阻rc=;d中电阻rd=,故电阻最小的为a。3.为了测定液体的电阻率,工业上用一种称为“电导仪”的仪器,其中一个关键部件如图所示。a、b是两片面积为1 cm2的正方形铂片。间距l=1 cm,把它们浸没在待测液体中。若通过两根引线加上一定的电压u=6 v时,测出电流强度i=1 a,这种液体的电阻率为()a.6103 mb.6102 mc.6104 md.6106 m【解析】选c。由电阻公式r=,变形可得=6104 m,故选项c正确。4.如图所示,p是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管,直径为d,其镀膜的长度为l,镀膜的厚度为d。管两端有导电金属箍m、n。现把它接入电路中,测得m、n两端电压为u,通过它的电流为i。则镀膜材料的电阻率为()a.b.c.d.【解析】选c。根据部分电路欧姆定律i=