2024版新教材高中物理第十一章電路及其應(yīng)用2.導(dǎo)體的電阻學(xué)生用書(shū)新人教版必修第三冊(cè)

2．導(dǎo)體的電阻核心素養(yǎng)定位物理觀念理解電阻的定義．科學(xué)探究(1)通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的定量關(guān)系，體會(huì)物理學(xué)中控制變量的研究方法．(2)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究影響導(dǎo)體電阻的因素，同時(shí)學(xué)習(xí)電流表的內(nèi)、外接，滑動(dòng)變阻器分壓及限流接法對(duì)電路的影響．科學(xué)思維觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析思考，了解電阻率的物理意義及其與溫度的關(guān)系．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任能由伏安特性曲線分析不同導(dǎo)體的導(dǎo)電性能的區(qū)別，體會(huì)電阻率在科技、生活中的應(yīng)用．知道超導(dǎo)現(xiàn)象和超導(dǎo)體的概念，了解目前對(duì)超導(dǎo)材料研究的現(xiàn)況．一、電阻1．物理意義：反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用．2．定義：導(dǎo)體兩端的電壓與流過(guò)的電流之比．3．定義式：R＝UI．U為R上分得的電壓、I為通過(guò)R的電流二、導(dǎo)體的電阻率1．導(dǎo)體的電阻：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的長(zhǎng)度l成________，與它的橫截面積S成________；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)．2．公式：________．3．電阻率：表征了導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能，與導(dǎo)體的________和________等因素有關(guān)，電阻率越大，說(shuō)明導(dǎo)體的導(dǎo)電性能越差．三、導(dǎo)體的伏安特性曲線1．伏安特性曲線：用橫坐標(biāo)表示________，用縱坐標(biāo)表示________，這樣畫(huà)出的I-U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線．2．線性元件：伏安特性曲線是一條______________，電流I與電壓U成正比，具有這種伏安特性的電學(xué)元件叫作線性元件，歐姆定律可適用，例如金屬和電解質(zhì)溶液．3．非線性元性：伏安特性曲線是曲線的電學(xué)元件，電流I與電壓U不成正比，歐姆定律不適用，例如氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件．【情境思考】如圖所示，燕子落在110kV的高壓輸電線上，雖然通電的高壓線是裸露電線，但燕子仍安然無(wú)恙．判斷以下問(wèn)題．(1)燕子是干燥的，所以不導(dǎo)電．()(2)燕子兩腳間的電壓幾乎為零．()(3)燕子電阻極大，所以無(wú)電流通過(guò)．()拓展1I＝qt與I＝U(1)I＝qt(2)I＝UR是歐姆定律的表達(dá)式，用于計(jì)算導(dǎo)體中電流的大小，是電流的決定式．適用于金屬和電解質(zhì)溶液導(dǎo)電、純電阻電路(后面會(huì)學(xué)到)、線性元件(本節(jié)會(huì)學(xué)到)拓展2溫度能明顯地影響金屬導(dǎo)體和半導(dǎo)體材料的導(dǎo)電性能，如圖所示為某金屬導(dǎo)體和某半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度變化的關(guān)系曲線，你能判定圖線1、2分別表示何種導(dǎo)體嗎？提示：一般金屬導(dǎo)體的電阻隨溫度的升高而增大，半導(dǎo)體材料的電阻隨溫度的升高而減小，故圖線1表示金屬導(dǎo)體，圖線2表示半導(dǎo)體．目標(biāo)一電阻的理解【導(dǎo)思】——————————————————○如圖所示為金屬導(dǎo)體A、B的U-I圖像．(1)對(duì)導(dǎo)體A或?qū)wB來(lái)說(shuō)，電流與它兩端的電壓有什么關(guān)系？U與I的比值怎樣？(2)對(duì)導(dǎo)體A、B，在電壓U相同時(shí)，誰(shuí)的電流??？誰(shuí)對(duì)電流的阻礙作用大？【歸納】——————————————————○1．電阻(1)電阻定義式：R＝UI(2)意義：比值UI2．歐姆定律(1)表達(dá)式I＝UR(2)意義：表示通過(guò)導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比，與電阻R成反比．(3)適用條件：金屬或電解質(zhì)溶液導(dǎo)電(純電阻電路)．【典例】——————————————————○例1(多選)根據(jù)公式R＝UI及其變形式，下列說(shuō)法正確的是(A．由R＝UIB．由R＝UIC．由I＝URD．從關(guān)系式U＝IR可知，對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體，通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，導(dǎo)體兩端的電壓也越大[訓(xùn)練1](多選)已知兩個(gè)導(dǎo)體的電阻之比R1∶R2＝2∶1，那么()A．若兩導(dǎo)體兩端電壓相等，則I1∶I2＝2∶1B．若兩導(dǎo)體兩端電壓相等，則I1∶I2＝1∶2C．若導(dǎo)體中電流相等，則U1∶U2＝2∶1D．若導(dǎo)體中電流相等，則U1∶U2＝1∶2目標(biāo)二公式R＝ρlS【導(dǎo)思】——————————————————○如圖所示，a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體．導(dǎo)體b、c、d在長(zhǎng)度、橫截面積、材料三個(gè)因素方面，分別只有一個(gè)因素與導(dǎo)體a不同．如表所示為四個(gè)串聯(lián)導(dǎo)體的各方面因素與導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系．比較項(xiàng)目長(zhǎng)度橫截面積材料電壓alS鐵Ub2lS鐵2Ucl2S鐵UdlS鎳銅合金5U(1)四段導(dǎo)體串聯(lián)接入電路，每段導(dǎo)體兩端的電壓與電阻有什么關(guān)系？(2)對(duì)比導(dǎo)體a和b說(shuō)明什么？(3)對(duì)比導(dǎo)體a和c說(shuō)明什么？(4)對(duì)比導(dǎo)體a和d說(shuō)明什么？【歸納】——————————————————○1．對(duì)公式R＝ρlS(1)公式R＝ρlS是導(dǎo)體電阻的決定式，如圖所示為一塊長(zhǎng)方體鐵塊，若通過(guò)電流為I1，則R1＝ρa(bǔ)bc；若通過(guò)電流為I2，則R2＝ρ(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(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出的規(guī)律．2．R＝ρlS與R＝U公式R＝ρlR＝U區(qū)別電阻的決定式電阻的定義式說(shuō)明了電阻由導(dǎo)體的哪些因素決定，可以說(shuō)R與l成正比，與S成反比提供了求電阻的方法，并不能說(shuō)電阻與U和I有關(guān)系只適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體適用于純電阻元件聯(lián)系R＝ρlS對(duì)R＝UI補(bǔ)充說(shuō)明了導(dǎo)體的電阻不取決于U和3.電阻率的理解(1)物理意義：反映了材料導(dǎo)電性能的好壞．電阻率越小，導(dǎo)電性能越好．(2)計(jì)算公式：由R＝ρlS得ρ＝RSl.ρ＝(3)決定因素：電阻率ρ由材料自身的特性和溫度決定．(4)電阻率與溫度的關(guān)系：①通常金屬的電阻率隨溫度的升高而增大．②半導(dǎo)體的電阻率大多會(huì)隨溫度的升高而減?。镜淅俊鹄?(多選)關(guān)于電阻率，以下說(shuō)法正確的是()A．純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大B．金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大，有些半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的升高而減小C．超導(dǎo)體的電阻率為零，所以對(duì)電流的阻礙作用為零D．電阻率的大小只隨溫度的變化而變化，與材料本身無(wú)關(guān)例3在邊長(zhǎng)為a、厚度為h的導(dǎo)體中，通以圖示方向的電流，導(dǎo)體的電阻為R1，現(xiàn)將其四等分，取其中之一通以圖示方向的電流，其電阻為R2，則R1:R2A．4∶1B．1∶1C．1∶2D．2∶1思維提升應(yīng)用R＝ρlS(1)明確導(dǎo)體的形狀改變后，電阻率不會(huì)發(fā)生變化．(2)導(dǎo)體的形狀改變后，體積不變，由V＝l1S1＝l2S2確定l2與l1、S2與S1的關(guān)系．(3)由R＝ρlS[訓(xùn)練2]一段粗細(xì)均勻的鎳鉻絲，橫截面的直徑是d，電阻是R，把它拉制成直徑為d3的均勻細(xì)絲后，它的電阻變?yōu)?A．R9B．9RC．R81D．[訓(xùn)練3]工業(yè)上采用一種稱為“電導(dǎo)儀”的儀器測(cè)量液體的電阻率，其中一個(gè)關(guān)鍵部件如圖所示，A、B是兩片面積為1cm2的正方形鉑片，間距為d＝1cm，把它們浸在待測(cè)液體中．若通過(guò)兩根引線加上U＝6V的電壓時(shí)，測(cè)出電流I＝1μA，則這種液體的電阻率為多少？目標(biāo)三導(dǎo)體的伏安特性曲線【歸納】——————————————————○1．伏安特性曲線：用縱坐標(biāo)表示電流I，用橫坐標(biāo)表示電壓U，這樣畫(huà)出的導(dǎo)體的I-U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線．2．線性元件和非線性元件(1)線性元件：伏安特性曲線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，歐姆定律適用的元件，如金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液．(2)非線性元件：伏安特性曲線是一條曲線，歐姆定律不適用的元件，如氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件．3．I-U圖像與U-I圖像比較內(nèi)容I-U圖線U-I圖線坐標(biāo)軸橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I橫坐標(biāo)表示電流I、縱坐標(biāo)表示電壓U斜率圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示導(dǎo)體電阻的倒數(shù)圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示導(dǎo)體的電阻線性元件圖線的形狀R1＞R2R1＜R2非線性元件圖線的形狀電阻隨U的增大而增大電阻隨I的增大而減小【典例】——————————————————○例4(多選)如圖為甲、乙兩金屬電阻的U-I曲線，它們的阻值應(yīng)為()A．R甲＝tan60°＝3ΩB．R乙＝tan60°＝3ΩC．R甲＝3ΩD．R乙＝6Ω例5如圖所示的是某同學(xué)繪制的小燈泡的U-I特性曲線，曲線上A點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電壓為0.9V．已知A點(diǎn)切線的斜率為k1，A點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)O連線的斜率為k2.由圖線可以得出()A．電流增加時(shí)小燈泡的電阻變小B．電流增加時(shí)小燈泡的電阻變大C．斜率k1為電壓為0.9V時(shí)小燈泡的電阻D．斜率k2為電壓為0.9V時(shí)小燈泡的電阻思維提升利用圖像求解電阻的方法(1)在I-U圖像中，圖線斜率的倒數(shù)表示電阻的大小．(2)在U-I圖像中，圖線斜率表示電阻的大小．(3)在非線性變化的I-U圖像中，電阻不恒定，某一點(diǎn)與原點(diǎn)連線斜率的倒數(shù)表示此電壓下電阻的大?。甗訓(xùn)練4]如圖所示，是某電阻R的伏安特性曲線，圖中α＝45°，由此得出()A．該電阻為非線性元件B．歐姆定律適用于該電阻，阻值為0.5ΩC．該圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，即R＝1tan45D．該電阻為定值電阻，阻值為2Ω[訓(xùn)練5]有A、B兩個(gè)電阻，它們的伏安特性曲線如圖所示．從圖線可以判斷()A．電阻A的阻值大于電阻BB．電阻A的阻值小于電阻BC．電壓相同時(shí)，流過(guò)電阻A的電流強(qiáng)度較小D．兩電阻串聯(lián)時(shí)，電阻A兩端電壓較大[訓(xùn)練6]小燈泡通電后，其電流I隨所加電壓U變化的圖線如圖所示．P為圖線上一點(diǎn)，PN為圖線的切線，PQ為U軸的垂線，PM為I軸的垂線．下列說(shuō)法正確的是()A．隨著所加電壓的減小，小燈泡的電阻增大B．隨著通過(guò)電流的增大，小燈泡的電阻減小C．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝UD．對(duì)應(yīng)P點(diǎn)，小燈泡的電阻為R＝U1．關(guān)于電阻率的正確說(shuō)法是()A．電阻率ρ與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l和橫截面積S有關(guān)B．電阻率表征了材料的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，由導(dǎo)體的材料決定，且與溫度有關(guān)C．電阻率大的導(dǎo)體，電阻一定很大D．有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來(lái)制成電阻溫度計(jì)2．如圖所示是某導(dǎo)體的伏安特性曲線，由圖可知，下列說(shuō)法不正確的是()A．導(dǎo)體的電阻是25ΩB．導(dǎo)體的電阻是0.04ΩC．當(dāng)導(dǎo)體兩端的電壓是10V時(shí)，通過(guò)導(dǎo)體的電流是0.4AD．當(dāng)通過(guò)導(dǎo)體的電流是0.1A時(shí)，導(dǎo)體兩端的電壓是2.5V3．某金屬導(dǎo)線的電阻率為ρ，電阻為R，現(xiàn)將它均勻拉長(zhǎng)到直徑為原來(lái)的一半，那么該導(dǎo)線的電阻率和電阻分別為()A．4ρ和4RB．ρ和4RC．ρ和16RD．16ρ和16R4．(多選)現(xiàn)代家庭電器化程度越來(lái)越高，用電安全是一個(gè)十分重要的問(wèn)題．下表提供了一組人的部分軀體電阻平均值數(shù)據(jù)，下列說(shuō)法正確的是()測(cè)量項(xiàng)目干燥時(shí)電阻出汗或潮濕時(shí)電阻手與手之間200kΩ5kΩ手與腳之間300kΩ8kΩ腳與塑料鞋底之間800kΩ10kΩA.從表中可看出干燥時(shí)的電阻是潮濕時(shí)的電阻的40～80倍B．對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后，若對(duì)人的安全電流是22mA以下，只有出汗或潮濕時(shí)是十分危險(xiǎn)的C．對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后，若對(duì)人的安全電流是22mA以下，上述幾項(xiàng)都十分危險(xiǎn)D．從表中可看出干燥時(shí)對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后的電流值最大是1.1A5．(多選)兩個(gè)電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示，由圖可知()A．R1為線性元件，R2為非線性元件B．R1的電阻R1＝tan45°Ω＝1ΩC．R2的電阻隨電壓的增大而減小D．當(dāng)U＝1V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻6．防漏電裝置“隔電墻”，可以在電熱水器發(fā)生漏電時(shí)減少電流對(duì)人體的傷害．其裝置如圖甲，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)是一個(gè)螺旋狀的絕緣管道，結(jié)構(gòu)如圖乙，它實(shí)際上是將水管的水道變得更細(xì)更長(zhǎng)，安裝位置如圖丙．下列分析正確的是()A．漏電時(shí)“隔電墻”能完全隔斷電流B．安裝“隔電墻”后熱水器便無(wú)需接地線C．“隔電墻”是通過(guò)增加管道中水的電阻來(lái)保護(hù)人體安全的D．“隔電墻”是通過(guò)增加管道中水的電阻率來(lái)保護(hù)人體安全的2．導(dǎo)體的電阻導(dǎo)學(xué)掌握必備知識(shí)二、1．正比反比2．R＝ρl3．材料溫度三、1．電壓U電流I2．過(guò)原點(diǎn)的直線情境思考答案：(1)×(2)√(3)×共研突破關(guān)鍵能力目標(biāo)一提示：(1)對(duì)導(dǎo)體A或?qū)wB來(lái)說(shuō)，電流與它兩端的電壓成正比；導(dǎo)體A或?qū)wB的電壓與電流的比值是個(gè)定值，但兩導(dǎo)體的比值不相等．(2)電壓相同時(shí)，A的電流小，說(shuō)明A對(duì)電流的阻礙作用大．[例1]解析：導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與導(dǎo)體兩端的電壓和通過(guò)導(dǎo)體的電流無(wú)關(guān)，導(dǎo)體的電阻在數(shù)值上等于它兩端的電壓與通過(guò)它的電流之比，由R＝UI可知，使導(dǎo)體通過(guò)一定的電流所需的電壓越高，則導(dǎo)體的電阻越大，B錯(cuò)誤，A正確；由I＝UR可知，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比，C正確；由U＝IR可知對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體，即R一定，則I越大，U越大，答案：ACD[訓(xùn)練1]解析：當(dāng)電壓相等時(shí)，由I＝UR得I1∶I2＝R2∶R1＝1∶2，B正確，A錯(cuò)誤；當(dāng)電流相等時(shí)，由U＝IR得，U1∶U2＝R1∶R2＝2∶1，C正確，D答案：BC目標(biāo)二提示：(1)成正比；(2)其他因素相同時(shí)，導(dǎo)體電阻和長(zhǎng)度成正比；(3)其他因素相同時(shí)，導(dǎo)體電阻和橫截面積成反比；(4)其他因素相同時(shí)，導(dǎo)體電阻和材料有關(guān)．[例2]解析：電阻率跟導(dǎo)體的材料有關(guān)，是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大，故A正確；金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，有些半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，故B正確；電阻反映導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小，超導(dǎo)體的電阻率為零，對(duì)電流的阻礙作用為零，故C正確；電阻率的大小與溫度和材料本身都有關(guān)，故D錯(cuò)誤．答案：ABC[例3]解析：電阻R1＝ρa(bǔ)ah＝ρh；電阻R2＝ρa(bǔ)2a2h＝ρh，則R1∶R2答案：B[訓(xùn)練2]解析：橫截面直徑為d的鎳鉻絲拉制成直徑為d3的均勻細(xì)絲后，根據(jù)截面積公式S＝14πd2可知，橫截面積變?yōu)樵瓉?lái)的19，鎳鉻絲的體積不變，則長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的9倍；由R＝ρlS分析可知，電阻變?yōu)樵瓉?lái)的81倍，即為81R，故D正確，A、答案：D[訓(xùn)練3]解析：R＝UI＝610-6Ω＝6由題意知l＝d＝10－2m，S＝10－4m2由R＝ρlS得ρ＝RSl＝6×106×10答案：6×104Ω·m目標(biāo)三[例4]解析：在數(shù)學(xué)中斜率就等于圖線與橫軸的夾角的正切值(tanα)，而在物理中斜率與tanα并沒(méi)有直接聯(lián)系．R甲＝U2-U1I2-I1＝12-04-答案：CD[例5]解析：I-U圖線上某點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線的斜率的倒數(shù)表示小燈泡的電阻，所以斜率k2的倒數(shù)為電壓為0.9V時(shí)小燈泡的電阻，故C、D錯(cuò)誤；隨著電流增加，圖線上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)的連線的斜率逐漸減小，所以斜率的倒數(shù)增大，即小燈泡的電阻增大，故A錯(cuò)誤，B正確．答案：B[訓(xùn)練4]解析：根據(jù)數(shù)學(xué)知識(shí)可知，通過(guò)電阻的電流與兩端電壓成正比，該電阻為線性元件，歐姆定律適用，該電阻阻值為R＝UI＝105Ω＝2Ω，故A、B錯(cuò)誤，D正確；I-U圖像中可以根據(jù)圖線斜率的倒數(shù)求電阻，但題圖中橫縱坐標(biāo)的標(biāo)度不同，圖像的斜率就不等于圖線與x軸正方向夾角的正切值，故不能用tanα代替斜率求電阻，故答案：D[訓(xùn)練5]解析：在伏安特性曲線中，直線的斜率表示的是電阻的倒數(shù)，從題圖中可得A的斜率大，所以A的電阻小，故A錯(cuò)誤，B正確；由圖像可知，當(dāng)電壓相同時(shí)，流過(guò)電阻A的電流強(qiáng)度較大，故C錯(cuò)誤；因?yàn)楫?dāng)兩電阻串聯(lián)時(shí)，流過(guò)兩電阻的電流相同，由圖像可知，電流相同時(shí)，電阻B兩端電壓較大，故D錯(cuò)誤．答案：B[訓(xùn)練6]解析：在I-U圖像中，圖線上的點(diǎn)與原點(diǎn)的連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，圖像中連線斜率逐漸增大，電阻應(yīng)逐漸減小，連線斜率逐漸減小，電阻應(yīng)逐漸增大，故A、B錯(cuò)誤；根據(jù)電阻的定義式，對(duì)應(yīng)P點(diǎn)的小燈泡的電阻為R＝U1I2，故C答案：C精練落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)1．解析：電阻率反映了導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，它只與材料及溫度有關(guān)