江苏省淮安市涟水中学高中物理 2.6 导体的电阻课件 新人教版选修31.ppt

6 导体的电阻 一 影响导体电阻的因素探究方案一 实验探究实验目的 探究电阻与导体的材料 横截面积 长度之间的关系 实验方法 控制变量法 实验原理 串联电路中电压和电阻成 实验电路 如下图所示 正比 实验器材 a b c d是四条不同的金属导体 b与a长度不同 横截面积 材料相同 c与a横截面积不同 长度 材料相同 d与a材料不同 长度 横截面积相同 实验过程 1 按照上图将电路连接好 2 将滑动变阻器的滑片滑到最端 将s闭合 3 改变滑动变阻器滑动触头的位置 得到多组的读数 4 对每一组数值进行分析 得出电阻与长度 横截面积及材料的关系 右 电压表 实验结果 同种材料的导体 电阻之比等于之比 等于横截面积之比的倒数 长度 横截面积相同 材料不同的导体 电阻 探究方案二 逻辑推理 1 分析导体的电阻与它的长度的关系利用串联电路的电阻规律可推导出在横截面积 材料相同的条件下 导体的电阻与长度成 2 研究导体的电阻与它的横截面积的关系利用并联电路的电阻规律 可推导出在长度 材料相同的条件下 导体的电阻与横截面积成 长度 不同 正比 反比 二 导体的电阻1 导体的电阻 1 内容 同种材料的导体 其电阻r与它的长度l成 与它的横截面积成 还与构成导体的材料有关 2 公式 r l表示导体的长度 s表示横截面积 是 表征材料的导电性能 正比 反比 电阻率 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 说明 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 3 单位是欧姆 米 符号为 m 4 电阻率与温度的关系 各种材料的电阻率都随温度的变化而变化 金属的电阻率随温度升高而增大 可用于制造电阻温度计 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 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 1 电阻与电阻率的区别 1 区别 导体的电阻由导体材料的电阻率 导体的长度 横截面积决定 反映导体对电流的阻碍作用大小 电阻率是对组成导体的材料而言的 由材料决定 反映了材料的导电性能 电阻率 是材料的电阻率 而 电阻 是导体的电阻 2 由于电阻率 随温度而变化 因此导体的电阻随温度而变化 这样导体的伏安特性曲线就不是严格的直线 对电阻率随温度变化较大的导体而言 随着通过导体电流增大 伏安特性曲线会发生明显弯曲 如图甲 乙所示 图甲表示电阻随温度升高而增大 图乙表示电阻随温度升高而减小 3 用电器的电阻 问题涉及金属电阻率的有关概念 必须考虑用电器电阻值随温度的变化 不考虑温度变化对用电器电阻值的影响 可作为电阻值不变来处理 实际电压的变化量相对额定电压来说较大 需要考虑用电器电阻随温度的变化 若较小 则可以认为电阻不变 d 导体的电阻率与导体的长度l 横截面积s 导体的电阻r皆无关 答案 bd 解析 关于公式r u i和公式r l s 下列说法正确的是 a 两公式对一切情况都适用b r u i仅适用于金属导体 r l s适用于任何导体c 导体的电阻r与u成正比 与i成反比d 导体的电阻在温度一定时与导体的长度成正比 与导体的横截面积成反比 答案 d 3 实验 测定金属的电阻率 1 实验目的 学会使用常用电学仪器以及正确读数 学会使用螺旋测微器以及正确读数 学会用伏安法测量电阻的阻值 测定出金属的电阻率 3 实验步骤 螺旋测微器的构造 原理及使用方法a 构造及原理 a 螺旋测微器是一种测量长度的仪器 又叫千分尺 用它测量长度可以精确到0 01mm b 构造 如右图所示 它的测砧a和固定刻度b固定在尺架c上 可动刻度e 旋钮d 微调旋钮d 测微螺杆f连在一起 并通过精密螺纹套在b上 精密螺纹的螺距是0 5mm 即旋钮d每转一周 测微螺杆f前进或后退0 5mm 可动刻度分成50等份 每一等份表示0 01mm 每转两周 转过100等份时 前进或后退的距离正好是1mm c 使用方法 当a与f并拢时 可动刻度e的零点恰好跟固定刻度b的零点重合 逆时针旋转旋钮d 将测微螺杆f旋出 把被测物体放入a f之间夹缝中 再顺时针旋转旋钮d 使a f正好接触待测物 在使用时 f快要接触被测物时 要停止使用旋钮d 改用微调旋钮d 这样就不至于在f和被测物之间产生过大的压力 既可以保护仪器 又能保证测量结果的准确 b 读数方法 测量值 固定刻度b上的整毫米数 0 5mm 判断半刻度是否露出 未露出时为0 0 01mm 可动刻度上对齐的格数 估数 4 注意事项 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 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 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 在 测定金属的电阻率 的实验中 被测金属丝的电阻大约为6 现先用刻度尺测出金属丝的长度l 接着用螺旋测微器测量金属丝直径d 再用伏安法测出金属丝两端的电压u和通过金属丝的电流i 计算出它的电阻 最后根据电阻定律计算出该金属材料的电阻率 在用伏安法测定金属丝的电阻时 除被测的电阻丝外 还有如下供选择的实验器材 直流电源e 电动势约4 5v 内阻很小 电流表a1 量程0 0 6a 内阻为0 125 电流表a2 量程0 3 0a 内阻为0 025 电压表v1 量程0 3v 内阻为3k 电压表v2 量程0 15v 内阻为15k 滑动变阻器r1 最大阻值10 允许通过的最大电流为0 2a 滑动变阻器r2 最大阻值20 允许通过的最大电流为1 0a 开关 导线等 要求有较高的测量精度 并能测得多组数据 1 在可供选择的器材中 应该选用的电流表是 应选用的电压表是 应该选用的滑动变阻器是 2 根据所选的器材 在如右图所示虚线框中画出实验电路图 3 写出用测得的物理量表示的计算电阻率的表达式 用字母表示 解析 1 由实验器材中知电源电动势约为4 5v 实验用的金属丝电阻一般较小 干路中的最大电流大约只有零点几安 故电流表选a1 电压表选v1 滑动变阻器r1的最大电流0 2a太小 影响测量的范围 所以滑动变阻器选r2 2 待测电阻较小 电流表采用外接法 电路图如图所示 2 导体电阻的微观解释 提示 导体内除了有大量能自由移动的电子外 还有不能自由移动的其他粒子 当导体建立起电场后 自由电子在静电力的作用下发生定向移动 形成电流 例如金属导体 其电流是由于自由电子的定向移动形成的 按理说 这些自由移动的电子应做加速运动 速度越来越快 但是自由电子在移动过程中 不可避免的要与金属正离子发生碰撞 这一碰撞使电子的定向移动速率减慢 而使金属正离子的热振动加剧 从而使电势能转化为内能 即所谓的电流的热效应 这种碰撞阻碍了自由电子的定向移动 电阻就是表示这种阻碍作用的物理量 3 螺旋测微器的读数原理 提示 固定刻度上的最小刻度为0 5mm 可动刻度每旋转一圈前进 或后退 0 5mm 在可动刻度的一周上平均刻有50条刻线 所以相邻两条刻线间代表0 01mm 读数 主尺刻度线 可动刻度线 0 01mm说明 主尺刻度数要注意半毫米刻度线是否露出 可动刻度数要估读一位 以毫米为单位时 所得数据必有三位小数 即测量到千分位 所以螺旋测微器也叫千分尺 教材资料分析 思考与讨论 材料相同 厚度相同 表面为正方形的导体 边长不同 这样的导体之间有什么关系 你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义 说一说 中央电视台2002年12月 用再生塑料制作电线外皮 电阻率达不到要求 谈一谈这位负责人的讲话体现了哪些物理原理 点拨 这位负责人的讲话中主要体现的物理原理就是电阻定律的内容 使用再生铜或含杂质很多的铜 导体的电阻率增大 截面积缩小 使电阻增大 载流量不够 绝缘层用再生塑料制作电线外皮 绝缘性能差 容易老化 安全性差 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 若不计导体的体积和形状变化 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 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 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 跟踪发散 1 1 关于电阻率的正确说法是 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 对于常温下一根阻值为r的均匀金属丝 下列说法中正确的是 a 常温下 若将金属丝均匀拉长为原来的10倍 则电阻变为10r d 把金属丝温度降低到绝对零度附近 电阻率会突然变为零 思路点拨 对确定的金属丝而言 由于体积不变 由v sl可知 s与l成反比 答案 bd 反思总结 某导体形状改变后 总体积不变 电阻率不变 当长度l和面积s变化时 应用v sl来确定s和l在形变前后的关系 然后应用导体的电阻即可求出电阻的关系 跟踪发散 2 1 一根粗细均匀的金属裸导线 若把它均匀拉长为原来的3倍 电阻变为原来的 倍 若将它截成等长的三段再绞合成一根 它的电阻变为原来的 倍 设拉长与绞合时温度不变 答案 91 9 解析 电阻率与导体的电阻 导体的长度和横截面积无关 只与导体本身的性质有关 答案 d 2 下列说法中正确的是 a 通过导体的电流越大 导体的电阻一定越小b 导体的电阻与加在导体两端的电压成正比 与通过导体的电流成反比c 电阻是表示导体对电流阻碍作用的物理量 温度越高 金属导体的电阻越大d 无论加在导体两端的电压如何变化 它的电压与电流的比值都不变 解析 电阻反映导体对电流阻碍作用的强弱 它只与导体本身有关 与外界因素无关 导体的电阻与其通过的电流无关 故选项a错 导体的电阻与加在导体两端的电压无关 故选项b错 正确的选项是c d 答案 cd 3 一根粗细均匀的导线 当其两端电压为u时 通过的电流是i 若将此导线均匀拉长到原来的2倍时 电流仍为i 导线两端所加的电压变为 a u 2b uc 2ud 4u 答案 d 4 2011 阜阳高二检测 在测定金属丝电阻率的实验中 如提供的电源是一节内阻可不计的干电池 被测金属丝的直径小于1mm 长度约为80cm 阻值约为3 使用的电压表有3v 内阻约为3k 和15v 内阻约为15k 两个量程 电流表有0 6a 内阻约为0 1 和3a 内阻约为0 02 两个量程 供限流用的滑动变阻器有 a 0 10 b 0 100 c 0 1500 三种 可供选择的实验电路有如图所示的甲 乙两种 用螺旋测微器测金属丝的直径如下图所示 则 1 螺旋测微器的示数是 mm 2 为减小电阻的测量误差 应选用 图所示的电路 3 为了测量便于调节 应选用编号为 的滑动变阻器 4 电压表的量程应选用 v 5 电流表的量程应选用 a 解析 1 螺旋测微器的示数为0 5mm 30 6 0 01mm 0 806mm 2 被测金属丝的