2024版新教材高中物理第十一章电路及其应用2.导体的电阻学生用书新人教版必修第三册

2．导体的电阻核心素养定位物理观念理解电阻的定义．科学探究(1)通过探究试验，了解金属导体的电阻与材料、长度和横截面积的定量关系，体会物理学中限制变量的探讨方法．(2)设计试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．科学思维视察试验现象，对数据进行分析思索，了解电阻率的物理意义及其与温度的关系．科学看法与责任能由伏安特性曲线分析不同导体的导电性能的区分，体会电阻率在科技、生活中的应用．知道超导现象和超导体的概念，了解目前对超导材料探讨的现况．一、电阻1．物理意义：反映了导体对电流的阻碍作用．2．定义：导体两端的电压与流过的电流之比．3．定义式：R＝UI．U为R上分得的电压、I为通过R的电流二、导体的电阻率1．导体的电阻：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成________，与它的横截面积S成________；导体电阻还与构成它的材料有关．2．公式：________．3．电阻率：表征了导体材料的导电性能，与导体的________和________等因素有关，电阻率越大，说明导体的导电性能越差．三、导体的伏安特性曲线1．伏安特性曲线：用横坐标表示________，用纵坐标表示________，这样画出的I­U图像叫作导体的伏安特性曲线．2．线性元件：伏安特性曲线是一条______________，电流I与电压U成正比，具有这种伏安特性的电学元件叫作线性元件，欧姆定律可适用，例如金属和电解质溶液．3．非线性元性：伏安特性曲线是曲线的电学元件，电流I与电压U不成正比，欧姆定律不适用，例如气态导体和半导体元件．【情境思索】如图所示，燕子落在110kV的高压输电线上，虽然通电的高压线是袒露电线，但燕子仍平稳无恙．推断以下问题．(1)燕子是干燥的，所以不导电．()(2)燕子两脚间的电压几乎为零．()(3)燕子电阻极大，所以无电流通过．()拓展1I＝qt与I＝U(1)I＝qt(2)I＝UR拓展2温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能，如图所示为某金属导体和某半导体材料的电阻随温度变更的关系曲线，你能判定图线1、2分别表示何种导体吗？提示：一般金属导体的电阻随温度的上升而增大，半导体材料的电阻随温度的上升而减小，故图线1表示金属导体，图线2表示半导体．目标一电阻的理解【导思】——————————————————○如图所示为金属导体A、B的U­I图像．(1)对导体A或导体B来说，电流与它两端的电压有什么关系？U与I的比值怎样？(2)对导体A、B，在电压U相同时，谁的电流小？谁对电流的阻碍作用大？【归纳】——————————————————○1．电阻(1)电阻定义式：R＝UI(2)意义：比值UI2．欧姆定律(1)表达式I＝UR(2)意义：表示通过导体的电流I与电压U成正比，与电阻R成反比．(3)适用条件：金属或电解质溶液导电(纯电阻电路)．【典例】——————————————————○例1(多选)依据公式R＝UIA．由R＝UIB．由R＝UIC．由I＝URD．从关系式U＝IR可知，对于一个确定的导体，通过导体的电流越大，导体两端的电压也越大[训练1](多选)已知两个导体的电阻之比R1∶R2＝2∶1，那么()A．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝2∶1B．若两导体两端电压相等，则I1∶I2＝1∶2C．若导体中电流相等，则U1∶U2＝2∶1D．若导体中电流相等，则U1∶U2＝1∶2目标二公式R＝ρlS【导思】——————————————————○如图所示，a、b、c、d是四条不同的金属导体．导体b、c、d在长度、横截面积、材料三个因素方面，分别只有一个因素与导体a不同．如表所示为四个串联导体的各方面因素与导体两端的电压关系．比较项目长度横截面积材料电压alS铁Ub2lS铁2Ucl2S铁UdlS镍铜合金5U(1)四段导体串联接入电路，每段导体两端的电压与电阻有什么关系？(2)对比导体a和b说明什么？(3)对比导体a和c说明什么？(4)对比导体a和d说明什么？【归纳】——————————————————○1．对公式R＝ρlS(1)公式R＝ρlS是导体电阻的确定式，如图所示为一块长方体铁块，若通过电流为I1，则R1＝ρabc；若通过电流为I2，则R2＝ρ(2)适用条件：温度确定，粗细匀整的金属导体或浓度匀整的电解质溶液．(3)电阻定律是通过大量试验得出的规律．2．R＝ρlS与R＝U公式R＝ρlR＝U区分电阻的确定式电阻的定义式说明白电阻由导体的哪些因素确定，可以说R与l成正比，与S成反比供应了求电阻的方法，并不能说电阻与U和I有关系只适用于粗细匀整的金属导体或浓度匀整的电解液、等离子体适用于纯电阻元件联系R＝ρlS对R＝UI补充说明白导体的电阻不取决于U和3.电阻率的理解(1)物理意义：反映了材料导电性能的好坏．电阻率越小，导电性能越好．(2)计算公式：由R＝ρlS得ρ＝RSl.ρ＝(3)确定因素：电阻率ρ由材料自身的特性和温度确定．(4)电阻率与温度的关系：①通常金属的电阻率随温度的上升而增大．②半导体的电阻率大多会随温度的上升而减小．【典例】——————————————————○例2(多选)关于电阻率，以下说法正确的是()A．纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大B．金属的电阻率随着温度的上升而增大，有些半导体的电阻率随着温度的上升而减小C．超导体的电阻率为零，所以对电流的阻碍作用为零D．电阻率的大小只随温度的变更而变更，与材料本身无关例3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R1A．4∶1B．1∶1C．1∶2D．2∶1思维提升应用R＝ρlS(1)明确导体的形态变更后，电阻率不会发生变更．(2)导体的形态变更后，体积不变，由V＝l1S1＝l2S2确定l2与l1、S2与S1的关系．(3)由R＝ρlS[训练2]一段粗细匀整的镍铬丝，横截面的直径是d，电阻是R，把它拉制成直径为d3A．R9B．9RC．R81[训练3]工业上接受一种称为“电导仪”的仪器测量液体的电阻率，其中一个关键部件如图所示，A、B是两片面积为1cm2的正方形铂片，间距为d＝1cm，把它们浸在待测液体中．若通过两根引线加上U＝6V的电压时，测出电流I＝1μA，则这种液体的电阻率为多少？目标三导体的伏安特性曲线【归纳】——————————————————○1．伏安特性曲线：用纵坐标表示电流I，用横坐标表示电压U，这样画出的导体的I­U图像叫作导体的伏安特性曲线．2．线性元件和非线性元件(1)线性元件：伏安特性曲线是一条过原点的直线，欧姆定律适用的元件，如金属导体、电解质溶液．(2)非线性元件：伏安特性曲线是一条曲线，欧姆定律不适用的元件，如气态导体和半导体元件．3．I­U图像与U­I图像比较内容I­U图线U­I图线坐标轴横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I横坐标表示电流I、纵坐标表示电压U斜率图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体电阻的倒数图线上的点与坐标原点连线的斜率表示导体的电阻线性元件图线的形态R1＞R2R1＜R2非线性元件图线的形态电阻随U的增大而增大电阻随I的增大而减小【典例】——————————————————○例4(多选)如图为甲、乙两金属电阻的U­I曲线，它们的阻值应为()A．R甲＝tan60°＝3ΩB．R乙＝tan60°＝3ΩC．R甲＝3ΩD．R乙＝6Ω例5如图所示的是某同学绘制的小灯泡的U­I特性曲线，曲线上A点对应的电压为0.9V．已知A点切线的斜率为k1，A点与坐标原点O连线的斜率为k2.由图线可以得出()A．电流增加时小灯泡的电阻变小B．电流增加时小灯泡的电阻变大C．斜率k1为电压为0.9V时小灯泡的电阻D．斜率k2为电压为0.9V时小灯泡的电阻思维提升利用图像求解电阻的方法(1)在I­U图像中，图线斜率的倒数表示电阻的大小．(2)在U­I图像中，图线斜率表示电阻的大小．(3)在非线性变更的I­U图像中，电阻不恒定，某一点与原点连线斜率的倒数表示此电压下电阻的大小．[训练4]如图所示，是某电阻R的伏安特性曲线，图中α＝45°，由此得出()A．该电阻为非线性元件B．欧姆定律适用于该电阻，阻值为0.5ΩC．该图像的斜率表示电阻的倒数，即R＝1tanD．该电阻为定值电阻，阻值为2Ω[训练5]有A、B两个电阻，它们的伏安特性曲线如图所示．从图线可以推断()A．电阻A的阻值大于电阻BB．电阻A的阻值小于电阻BC．电压相同时，流过电阻A的电流强度较小D．两电阻串联时，电阻A两端电压较大[训练6]小灯泡通电后，其电流I随所加电压U变更的图线如图所示．P为图线上一点，PN为图线的切线，PQ为U轴的垂线，PM为I轴的垂线．下列说法正确的是()A．随着所加电压的减小，小灯泡的电阻增大B．随着通过电流的增大，小灯泡的电阻减小C．对应P点，小灯泡的电阻为R＝UD．对应P点，小灯泡的电阻为R＝U1．关于电阻率的正确说法是()A．电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关B．电阻率表征了材料的导电实力的强弱，由导体的材料确定，且与温度有关C．电阻率大的导体，电阻确定很大D．有些合金的电阻率几乎不受温度变更的影响，可用来制成电阻温度计2．如图所示是某导体的伏安特性曲线，由图可知，下列说法不正确的是()A．导体的电阻是25ΩB．导体的电阻是0.04ΩC．当导体两端的电压是10V时，通过导体的电流是0.4AD．当通过导体的电流是0.1A时，导体两端的电压是2.5V3．某金属导线的电阻率为ρ，电阻为R，现将它匀整拉长到直径为原来的一半，那么该导线的电阻率和电阻分别为()A．4ρ和4RB．ρ和4RC．ρ和16RD．16ρ和16R4．(多选)现代家庭电器化程度越来越高，用电平安是一个特别重要的问题．下表供应了一组人的部分躯体电阻平均值数据，下列说法正确的是()测量项目干燥时电阻出汗或潮湿时电阻手与手之间200kΩ5kΩ手与脚之间300kΩ8kΩ脚与塑料鞋底之间800kΩ10kΩA.从表中可看出干燥时的电阻是潮湿时的电阻的40～80倍B．对表中对应人体部位加220V电压后，若对人的平安电流是22mA以下，只有出汗或潮湿时是特别紧急的C．对表中对应人体部位加220V电压后，若对人的平安电流是22mA以下，上述几项都特别紧急D．从表中可看出干燥时对表中对应人体部位加220V电压后的电流值最大是1.1A5．(多选)两个电阻R1、R2的伏安特性曲线如图所示，由图可知()A．R1为线性元件，R2为非线性元件B．R1的电阻R1＝tan45°Ω＝1ΩC．R2的电阻随电压的增大而减小D．当U＝1V时，R2的电阻等于R1的电阻6．防漏电装置“隔电墙”，可以在电热水器发生漏电时削减电流对人体的损害．其装置如图甲，其内部结构是一个螺旋状的绝缘管道，结构如图乙，它事实上是将水管的水道变得更细更长，安装位置如图丙．下列分析正确的是()A．漏电时“隔电墙”能完全隔断电流B．安装“隔电墙”后热水器便无需接地线C．“隔电墙”是通过增加管道中水的电阻来疼惜人体平安的D．“隔电墙”是通过增加管道中水的电阻率来疼惜人体平安的2．导体的电阻导学驾驭必备学问二、1．正比反比2．R＝ρl3．材料温度三、1．电压U电流I2．过原点的直线情境思索答案：(1)×(2)√(3)×共研突破关键实力目标一提示：(1)对导体A或导体B来说，电流与它两端的电压成正比；导体A或导体B的电压与电流的比值是个定值，但两导体的比值不相等．(2)电压相同时，A的电流小，说明A对电流的阻碍作用大．[例1]解析：导体的电阻由导体本身的性质确定，与导体两端的电压和通过导体的电流无关，导体的电阻在数值上等于它两端的电压与通过它的电流之比，由R＝UI可知，使导体通过确定的电流所需的电压越高，则导体的电阻越大，B错误，A正确；由I＝UR可知，通过导体的电流跟导体两端的电压成正比，跟导体的电阻成反比，C正确；由U＝IR可知对于一个确定的导体，即R确定，则I越大，答案：ACD[训练1]解析：当电压相等时，由I＝UR得I1∶I2＝R2∶R1＝1∶2，B正确，A错误；当电流相等时，由U＝IR得，U1∶U2＝R1∶R2答案：BC目标二提示：(1)成正比；(2)其他因素相同时，导体电阻和长度成正比；(3)其他因素相同时，导体电阻和横截面积成反比；(4)其他因素相同时，导体电阻和材料有关．[例2]解析：电阻率跟导体的材料有关，是反映材料导电性能好坏的物理量，纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大，故A正确；金属的电阻率随温度的上升而增大，有些半导体的电阻率随温度的上升而减小，故B正确；电阻反映导体对电流阻碍作用的大小，超导体的电阻率为零，对电流的阻碍作用为零，故C正确；电阻率的大小与温度和材料本身都有关，故D错误．答案：ABC[例3]解析：电阻R1＝ρaah＝ρh；电阻R2＝ρa2a2h＝ρh答案：B[训练2]解析：横截面直径为d的镍铬丝拉制成直径为d3的匀整细丝后，依据截面积公式S＝14πd2可知，横截面积变为原来的19，镍铬丝的体积不变，则长度变为原来的9倍；由R＝ρl答案：D[训练3]解析：R＝UI＝610-由题意知l＝d＝10－2m，S＝10－4m2由R＝ρlS得ρ＝RSl＝6×答案：6×104Ω·m目标三[例4]解析：在数学中斜率就等于图线与横轴的夹角的正切值(tanα)，而在物理中斜率与tanα并没有干脆联系．R甲＝U2-U1I2-I1＝答案：CD[例5]解析：I­U图线上某点与坐标原点的连线的斜率的倒数表示小灯泡的电阻，所以斜率k2的倒数为电压为0.9V时小灯泡的电阻，故C、D错误；随着电流增加，图线上的点与坐标原点的连线的斜率慢慢减小，所以斜率的倒数增大，即小灯泡的电阻增大，故A错误，B正确．答案：B[训练4]解析：依据数学学问可知，通过电阻的电流与两端电压成正比，该电阻为线性元件，欧姆定律适用，该电阻阻值为R＝UI＝105Ω＝2Ω，故A、B错误，D正确；I­U图像中可以依据图线斜率的倒数求电阻，但题图中横纵坐标的标度不同，图像的斜率就不等于图线与x轴正方向夹角的正切值，故不能用tan答案：D[训练5]解析：在伏安特性曲线中，直线的斜率表示的是电阻的倒数，从题图中可得A的斜率大，所以A的电阻小，故A错误，B正确；由图像可知，当电压相同时，流过电阻A的电流强度较大，故C错误；因为当两电阻串联时，流过两电阻的电流相同，由图像可知