2019-2020学年高中物理 第2章 2 电阻定律课件 教科版选修3-1

第二章直流电路2电阻定律[学习目标]1.通过实验探究决定导线电阻的因素．(重点)2.理解电阻定律、电阻率的概念，并能进行有关计算．(重点、难点)3.认识导体、绝缘体和半导体，并了解它们在电路中的作用．自主探新知预习一、探究决定导体电阻的因素1．电阻丝横截面积的测量把电阻丝紧密绕在一个圆柱形物体上(例如铅笔)，用刻度尺测出它的____，除以圈数，得到电阻丝的直径，进而计算出电阻丝的横截面积．2．电阻丝长度的测量把电阻丝拉直，用______量出它的长度．宽度刻度尺3．伏安法测电阻(1)原理：用电压表测出导体两端的电压，用电流表测出导体中的电流，利用公式R＝__求出导体的电阻．(2)电路图，如图所示．UI4．探究实验(1)合理猜想：影响电阻R的因素有导体的______、__________和____．(2)探究方法：__________．(3)探究过程a．保持材料和S不变，R与l的关系：成____．b．保持材料和l不变，R与S的关系：成____．c．保持l和S不变，R与材料的关系：材料不同，____不同．长度l横截面积S材料控制变量法正比反比电阻二、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____，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R＝____，其中ρ是______，表征材料的导电性能．3．适用条件温度一定，粗细均匀的____导体或浓度均匀的______溶液．正比反比ρlS电阻率金属电解质三、电阻率导体、绝缘体和半导体1．电阻率(1)意义：反映材料____性能的物理量．(2)单位：________，符号：______．(3)决定因素：电阻率与材料和____有关．导电欧姆·米Ω·m温度2．导体、绝缘体和半导体导体绝缘体半导体导电性能好差介于导体和绝缘体之间电阻率(Ω·m)约10－8～10－6约108～101810－5～106实例各种金属、电解质溶液等陶瓷、塑料、橡胶锗、硅、砷化镓、锑化铟等应用导线等固定导线的绝缘子、导线保护层、用电器外壳热敏电阻、光敏电阻、自动控制设备1．正误判断(正确的打“√”，错误的打“×”)(1)探究导体电阻与其影响因素的关系所采用的实验方法为控制变量法．()(2)电阻率是反映材料导电性能的物理量，电阻反映了导体对电流的阻碍作用．()(3)导体的电阻率越大，导体的电阻就越大．()(4)各种材料的电阻率一般都随温度的变化而变化．()(5)一只白炽灯泡，正常发光时灯丝的电阻为121Ω，当这只灯泡停止发光一段时间后灯丝的电阻大于121Ω.()[答案](1)√(2)√(3)×(4)√(5)×2．导体的电阻是导体本身的一种性质，对于同种材料的导体，下列表述正确的是()A．横截面积一定，电阻与导体的长度成正比B．长度一定，电阻与导体的横截面积成正比C．电压一定，电阻与通过导体的电流成正比D．电流一定，电阻与导体两端的电压成反比A[由电阻定律知R＝ρlS，对于同种材料的导体ρ相同，S一定时，R∝l，A项正确；l一定时R∝1S，B项错误；R与U、I无关，C、D项均错．]3．(多选)关于电阻率的说法，下列正确的是()A．电阻率与导体的长度和横截面积有关B．电阻率由导体的材料决定，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，可用来制成标准电阻BD[电阻率是反映导体导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关，受温度影响，故A、C错误，B正确；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响可制作标准电阻，D正确．]合作攻重难探究对电阻定律的理解R＝ρlS与R＝UI的比较R＝ρlSR＝UI意义电阻定律的表达式，也是电阻的决定式电阻的定义式，R与U、I无关区别作用提供了测定电阻率的一种方法——ρ＝RSl提供了测定电阻的一种方法——伏安法区别适用范围适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液等纯电阻元件联系R＝ρlS对R＝UI补充说明了导体的电阻不取决于U和I，而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积等【例1】如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc.当将A与B接入电压为U的电路中时，电流为I；若将C与D接入电压为U的电路中，则电流为()A．4IB．2IC．12ID．14IA[设沿AB方向的横截面积为S1，沿CD方向的横截面积为S2，则有S1S2＝12，AB接入电路时电阻为R1，CD接入电路时电阻为R2，则有R1R2＝ρlabS1ρlbcS2＝41，由欧姆定律得电流之比I1I2＝R2R1＝14，解得I2＝4I1＝4I，故A正确．]公式R＝ρlS的应用策略(1)公式R＝ρlS中的l是沿电流方向的导体长度，S是垂直于电流方向的横截面积．(2)一定几何形状的导体，电阻的大小与接入电路的具体方式有关，在应用关系式R＝ρlS求电阻时要注意导体长度和横截面积的确定．(3)一定形状的几何导体，当长度和横截面积发生变化时，导体的电阻率不变，体积不变，由V＝Sl可知l和S成反比，这是解决此类电阻变化问题的关键．训练角度1电阻定律的理解1．一根粗细均匀的导线，当其两端电压为U时，通过的电流是I，若将此导线均匀拉长到原来的2倍时，电流仍为I，导线两端所加的电压变为()A．U2B．UC．2UD．4UD[导线原来的电阻为R＝ρlS，拉长后长度变为2l，横截面积变为S2，所以R′＝ρl′S′＝ρ2lS2＝4R.导线原来两端的电压为U＝IR，拉长后为U′＝IR′＝4IR＝4U，D正确．]训练角度2探究影响导体电阻的因素2．在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中，某实验小组提出了如下猜想：猜想一：导体电阻跟导体长度有关；猜想二：导体电阻跟导体粗细有关；猜想三：导体电阻跟导体材料有关．同学们想利用如图的电路和表中的导体特征验证上述猜想．导体代号长度/m横截面积/mm2材料A1.00.2锰铜B1.00.4锰铜C1.00.6锰铜D0.50.4锰铜E1.50.4锰铜F1.00.6镍铬合金G1.00.6铁(1)请将猜想一的实验设计思路补充完整．选取________和________相同、________不同的导体，分别将其接入如图电路中，通过比较电路中________的大小，判断导体电阻的大小．(2)验证猜想三时，若需对比三个实验数据，则应从上表中选取导体________(填写导体代号来进行实验)．[解析](1)为了研究导体电阻与导体长度的关系，则需使导体的材料和横截面积相同，长度不同，应选用的三种导体是B、D、E，分别将其接入如题图电路中．通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小．(2)为了研究导体电阻与导体材料的关系，则需使导体的长度和横截面积相同，材料不同，应选用的三种导体是C、F、G，分别将其接入如题图电路中．通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小．[答案](1)材料横截面积长度电流(2)C、F、G对电阻率的理解1.电阻率大小与温度的关系(1)金属的电阻率随温度升高而增大．(2)绝缘体和半导体的电阻率随温度升高而减小，并且变化是非线性的．(3)有些合金如锰铜、镍铜的电阻率几乎不受温度变化的影响，可用来制作标准电阻．(4)当温度降到－273℃附近时，有些材料的电阻率突然减小到零，成为超导体．2．电阻率与电阻的比较电阻率ρ电阻R描述的对象材料导体意义反映材料导电性能的好坏反映导体对电流的阻碍作用的大小决定因素由材料和温度决定由材料、温度、导体的长度和横截面积共同决定单位欧姆·米(Ω·m)欧姆(Ω)联系ρ大，R不一定大，导体对电流的阻碍作用不一定大；R大，ρ不一定大，导电性能不一定差【例2】关于导体电阻和电阻率，下列说法中正确的是()A．由R＝ρlS知，导体的电阻与长度l、电阻率ρ成正比，与横截面积S成反比B．由R＝UI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．有些合金的电阻率几乎不受温度影响，可用来制作电阻温度计A[导体的电阻率由材料本身的性质决定，并随温度的变化而变化，导体的电阻与材料、长度、横截面积有关，与导体两端的电压及导体中的电流无关，A对，B、C错；有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响，可以制成标准电阻，电阻率随温度变化的才可制成温度计，D错．](1)导体的电阻越大说明导体对电流的阻碍作用越大，但是不能说明导体的电阻率一定越大；(2)电阻率越大，导体的导电性能越差，但用这种材料制成的导体的电阻不一定大；(3)要明确决定电阻大小和电阻率大小的因素是不相同的．训练角度1电阻率的理解1．关于材料的电阻率，下列说法中正确的是()A．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的13B．材料的电阻率随温度的升高而增大C．纯金属的电阻率比合金的电阻率小D．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C[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，A选项错；金属材料的电阻率随温度升高而增大，半导体材料则相反，B选项错；合金的电阻率比纯金属的电阻率大，C选项对；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，而电阻还跟导体的长度、横截面积有关，D选项错．]训练角度2电阻和电阻率的应用2．如图所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面均为正方形的导体，R1边长为1.5L，R2边长为4.5L，若R1的阻值为6Ω，则R2的阻值为()A．3ΩB．6ΩC．12ΩD．18ΩB[材料相同，即ρ相同，设厚度为d，则R1＝ρ1.5Ld·1.5L＝6Ω，故R2＝ρ4.5Ld·4.5L＝R1＝6Ω，B对．]课堂识脉络小结知课堂小结知识脉络1.2个概念——电阻和电阻率2.1种思想方法——控制变量法3.1个公式R＝ρlS当堂固双基达标1．(多选)下列说法中正确的是()A．由R＝UI可知，电阻与电压、电流都有关系B．由R＝ρlS可知，电阻与导体的长度和横截面积都有关系C．各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而减小D．所谓超导体，当其温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，它的电阻率突然变为零BD[R＝UI是电阻的定义式，R与电压和电流无关，故A错误；而R＝ρlS是电阻的决定式，横截面积一定，电阻与导体的长度成正比，长度一定，电阻与导体的横截面积成反比，故B正确；各种材料的电阻率都与温度有关，金属的电阻率随温度的升高而增大，故C错误；当温度降低到接近绝对零度的某个临界温度时，导体的电阻率突然变为零的现象叫超导现象，此时的导体叫超导体，故D正确．]2．一段粗细均匀的电阻丝，横截面的直径为d，电阻为R.把它拉成直径为d10的均匀细丝后，它的电阻变成()A．100RB．10000RC．R100D．R10000B[电阻丝原来的横截面积S＝πd22，后来的横截面积S′＝πd202，故S′＝1100S，被拉长后体积不变，即Sl＝S′l′，则后来的长度l′＝100l，原来的电阻R＝ρlS，后来的电阻R′＝ρl′S′＝ρ100l1100S＝10000ρlS＝10000R，故选B.]3．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．UIB．πUD24ILC．πUDdILD．πUD2ILC[由欧姆定律可得R＝UI，沿着L的方向将膜层展开，如图所示，则膜层等效为一电阻，其长为L，横截面积为管的周长×厚度d.由电阻定律R＝ρlS可得R＝ρL2πD2·d＝ρLπDd，则UI＝ρLπDd，解得ρ＝UπDdIL.故C对．]4．如图甲为一测量电解液电阻率的玻璃容器，P、Q为电极，设a＝1m，b＝0.2m，c＝0.1m，当里面注满某电解液，且P、Q间加上电压后，其U­I图线如图乙所示，当U＝10V时，求电解液的电阻率ρ.[答案]40Ω·m[解析]由题图乙可求得U＝10V时，电解液的电阻为