2022-2023學(xué)年高二物理講義人教版必修第三冊(cè)11.2 導(dǎo)體的電阻 （學(xué)生版）

11.2導(dǎo)體的電阻學(xué)習(xí)目標(biāo)1．知道電阻與哪些因素有關(guān)，能夠探究電阻與各因素的關(guān)系。2．掌握導(dǎo)體的電阻公式，并能進(jìn)行有關(guān)計(jì)算。3．理解電阻率的概念。重點(diǎn)：掌握電阻公式。難點(diǎn)：理解電阻率概念。知識(shí)點(diǎn)一、影響導(dǎo)體電阻的因素1．探究與導(dǎo)體電阻有關(guān)的因素（1）電阻絲橫截面積的測(cè)量：把電阻絲緊密繞在一個(gè)圓柱形物體上，如鉛筆，用刻度尺測(cè)出多匝的寬度，然后除以匝數(shù)，得到電阻絲的直徑，進(jìn)而計(jì)算出電阻絲的橫截面積。（2）電阻絲長(zhǎng)度的測(cè)量：把電阻絲拉直，用刻度尺量出它的長(zhǎng)度。（3）電阻的測(cè)量：連接適當(dāng)?shù)碾娐?，測(cè)量電阻絲兩端的電壓U和通過(guò)電阻絲的電流I，由R＝U/I計(jì)算得到。2．用實(shí)驗(yàn)探究電阻與導(dǎo)體的材料、橫截面積、長(zhǎng)度之間的關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法。（2）實(shí)驗(yàn)原理：串聯(lián)電路中電壓跟電阻成正比。（3）實(shí)驗(yàn)方法：下圖中a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體，b與a長(zhǎng)度不同；c與a截面積不同，d與a材料不同，利用歐姆定律分別測(cè)算出它們的電阻值，探究電阻跟長(zhǎng)度、截面積和導(dǎo)體材料的關(guān)系。（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)論：導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體長(zhǎng)度成正比，與導(dǎo)體的橫截面積成反比，還與導(dǎo)體材料有關(guān)。3．邏輯推理探究（1）導(dǎo)體電阻與長(zhǎng)度的關(guān)系：一條導(dǎo)線可看成有相同長(zhǎng)度的多段導(dǎo)線串聯(lián)，由串聯(lián)電路的性質(zhì)可分析出導(dǎo)體的電阻R∝l。（2）導(dǎo)體電阻與橫截面積的關(guān)系：多條長(zhǎng)度、材料、橫截面積都相同的導(dǎo)體緊緊束在一起，由并聯(lián)電路的性質(zhì)分析出導(dǎo)體的電阻R∝eq\f(1,S)。（3）導(dǎo)體電阻與材料的關(guān)系：由實(shí)驗(yàn)探究得到長(zhǎng)度、橫截面積相同而材料不同的導(dǎo)體電阻不同。知識(shí)點(diǎn)二、導(dǎo)體的電阻1．電阻定律：同種材料的導(dǎo)體，其R與它的長(zhǎng)度l成正比，與它的橫截面積S成反比，還跟導(dǎo)體的材料有關(guān)。2．公式：R＝ρeq\f(l,S)。3．理解：（1）公式中比例系數(shù)ρ是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率。S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積。l表示沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度。如圖所示，一長(zhǎng)方體導(dǎo)體若通過(guò)電流I1，則長(zhǎng)度為a，截面積為bc；若通過(guò)電流I2，則長(zhǎng)度為c，橫截面積為ab。（2）此式為電阻的決定式，表明導(dǎo)體的電阻由ρ、l、S決定，而與加在導(dǎo)體兩端的電壓U和流過(guò)導(dǎo)體的電流I無(wú)關(guān)。（3）R＝ρeq\f(l,S)適用于溫度一定，粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。（4）電阻定律指出了導(dǎo)體電阻由導(dǎo)體本身決定，也提出了通過(guò)控制導(dǎo)線長(zhǎng)度達(dá)到改變電阻的方法?！绢}1】如圖是一均勻?qū)嵭陌肭蛐螌?dǎo)體，球心為A，頂點(diǎn)為B，CD為底面直徑。若按甲圖的方式將其接在兩個(gè)電極之間，測(cè)得它的電阻為R，若按乙圖的方式接在兩個(gè)電極之間，其電阻R′為多大？（電極的電阻不計(jì)）【題2】如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬片，邊長(zhǎng)ab＝10cm，bc＝5cm當(dāng)A與B間接入的電壓為U時(shí)，電流為1A．若C與D間接入的電壓為U時(shí)，其電流為A．4AB．2AC．0.5AD．0.25A【題3】如圖所示，a、b分別表示由相同材料制成的兩條長(zhǎng)度相同、粗細(xì)均勻電阻絲的伏安特性曲線，下列判斷中正確的是A．a(chǎn)代表的電阻絲較粗B．b代表的電阻絲較粗C．a(chǎn)電阻絲的阻值小于b電阻絲的阻值D．圖線表示的電阻絲的阻值與電壓成正比4．電阻率（1）計(jì)算公式：ρ＝eq\f(RS,l)。單位：Ω·m（2）意義：跟導(dǎo)體的材料有關(guān)，是反映材料導(dǎo)電性能的物理量。（3）特性：電阻率與導(dǎo)體材料的溫度有關(guān)，而與導(dǎo)體的長(zhǎng)度和橫截面積無(wú)關(guān)。金屬材料的電阻率隨溫度升高而增大，利用電阻率隨溫度變化明顯的金屬制成電阻溫度計(jì)，利用電阻率幾乎不受溫度變化影響的合金制成標(biāo)準(zhǔn)電阻。但絕緣體和半導(dǎo)體的電阻率卻隨溫度的升高而減小。當(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí)，某些材料的電阻率突然減小到零成為超導(dǎo)體?！绢}4】關(guān)于導(dǎo)體的電阻及電阻率的說(shuō)法中，正確的是A．導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用叫導(dǎo)體的電阻。因此，只有導(dǎo)體有電流通過(guò)時(shí)，才具有電阻B．由R＝eq\f(U,I)可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體中的電流成反比C．將一根導(dǎo)線一分為二，則半根導(dǎo)線的電阻和電阻率都是原來(lái)的二分之一D．某些金屬、合金和化合物的電阻率隨溫度降低會(huì)突然減小為零，這種現(xiàn)象叫做超導(dǎo)現(xiàn)象，發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象時(shí)，溫度不是熱力學(xué)溫度零度【題5】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變?yōu)锳．4ρ和4RB．ρ和4RC．16ρ和16R D．ρ和16R【題6】實(shí)驗(yàn)室用的小燈泡燈絲的I－U特性曲線可用以下哪個(gè)圖象來(lái)表示：5．R＝eq\f(U,I)與R＝ρeq\f(l,S)的區(qū)別與聯(lián)系R＝eq\f(U,I)R＝ρeq\f(l,S)是定義式，其電阻并不隨電壓、電流變化而變化，只是可由該式算出線路中的電阻是決定式，其電阻的大小由導(dǎo)體的材料、橫截面積、長(zhǎng)度共同決定提供了一種測(cè)R的方法：只要測(cè)出U、I就可求出R提供了一種測(cè)導(dǎo)體的ρ的方法：只要測(cè)出R、l、S就可求出ρ適用于純電阻元件適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體R＝ρeq\f(l,S)是對(duì)R＝eq\f(U,I)的進(jìn)一步的說(shuō)明，即導(dǎo)體的電阻與U和I無(wú)關(guān)，而是取決于導(dǎo)體本身的材料、長(zhǎng)度和橫截面積。6．電阻率與電阻的區(qū)別與聯(lián)系（1）物理意義：電阻率是反映材料導(dǎo)電性能的物理量，電阻率小的材料導(dǎo)電性能好；電阻是反映導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙性能的物理量，電阻大的導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用大。（2）決定因素：電阻率由導(dǎo)體的材料和溫度決定，它與導(dǎo)體的長(zhǎng)度和導(dǎo)體的橫截面積無(wú)關(guān)，電阻率是“材料”的電阻率；電阻由導(dǎo)體的材料、長(zhǎng)度、橫截面積共同來(lái)決定一般地說(shuō)，不同的導(dǎo)體有不同的電阻，電阻是“導(dǎo)體”的電阻。【特別提醒】①各種材料的電阻率一般都隨溫度的變化而變化。②金屬的電阻率隨溫度的升高而增大。③半導(dǎo)體（熱敏電阻）的電阻率隨溫度的升高而減小。知識(shí)點(diǎn)三、應(yīng)用實(shí)例——滑動(dòng)變阻器1．原理：利用改變連入電路的電阻絲的長(zhǎng)度改變電阻。2．構(gòu)造：如圖，A、B是繞在絕緣筒上的電阻絲的兩個(gè)端點(diǎn)，電阻絲間相互絕緣，C、D是金屬桿的兩個(gè)端點(diǎn)，電阻絲上能夠與滑片P接觸的地方，絕緣漆已被刮去，使滑片P能夠把金屬桿與電阻絲連接起來(lái)。3．在電路中的使用方法：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖，要使滑動(dòng)變阻器起限流作用時(shí)，正確的連接是接A與D（或C）及B與C（或D），即“一上一下”；要使滑動(dòng)變阻器起分壓作用，要將AB全部接入電路，另外再選擇A與C（或D）及B與C（或D）與負(fù)載相連，當(dāng)滑片P移動(dòng)時(shí)，負(fù)載將與AP間或BP間的不同長(zhǎng)度的電阻絲并聯(lián)，從而得到不同的電壓。4．滑動(dòng)變阻器的兩種接法的比較限流接法分壓接法電路圖（圖中R為負(fù)載電阻，R0為滑動(dòng)變阻器）閉合電鍵前滑片位置滑動(dòng)觸頭在最左端，即保證滑動(dòng)變阻器接入電路中阻值最大滑動(dòng)觸頭在最左端，即開始時(shí)R上得到的電壓為零負(fù)載兩端的電壓調(diào)節(jié)范圍eq\f(R,R0＋R)U～U0～U通過(guò)負(fù)載的電流調(diào)節(jié)范圍eq\f(U,R0＋R)～eq\f(U,R)0～eq\f(U,R)【特別提醒】選用兩種接法的原則。（1）當(dāng)電壓表或電流表的量程太小時(shí)，若采用限流接法，電路中實(shí)際電壓（或電流）的最小值仍超過(guò)電壓表或電流表的量程，必須采用分壓式接法。（2）負(fù)載電阻的阻值R0遠(yuǎn)大于變阻器的總電阻R，須用分壓式電路；（3）要求負(fù)載上電壓或電流變化范圍較大，且從零開始連續(xù)可調(diào)，須用分壓式電路；（4）負(fù)載電阻的阻值R0小于變阻器總電阻R或相差不多，且電壓電流變化不要求從零調(diào)起時(shí)，可采用限流接法；（5）兩種電路均可使用的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用限流式接法，因?yàn)橄蘖魇浇臃偣妮^小?！绢}7】如下圖所示為滑動(dòng)變阻器示意圖，下列說(shuō)法中正確的是A．a(chǎn)和b串聯(lián)接入電路中，P向右移動(dòng)時(shí)電流增大B．b和d串聯(lián)接入電路中，P向右移動(dòng)時(shí)電流增大C．b和c串聯(lián)接入電路中，P向右移動(dòng)時(shí)電流增大D．a(chǎn)和c串聯(lián)接入電路中，P向右移動(dòng)時(shí)電流增大【題8】實(shí)驗(yàn)室購(gòu)買了一捆標(biāo)稱長(zhǎng)度為100m的銅導(dǎo)線，某同學(xué)想通過(guò)實(shí)驗(yàn)測(cè)其實(shí)際長(zhǎng)度。該同學(xué)首先測(cè)得導(dǎo)線橫截面積為1.0mm2，查得銅的電阻率為1.7×10－8Ω·m，再利用圖甲所示電路測(cè)出銅導(dǎo)線的電阻Rx，從而確定導(dǎo)線的實(shí)際長(zhǎng)度?？晒┦褂玫钠鞑挠校弘娏鞅恚毫砍?.6A，內(nèi)阻約0.2Ω；電壓表：量程3V，內(nèi)阻約9kΩ；滑動(dòng)變阻器R1：最大阻值5Ω；滑動(dòng)變阻器R2：最大阻值20Ω；定值電阻：R0＝3Ω；電源：電動(dòng)勢(shì)6V，內(nèi)阻可不計(jì)；開關(guān)、導(dǎo)線若干?；卮鹣铝袉?wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)中滑動(dòng)變阻器應(yīng)選________（填“R1”或“R2”），閉合開關(guān)S前應(yīng)將滑片移至________端（填“a”或“b”）。（2）在實(shí)物圖中，已正確連接了部分導(dǎo)線，請(qǐng)根據(jù)圖甲電路完成剩余部分的連接。（3）調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，當(dāng)電流表的讀數(shù)為0.50A時(shí)，電壓表示數(shù)如圖乙所示，讀數(shù)為_____V。（4）導(dǎo)線實(shí)際長(zhǎng)度為________m（保留2位有效數(shù)字）