高中物理课件第2章 第1节《探究决定导线电阻的因素》（粤教版选修3-1）

欢迎进入物理课堂 第二章电路 第一节探究决定导线电阻的因素 1 滑动变阻器是电阻值 的电阻 方法是通过改变 来实现电阻大小的改变 2 在 探究决定导线电阻的因素 的实验中 采用的方法 是 1 在保持导体横截面积 材料相同的条件下 导体的电阻 大小与长度成 2 在保持导体长度 材料相同的条件下 导体的电阻大小 与横截面积成 可以改变 接入电路中的电阻线的长度 控制变量法 正比 反比 3 在保持导体横截面积 长度相同的条件下 导体的电阻大小还与导体的材料有关 材料不同 其电阻值 3 电阻定律 均匀导体的电阻R的大小跟它的 成正比 跟它的 成反比 这就是电阻定律 用公式表示就是 式中 是电阻率 它是一个反映材料 性能的物理量 不同 长度 横截面积 导电 4 双选 以下说法正确的是 BD A 导体对电流的阻碍作用叫电阻 因此只有导体上加有电压时导体才有电阻UIC 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一半D 将一根导线一分为二 则半根导线的电阻是原来的一半 但电阻率不变 B 导体对电流阻碍作用的大小可以通过R 来确定 5 两材料相同的金属导线 甲 乙长度之比是l甲 l乙 3 1 面积之比是S甲 S乙 1 3 则甲 乙的电阻之比 R甲 R乙为 D A 3 1 B 1 1 C 1 9 D 9 1 B 由R 可得 导体的电阻与加在导体两端的电压成正 知识点1导体电阻及其特性 关于导体的电阻 下面两种分析是否正确 A 导体对电流的阻碍作用叫电阻 所以通过导体的电流越大 说明阻碍作用越小 通过导体的电流为零时 导体阻碍作用最大 此时电阻也最大 U I 比 与通过导体的电流成反比 答案 两种分析都错了 导体对电流的阻碍作用叫电阻 它只与导体的几何形状和材料性质有关 与导体是否通电 通电电流的大小 电压的大小均无关 一种性质 与外界因素无关 其大小的表达式为R 1 电阻R 描述导体对电流的阻碍作用 它是导体本身的 U I 2 电阻的决定因素 导体电阻的大小由导体的长度 横截面积和材料共同决定 其定量关系只能通过实验进行探讨 例1 白炽灯的灯丝是由钨制成的 下列说法中正确的 是 A 由于白炽灯正常工作时的灯丝和未接入电路时的灯丝是同一个导体 故两种情况下电阻必定相同B 白炽灯正常工作时通过灯丝的电流大于未接入电路时的电流 故正常工作时灯丝电阻小C 白炽灯未接入电路时灯丝无电流通过 所以灯丝对电流的阻碍作用不存在D 以上分析均不对 解析 灯丝对电流的阻碍作用只决定于灯丝自身的长度 横截面积和材料 与灯丝是否通电 通电电流的大小均无关 B C错 灯丝为金属 电阻率随温度的升高而增大 正常工作时温度高于不工作时的温度 所以工作时的电阻大于不工作时的电阻 A错 答案 D 触类旁通 1 以下说法正确的是 B A 导体对电流的阻碍作用叫电阻 因此只有导体有电阻 其他物体无电阻B 加在导体两端的电压变化时 导体中的电流也发生变化 但电压与电流的比值对这段导体来说保持不变 不考虑温度变化 C 通过导体的电流越大 说明导体对电流的阻碍作用越小 电阻越小D 一个电阻一旦做好 任何情况下其阻值都不会改变 知识点2电阻定律 一段粗细均匀的金属导线 电阻为R 电阻率为 若把它均匀拉长为原来的2倍后 导线的电阻变为原来的 倍 电阻率 若把它对折绞合成一根 导线的电阻变为原来的 电阻率 设拉长与绞合时温度不变 不变 4 不变 1 电阻定律公式R lS 1 上式为电阻的决定式 表明导体的电阻由 l S决定 2 上式只适用于温度一定 粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液 3 符号意义 l表示导体的长度 S表示横截面积 是电阻率 2 电阻率 1 电阻率是反映材料导电性能的物理量 国际单位制的单 位是欧 米 符号是 m 2 不同材料的电阻率不同 连接电路用的导线一般用电阻率小的纯金属制成 电炉丝通常用电阻率大的合金丝制成 3 电阻率与温度的关系 各种材料的电阻率一般都随温度的变化而改变 金属的电阻率随温度的升高而增大 电阻温度计就是利用这一规律制成的 有些合金的电阻率随温度变化极小 如康铜合金材料 这样的材料常用来制作标准电阻 当温度降低到绝对零度附近时 某些材料的电阻率会突然减小到零成为超导体 例2 金属铂的电阻值对温度的高低非常 敏感 所以可以利用铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计 下 图的I U图象中能表示金属铂电阻情况的图象是 解析 金属铂的电阻率随温度的升高而变大 所以电阻增大 C选项正确 答案 C 触类旁通 2 双选 关于材料的电阻率 下列说法中正确的是 A 导体的电阻率与导体的长度成正比 与导体的横截面积成反比 还与导体的材料有关B 金属导体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 产生超导现象时 材料的电阻为零 但材料的性质没有变 材料的电阻率不为零 解析 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 所以A错 金属导体的电阻率随温度的升高而增大 B对 纯金属的电阻率小 合金的电阻率大 C对 超导现象是指某些物质的温度降到绝对零度附近时 其电阻突然减小到无法测量的程度 可以认为它们的电阻率突然变为零 所以D错 答案 BC 电阻定律是通过实验总结出来的一条规律 公式R 使 电阻定律的应用 l S 用时应注意 1 这个公式只适用于均匀金属导体或浓度均匀的电解质 溶液 不同材料对应的电阻率不同 2 计算出来的电阻是某一特定温度的电阻 因为电阻率会 随温度的改变而改变 3 当导体接入电路中时 公式中的长度应指其有效长度 不能将其全部长度代入公式计算 4 计算导体的电阻时一定要统一各个物理量的单位 通常 用国际单位制计算 例3 两根完全相同的金属导线A和B 如果把其中的一根A均匀拉长到原来的两倍 把另一根导线对折后绞合起来 则它们的电阻之比为多少 体积不变 故横截面积必减为原来的 再由电阻定律就知道后 来的电阻是原来的n2倍 而导线对折长度变为原来的时 横 截面积变为原来的n倍 故电阻变为原来的 方法总结 搞清导线变形后长度和横截面积的变化是解题的关键 当导体长度被均匀地拉长为原来的n倍时 因导体的 1n 1n 1n2 触类旁通 3 当电路中的电流超过熔丝的熔断电流时 熔丝就要熔断 由于种种原因 熔丝的横截面积略有差别 那么熔丝熔断的可 能性较大的是 A A 横截面积小的地方B 横截面积大的地方C 熔丝各处同时熔断D 可能是横截面积大的地方 也可能是横截面积小的地方 1 电阻与电阻率 1 电阻R是描述导体对电流阻碍作用大小的物理量 由导体本身的长度 横截面积与电阻率决定 与外界因素无关 温度一定 粗细均匀的金属导体其电阻的大小遵循电阻定律 l S R 2 电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量 它与导体的长度 面积 电阻大小无关 由导电材料和所处温度决定 3 导体的电阻大 导体材料的导电性能不一定差 导体材料的电阻率小 电阻不一定小 电阻和电阻率是两个不同的物理量 两者不能混淆 4 有关电阻率的概念问题 在处理时要注意不同材料的电阻率随温度变化的规律是不一样的 有随温度的升高电阻率减小的 也有随温度升高而电阻率增大的 例4 关于电阻和电阻率的下列说法中 正确的是 A 把一根均匀导线等分成等长的两段 则每部分的电阻 电阻率均变为原来的一半 B 由 RSl 得出 S 1l C 各种材料的电阻率都随温度的升高而增大D 对某一确定的导体 当温度升高时 若不计导体的体积和形状变化 发现它的电阻增大 说明该导体材料的电阻率随温度的升高而增大 解析 导体的电阻率由材料本身决定 并往往随温度的变化而变化 但并不都是随温度的升高而增大 则A B C错 若导体温度升高时 电阻增大 又不考虑体积和形状的变化 其原因就是电阻率随温度的升高而增大产生的 则D选项正确 答案 D 触类旁通 4 某金属导线的电阻率为 电阻为R 现将它均匀拉长到直径为原来的一半 那么该导线的电阻率和电阻分别变 为 D A 4 和4RC 16 和16R B 和4RD 和16R 解析 导体的电阻率反映材料的导电性能 温度一定时电阻率是不变的 导线拉长后 直径变为原来的一半 则横截面14阻定律计算可知电阻变为原来的16倍 积变为原来的 因总体积不变 长度变为原来的4倍 由电 2 公式R 与R 的区别 LUSI 例5 下列说法中正确的是 S l 并不说明电阻与U和I有关 电阻的大小由R 决定 A错 解析 R 是电阻的定义式 提供了测定电阻的方法 U I B对 电阻率大小决定于导体材料和温度 C错 金属电阻率随温度的升高而增大 D错 答案 B 1D A4 触类旁通 5 如图2 1 1所示 均匀的矩形金属薄片边长ab 10cm bc 5cm 当将A与B接入电压为U的电路中时 电流为 1A 若将C与D接入电压为U的电路中 则电流为 图2 1 1 A 4A B 2A C 1A 答案 A 测定金属的电阻率 实验目的 1 掌握螺旋测微器的原理及读数方法 2 学会用伏安法间接测定金属导体的电阻率 实验原理 1 螺旋测微器 构造 如图2 1 2所示是常用的螺旋测微器 它的测砧A和固定刻度B固定在尺架C上 旋钮D 微调旋钮D 和可动刻度E 测微螺杆F连在一起 通过精密螺纹套在B上 图2 1 2 原理 测微螺杆F与固定刻度B之间的精密螺纹的螺距为0 5mm 即旋钮D每旋转一周 F前进或后退0 5mm 而可动刻度E上的刻度为50等份 每转动一小格 F前进或后退 mm 即螺旋测微器的精确度为 mm 读数时误差出现在毫米的千分位上 因此 螺旋测微器又叫千分尺 读数 测量时被测物体长度的整毫米数由 读 出 小数部分由 读出 测量值 mm 固定刻度数 mm 注意半毫米刻度线是否露 出 可动刻度数 估读一位 0 01 mm 0 01 0 01 固定刻度 可动刻度 2 根据电阻定律公式 可推导出电阻率的表达式 只要测量出金属导线的长度和它的直径d 计算出导线的横截面积S 并用伏安法测出金属导线的电阻R 即可计算出金属导线的电阻率 实验器材 被测金属丝 直流电源 4V 电流表 0 0 6A 电压表 0 3V 滑动变阻器 50 开关 导线若干 螺旋测微器 刻度尺 实验步骤 1 用螺旋测微器在被测金属导线上的 各测一次直径 求出其平均值d 计算出导线的横截面积S 2 按如图2 1 3所示的原理电路图连接好实验电路 图2 1 3 三个不同位置 S d2Ul4lI 计算式 Rx 3 用毫米刻度尺测量 中的被测金属导线的有效长度 反复测量3次 求出其平均值l 4 把滑动变阻器的滑片调节到使接入电路中的电阻值 的位置 电路经检查确认无误后 闭合开头S 改变滑动变阻器滑片的位置 读出几组相应的I U值 填入记录表格内 断开开关S 求出导线电阻Rx的 5 拆去实验线路 整理好实验器材 6 计算电阻率 将记录的数据Rx l d的值代入电阻率 中 计算出金属导线的电阻率 接入电路 最大 平均值 注意事项 1 被测金属导线的有效长度是指待测导线接入电路的两个端点之间的实际长度 即电压表两接入点间的待测导线的长度 测量时应将导线拉直 为了方便 测量直径应在金属丝连入电路之前测量 2 本实验中被测金属丝的阻值较小 故采用电流表外接 法 3 此实验通过待测导线的电流强度I的值不宜过大 电流表用0 0 6A量程 通电时间不宜过长 以免金属导线的温度明显升高 造成其电阻率在实验过程中变化 4 闭合开关S之前 一定要使滑动变阻器的滑片处在有效 电阻值最大的位置 5 实验连线时 应先从电源的正极出发 依次将电源 开关 电流表 待测金属导线 滑动变阻器连成主干线路 闭合电路 然后再把电压表并联在待测金属导线的两端 误差分析 1 测量误差 测量金属丝的直径 长度以及电流 电压时 出现读数误差 2 由于采用电流表外接法 电压表的分流 造成电阻测量值偏小导致 测 真 若误用内接法 则电流表分压影响更大 3 通电电流太大 或时间太长 致使电阻丝发热 电阻率 随之变化 例6 某兴趣小组在做 测定金属丝的电阻率 的实验中 通过粗测电阻丝的电阻约为5 为了使测量结果尽量准确 从实验室找到以下供选择的器材 A 电池组 3V 内阻约1 B 电流表A1 0 3A 内阻0 0125 C 电流表A2 0 0 6A 内阻约0 125 D 电压表V1 0 3V 内阻4k E 电压表V2 0 15V 内阻15k F 滑动变阻器R1 0 20 允许最大电流1A G 滑动变阻器R2 0 2000 允许最大电流0 3A H 开关 导线若干 1 实验时应从上述器材中选用 2 测电阻时 电流表 电压表 待测电阻Rx在组成测量电路时 应采用电流表 接法 请画出设计的电路图 图2 1 4 3 若用螺旋测微器测得金属丝的直径d的读数如图2 1 4 则读数为 mm 4 若用L表示金属丝的长度 d表示直径 测得电阻为R 请写出计算金属丝电阻率的表达式 解析 1 由于电源电动势为3V 则电压表选D 由I ER r 可知电路中最大电流约为0 5A 则电流表选C 滑动变阻器采用限流接法 故电阻不能太大 选F 本实验所选器材为ACDFH 图2 1 5 触类旁通 6 在 测定金属丝的电阻率 的实验中 金属导线长约0 8m 直径小于1mm 电阻在7 左右 实验步骤如下 1 用米尺测量金属导线的长度 测三次 求出平均值L 在金属导线的不同位置用 测量直径 求出平均值d 2 用伏安法测量金属导线的电阻R 试把图2 1 6中所给 的器材连接成测量R的合适的电路 图2 1 6 图中电源的电动势为6V 变阻器的阻值为0 20 电流表的量程为0 0 6 3A 内阻接近2 应选 量程 电压表的量程为0 3 15V 内阻为几千欧 应选 量程 在闭合开关前 变阻器的滑动触点应处于正确位置 3 用上面方法测得的金属导线长度为L 直径为d和电阻为R 可根据电阻率的表达式 算出所测金属的电阻率 4 使用螺旋测微器测量金属丝的直径 示数如图2 1 7 所示 金属丝的直径是 图2 1 7 Rd24L 解析 由于被测金属导线的电阻值较小 因此应采用电流表外接法 闭合开关前 滑动变阻器的滑片处在最大阻值处 3 4 0 260mm 答案 1 螺旋测微器 2 0 0 6A0 3V连接电路如图3所示 图3 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全