2019-2020学年高中物理 第3章 恒定电流 第2节 电阻课件 鲁科版选修3-1

第3章恒定电流第2节电阻学习目标重点难点1.通过对影响电阻因素的探究，体会控制变量法和认识科学收集实验数据的重要性.2.知道电阻定律，并能进行有关的计算.3.理解电阻率的概念，了解电阻器在电路中的作用.探究影响导线电阻的因素，得出电阻定律.01课前自主梳理02课堂合作探究03素养拓展提升04课后巩固提升课时作业一、探究影响导线电阻的因素1．电阻：导线对电流的_____作用．2．电阻产生的原因：当电流通过导线时，自由电子不断与金属离子发生_____，会对自由电子定向移动造成_____．阻碍碰撞阻碍3．实验探究项目内容实验目的探究导体电阻与长度、横截面积、材料的关系实验电路实验方法__________法：在长度、横截面积，材料三个方面，在电路AB间分别有_____因素不同实验原理由R＝UI，在A、B间串联a1、a2，并联a1、a2，先后接入a1、a2、b1、b2分别算出电阻的相应值，从而推得电阻的影响因素4．实验结论：导线_____，横截面积越___，导线电阻越大，电阻大小与材料有关．控制变量一个越长小二、电阻定律1．内容：导体的电阻R跟导体的______成正比，跟导体的横截面积S成反比，还跟导体的______有关．2．公式：R＝_____．长度材料ρlS三、电阻率1．意义：反映材料__________的物理量，电阻率越小，材料的导电性能越强．2．单位：欧姆·米，符号：Ω·m.3．决定因素：电阻率由导体的_____和_____决定．4．变化规律：当温度升高时，金属材料的电阻率增加，若温度变化范围不大，ρ与t之间近似存在__________；绝缘体和半导体的电阻率_____，并且不是线性的．导电性能材料温度线性关系减小R＝UI与R＝ρlS有什么不同？提示：R＝UI是电阻的定义式，提供了一种测电阻的方法，但R与U、I无关；R＝ρlS是电阻的决定式，R与ρ、l、S有关．四、身边的电阻1．电位器：一种阻值_____的电阻，常用于收音机的_____调节或台灯的_____调节．2．标准电阻：阻值几乎不受_____的影响，常用合金材料制作．3．电阻温度计：阻值随_____变化较大，常用金属(如铜)制作．可变音量亮度温度温度对电阻定律的理解1．公式R＝ρlS中的l是沿电流的方向导体的长度，横截面积S是垂直电流方向的横截面．如图所示，一块长方体铜块，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c，横截面积为ab.2．公式R＝ρlS是电阻的决定式，R由ρ、l、S决定，与导体两端的电压U、电流I无关．[特别提醒]同一段导体拉伸或压缩形变时，其体积不变．[典例1]有一段粗细均匀的导线，电阻是4Ω，把它对折起来作为一条导线用，电阻是多大？如果把它均匀拉长到原来的两倍，电阻又是多大？()[思路点拨]理解公式R＝ρlS中各参量的物理意义．[尝试解答]由R＝ρlS知，当ρ不变时，电阻R随l、S而变化．由于导线的体积不变，因此：当对折起来后，l′＝l2，S′＝2S；当均匀拉长后，l″＝2l，S″＝12S.设导线的电阻率为ρ，原长为L，原横截面积为S，则R＝ρLS＝4Ω.当导线对折后，其长l′＝L2，横截面积S′＝2S，所以导线电阻R′＝ρL′S′＝ρ12L2S＝14R＝1Ω.当导线拉长后，其长l″＝2L，横截面积S″＝S2，所以导线电阻R″＝ρl″S″＝ρ2L12S＝4R＝16Ω.[答案]1Ω16Ω若温度不变，材料的电阻率也不变．对一段导体拉长后其体积不变．1．欧姆不仅发现了欧姆定律，还研究了电阻定律．有一个长方体金属电阻，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，其中电阻的阻值最小的是()解析：根据电阻定律R＝ρlS知，电阻的阻值最小的应该是横截面积最大、长度最短的，由abc，可判断A符合题意．答案：A对电阻率的理解1．物理含义：ρ是反映材料导电性能的物理量，是导体材料本身的属性，与导体的形状、大小无关．2．电阻率的大小：各种材料的电阻率在数值上等于用该材料做成的长1m、横截面积1m2的导体的电阻，由公式ρ＝RSl可计算ρ的大小．3．各种金属的电阻率中，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．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．金属材料的电阻率一般随温度升高而变大，半导体和绝缘体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，可制成热敏电阻．有些合金(如锰铜、镍铜)的电阻率几乎不受温度的影响，可用来制成标准电阻．当温度降低至绝对零度(－273℃)附近时，某些材料的电阻率突然减小到零而成为超导体．[特别提醒](1)电阻率可以用公式ρ＝RSl来计算，但是电阻率与导体长度l、横截面积S无关，只与导体的材料、温度有关．(2)电阻率是反映导体材料导电性能的物理量，电阻反映了导体对电流的阻碍作用的大小，因此应叙述为：导体材料的电阻率，导体的电阻．[典例2]关于材料的电阻率，下列说法正确的是()A．把一根长导线截成等长的三段，则每段的电阻率都是原来的13B．材料的电阻率随温度的升高而增大C．纯金属的电阻率较合金的电阻率小D．电阻率是反映材料导电性能好坏的物理量，电阻率越大的导体对电流的阻碍作用越大[思路点拨]导体材料的电阻率与导体材料本身及温度有关，电阻率大，电阻不一定大．[尝试解答]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，A错误；金属材料的电阻率随温度升高而增大，而半导体材料则相反，所以B错误；合金的电阻率比纯金属的电阻率大，电阻率大表明材料的导电性能差，不能表明对电流的阻碍作用一定大，因为电阻才是反映对电流阻碍作用大小的物理量，而电阻除跟电阻率有关外还跟导体的长度、横截面积有关，所以D错误，故选C.[答案]C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．由R＝ρlS可知，对给定的l和S，ρ越大，R也越大，对电流的阻碍作用也越大，所以ρ越大导电性能越差．2．下列关于电阻率的叙述，错误的是()A．当温度极低时，超导材料的电阻率会突然减小到零B．常用的导线是用电阻率较小的铝、铜材料做成的C．材料的电阻率取决于导体的电阻、横截面积和长度D．材料的电阻率随温度变化而变化解析：超导材料的特点就是当温度极低时，其电阻率会突然减小到零，所以A对；常用的导线一般使用铝和铜材料做成，所以B对；材料和电阻率是随温度的变化而变化的，与导体的电阻、横截面积和长度无关，所以C错，D对．答案：C电阻定律与欧姆定律的综合应用欧姆定律的变形式R＝UI是电阻的定义式，它给出了电阻的计算方法；R＝ρlS是电阻的决定式，在求解实际问题时，往往需要两个表达式结合电路图联合求解．[典例3]如图，AB和A′B′是长度均为l＝2km，1km电阻值为ρ＝1Ω的两根输电线，若发现在距离A和A′等远的两点C和C′间发生漏电，相当于在两点间连接了一个电阻．接入电动势为E＝90V、内阻不计的电源，当电源接在A、A′间时，测得B、B′间电压为UB＝72V；当电源接在B、B′间时，测得A、A′间电压为UA＝45V．由此可知A与C相距多远？[思路点拨]由电阻定律R＝ρlS知，在电阻率和导体横截面积一定的情况下，电阻跟长度成正比，如果求出C点到A点的电阻和到B点的电阻的比值，即可求出距离AC和BC.[规范解答]在测量过程中的等效电路如上图，当电源接在A、A′间时，可以认为电流仅在回路A′C′CA中流，此时UB＝72V等于漏电阻R上的电压．设AC和BC间每根输电线的电阻为RAC和RBC，则有UBE＝R2RAC＋R，同理，当电源接在B、B′间时，则有UAE＝R2RBC＋R解得RAC＝RBC/4由电阻定律R＝ρlS∝l，可得A、C间相距为lAC＝l/5＝0.4km.[答案]0.4km电路问题一定要画出等效电路图，明确电路的概念，以及电压和电阻的对应关系．对同一导体，电阻不随导体两端的电压、电流的变化而变化，当导体长度、横截面积改变时，须考虑导体的电阻是否变化．3．如图所示，相距40km的A、B两地架两条输电线，电阻共为800Ω.如果在A、B间的某处发生短路，这时接在A处的电压表示数为10V，电流表示数为40mA.求发生短路处距A有多远？解析：A与短路处的距离，可以认为等于A与短路处单根导线的长度．如果能够求得A与短路处单根导线的电阻，就可以由电阻定律求出导线的长度，也就求出了短路处到A端的距离．A、B间距离l＝40km，导线总长2l，总电阻R＝800Ω.设A与短路处距离为x，导线总长为2x，总电阻为Rx.由欧姆定律：Rx＝UI＝1040×10－3Ω＝250Ω.由电阻定律：R＝ρ2lS，Rx＝ρ2xS，得：x＝RxRl＝250800×40km＝12.5km.即短路处距A端12.5km.答案：12.5km用一个标有“12V，24W”的灯泡做实验，测得灯丝电阻随灯泡两端电压变化图线如图所示，求：(1)设灯丝电阻与绝对温度成正比，室温为300K，求正常发光条件下灯丝的温度．(2)当合上开关后，需要0.5s灯泡才能达到正常亮度，为什么这时电流比开始时小？计算电流的最大值．[思路点拨]灯丝的电阻随温度升高而增大．[规范解答](1)室温T1＝300K时，灯丝电阻R1＝1Ω，正常发光时灯丝电阻R2＝8Ω，则R1R2＝T1T2，得T2＝2400K(2127℃)．(2)刚合上开关时，灯未正常发光，灯丝温度低，电阻小，电流大，灯正常亮度时温度高，灯丝电阻大，电流小，Im＝UR＝121A＝12A.[答案](1)2400K(2)温度高电阻大12A1.实验时开始灯丝电流较小，温度较低，电阻变化很小．随着电流增大，灯丝温度升高很快，灯丝电阻增大较快，灯泡正常发光后，随灯丝散热，灯丝温度几乎不变，电阻变化较小．2．灯丝正常发光时温度很高与不发光时电阻相差很大．[随堂训练]1．导体的电阻是导体本身的一种性质，对于同种材料的导体，下列说法正确的是()A．横截面积一定，电阻与导体的长度成正比B．长度一定，电阻与导体的横截面积成正比C．电压一定，电阻与通过导体的电流成正比D．电流一定，电阻与导体两端的电压成反比解析：由R＝ρlS可知，在横截面积S一定时，电阻R与长度l成正比，长度l一定时，电阻R与横截面积S成反比，故A正确，B错误；R＝UI是电阻的定义式，提供了一种测电阻的方法，但电阻R与电压U、电流I无关，故C、D均错误．答案：A2．关于电阻率的说法正确的是()A．电阻率与导体的长度有关B．电阻率与导体的材料有关C．电阻率与导体的形状有关D．电阻率与导体的横截面积有关解析：导体的电阻率由导体材料本身的性质决定，与导体的长度、形状、横截面积均无关，故A、C、D错，B项正确．答案：B3．(多选)一根粗细均匀的金属导线，在其两端加上电压U时，通过导线的电流为I，导线中自由电子定向移动的平均速率为v，若将导线均匀拉长，使它的横截面半径变为原来的12，再给它两端加上电压2U，则()A．通过导线的电流为I8B．通过导线的电流为I16C．导线中自由电子定向移动的速率为v4D．导线中自由电子定向移动的速率为v2解析：将导线均匀拉长，使其横截面半径变为原来的12，横截面积变为原来的14，导线长度变为原来的4倍，金属丝电阻率不变，由电阻定律R＝ρLS可知，导线电阻变为原来的16倍；电压变为2U，由欧姆定律I＝UR可知，电流变为原来的18，故A正确，B错误．电流I变为原来的18，横截面积变为原来的14，单位体积中自由移动的电子数n不变，每个电子所带的电荷量e不变，由电流的微观表达式I＝nevS可知，电子定向移动的速率变为原来的12，故C错误，D正确．答案：AD4．如图所示，A、B、C、D是滑动变阻器的四个接线柱，现把此变阻器串联接入电路中，并要求滑片P向接线柱C移动时电路中的电流减小，则接入电路的接线柱可以是()A．A和BB．A和CC．B和CD．A和D解析：由题意知，滑动滑片时使接入电路中的电阻变大，判断B、C或B、D接线柱接入电路．答案：C5．如图所示，一只鸟站在一条通电的铝质裸导线上，已知导线的横截面积为18