11.2导体的电阻（导学案）高二物理（人教版2019）

第2节导体的电阻导学案【学习目标】1、体会物理概念及规律的建立过程，理解电阻的定义。2、通过实验探究，了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系，体会物理学中控制变量的研究方法。3、引导学生观察实验现象，对数据进行分析思考，了解电阻率的物理意义及其与温度的关系。通过查找资料、交流讨论，初步了解超导现象及其应用。4、设计实验探究影响导体电阻的因素，同时学习电流表的内外接、滑动变阻器分压及限流接法对电路的影响。5、能由伏安特性曲线分析不同导体的导电性能的区别，体会电阻率在科技、生活中的应用。【学习重难点】学习重点：电阻的定义及电阻的决定因素。学习难点：电阻的定义及电阻的决定因素。【知识回顾】1、测量电阻的基本方法是伏安法，原理式为R=2、电阻是导体对电流的阻碍作用。影响导体电阻的因素有导体的材料、长度、横截面积、温度。3、电阻的国际单位是欧姆（简称欧，符号为Ω），常用单位有千欧（kΩ）和兆欧（MΩ），换算关系是1kΩ＝103Ω，1MΩ＝106Ω4、欧姆定律的内容是导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。其数学表达式是I=UR。欧姆定律适用于金属、电解液等纯电阻导电，气体导电、半导体导电、含电动机5、电流的定义式是I=Qt，微观表达式（决定式）是6、电阻定律同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体电阻还与构成它的材料有关。即R=ρlS。其中，比例系数ρ叫做这种材料的电阻率，不同种材料的导体ρ7、金属的电阻率随温度升高而增大。有些合金（锰铜合金和镍铜合金），电阻率几乎不受温度变化的影响。8、当温度降低到某一数值时，某些材料的电阻突然减小到零，这称为超导现象。9、ρ<10–6Ω·m的物体叫做导体。ρ>10–5Ω·m的物体叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。【自主预习】1、分压电路可以提供从零开始连续变化的电压，包括测量电路、控制电路两部分。2、UI图像的斜率反映了导体电阻的大小。IU图像的斜率反映了导体电阻大小的倒数。IU图被称为导体的伏安特性曲线。3、线性元件是指符合欧姆定律的导体，其伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。非线性元件是指不符合欧姆定律的导体和器件，其电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线。【课堂探究】第一部分实验探究：导体中的电流跟导体两端的电压的关系实验电路：分压电路：可以提供从零开始连续变化的电压，包括测量电路、控制电路两部分。数据记录表导体电压（V）0.501.001.502.002.50U/IB电流（A）0.100.200.300.400.505A电流（A）0.060.100.160.200.2610数据处理：结论：①UI图像是一条过原点的直线；②同一导体，UI电阻：定义：导体两端的电压U与通过导体的电流I的比值。物理意义：反映导体对电流的阻碍作用。定义式：R注意：R只与导体本身性质有关。单位：国际单位：欧姆（Ω）换算关系：1kΩ＝103Ω，1MΩ＝106Ω【视频】探究电流与电压的关系。第二部分欧姆定律思考1：初中所学的欧姆定律的内容、表达式、适用条件是什么？在上一节中我们又学习了哪两个关于电流的公式？欧姆定律：①内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。②表达式：I③适用条件：适用于金属、电解液等纯电阻导电。气体导电、半导体导电及含电动机、电解槽等电器不适用。电流的定义式：I电流的微观表达式（决定式）：I对欧姆定律的理解：①欧姆定律是一个实验定律，是在金属导电的基础上总结出来的，定律中的电压U、电流I必须是相对于同一个导体或同一段电路而言的。②应用公式时，应注意公式中的三个物理量I、U、R是对应于同一纯电阻电路中同一时刻的值。③对R=UI，R不变时，U与I成正比思考2：以下图像的斜率有何含义？在UI图像中，斜率反映了导体电阻的大小。在IU图像中，斜率反映了导体电阻大小的倒数。IU图被称为导体的伏安特性曲线。思考3：上述图像若是曲线，则反映了什么？曲线表示导体的电阻值发生了改变。线性元件：符合欧姆定律的导体，伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线。非线性元件：不符合欧姆定律的导体和器件，电流和电压不成正比，伏安特性曲线不是直线。第三部分影响导体电阻的因素思考1：影响导体电阻的因素有哪些？导体的材料、长度、横截面积、温度。思考2：怎样设计实验定量研究这些因素对电阻大小的影响？用控制变量法，即同种材料，S一定，改变l，测R；同种材料，l一定，改变S，测R；不同材料，l一定，S一定，测R。电路图：思考3：由此实验可以得出哪些结论？①同种材料，S一定，R与L成正比。②同种材料，L一定，R与S成反比。③不同材料，R不同。【视频】探究影响导体电阻大小的因素。思考4：怎样从已有的理论知识出发，分析上述因素对电阻大小的影响？①一条长导线可以看做n个长度为L1、电阻为R1的短导线串联而成，由R=nR1，L=nL1有②一条粗导线可以看做n个横截面积为S0、电阻为R0的细导线并联而成，由R=R0n，S=nS0思考5：结合上述两个结论，可怎样进行进一步的推导？第四部分导体的电阻率电阻定律：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；导体电阻还与构成它的材料有关。电阻的决定式：R=ρ比例系数ρ叫做这种材料的电阻率，不同种材料的导体ρ一般不同；在长度、横截面积一定的条件下，ρ越大，导体的电阻越大。思考1：表格的题目中为什么要指明温度？温度对导体的电阻也有影响。演示实验：探究温度对导体电阻的影响。现象：用酒精灯给灯丝加热，发现小灯泡变暗。结论：温度升高，灯丝的电阻率变大了。【视频】电阻率与温度的关系。→金属的电阻率随温度的升高而增大。可用于制造金属电阻温度计。【视频】金属电阻温度计。有些合金（锰铜合金和镍铜合金），电阻率几乎不受温度变化的影响。可用于制造标准电阻。超导现象：当温度降低到某一数值时，某些材料的电阻突然减小到零。ρ<10–6Ω·m的物体叫做导体。ρ>10–5Ω·m的物体叫做绝缘体。导电性能介于导体和绝缘体之间的物体叫做半导体。两种求R方法比较RR意义决定式定义式理解说明导体的电阻由ρ、l、S决定，即与l成正比，与S成反比提供了一种测电阻的方法——伏安法．不能认为R与U成正比，与I成反比适用范围任何导体金属导体、电解质溶液联系导体的电阻取决于导体本身的材料、长度和横截面积，而不是U和I电阻与电阻率电阻R电阻率ρ描述对象导体材料物理意义反映导体对电流阻碍作用的大小，R大阻碍作用大反映材料导电性能的好坏，ρ大导电性能差决定因素由材料、温度和导体形状决定由材料、温度决定，与导体形状无关单位欧姆(Ω)欧姆·米(Ω·m)联系R=ρlS，ρ大，RR大，ρ不一定大，导电性能不一定差思考2：如图，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体，但R2的尺寸比R1小很多。通过两导体的电流方向如图所示。这两个导体的电阻有什么关系？你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义？R=ρ由此可知导体的电阻与表面积无关，只与导体的厚度有关。这样在制造电路元件时，可以将其表面积做得很小，而不增大电阻，有利于电路元件的微型化。【自我测评】1．（2022下·湖北黄冈·高一校考阶段练习）对于常温下一根阻值为R的金属电阻丝，下列说法正确的是（）A．常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10RB．常温下，若将电阻丝从中点对折，电阻变为4RC．加在电阻丝上的电压从0逐渐加大到U，则在任意状态下的UID．若把温度降到绝对零度附近，电阻丝的电阻突然变为零，这种现象称为超导现象【答案】D【详解】A．常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则横截面积变为原来的110R=ρ可知电阻变为原来的100倍，A错误；B．常温下，若将电阻丝从中点对折，长度为原来的一半，横截面积变为原来的2倍，可知电阻变为R4，BC．加在电阻丝上的电压从0逐渐加大到U，电阻丝的电阻率随温度发生变化，则电阻发生变化，可知UI的值发生变化，CD．若把温度降到绝对零度附近，电阻丝的电阻突然变为零，这种现象称为超导现象，D正确；故选D。2．（2022·山东·高密三中高二开学考试）如图所示，P是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管，其长度为L，直径为D，镀膜材料的电阻率为ρ，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，则金属膜的电阻率的值为（）A．UI B．πUD24IL C．【答案】C【详解】由欧姆定律可得，镀膜材料的电阻R=U镀膜材料的截面积为S=2π根据电阻定律可得R=ρ所以镀膜材料的电阻率ρ=故选C。3．（2022下·山东日照·高一统考期末）两段材料不同、横截面积相同的均匀导线a和b，其长度分别为2m和1m。串联在电路中时，沿长度方向电势变化如图所示，则a、bA．1:2 B．1:4 C．2:1 D．4:1【答案】B【详解】有图可知导线a两端电压为U导线b两端电压为U两导线串联，可知通过两导线的电流相等，根据欧姆定律可知两导线的电阻之比为R根据电阻定律R=ρ可得ρ=两导线的横截面积相等，则a、b两种材料的电阻率之比为ρB正确，ACD错误。故选B。4．（2020上·河北张家口·高三统考阶段练习）金属铂的电阻对温度的高低非常敏感，可用于制作电阻温度计。金属铂的电阻率随温度升高而增大。现有甲、乙两个UI图像，其中一个为描述金属铂的图像，下列判断正确的是（）A．图甲应为铂的UI图像，且电压为U1时，电阻为UB．图甲应为铂的UI图像，且电压为U1时，电阻为UC．图乙应为铂的UI图像，且电压为U1时，电阻为UD．图乙应为铂的UI图像，且电压为U1时，电阻为U【答案】C【详解】金属铂的电阻率随温度升高而增大，电阻增大，U−I图像与原点连线的斜率增大，图乙是描述金属铂的图像；由欧姆定律可知，电压为U1时，电阻为R=C正确，ABD错误。故选C。5．（2021·河南新郑·高二月考）如图所示，一块均匀的正六面体样品，长为a、宽为b、厚为c，若沿着AB方向测得的电阻为R，下列说法正确的是（）A．样品的电阻率为RbcB．沿CD方向的电阻为aC．若a=b，增加厚度c，则沿着AB方向的电阻不变D．若a=b，减小厚度c，则沿着CD方向的电阻不变【答案】A【详解】A．设样品的电阻率为ρ，根据电阻定律R=ρLS，得出样品沿R=ρ解得ρ=故A正确；B．样品沿CD方向的电阻R结合ρ=RbcR故B错误；C．若a=b，由R=ρaR=当增加厚度c，沿着AB方向的电阻R减小，故C错误；D．若a=b，由RCD=ρbac，减小厚度c，沿着故选A。6．（2020上·河北石家庄·高二正定中学校考阶段练习）稳压管是一种用硅材料制成的晶体二极管，广泛应用于稳压电源。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，两端电压几乎不变，表现出稳压特性。图为某稳压二极管的I-U图像。下列说法正确的是（）A．RB．RC．稳压管属于非线性元件D．稳压管属于线性元件【答案】BC【详解】AB．根据图像可知，AB的电压相等，B的电流大于A的电流，根据欧姆定律R=可知RA错误，B正确；CD．线性元件的I-U图像应为一条倾斜的直线，根据图像可知，稳压管属于非线性元件，C正确，D错误。故选BC。【学后反思】______________________________