第13讲物质的导电性和电阻（原卷版）

物质的导电性和电阻【衔接导入】超导体超导体的发现与低温研究密不可分。在18世纪，由于低温技术的限制，人们认为存在不能被液化的“永久气体”，如氢气、氦气等。1898年，英国物理学家杜瓦制得液氢。1908年，荷兰莱顿大学莱顿低温实验室的卡末林·昂内斯教授成功将最后一种“永久气体”——氦气液化，并通过降低液氦蒸汽压的方法，获得1.15~4.25K的低温。

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低温研究的突破，为超导体的发现奠定了基础。在19世纪末20世纪初，对金属的电阻在绝对零度附近的变化情况，有不同的说法。一种观点认为纯金属的电阻应随温度的降低而降低，并在绝对零度时消失。另一种观点，以威廉·汤姆逊（开尔文男爵）为代表，认为随着温度的降低，金属的电阻在达到一极小值后，会由于电子凝聚到金属原子上而变为无限大。1911年2月，掌握了液氦和低温技术的卡末林·昂尼斯发现，在4.3K以下，铂的电阻保持为一常数，而不是通过一极小值后再增大。因此卡末林·昂尼斯认为纯铂的电阻应在液氦温度下消失。为了验证这种猜想，卡末林·昂尼斯选择了更容易提纯的汞作为实验对象。首先，卡末林·昂尼斯将汞冷却到零下40℃，使汞凝固成线状；然后利用液氦将温度降低至4.2K附近，并在汞线两端施加电压；当温度稍低于4.2K时，汞的电阻突然消失，表现出超导状态【知识新授】物质的导电性检测物质的导电能力可以通过电流表来判断电路中电流的有无或大小可以通过用电器的工作情况来判断电路中电流的有无或大小。1.导体和绝缘体容易导电的物体叫导体。常见的导体有：金属、石墨、人体、大地以及酸、碱、盐的水溶液。不容易导电的物体叫绝缘体。常见的绝缘体有：橡胶、玻璃、陶瓷、塑料、油等。导电能力介于导体与绝缘体之间的一类物质叫做半导体。常见的半导体材料是硅和锗。注：通常可用半导体材料制成发光二极管。2.物质的导电能力（1）导体容易导电的原因是导体内有大量的自由电荷。金属导电，靠的就是自由电子，酸、碱、盐的水溶液是靠“离子”来导电的。半导体中只有少量的自由电荷。绝缘体不容易导电的原因是绝缘体内几乎没有自由电荷，绝缘体中的电荷几乎都被束缚在原子或分子的范围内，不能自由移动。（2）导体和绝缘体是相对的，并不存在绝对的界限。在一定条件下，如高温、高压或潮湿的环境下，绝缘体也可变为导体，（如玻璃在高温下溶化后会导电）。二．电阻1.定义：导体对电流的阻碍作用叫做电阻。电阻的单位为欧姆、下欧、兆欧等。导体的电阻足导体本身的种性质。电阻用字母R表示。它的单位是欧姆，简称欧，符号是Ω。比欧姆大的单位是千欧（kΩ）和兆欧（MΩ）。单位换算：1兆欧（MΩ）=103千欧（kΩ）1千欧（kΩ）=103欧（Ω）2.物质导电能力的影响因素【猜想】

影响导体电阻大小的因素可能有：1、长度2、粗细3、材料4、温度……【实验方法】控制变量法(1)、探究导体电阻与导线长度的关系:控制的不变量有粗细、材料、温度。实验结论：材料、粗细相同的导体，长度越大，电阻越大。(2)、研究导体的电阻与粗细的关系控制的不变量有材料、长度、温度。实验结论：材料、长度相同的同种导体，越细电阻越大。

(3)、探究导体电阻与材料的关系控制的不变量有长度、粗细、温度。

实验结论：长度、粗细相同的导体，电阻大小与材料有关。注：1.在同样条件下，银、铜材料的电阻很小，电木、橡胶材料的电阻很大。一般常用铜、铝材料来做导线，电木、橡胶来做绝缘体。2.人体电阻的一般值是10002000欧。出汗时，人体的电阻值较小；干燥时，人体的电阻值较大。

3.超导体（1）超导现象：一些金属或合金，当温度降低到某一温度时，电阻变为零的现象。如水银在269℃时，电阻会突然消失。（2）超导体：能够发生超导现象的物质叫做超导体。（3）超导体的应用：用超导技术可制造磁悬浮高速列车；用超导材料制成的导线在长途输电时几乎没有电能损失；用超导材料制造电动机和变压器，其内部线圈不会发热等。三．变阻器1.电阻器：生活、实验中经常使用的具有一定阻值的元件。符号是：2.滑动变阻器（1）原理：靠改变连入电路中的电阻线的有效长度来改变电阻。（2）使用方法：①要与控制电路串联；②连入电路的两个接线柱必须是“一上一下”；③为了保护电路，在电路接通前应把滑片移到使电路中的电阻最大的位置（滑动变阻器的最大电阻一定）；④通过滑动变阻器的电流不能超过其允许通过的最大电流。（3）作用：①改变电路中电流的大小；②改变用电器两端的电压；③保护电路。（4）铭牌认识：滑动变阻器的铭牌上标有的“50,1A”的意义：最大阻值为50，允许通过的最大电流为1A。3.其他变阻器，如变阻箱、旋钮式变阻器、光敏电阻、压敏电阻、热敏电阻等。【例题分析】例1．如图所示的电路中，当开关闭合后，在金属丝A、B之间分别接入硬币、铅笔芯、橡皮、烧红的玻璃和塑料尺，小灯泡都能发光的是（）A．接入硬币和橡皮 B．接入塑料尺和铅笔芯 C．接入烧红的玻璃和铅笔芯 D．接入硬币和塑料尺例2．如图用酒精灯对废灯泡灯芯加热一段时间后，演示电流计的示数变大，该实验表明（）A．随着温度的升高，玻璃由绝缘体变成导体 B．室温时玻璃为导体，常温时玻璃为绝缘体，所以玻璃为半导体 C．通电时间越长，玻璃电阻越小，电流越大 D．以上说法都有道理例3．利用如图所示的电路探究影响导体电阻大小的因素，演示板上固定有a、b、c、d四根合金丝，长度关系为La＝Lb=12Lc=12Ld，横截面积关系为Sa＝Sb＝Sc=12Sd，其中a、c、d均为镍铬合金丝，A．选用a和b进行实验，可以探究导体电阻跟导体材料的关系 B．选用c和d进行实验，可以探究导体电阻跟导体长度的关系 C．选用a和c进行实验，可以探究导体电阻跟横截面积的关系 D．选用b和d进行实验，可以探究导体电阻跟导体材料的关系例4．如图是“研究电阻的大小与哪些因素有关”的实验示教板，a为锰铜线，b、c、d为三根镍铬合金线。他们的长度、横截面积的关系分别为：La＝Lb＝Lc＞Ld，Sa＝Sb＜Sc＝Sd，在实验中要研究导体的电阻与长度的关系，应选择（选填字母代号）；若选择a、b，可研究导体的电阻与的关系。例5．滑动变阻器是通过来改变电阻的，如图中，若要使滑片P向C端滑动时小灯泡变亮，应将滑动变阻器的接线柱或接在电路的M、N端。例6．图甲是电动汽车“油门”示意图，其实质是变阻器。脚往下踩“油门”时，滑片可以绕O点在电阻圈上逆时针转动。通过控制流经电动机电流的大小来控制汽车速度。电动汽车速度与电流大小的关系如图乙所示。（1）该“油门”是通过改变接入电路中电阻圈的来改变电阻的大小。（2）当脚踩“油门”时汽车速度加快，则电路中的a、b接点应当与变阻器中A、B、C三个接点中的哪两个相连：。例7．在“探究影响导体电阻大小因素”的实验中，小明设计了如图1所示的电路。（1）在连接电路时发现还缺少一个元件，他应该在电路再接入的元件是。（2）验证电阻大小与材料有关，应选取序号材料来做实验。（3）使用2、4来做实验，发现2接入时灯泡较亮，可以得到的实验结论是。（4）使用2、3、4来做实验，预计是接入号灯泡会最亮。例8．铅笔芯的主要成分是石墨，软硬程度不同的铅笔其用途是不同的，例如作画用6B软铅笔，写字用软硬适中的HB铅笔，制图用6H硬铅笔。其铅笔芯都是导体，小明猜想铅笔芯的电阻大小可能与其软硬程度有关，于是他选取了干电池、软硬程度不同的铅笔芯、小灯泡、开关、导线，设计实验对以上问题进行探究。如果你参与小明的探究活动，你认为：（1）在图中标出的制成铅笔的几种材料中，通常情况下属于绝缘体的是、。（2）小明在选取软硬程度不同的铅笔芯的同时，应考虑他们的和是相同的。（3）在考虑以上因素的基础上，若图甲中铅笔芯的硬度比图乙中大，闭合开关后，小明观察到甲图灯泡较亮，可确定甲图中铅笔芯的电阻（选填“大”或“小”），说明铅笔芯的电阻与软硬程度（选填“有关”或“无关”）。（4）小华想借助电阻箱用“替代法”较准确的测出铅笔芯的电阻。除了上述的器材和电阻箱外，他还选择的器材是电流表，他的做法是：将电流表（选填“串联”或“并联”）在刚才的电路中，闭合开关读出电流表的示数为I，然后用电阻箱代替铅笔芯，调节电阻箱，，读出电阻箱的阻值就等于铅笔芯的电阻。【巩固提高】一．选择题（共10小题）1．关于导体和绝缘体，下列说法正确的是（）A．绝缘体都不可能变成导体 B．金属能够导电是因为有大量能够自由移动的电子 C．能够导电的物体叫导体，不能导电的物体叫绝缘体 D．绝缘体不易导电的原因是因为没有自由移动的电子2．如图所示，线路板上的三根合金丝长度相同，①和②粗细相同但比③细，小乐用该装置探究影响导体电阻大小的因素。下列说法错误的是（）A．通过比较电灯亮暗来确定电阻大小，这种方法叫转换法 B．探究电阻大小与导体材料是否有关，应选合金丝①和③ C．探究电阻大小与导体长度是否有关，选合金丝②即能完成 D．电路中再串联一个电流表，可更准确地比较导体电阻大小3．影响导体电阻大小的因素主要有：①导体长度，②导体粗细、③导体材料。兴趣小组同学选择如图装置进行了探究实验。其中黑点表示接线柱的位置。利用该装置可探究的因素有（）A．只有①② B．只有②③ C．只有①③ D．①②③4．小明用如图所示的器材探究“影响电阻大小的因素”。a、b是长度都为1m的镍铬合金丝（已除去表面绝缘漆），a的横截面积小于b的横截面积。关于此实验，下列说法正确的是（）A．如果把镍铬合金丝换成导电能力非常好的铜丝或银丝进行实验，实验效果会更好 B．利用此装置只能探究导体电阻大小和横截面积的关系 C．本实验用灯泡的亮暗反应接入电阻大小，说明灯泡的亮暗会影响接入电阻的大小 D．为了准确比较两条合金丝的电阻，可在电路中串联一个电流表5．某实验小组探究“影响导体电阻大小的因素”的实验，将a、b、c、d四段导体分别接入电路，经过测量得到如表所示数据，分析得出影响导体电阻大小因素的结论不正确的是（）实验次数导体代号长度/m横截面积/mm2材料电流/A1a0.50.4锰铜合金0.202b0.50.4镍铬合金0.163c0.50.2镍铬合金0.084d1.00.2镍铬合金0.04A．对比1、2，得出导体的电阻与材料有关 B．对比2、3，得出导体的电阻与横截面积有关 C．对比3、4，得出导体的电阻与长度有关 D．对比1、4，得出导体的电阻与长度、横截面积、材料都有关6．如图所示是实验室常用的一种滑动变阻器。关于该滑动变阻器的构造，下列说法正确的是（）A．金属棒是绝缘体，瓷筒是导体 B．线圈是用电阻率较大的合金线制成 C．滑片与线圈之间是绝缘的 D．制成线圈的合金线所有表面都是绝缘的7．如图是音响上音量调节装置，其简化电路如图右，需在M、N间接入一个滑动变阻器，使滑片P向右移动时电流减小，音量降低。下列连接方式中可行的是（）A．M接A，N接B B．M接C，N接D C．M接A，N接D D．M接C，N接B8．如图所示，甲为可调亮度台灯，乙为电位器的结构图，b与金属滑片相连，转动旋钮可调节灯泡亮度。下列分析正确的是（）A．若只将a、c接入电路，转动旋钮灯泡亮度改变 B．若只将b、c接入电路，转动旋钮灯泡亮度不变 C．电位器是通过改变接入电路中电阻丝的长度来改变灯泡亮度 D．电位器是通过改变接入电路中电阻丝的横截面积来改变灯泡亮度9．如图所示的台秤原理图，电源电压恒定，能满足“物体质量增大时，电压表或电流表示数也增大”要求的是（）A． B． C． D．10．如图所示，将两个滑动变阻器串联连入电路后，要使电路中的电流最小，则滑片P1和P2的位置应为（）A．P1、P2都移至最左端 B．P1、P2都移至最右端 C．P1移至最左端，P2移至最右端 D．P1移至最右端，P2移至最左端二．填空题（共2小题）11．常温下的玻璃是良好的绝缘体，但玻璃在红热条件下会变成导体；常温下的金属是良好的导体，当温度下降时，其电阻也会减少，当温度降到某一温度（临界温度）时，电阻消失﹣变为超导体，R＝0Ω，不再消耗能量。如图是两个电阻随温度变化的曲线图，表示玻璃的是，表示金属的是。12．2n+1个阻值均为R的电阻通过导线首尾连成一圆环，相邻的两个电阻之间均可引出一接线柱，从而构成一变阻器，则利用该变阻器可获得不同阻值的个数为个；最大阻值为。三．实验探究题（共2小题）13．小金想探究导体长度对导体电阻大小的影响，现有器材：导线若干、横截面积相同但长度不同的镍铬合金丝6根、欧姆表（欧姆表是直接测量电阻值的仪表，内部由电源U、灵敏电流表G、滑动变阻器R0串联而成），内部结构如图：（1）请帮小金画出实验电路图（2）如表是小金在实验时记录的实验数据，在答题纸的坐标系中画出电阻随长度变化的图象：实验序号123456L/m0.20.40.60.81.01.2R/Ω0.40.81.2162.02.4（3）通过分析，可以得出