高中物理第二章電路第一節(jié)探究決定導(dǎo)線電阻的因素教學(xué)案粵教版選修3_1.doc

第一節(jié) 探究決定導(dǎo)線電阻的因素1.導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的橫截面積、長度、材料、溫度等有關(guān)。探究影響電阻的因素用控制變量法。2電阻定律的表達(dá)式R是電阻的決定式，公式R是電阻的定義式。3電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，其大小與材料和溫度均有關(guān)。一、電阻定律的實(shí)驗(yàn)探究1相關(guān)因素的測量方法(1)電阻絲橫截面積的測量把電阻絲緊密繞在一個圓柱形物體上(例如鉛筆)，用刻度尺測出多匝的寬度，然后除以圈數(shù)，得到電阻絲的直徑，進(jìn)而計(jì)算出電阻絲的橫截面積；或用螺旋測微器測出電阻絲的直徑，進(jìn)而得到電阻絲的橫截面積。(2)電阻絲長度的測量把電阻絲拉直，用刻度尺量出它的長度。(3)電阻的測量連接適當(dāng)?shù)碾娐?，測量電阻絲兩端的電壓U和通過電阻絲的電流I，由R計(jì)算得到電阻。2實(shí)驗(yàn)探究圖211(1)實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄繉?dǎo)體電阻與長度、橫截面積、材料的關(guān)系。(2)實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。(3)實(shí)驗(yàn)電路：如圖211所示。(4)實(shí)驗(yàn)過程在材料、橫截面積相同的條件下，在A、B間分別接入不同長度的導(dǎo)線，測量并比較A、B間的電阻值。在長度、材料相同的條件下，在A、B間分別并聯(lián)接入不同根數(shù)的導(dǎo)線，測量并比較A、B間的電阻值。在長度、橫截面積相同的條件下，在A、B間分別接入不同材料的導(dǎo)線，測量并比較A、B間的電阻值。(5)結(jié)論：在材料、橫截面積相同的條件下，導(dǎo)體的電阻與長度成正比；在長度、材料相同的條件下，導(dǎo)體的電阻與橫截面積成反比；導(dǎo)體的電阻還與材料有關(guān)。二、電阻定律及電阻率1電阻定律(1)內(nèi)容：實(shí)驗(yàn)表明，均勻?qū)w的電阻R跟它的長度l成正比，跟它的橫截面積S成反比，這就是電阻定律。(2)公式：R，式中是比例常量，反映材料對導(dǎo)體電阻的影響。2電阻率(1)物理意義：電阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，與導(dǎo)體的形狀、大小無關(guān)，它的單位是歐姆米，國際符號是m。(2)電阻率與溫度的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)表明，材料的電阻率隨溫度的變化而改變，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。有些合金如錳銅合金和鎳銅合金的電阻率受溫度的影響很小，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。1自主思考判一判(1)同種材料做成的電阻絲，只要長度越大，電阻就越大。()(2)金屬導(dǎo)線拉伸后其阻值發(fā)生變化，是由導(dǎo)線長度和橫截面積變化引起的。()(3)把一段導(dǎo)線分成等長的兩段，每段的電阻率變?yōu)樵瓉淼摹?)(4)電阻率越大的導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大。()(5)有些合金的電阻率受溫度的影響很小，可以制作金屬熱溫度計(jì)。()2合作探究議一議(1)本節(jié)探究實(shí)驗(yàn)中用電阻絲緊密繞在一個圓柱形物體上，用刻度尺測量多匝的寬度，再除以匝數(shù)，得到電阻絲的直徑，這樣操作比直接用刻度尺測量電阻絲的直徑有什么優(yōu)點(diǎn)？提示：用刻度尺直接測量電阻絲的直徑誤差太大，利用累積法測量電阻絲的直徑，可以大大減小測量的誤差。(2)電阻率小表示導(dǎo)體的電阻一定小嗎？提示：電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，它與導(dǎo)體的長度和橫截面積無關(guān)，只與導(dǎo)體的材料和溫度有關(guān)，電阻率小表示該材料導(dǎo)電性能好，但用其制作的導(dǎo)體的電阻并不一定小，因?yàn)閷?dǎo)體的電阻不僅取決于電阻率，還取決于導(dǎo)體的長度和橫截面積。(3)電阻率與導(dǎo)體的長度、粗細(xì)及形狀有關(guān)嗎？提示：電阻率是反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量，是導(dǎo)體材料本身的屬性，與導(dǎo)體的長度、粗細(xì)和形狀無關(guān)。探究決定導(dǎo)線電阻的因素1電流表的內(nèi)接法、外接法類別內(nèi)接法外接法電路圖誤差分析電流表示數(shù)IAIR電壓表示數(shù)UVURUA誤差來源于電流表的分壓作用電壓表示數(shù)UVUR電流表示數(shù)IAIRIV誤差來源于電壓表的分流作用R測RRAR即測量結(jié)果偏大R測R即測量結(jié)果偏小選用條件RRA時選用該電路RRV時選用該電路2螺旋測微器 (1)螺旋測微器(如圖212所示)是一種測量長度的儀器，又叫千分尺，用它測量長度可以精確到0.01 mm。圖212(2)讀數(shù)方法測量值固定刻度B上的整毫米數(shù)0.5 mm(判斷半刻度是否露出，未露出時為0)0.01 mm可動刻度上對齊的格數(shù)(估讀)。1.圖213是滑動變阻器的示意圖，下列說法中正確的是()圖213Aa和b串聯(lián)接入電路時，P向右移動電流增大Bb和d串聯(lián)接入電路時，P向右移動電流減小Cb和c串聯(lián)接入電路時，P向右移動電流減小Da和c串聯(lián)接入電路時，P向右移動電流減小解析：選D滑動變阻器有分壓和限流兩種接法，此題是限流接法，在限流時接入的兩個接線柱為上面一個，下面一個，故A錯誤；當(dāng)下端接b時向右移動，電阻變小，電流變大，故 B、C 錯誤；當(dāng)下端接a時向右移動，電阻變大，電流變小，故D 正確。2分別用圖214所示的(a)、(b)兩種電路測量同一未知電阻的阻值。圖(a)中兩表的示數(shù)分別為3 V、4 mA，圖(b)中兩表的示數(shù)分別為4 V、3.9 mA，則待測電阻Rx的真實(shí)值為()圖214A略小于1 kB略小于750 C略大于1 k D略大于750 解析：選D先判斷采用的測量方法，由于在兩種不同的接法中電壓表的示數(shù)變化大，說明測量的是小電阻，這樣電流表分壓較大，所以采用圖(a)進(jìn)行測量比較準(zhǔn)確。圖(a)中測量值為R測750 ，較真實(shí)值偏小。故D項(xiàng)正確。3.用螺旋測微器(千分尺)測小球直徑，示數(shù)如圖215所示，這時讀出的數(shù)值是_，單位是_。圖215解析：主尺讀數(shù)為8.000 mm，半毫米刻度線未露出，無讀數(shù)。再從可動刻度上讀出整刻度數(shù)0.460 mm，千分位估讀數(shù)為0.008 mm。三者讀數(shù)相加即得小球的直徑：(8.0000.4600.008)mm8.468 mm。(8.467 mm8.469 mm都對)答案：8.468 (8.467 8.469) mm電阻定律的理解及應(yīng)用1對電阻定律的理解 (1)公式R是導(dǎo)體電阻的決定式，圖216中所示為一塊長方體鐵塊，若通過電流I1，則R1；若通過電流I2，則R2。導(dǎo)體的電阻反映了導(dǎo)體阻礙電流的性質(zhì)，是由導(dǎo)體本身性質(zhì)決定的。圖 216(2)適用條件：溫度一定，粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。(3)電阻定律是通過大量實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律。2R與R的比較RR區(qū)別意義電阻定律的表達(dá)式，也是電阻的決定式電阻的定義式，R與U、I無關(guān)作用提供了測定電阻率的一種方法R提供了測定電阻的一種方法伏安法適用范圍適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體純電阻元件聯(lián)系R對R補(bǔ)充說明了導(dǎo)體的電阻不取決于U和I，而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長度和橫截面積典例兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線A和B，如果把導(dǎo)線A均勻拉伸到原來的2倍，電阻為RA，導(dǎo)線B對折起來，電阻為RB，然后分別加上相同的電壓，求：導(dǎo)線A和B的電阻值之比。思路點(diǎn)撥導(dǎo)體的電阻由、l、S共同決定，在同一段導(dǎo)體的拉伸或壓縮形變中，導(dǎo)體的橫截面積、長度都變，但總體積不變，電阻率不變。解析導(dǎo)線的形狀改變后，其總體積不變，電阻率也不變。設(shè)導(dǎo)線A和B原來的長度為l，橫截面積為S，電阻為R，則lA2l，SA，lB，SB2S。由電阻定律表達(dá)式得：R，則RARB161。答案161應(yīng)用電阻定律解題時找準(zhǔn)l、S是關(guān)鍵。若導(dǎo)體的長度拉伸為原來的n倍，因?qū)w的體積不變，橫截面積減為原來的，由電阻定律知電阻變?yōu)樵瓉淼膎2倍；若導(dǎo)體長度壓縮為原來的(相當(dāng)對折為等長的n根)，橫截面積變?yōu)樵瓉淼膎倍，則電阻變?yōu)樵瓉淼谋丁?1學(xué)習(xí)完電阻的概念和電阻定律后，你認(rèn)為下列說法正確的是()A由R可知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端電壓成正比，與流過導(dǎo)體的電流成反比B由R可知，導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體的長度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比C由可知，導(dǎo)體的電阻率與導(dǎo)體的橫截面積成正比，與導(dǎo)體的長度成反比D導(dǎo)體的電阻率只由材料的種類決定，跟溫度無關(guān)解析：選B導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與電壓和電流無關(guān)，故A錯誤；導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，由R可知，導(dǎo)體的電阻與長度l、電阻率均成正比，與橫截面積S成反比，故B正確；電阻率由材料和溫度決定，與導(dǎo)體的長度以及橫截面積無關(guān)，故C、D錯誤。2.如圖217所示，把一個長方體銅柱的ab端、cd端、ef端分別接入電路，銅的電阻率為，計(jì)算接入電路中的電阻各是多大。圖217解析：根據(jù)電阻定律R可以算出接入電路中的電阻。由圖可以看出，當(dāng)接入點(diǎn)不同時，導(dǎo)體的長度和橫截面積是不一樣的。當(dāng)接入a、b端時，電阻Rab當(dāng)接入c、d端時，電阻Rcd當(dāng)接入e、f端時，電阻Ref。答案：見解析電阻率的理解1電阻率大小與溫度的關(guān)系(1)金屬的電阻率隨溫度升高而增大。(2)絕緣體和半導(dǎo)體的電阻率隨溫度升高而減小，并且變化不是線性的。(3)有些合金如錳銅、鎳銅的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來制作標(biāo)準(zhǔn)電阻。(4)當(dāng)溫度降到273 附近時，有些材料的電阻率突然減小到零成為超導(dǎo)體。2電阻率與電阻的比較電阻率電阻R描述的對象材料導(dǎo)體意義反映材料導(dǎo)電性能的好壞反映導(dǎo)體對電流的阻礙作用的大小決定因素由材料和溫度決定由材料、溫度、導(dǎo)體的長度和橫截面積共同決定單位歐米(m)歐()聯(lián)系大，R不一定大，導(dǎo)體對電流阻礙作用不一定大；R大，不一定大，導(dǎo)電性能不一定差1下列關(guān)于電阻率的敘述，錯誤的是()A當(dāng)溫度極低時，超導(dǎo)材料的電阻率會突然減小到零B常用的導(dǎo)線是用電阻率較小的鋁、銅材料做成的C材料的電阻率取決于導(dǎo)體的電阻、橫截面積和長度D通常情況下，材料的電阻率會隨溫度變化而變化解析：選C當(dāng)溫度極低時，超導(dǎo)材料的電阻率會突然減小到零，故A正確；鋁、銅的電阻率較小，故常用的導(dǎo)線是用鋁、銅材料做成的，故B正確；材料的電阻率取決于導(dǎo)體的材料，和溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的電阻、橫截面積和長度無關(guān)，故C錯誤，D正確。2關(guān)于材料的電阻率，下列說法正確的是()A把一根長導(dǎo)線截成等長的三段，則每段的電阻率都是原來的B材料的電阻率隨溫度的升高而增大C純金屬的電阻率通常較合金的電阻率小D電阻率是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，電阻率越大的導(dǎo)體對電流的阻礙作用越大解析：選C電阻率是材料本身的一種電學(xué)特性，與導(dǎo)體的長度、橫截面積無關(guān)，A錯誤；金屬材料的電阻率隨溫度升高而增大，而半導(dǎo)體材料則相反，所以B錯誤；合金的電阻率通常比純金屬的電阻率大，C正確；電阻率大表明材料的導(dǎo)電性能差，不能表明對電流的阻礙作用一定大，因?yàn)殡娮璨攀欠从硨﹄娏髯璧K作用大小的物理量，而電阻除跟電阻率有關(guān)外還跟導(dǎo)體的長度、橫截面積有關(guān)，所以D錯誤。3(多選)下列說法中正確的是()A由R可知，電阻與電壓、電流都有關(guān)系B由R可知，電阻與導(dǎo)體的長度和橫截面積都有關(guān)系C各種材料的電阻率都與溫度有關(guān)，金屬的電阻率隨溫度的升高而減小D所謂超導(dǎo)體，當(dāng)其溫度降低到接近絕對零度的某個臨界溫度時，它的電阻率突然變?yōu)榱憬馕觯哼xBD導(dǎo)體電阻的大小和導(dǎo)體的材料、長度、橫截面積有關(guān)，與電壓、電流沒有關(guān)系，故A錯誤，B正確；各種材料的電阻率都與溫度有關(guān)，金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，故C錯誤；超導(dǎo)體是當(dāng)其溫度降低到接近絕對零度的某個臨界溫度時，電阻值等于零，此時電阻率突然變?yōu)榱悖蔇正確。1若常溫下的超導(dǎo)體研制成功，它適于做()A保險(xiǎn)絲B輸電線C電爐絲 D電阻溫度計(jì)解析：選B超導(dǎo)體電阻為零，不能產(chǎn)熱可用來做輸電線。2導(dǎo)體的電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，對于同種材料的導(dǎo)體，下列表述正確的是()A橫截面積一定，電阻與導(dǎo)體的長度成正比B長度一定，電阻與導(dǎo)體的橫截面積成正比C電壓一定，電阻與通過導(dǎo)體的電流成正比D電流一定，電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成反比解析：選A電阻是導(dǎo)體本身的一種性質(zhì)，對于同一導(dǎo)體，溫度不變時，電阻一般不變，與導(dǎo)體兩端的電壓和通過導(dǎo)體的電流無關(guān)，故C、D錯誤，由電阻定律可知，A正確，B錯誤。3關(guān)于電阻和電阻率的說法中，正確的是()A導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻，因此只有導(dǎo)體中有電流通過時才有電阻B由R可知導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比C金屬材料的電阻率一般隨溫度的升高而增大D將一根導(dǎo)線等分為二，則半根導(dǎo)線的電阻和電阻率都是原來的二分之一解析：選C導(dǎo)體對電流的阻礙作用叫做導(dǎo)體的電阻，電阻是導(dǎo)體本身的屬性，與是否通有電流和是否加電壓無關(guān)，選項(xiàng)A、B錯誤；金屬材料的電阻率一般隨溫度的升高而增大，選項(xiàng)C正確；將一根導(dǎo)線等分為二，則半根導(dǎo)線的電阻是原來的二分之一，而電阻率不變，選項(xiàng)D錯誤。4一根粗細(xì)均勻的鎳鉻絲的橫截面的直徑為d，電阻是R，把它拉制成直徑是的均勻細(xì)絲后，它的電阻變成()A.R B10 000RC.R D100R解析：選B鎳鉻絲的橫截面的直徑為d，橫截面積為S1d2，由數(shù)學(xué)知識得知，直徑是后橫截面積是S2S1，由于鎳鉻絲的體積不變，長度變?yōu)樵瓉淼?00倍，根據(jù)電阻定律R得到，電阻是原來的10 000倍，即為10 000R。5.如圖1所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長ab10 cm，bc5 cm，當(dāng)將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為1 A；若將C與D接入電壓為U的電路中，則電流為()圖1A4 A B2 AC.A D.A解析：選A設(shè)將A與B連入電路時，電阻為R1，C與D連入電路時，電阻為R2，金屬片厚度為h。由電阻定律R得R1，R2所以R1R241，故由I得電流之比I1I2R2R1，所以I24I14 A。6(2015安徽高考)一根長為L、橫截面積為S的金屬棒，其材料的電阻率為，棒內(nèi)單位體積自由電子數(shù)為n，電子的質(zhì)量為m、電荷量為e。在棒兩端加上恒定的電壓時，棒內(nèi)產(chǎn)生電流，自由電子定向運(yùn)動的平均速率為v，則金屬棒內(nèi)的電場強(qiáng)度大小為()圖2A. B.Cnev D.解析：選C由電流定義可知：IneSv，由歐姆定律可得：UIRneSvneLv，又E，故Enev，選項(xiàng)C正確。7白熾燈的燈絲是由鎢制成的，下列說法中正確的是()A由于白熾燈正常工作時的燈絲和未接入電路時的燈絲是同一個導(dǎo)體，故兩種情況下電阻相同B白熾燈正常工作時燈絲電阻大于未接入電路時燈絲電阻C白熾燈正常工作時燈絲電阻小于未接入電路時燈絲電阻D條件不足，不能確定解析：選B白熾燈的燈絲為金屬，所以電阻率隨溫度的升高而增大，正常工作時溫度高于不工作時的溫度，所以工作時的電阻大于不工作時的電阻，B對。8兩根材料相同的均勻?qū)Ь€A和B，其長度分別為L和2L，串聯(lián)在電路中時沿長度方向電勢的變化如圖3所示，則A和B導(dǎo)線的橫截面積之比為()圖 3A23 B13C12 D31解析：選B由圖像可知兩導(dǎo)線電壓降分別為UA6 V，UB4 V；由于它們串聯(lián)，則3RB2RA；由電阻定律可知，得，選項(xiàng)B正確。9.某個由導(dǎo)電介質(zhì)制成的電阻截面如圖4所示。導(dǎo)電介質(zhì)的電阻率為，制成內(nèi)、外半徑分別為a和b的半球殼層形狀(圖中陰影部分)，半徑為a、電阻不計(jì)的球形電極被嵌入導(dǎo)電介質(zhì)的球心為一個引出電極，在導(dǎo)電介質(zhì)的外層球殼上鍍上一層電阻不計(jì)的金屬膜成為另外一個電極。設(shè)該電阻的阻值為R。下面給出R的四個表達(dá)式中只有一個是合理的，你可能不會求解R，但是你可以通過一定的物理分析，對下列表達(dá)式的合理性做出判斷。根據(jù)你的判斷，R的合理表達(dá)式應(yīng)為()圖4AR BRCR DR解析：選B對于A和B選項(xiàng)，等式左邊的單位是，右邊的單位是，單位是合理的，然后將ba代入，對于選項(xiàng)A得到R0，對于選項(xiàng)B得到R0，因?yàn)殡娮枋呛鼙〉囊粚?，電阻?yīng)該很小，故A錯誤，故B正確；對于選項(xiàng)C和D，等式左邊的單位是，右邊的單位是m2，左右兩邊單位不同，則此式不合理，故C、D錯誤。10在做“決定電阻大小的因素”實(shí)驗(yàn)時，每次需挑選下表中兩根合適的導(dǎo)線，測出通過它們的電流大小，然后進(jìn)行比較，最后得出結(jié)論。導(dǎo)線號碼ABCDEFG長度/m1.0橫截面積/mm1.2材料錳銅鎢鎳鉻錳銅鎢錳銅鎳鉻(1)為了研究電阻與導(dǎo)體材料有關(guān)，應(yīng)選用的兩根導(dǎo)線是(填號碼)_；(2)為了研究電阻與導(dǎo)體的長度有關(guān)，應(yīng)選用的兩根導(dǎo)線是_；(3)為了研究電阻與橫截面積的關(guān)系，應(yīng)選用的兩根導(dǎo)線是_；(4)本實(shí)驗(yàn)所采用的方法是_。解析：(1)研究電阻與導(dǎo)體材料的關(guān)系，應(yīng)該選長度和橫截面積都相同的兩根導(dǎo)線，即選C、F；(2)研究電阻與導(dǎo)體長度的關(guān)系，應(yīng)該選材料和橫截面積都相同的兩根導(dǎo)線，即選C、G；(3)研究電阻與導(dǎo)體橫截面積的關(guān)系，應(yīng)該選長度和材料都相同的兩根導(dǎo)線，即選A、D。答案：(1)CF(2)CG(3)AD(4)控制變量法11.在相距40 km的A、B兩地架兩條輸電線，電阻共為800 ，如果在A、B間的某處發(fā)生短路，如圖5所示，這時接在A處的電壓表示數(shù)為10 V，電流表的示數(shù)為40 mA，求發(fā)生短路處距A處有多遠(yuǎn)？圖5解