中职物理（通用类）高教版（2023）4.1 电阻定律 同步课件(共26张PPT)

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第一节电阻定律

该怎样选择合适的导线呢？

主要内容

电阻定律

超导现象

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PART01

电阻定律

一、电阻定律

要形成电流，必须有能够自由移动的电荷——自由电荷。金属中的自由电子，电解质溶液（酸、碱、盐的水溶液）中的正、负离子，都是自由电荷。

我们在初中学过，电荷的定向移动形成电流，它也是一种物理模型。

在什么条件下，自由电荷才能发生定向移动呢？

当金属导体两端没有电压时，导体中大量的自由电子不停地做无规则的热运动，如下图所示，此时导体中没有电流。

一、电阻定律

把金属导体的两端分别接到电源的两极上，导体中的自由电子在电场力的作用下发生定向移动，形成电流，如下图所示。

一、电阻定律

一、电阻定律

电流有强弱之分，通过导体横截面的电荷量q跟通过这些电荷量所用时间t的比值，称为电流。电流用I表示，则

导体中的电流可以是正电荷的定向移动，也可以是负电荷的定向移动，还可以是正、负电荷沿相反方向的定向移动。习惯上规定：正电荷定向移动的方向为电流的方向。

一、电阻定律

而对于不同的导体，电压和电流的比值一般是不同的。比值越大，表明导体在同一电压下通过的电流越小。这个比值反映了导体对电流的阻碍作用，称为导体的电阻，用R表示，则

德国物理学家欧姆通过实验归纳出：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比。

一、电阻定律

导体中的电流I与导体两端的电压U成正比，与导体的电阻R成反比。这就是部分电路欧姆定律。用公式表示为

实验表明，除金属外，部分电路欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如荧光灯管中的气体）、某些导电器件（如晶体管）和某些用电器（如电动机、电解槽等）并不适用。

【活动与探究】探究电阻定律

一、电阻定律

发现问题：导体电阻的大小与导体本身哪些因素有关？有什么关系？

提出假设：导体电阻的大小与导体的长度、横截面积和材料等因素有关。

一、电阻定律

设计方案：由于导体的电阻受多种因素的影响，因此要采取控制变量法来研究电阻与以上每一种因素的关系。这就需要将金属导体接入电路，用电压表测量其两端电压，用电流表测量通过其电流，再利用部分电路欧姆定律即可计算出它的电阻值。最后将各金属导体的电阻值进行比较，验证上面的假设。

一、电阻定律

收集证据：准备a、b、c、d四根金属导体（a与b的横截面积和材料相同，a的长度为b的1/2；b与c的长度和材料相同，b的直径为c的1/2；c与d的长度和横截面积相同，材料不同）。

按照右图所示的电路图连接电路，在图中的A、B之间分别接入a、b、c、d。调节滑动变阻器，保持导线两端的电压相同，分别测出相应的电流。

按照根据部分电路欧姆定律，利用R计算出各导体的电阻值。

Ra=Ω；Rb=Ω；Rc=Ω；Rd=Ω。

一、电阻定律

结果验证：

（1）比较导体a、b的电阻之比与长度之比，可归纳出导体电阻的大小与其长度有关，且成比（填“正”或“反”）。

（2）比较导体b、c的电阻之比与横截面积之比，可归纳出导体电阻的大小与其横截面积有关，且成比（填“正”或“反”）。

（3）比较导体c、d的电阻值，可归纳出导体的电阻与导体材料

关（填“有”或“无”）。

一、电阻定律

交流反思：与同学讨论，尝试从微观角度解释导体的电阻为什么与以上因素存在相应的关系。

与同学交流，导体的电阻还可能与其他哪些因素存在关系？该如何设计实验进行验证？

人们通过大量实验归纳出，导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比。这就是电阻定律。

一、电阻定律

式中的比例常量ρ跟导体的材料有关，是一个反映材料导电性能的物理量，称为材料的电阻率，它的国际单位制单位是Ω·m（欧·米）。

写成公式，则有

一、电阻定律

材料ρ/（Ω·m）材料ρ/（Ω·m）

银铜铝钨铁1.6×10－81.7×10－82.9×10－85.3×10－81.0×10－7锰铜合金康铜合金镍铬合金电木橡胶4.4×10－7

5.0×10－7

1.0×10－6

1010～1014

1013～1016

几种常用材料在20℃时的电阻率

一、电阻定律

从表中可以看出，金属和合金的电阻率都很小；而电木、橡胶的电阻率都很大。使用时，可以根据需要，参照电阻率表选取合适的材料。

例如，在输电、用电线路中，为了减小电阻就要选用铜、铝等材料作导线；电炉、滑动变阻器等的电阻丝要选用电阻率稍大的合金材料制作；在用电器和电工工具的绝缘部分，又要选用电阻率超大的电木、橡胶等材料制作。

我们在给空调装配专用导线时，由于空调的功率较大，工作电流也较大，因此应选择电阻较小的粗铜导线。

一、电阻定律

各种材料的电阻率都要受温度变化的影响。纯金属（如铂、金、铜、镍等）的电阻率随温度的升高而增大，利用这种特性可制成电阻温度计（右图）。电阻温度计测量范围广，测量精度高。

一、电阻定律

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PART01

超导现象

物体运动超导体具有很强的抗磁性，当一个小的永磁体降落到超导体表面附近时，在永磁体与超导体间会产生排斥力，使永磁体悬浮于超导体上，如右图所示。

1911年，荷兰科学家昂内斯用液氦冷却水银，当温度下降到4.2K时发现水银的电阻变为零，这种现象称为超导现象。能够发生超导现象的物质称为超导体。

二、超导现象

超导材料由正常状态转变为超导状态的温度，称为超导材料的临界温度。目前发现的超导材料的临界温度都很低，科学家们仍在努力寻找高温超导材料，即在室温下就能工作的超导材料，以便得到更广泛的应用。

二、超导现象

我国在超导材料领域的探索及研究一直处于世界先进水平。1989年，我国已研制成临界温度为132.2K的超导体。在2023年度国家科技奖励大会上，以中国科学院物理研究所赵忠贤院士为代表的团队，由于在超导材料方面的突出贡献而获得了国家最高科学技术奖。

我们应该关注科学家在前沿科技领域取得的新进展、新动态，尤其是我国在科学技术上所取得的新成果、新成就，感悟科学家为中华民族谋复兴的初心和使命，树立正确的人生观和价值观，坚定为实现中华民族伟大复兴而奋斗的信念，具有科学态度和社会责任感。

【行为与责任】

二、超导现象

超导的应用具有十分诱人的前景。超导的应用大致可分为三类：大电流应用、电子学应用和抗磁性应用。

大电流应用即超导发电、输电和储能等；电子学应用包括超导计算机、超导天线、超导微波器件等；抗磁性主要应用于磁悬浮列车和热核聚变反应堆等。

【应用与拓展】超导的应用前景

二、超导现象

超导发电机在电力领域，利用超导线圈可以将发电机的磁感应强度提高到5~6T，并且几乎没有能量损失，这种发电机便是交流超导发电机。超导发电机的单机发电容量比常规发电机提高5~10倍，达1×1010W，而体积却减小1/2，整机重量减轻1/3，发电效率提高50％。

超导输电线路超导材料还可以用于制作超导电线和超导变压器，从而把电力几乎无损耗地输送给用户。据统计，目前的铜或铝导线输电，约有15%的电能损耗在输电线路上，仅在我国，每年的电力损失达1000多亿度。若改为超导输电，节省的电能相当于新建一个三峡水电站。

超导计算机高速计算机要求集成电路芯片上的元件和连接线密集排列，但密集排列的电路在工作时会产生大量的热，而散热是超大规模集成电路面临