《导体的电阻》教学.ppt

第二章恒定电流 第六节 导体的电阻 1 通过对决定导体电阻的因素的探究过程 体验运用控制变量研究物理问题的思维方法 体会实验探究和逻辑推理都是重要的科学研究方法 2 深化对电阻的认识 了解电阻定律 能用电阻定律来进行有关计算 3 理解电阻率的物理意义 并了解电阻率与温度的关系 通过对不同材料电阻率的介绍 加强学生理论联系实际的意识和安全用电的意识 教学目标 1 与导体电阻有关因素的测量方法 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 用刻度尺测出多匝的宽度 然后除以圈数 得到电阻丝的直径 进而计算出电阻丝的横截面积 或用螺旋测微器测出电阻丝的直径 进而得到电阻丝的横截面积 一 影响导体电阻的因素 2 探究导体电阻与其影响因素的关系 1 实验探究 1 电阻定律 1 内容 同种材料的导体其电阻R与它的长度l成正比 与它的横截面积S成反比 导体电阻与构成它的材料有关 这就是电阻定律 2 公式 R l S 3 单位 R l m S m2 m 二 导体的电阻 4 适用条件 温度一定 粗细均匀 S为定值 的导线或浓度均匀的电解液 电阻定律反映了导体的电阻由导体自身决定 只与导体的材料 导体的长度和导体的横截面积和温度有关 与其他因素无关 表达式中的l是沿电流方向导体的长度 横截面积是垂直电流方向的横截面 如图所示 一块长方形铜块 若通以电流I1 则长度为a 横截面积为bc 若通以电流I2 则长度为b 横截面积为ac 2 电阻率 1 物理意义 电阻率 是一个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 2 大小 RS l 各种材料的电阻率在数值上等于用该材料制成的长度为1m 横截面积为1m2的导体的电阻 不能根据 RS l错误地认为电阻率跟导体的横截面积S成正比 跟导体长度l成反比 某种材料的电阻率大 不能说它对电流的阻碍作用一定大 这是因为电阻率大的材料制成的电阻可以是一个小电阻 这完全可由电阻的l S决定 各种材料都有各自的电阻率 各种金属中银的电阻率最小 其次是铜 铝 合金的电阻率大于组成它的任何一种纯金属的电阻率 3 单位 欧 米 m 4 电阻率与温度的关系 金属的电阻率随温度升高而增大 可用于制作电阻温度计 半导体和电解质的电阻率随温度的升高而减小 半导体的电阻率随温度变化较大 可用于制作热敏电阻 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 有些物质当温度降低到绝对零度附近时 电阻率突然减小到零 这种现象叫超导现象 能够发生超导现象的物体叫超导体 材料由正常状态转变为超导状态的温度叫超导材料的临界温度TC 4 应用实例 滑动变阻器 1 原理 利用改变连入电路的电阻丝的长度改变电阻 2 在电路中的使用方法结构简图如图所示 要使滑动变阻器起限流作用 正确的连接是接A与D或C B与C或D 即 一上一下 要使滑动变阻器起到分压作用 要将AB全部接入电路 另外再选择A与C或D及B与C或D与负载相连 当滑片P移动时 负载将与AP间或BP间的不同长度的电阻丝并联 从而得到不同的电压 注意 实验 测定金属的电阻率 实验目标定位 1 学会使用螺旋测微器 2 理解该实验的原理 3 掌握实验操作 会处理数据 一 实验目的1 学会使用电流表和电压表以及正确读数 2 学会使用螺旋测微器以及正确读数 3 掌握测定金属电阻率的方法 二 实验原理1 螺旋测微器 1 构造原理 螺旋测微器是测量长度的仪器之一 在实验中常用它测量小球的直径 金属丝的直径和薄板的厚度等 用它测量长度 可以精确到0 01mm 还可以估读到0 001mm 即毫米的千分位 因此螺旋测微器又称为千分尺 下图所示是常用的螺旋测微器 它的小砧A和固定刻度B固定在框架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 精密螺纹的螺距是0 5mm 即每旋转一周 F前进或后退0 5mm 可动刻度分成50等份 每一等份表示0 1mm 即可动刻度每转过1等份 F前进或后退0 01mm 因此 从可动刻度旋转了多少个等份就知道长度变化了多少个0 01mm 2 使用方法 a 找出零误差 测物前将两小砧并拢 如果可动刻度的零刻线正好在固定的零刻线上 零误差为零 如果可动刻度的零刻线在固定零刻线之上n小格 应在读数中加上0 01 n mm 反之则减去0 01 n mm b 将待测物体放在两小砧之间 旋动旋钮直至可动小砧快靠近被测物体时 改用微调调至可动小砧紧靠物体 当听到 咔咔 声后 止动 即可读数 c 待测物体长度的整的毫米数从固定刻度上读出 小数部分由可动刻度读出 3 注意事项 a 读数时要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度线是否已经露出 b 由螺旋测微器读数时必须估读一位 即估读到0 001mm这一位上 三 实验器材直流电流表 0 0 6A 直流电压表 0 3V 电池 3V 滑动变阻器 0 10 长约1m的金属丝 开关1只 导线若干 毫米刻度尺 螺旋测微器 四 实验步骤1 用毫米刻度尺测量金属丝的长度l 测三次取平均值 2 用螺旋测微器测量金属丝的直径 在不同位置 测量三次 取平均值 并算出金属丝的横截面积S 五 数据处理1 金属导线直径的读数 1 特别小心半刻度是否露出 2 因螺旋测微器的精确度为0 01mm 可动刻度上对齐的格数需要估读 所以 若以毫米为单位的话 最后一位应出现在小数点后的第三位上 3 把三个不同位置的测量值求平均值作为直径d 2 金属丝长度的测量 1 应测量接入电路中的有效长度 2 因为用的是毫米刻度尺 读数时要读到毫米的下一位 别忘记估读 3 把3次测量值求平均值作为长度l 3 电阻R的测量值确定方法一 平均值法 可以将每次测量的U I分别计算出电阻 再求出电阻的平均值 作为测量结果 方法二 图象法 可建立U I坐标系 将测量的对应U I值描点作出图象 利用图象斜率来求出电阻值R 六 注意事项1 为了方便 应在金属导线连入电路前测导线直径 为了准确 应测量拉直悬空的连入电路的导线的有效长度 且各测量三次 取平均值 2 测量电路应选用电流表外接法 且测电阻时 电流不宜过大 通电时间不宜太长 因为电阻率随温度而改变 3 为准确求出R的平均值 应多测几组U I数值 然后采用U I图象法求出电阻 4 滑动变阻器用限流式接法就可以满足该实验的要求 七 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 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 致使金属丝发热 电阻率随之变化 课堂训练 1 电阻和电阻率的理解 C 材料的电阻率随温度的升高而增大D 对某一确定的导体当温度升高时 发现它电阻增大 说明该导体材料的电阻率随温度的升高而增大 分析 导体的电阻由 l S共同决定 而 是由导体的材料和温度决定的 解析 导体的电阻率由材料本身决定 并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 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 练习一下列关于电阻率的说法正确的是 A 电阻率 与导体的长度l和横截面积S有关B 电阻率表征了材料的导电能力的强弱 由导体的材料决定 且与温度有关C 电阻率大的导体 电阻一定很大D 有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响 可用来制成电阻温度计 答案 B 两根完全相同的金属裸导线 如果把其中的一根均匀地拉长到原来的两倍 把另一根导线对折后绞合起来 则它们的电阻之比为多少 2 电阻定律的应用 练习二 如图所示 分别把一个长方体铜柱的ab端 cd端 ef端接入电路时 计算接入电路中的电阻各是多大 设电阻率为 铜 答案 见解析 相距11km的A B两地用两根导线连接 由于受到暴风雨的影响 在某处一根树枝压在两根导线上造成故障 为查明故障地点 先在A处加12V的电压 在B处测得为10V 再在B处加上12V电压 在A处测得为4V 问导线中的故障离A处多远 3 电阻定律和欧姆定律的综合应用 答案 1km 练习三 在横截面积为S的粗细均匀的铜导体中流过恒定电流I 铜的电阻率为 电子电荷量为e 则电子在铜导体中运动时受到的电场力为 A 0B I e SC IS e D Ie S 答案 B 在 测定金属丝电阻率 的实验中 需要测出其长度L 直径d和电阻R 1 用螺旋测微器测金属丝直径时读数如图甲 则金属丝的直径为 mm 4 仪器读数及误差分析 2 若用图乙测金属丝的电阻 则测量结果将比真实值 选填 偏大 或 偏小 3 用电压表和电流表测金属丝的电压和电流时读数如图 则电压表的读数为 V 电流表的读数为 A 解析 1 螺旋测微器的读数为 0 0 5 0 01 19 7 mm 0 697mm 0 696mm 0 698mm也对 2 图乙中电流表采用外接法 故测量值偏小 3 电压表精度为0 1V 其读数为2 60V 电流表精度为0 02A 其读数为0 52A 答案 1 0 697 0 696 0 698也对 2 偏小 3 2 600 52 在 测定金属的电阻率 的实验中 用螺旋测微器测量金属丝直径时的刻度位置如图所示 用米尺测出金属丝的长度L 金属丝的电阻大约为5 先用伏安法测出金属丝的电阻R 然后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率 5 仪器选择及电路图的连接 1 从图中读出金属丝的直径为 mm 2 为此取来两节新的干电池 电键和若干导线及下列器材 A 电压表0 3V 内阻10k B 电压表0 15V 内阻50k C 电流表0 0 6A 内阻0 05 D 电流表0 3A 内阻0 01 E 滑动变阻器 0 10 F 滑动变阻器 0 100 要求较准确地测出其阻值 电压表应选 电流表应选 滑动变阻器应选 填序号 实验中某同学的实物连线如图所示 请指出该同学实物接线中的两处明显错误 错误1 错误2 解析 1 从螺旋测微器的固定刻度上可以看出 半毫米刻度线已经露出来 因此主尺上应读0 5mm 可动刻度上接近第18个刻度线 可以估读0 180mm 或0 179mm 所以该金属丝直径应为0 5mm 0 180mm 或0 179mm 0 680mm 或0 679mm 2 由电路图知电源是两节干电池 电动势是3V 用3V量程的电压表A 因为电阻丝的电阻大约为5 如果把3V的电动势全加在电阻丝上 电流才是0 6A 因此用量程是0 6A的电流表C 此题中金属丝的电阻大约为5 为了减小实验误差 应选10 的滑动变阻器E 答案 1 0 680 或0 679 2 ACE 错误1 导线连接在滑动变阻器的滑片上错误2 采用了电流表内接法 耗电因素 一般较少用到 2 变阻器的选择 除了搞清限流法和分压法外 在分压接法中 应选择电阻小而额定电流大的变阻器 在限流接法中 应选择电阻值与电路中其他电阻比较接近的变阻器 3 对器材选择的一般步骤 先找出实验中唯一性器材 画出实验原理图 估算待测电路中的I U的最大值 考虑能否使电流表和电压表有较大角度的偏转 选择合适量程的电压表和电流表 合适阻值的滑动变阻器 电动势合适的电源 总结