新教材粤教版必修第三册-第三章-第二节-决定导体电阻大小的因素-课件(68张)

1、第二节决定导体电阻大小的因素 一、电阻定律电阻定律:(1)内容:在一定_下,均匀导体的电阻R与它的长度l成_,与它的横截面积S成_。(2)公式:R= 。(3)为比例常量,反映_对导体电阻的影响。必备知识自主学习温度正比反比材料二、电阻率1.物理意义:反映了材料导电性能的好坏,电阻率越_,表示这种材料的导电性能越好。2.决定因素:导体的材料和_。3.单位:、m。4.金属的电阻率:随温度的升高而_。小温度增大【易错辨析】(1)根据R= 知,导体的电阻由U和I共同决定。( )(2)电阻率与导体的长度l和横截面积S有关。 ( )(3)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。

2、( )(4)电阻率大的导体,电阻一定很大。 ( )(5)有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成标准电阻。( )关键能力合作学习知识点一电阻决定式R= 的应用1.R= 中、l、S的含义:(1)表示导体材料的电阻率,与材料和温度有关。(2)l表示沿电流方向导体的长度。(3)S表示垂直于电流方向导体的横截面积。2.电阻定义式R= 和决定式R= 的区别与联系: 区别是电阻的定义式,电阻本身与电压、电流无关是电阻的决定式,电阻的大小由导体的电阻率、横截面积、长度共同决定提供了一种测R的方法:只要测出U、I就可求出R提供了一种测导体的电阻率的方法:只要测出R、l、S就可求出适用于纯电阻元件适用

3、于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体联系R= 是对R= 的进一步说明,即导体的电阻与U和I无关,而是取决于导体本身的电阻率、长度和横截面积【问题探究】如图为一块长方体铁块,若通过的电流为I1,则铁块的电阻R1多大?若通过的电流为I2,则铁块的电阻R2又是多大?提示:R1= ;R2= 【典例示范】【典例】在边长为a、厚度为h的导体中,通以图示方向的电流,导体的电阻为R1,现将其四等分,取其中之一通以图示方向的电流,其电阻为R2,则R1R2为() A.41B.11C.12D.21【解析】选B。电阻R1= ;电阻R2= ,则R1R2=11,故选项B正确。【规律方法】应用R= 解题的技巧(

4、1)明确导体的形状改变后,电阻率不会发生变化。(2)导体的形状改变后,体积不变,由V=l1S1=l2S2确定l2与l1、S2与S1的关系。(3)由R= 确定电阻关系。【素养训练】1.有甲、乙两根材料不同、长度和横截面积都相同的金属丝,在温度一定的情况下,甲金属丝的电阻率是乙金属丝电阻率的2倍。以下有关它们电阻值的说法正确的是()A.甲、乙两根金属丝的电阻值相等B.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍C.乙金属丝的电阻值是甲金属丝电阻值的2倍D.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的4倍【解析】选B。由电阻定律公式R= 可以知道,长度和横截面积都相同的金属丝,电阻与电阻率成正比,因为甲金属丝的电阻

5、率是乙金属丝电阻率的2倍,所以甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍,故选项B正确,A、C、D错误。2.一段粗细均匀的镍铬丝,横截面的直径是d,电阻是R,把它拉制成直径为 的均匀细丝后,它的电阻变为()A. B.9RC. D.81R【解析】选D。横截面直径为d的镍铬丝拉制成直径为 的均匀细丝后,根据截面积公式:S= d2可知,横截面积变为原来的 ,镍铬丝的体积不变,则长度变为原来的9倍;由R= ,分析可知电阻变为原来的81倍,即为81R,故选项D正确,A、B、C错误。知识点二电阻R和电阻率的比较电阻R电阻率物理意义反映导体对电流的阻碍作用大小,R大,阻碍作用大反映材料导电性能的好坏,大,导电性

6、能差决定因素由导体的材料、长度和横截面积决定由导体的材料、温度决定,与导体的形状无关单位欧姆()欧姆米(m)联系大,R不一定大,导体对电流阻碍作用不一定大;R大,不一定大,导电性能不一定差【典例示范】【典例】关于导体的电阻及电阻率的说法中,正确的是()A.导体对电流的阻碍作用叫作导体的电阻,因此,只有导体有电流通过时才具有电阻B.由R= 可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比C.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二分之一D.某些金属、合金和化合物的电阻率随温度降低会突然减小为零 【解析】选D。导体的电阻率由材料本身性质决定,并随温度变化而变化,导体的电

7、阻与长度、横截面积有关,与导体两端电压及导体中电流大小无关,A、B、C错;电阻率反映材料的导电性能,电阻率常与温度有关,存在超导现象,D对。【素养训练】1.(2020汕头高二检测)2019年3月19日,复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料,据介绍该材料的电导率是石墨烯的1 000倍。电导率就是电阻率的倒数,即= 。下列说法正确的是 ()A.电导率的单位是 B.材料的电导率与材料的形状有关C.材料的电导率越小,其导电性能越强D.电导率大小与温度无关【解析】选A。根据R= ,则= ,所以电导率的单位是 故A正确;材料的电导率与材料的形状无关,故B错误;材料的电导率越小,

8、电阻率越大,则其导电性能越弱,故C错误;导体的电阻率与温度有关,则电导率大小与温度有关,故D错误。2.(多选)关于电阻率= ,下列说法中正确的是()A.与导体的长度l成反比,与导体的电阻R和横截面积S成正比B.与导体的材料有关C.合金的电阻率较小,纯金属的电阻率较大D.温度升高时,金属导体的电阻率增大 【解析】选B、D。电阻率反映材料导电性能的强弱,与材料、温度等有关,温度升高时,金属导体的电阻率增大,与导体的长度、导体的电阻、横截面积无关,故B、D正确,A错误;合金的电阻率较大,纯金属的电阻率较小,C错误。【拓展例题】考查内容:电解质溶液电阻率的测量【典例】如图甲为一测量电解质溶液电阻率的玻

9、璃容器,P、Q为电极,设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解质溶液时,且P、Q加上电压后,其U-I图像如图乙所示,当U=10 V时,求电解质溶液的电阻率。【解析】由题图乙可求得电解质溶液的电阻R= =2 000 ,由题图甲可知电解质溶液长l=a=1 m,它的横截面积S=bc=0.02 m2,由R= 得= m=40 m。答案:40 m情境模型素养【生活情境】电缆是生产生活中常用到的电路连接材料,企业如果没有严格的检验标准,生产出不合格电缆,容易对用户造成巨大财产损失。如图为某企业生产的劣质电缆,它的铜丝直径只有国家合格电缆的一半。探究:若长度相同,则不合格电缆的电阻为合格

10、电缆的多少倍?【解析】若长度相同,劣质电缆的铜丝直径只有国家合格电缆的一半,根据:R= ,可知不合格电缆的电阻为合格电缆的4倍。答案:见解析【生产情境】2019年5月23日,国之重器:时速600公里高速磁悬浮试验样车在青岛下线。磁悬浮列车是利用高温超导技术制成的。高温超导体通常是指在液氮温度(77 K)以上超导的材料。目前,科学家们已在 250 K(-23 )温度下实现了氢化镧的超导性。这项成果使我们真正意义上接近了室温超导。探究:超导体中一旦有了电流,还需要电源来维持吗?【解析】由于超导体电阻为0,超导体中一旦有了电流,就不需要电源来维持了。答案:见解析课堂检测素养达标1.两根同种材料制成的

11、导线,质量之比为21,长度之比为31,则它们的电阻之比为()A.14B.41C.92D.29【解析】选C。两个同种材料制成的导线,质量之比为21,则它们的体积之比是21,长度之比为31,则横截面积之比: 根据电阻的计算公式:R= ,得: 所以C正确。2.如图所示电路中,a、b两点与一个稳压直流电源相接,当滑动变阻器的滑片P向d端移动一段距离时,哪一个电路中的电流表读数会变小()【解析】选B。选项A、C、D中,滑动变阻器连入电路中的有效部分为滑片P右侧部分,当滑动变阻器的滑片P向d端移动时,滑动变阻器阻值减小,由欧姆定律I= 可知,电路中的电流将增大,电流表读数会变大;而选项B中,滑动变阻器连入

12、电路中的有效部分为滑片P左侧部分,当滑动变阻器的滑片P向d端移动时,滑动变阻器阻值增大,电路中的电流将会减小,电流表读数会变小,选项B正确。3.有一个长方体型的金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且abc。电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻值最小的是()【解析】选A。由电阻的决定式可知,A中电阻RA= ;B中电阻RB= ;C中电阻RC= ;D中电阻RD= ,故电阻最小的为A。4.(2020广州高一检测)白炽灯的灯丝由钨丝制成,当灯丝烧断后脱落一段,剩余灯丝刚好能搭接上使用,若灯泡完好时阻值为12 ,观察搭接起来的灯丝长度大约为原来的 ,则现在灯泡的电阻约为()A.9 B.16 C

13、.12 D.无法计算【解析】选A。由电阻定律知,灯丝长度减为原来的 ,电阻变为原来的 ,则现在灯泡的电阻约为9 ,故A正确。【加固训练】一根粗细均匀的电阻丝截成长度相等的三段,再将它们并联起来,测得阻值为3 ,则此电阻丝原来的阻值为()A.9 B.8 C.27 D.3 【解析】选C。一根粗细均匀,电阻值为R的电阻丝截成长度相等的三段,则长度变为原来的 ,再把得到的三段并联起来使用,横截面积变为原来的3倍,根据电阻定律R= ,阻值变为原来的 ,故 =3 。解得R=27 ,故C项正确,A、B、D项错误。5.工业上采用一种称为“电导仪”的仪器测量液体的电阻率,其中一个关键部件如图所示,A、B是两片面

14、积均为1 cm2的正方形铂片,间距为d=1 cm,把它们浸在待测液体中,若通过两根引线加上U=6 V的电压时,测出电流I=1 A,则这种液体的电阻率为多少?【解析】R= =6106 由题意知l=d=10-2 m,S=10-4 m2由R= 得= m=6104 m。答案:6104 m课时素养评价九决定导体电阻大小的因素【合格性考试】(25分钟60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.根据公式R= 可以导出电阻率的表达式= ,对温度一定的某种金属导线来说,它的电阻率()A.跟导线的电阻R成正比B.跟导线的横截面积S成正比C.跟导线的长度L成反比D.只由导线材料的性质决定【解析】选D。

15、电阻率的大小由材料的性质决定,与电阻的大小、导线的长度、横截面积无关,故选项D正确,A、B、C错误。2.下列说法中正确的是()A.根据R= 可知,当通过导体的电流不变,加在电阻两端的电压变为原来的2倍时,导体的电阻也变为原来的2倍B.根据R= 可知,通过导体的电流改变,加在电阻两端的电压也改变,但导体的电阻不变C.根据= 可知,导体的电阻率与导体的电阻和横截面积的乘积RS成正比,与导体的长度l成反比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有关 【解析】选B。导体的电阻是由导体本身的性质决定的,其决定式为R= ,而R= 为电阻的定义式,所以选项A是错误的,选项B是正确的;而= 仅

16、是导体电阻率的定义式,电阻率与式中的各物理量间都无关,所以选项C是错误的,选项D是错误的。3.神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘和无髓鞘两大类,现代生物学认为,髓鞘是由多层类脂物质髓质累积而成的,具有很大的电阻,经实验测得髓质的电阻率为=8106 m。某生物体中的某段髓质神经纤维可看作高20 cm、半径为4 cm的圆柱体,当在其两端加上电压U=100 V时,该神经开始发生反应,则引起该神经纤维产生感觉的最小电流为()A.0.31 AB.0.62 AC.0.15 AD.0.43 A【解析】选A。由R= ,可知R=3.18108 ,所以I= 0.31 A,A正确。4.A、B是两根长度相同、质量相同而

17、材料不同的金属导线,已知A的密度比B的大,A的电阻率比B的小,则A、B两根导线的电阻的大小关系为()A.RARBB.RARBC.RA=RBD.无法判断【解析】选D。质量相等,A的密度比B的大,则A的体积比B的小,而长度相等,故A的横截面积比B的小。由电阻定律R= ,A的电阻率比B的小,但A的横截面积也比B的小,故无法确定A、B两根导线的电阻的大小关系。选项D正确。5.某同学想探究导电溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律。她拿了一段细橡胶管,里面灌满了盐水,两端用粗铜丝塞住管口,形成一段封闭的盐水柱,并测得盐水柱的电阻为R。现握住橡胶管的两端把它均匀拉长到原长的2倍,如果溶液的电阻随长度、横截面

18、积的变化规律与金属导体相同,此时盐水柱的电阻应该等于()A.8RB.4RC.2RD. 【解析】选B。溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同,所以R= ,拉长后R= ,由于LS=LS,联立解得:R=4R,故B正确。【加固训练】某研究性学习小组描绘了三种电学元件的伏安特性曲线,如图所示,下列判断中正确的是()A.图甲反映该电学元件的导电性能随电压的增大而增强B.图乙反映该电学元件的导电性能随温度的升高而增强C.图丙反映该电学元件加正向电压和反向电压时导电性能一样D.图丙反映该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流才急剧变大【解析】选D。由图甲可知随着电压增加图线斜率

19、不变,即该元件电阻阻值的倒数不变,阻值不变,导电性能不变,故A错误;由图乙可知随着电压增加图线斜率变小,该元件电阻阻值的倒数变小,阻值增加,导电性能随电压的增大而减弱,但不能说明和温度的变化情况,故B错误;由图丙可知加正向电压和反向电压时图线关于原点不对称,因为横坐标不一样,故导电性能不一样,故C错误;根据图丙可知该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流才急剧变大,故D正确。6.如图所示,a、b、c为不同材料做成的电阻,b与a的长度相等,横截面积是a的两倍;c与a的横截面积相等,长度是a的两倍。当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是U1U2U3=112。关于这三种材料的电

20、阻率a、b、c,下列说法中正确的是()A.a是b的2倍B.a是c的2倍C.b是c的2倍D.c是a的2倍【解析】选C。设a的长度为L,横截面积为S,因为R= ,而R= ,所以 =1,故b=2a,选项A错误;同理 所以 ,故a=c,故选项B、D错误;由上述可知b=2c,故选项C正确。二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7. (12分)两根材料相同的均匀导线A和B,其长度分别为L和2L,串联在电路中时沿长度方向电势的变化如图所示,则A和B导线的横截面积之比为?【解析】由图像可知两导线电压降分别为UA=6 V,UB=4 V;由于它们串联,则3RB=

21、2RA;由电阻定律可知 答案: 8. (12分)如图所示,两段长度和材料都完全相同的导线ab、bc,横截面积之比为14,串联后加上电压U。求:(1)ab、bc两段导线内自由电子定向运动速率之比;(2)两段导线两端电压之比。【解析】(1)因两段导线串联,故电流相等;又因同种材料,单位体积内自由电子数也相等,由I=neSv可得: =4;即ab、bc两段导线内自由电子定向运动速率之比为41;(2)两段长度和材料都完全相同的导线ab、bc电阻率相同,故根据R= 可得:两段导线电阻之比 =4;故根据欧姆定律,由串联电路电流相等可得: =4,即两段导线两端电压之比为41。答案:(1)41(2)41【选择性

22、考试】(15分钟40分)9.(6分)一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住管口。管中盐水柱长为40 cm时测得电阻为R,若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同,则将管中盐水柱均匀拉长到50 cm(盐水体积不变,仍充满橡胶管),盐水柱电阻变为()【解析】选D。由于总体积不变,设40 cm长时的横截面积为S。所以长度变为50 cm后,横截面积S= ,电阻R= ,可知 ,解得R= R,故选项D正确。【加固训练】如图所示, P是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管,直径为D,其镀膜的长度为L,镀膜的厚度为d。管两端有导电金属箍M、N。现把它接入电路中,测得M、N两端电压为U,通过它的电流为I。则镀膜材料的电阻率为 ()【解析】选C。根据部分电路欧姆定律I= ,得R= ,又根据电阻定律R= ,其中S=Dd,解得= ,选项C正确。10.(6分) (多选)温度能明显地影响金属导体和半导体材料的导电性能,在如图所示的图像中分别为某金属和某半导体的电阻随温度变化的关系曲线,则 ()A.图线1反映半导体材料的电阻随温度的变化B.图线2反映金属导体的电阻随