2019-2020学年高中物理 第2章 电路 第1节 探究决定导线电阻的因素课件 粤教版选修3-1

在上章学习了场强、电势、电势差(电压)、静电力做功的基础上，本章分析和研究直流电路的基本规律．在学习中要重点掌握七个概念、四个定律、两个电路、四个实验．七个概念：电动势、电流、电阻、电功、电功率、电热、热功率．四个定律：欧姆定律、电阻定律、焦耳定律、闭合电路欧姆定律．两个电路：串联电路和并联电路．四个实验：描绘小灯泡的伏安特性曲线、测量金属丝的电阻率、练习使用多用电表、测量电池的电动势和内阻．1．用类比法理解抽象概念在电流的形成和电动势的学习中，要用类比法进行理解．2．用能量守恒定律分析问题能量守恒定律是物理学的重要定律，在电功、电热、功率的学习中充分体会能量守恒定律的作用和地位．3．用程序法分析动态电路在处理闭合电路的动态分析问题时要抓住电路变化的主线，首先找到引起整个电路变化的根源，先从总体分析电路的电阻、电流变化，然后依次分析由于这种变化造成的各个支路上的变化．4．电学实验以课本为依据进行拓展在探究实验中应掌握各种仪器的原理、使用方法、注意事项才能以不变应万变．第一节探究决定导线电阻的因素1．人们在干燥的冬天脱衣服时，有时会看到火花四溅，并伴有“噼啪”声，这是因为()A．衣服由于摩擦而产生了静电B．人体本身是带电体C．空气带电，在衣服上放电所致D．以上说法均不正确【答案】A2．(2019·益阳期末)如图所示，导体在电场中处于静电平衡状态，下列说法正确的是()A．内部电荷量一定为零B．内部各点的场强一定为零C．内部各点的电势一定为零D．导体上带正电部分的电势一定高于带负电部分的电势【解析】处于静电平衡状态的导体内部的电荷量不一定为0，A错误；导体在电场中，出现静电感应现象，导致电荷重新分布，因此在导体内部出现感应电荷的电场，正好与外部的电场叠加，内部电场强度处处为零，B正确；处于静电平衡的导体，是等势体，但电势不一定为0，与零电势点的选取有关，C、D错误．一、电阻定律的实验探究1．实验方法(1)测金属丝直径：取一段紧密缠绕的电炉丝，用刻度尺测出它的宽度，除以圈数，计算出电炉丝的______．(2)测金属丝的长度l：把电炉丝拉直，用刻度尺量出其长度l．直径(3)测金属丝的电阻：按图所示连接电路，闭合开关，测出电炉丝两端的电压和通过的电流，根据欧姆定律算出电炉丝的电阻，移动滑动变阻器的触头，多测几组数据，求出电阻R的______值．平均2．实验探究(控制变量)(1)在材料相同、粗细相同的情况下，导体的电阻与导体的长度成______．(2)在材料相同、长度相同的情况下，导体的电阻与导体的横截面积成__________．(3)对于同种导体，材料电阻率相同，对不同种导体，材料电阻率不同，说明导体的电阻与__________．正比反比材料有关二、电阻定律1．内容：均匀导体的电阻R跟它的长度l成______，跟它的横截面积S成______．2．公式：__________．3．适用条件：温度一定，粗细均匀的__________或浓度均匀的____________．正比反比R＝ρlS金属导体电解质溶液三、电阻率1．物理意义：电阻率ρ是反映导体材料导电性能的物理量，是导体材料本身的______，与导体的形状、大小______，它的单位是________，国际符号是______．2．计算公式：ρ＝________．属性无关欧姆·米Ω·mRSl3．电阻率与温度的关系：各种材料的电阻率都随温度而变化，金属的电阻率随温度升高而______(可用于制造电阻温度计)；半导体和绝缘体的电阻率随温度的升高而______(半导体的电阻率随温度变化较大，常用于制作热敏电阻)；有些合金如锰铜、康铜的电阻率几乎不受__________的影响(可用来制作标准电阻)．4．超导现象：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率_______________的现象．增大减小温度变化突然减小到零有时家中的白炽灯的灯丝断了，恰好又没有新的可换，轻轻摇晃灯泡，断了的灯丝有时还会搭上，当把灯泡重新接入电路时，会发现灯泡比原来更亮了，为什么呢？【答案】灯泡搭接起来后，长度变短，电阻变小，功率变大，所以变亮了．电阻定律一、实验探究1．实验原理：根据欧姆定律R＝UI，通过电压表测导线两端的电压，电流表测导线中的电流，来计算导线的电阻R．2．控制变量法：在材料、长度和横截面积三项中，保持任意两项相同，比较另一项变化时与电阻的关系．【特别提醒】电流表测量流过导线的电流，故应串联在电路中，电压表测量导线两端的电压，因此应与待测导线并联．但由于待测导线电阻值不是很大，为减小测量误差，应采用电流表外接法，如果电流表内接，由于其阻值与待测电阻很接近，这样测出的电阻应为电流表内阻与导线电阻之和，将产生较大的误差．3．实验过程：见教材第37页．4．实验结论：(1)保持导线的材料和横截面积不变，导线的电阻R与导线长度l满足：R∝l．(2)保持导线材料和长度不变，导线的电阻R与横截面积S满足：R∝1S．(3)保持导线的长度和横截面积不变，导线的电阻与导线的材料有关．二、导体的电阻1．定义公式：R＝UI．2．物理意义：反映导体对电流阻碍作用的大小．【特别提醒】(1)导体对电流的阻碍作用，是由于自由电荷在导体中做定向移动时，跟导体中的金属正离子或原子相碰撞发生的．(2)电流流经导体时，导体两端出现电压降，同时将电能转化为内能．(3)R＝UI提供了测量电阻大小的方法，但导体对电流的这种阻碍作用是由导体本身的性质决定的，与所加的电压、通过的电流均无关系，决不能错误地认为“导体的电阻与导体两端的电压成正比，与电流成反比”．(4)对R＝UI，因U与I成正比，所以R＝ΔUΔI．3．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)构造：如图所示，A、B是绕在绝缘筒上的电阻丝的两个端点，电阻丝间相互绝缘，C、D是金属杆的两个端点，电阻上能够与滑片P接触的地方，绝缘漆已被刮去，使滑片P能够把金属杆与电阻丝连接起来．(3)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(C)及B与C(D)，即“一上一下”；要使滑动变阻器起分压作用，要将AB全部接入电路，另外再选择A与C(D)及B与C(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．三、电阻定律1．公式R＝ρlS为导体电阻大小的决定式，表明导体电阻由导体本身因素(电阻率ρ、长度l、横截面积S)决定，与其他因素无关．由此可更加明确电阻的定义式R＝UI中R与U、I无关这一点，使我们对比值定义法定义物理量有了更深刻的认识．2．电阻定律只适用于金属导体和浓度均匀的电解液．3．只能在某一特定温度下应用电阻定律计算电阻，温度变化时不能应用，因为电阻率是随温度的变化而变化的．4．同一段导体在拉伸或压缩等形变中，其长度和横截面积都会发生相应的变化，但是总体积不变．白炽灯等纯电阻电路，通电时温度会升高，电阻会发生相应的变化，这些电路的电阻指正常工作时的电阻．四、公式R＝UI与R＝ρlS的比较R＝UIR＝ρlSR＝UI是电阻的定义式，其电阻并不随电压、电流的变化而变化，只是可由该式算出电路中的电阻R＝ρlS是电阻的决定式，其电阻的大小由导体的材料、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ρ的方法：只要测出R、l、S就可求出ρ任何导体都适用金属导体或浓度均匀的电解液适用例1某同学想要了解导线在质量相同时，电阻与横截面积的关系，选取了材料相同、质量相等的5卷导线，进行了如下实验：(1)该同学经实验测量及相关计算得到如下数据：电阻R/Ω121.050.023.910.03.1导线直径d/mm0.8010.9991.2011.4941.998导线横截面积S/mm20.5040.7841.1331.7533.135请你根据以上数据判断，该种导线的电阻R与横截面积S是否满足反比关系？(若满足反比关系，请说明理由；若不满足，请写出R与S应满足的关系)(2)若导线的电阻率ρ＝5.1×10－7Ω·m，则表中阻值为3.1Ω的导线长度l＝________m(结果保留两位有效数字)．解析：该题是电阻定律的一个变形考查．电阻定律是研究电阻和导线长度、横截面积之间的关系，采用的方法是控制变量法．该题虽然是考查同质量的导线的电阻和横截面积的关系，仍然可以采用控制变量法进行求解．根据图表中所给的数据，通过计算发现电阻和导线的横截面积不成反比．要想找出电阻和横截面积之间的关系，需要进一步观察图表，电阻减小，横截面积增加，通过上面一问的求解发现没有反比关系，可以猜想电阻和导线的横截面积的平方成反比，通过计算即可验证．由于质量相同、材料相同，导线的体积V相同，故R＝ρlS＝ρVS2，可知ρ与S2成反比．答案：(1)不满足R与S2成反比(或RS2＝常量)(2)19►题后反思电阻的测量是最常见的考查形式．最近几年在电阻测量问题上产生了很多变形．我们首先要了解常规测量的原理，然后根据题意找出变形问题的原理，所有的物理实验必须先确定其实验原理才能解决问题．1．图为用伏安法测量电阻的原理图，图中为电压表，内阻为4000Ω.为电流表，内阻为50Ω.E为电源，R为电阻箱，Rx为待测电阻，S为开关．(1)当开关闭合后电压表读数U＝1.6V，电流表读数I＝2.0mA．若将Rx＝UI作为测量值，所得结果的百分误差是________．(2)若将电流表改为内接，开关闭合后，重新测得电压表读数和电流表读数，仍将电压表读数与电流表读数之比作为测量值，这时结果的百分误差是________．百分误差＝实际值－测量值实际值×100%【解析】根据第一问提供的数据，再根据百分误差的表达式，测量值为800Ω，而这个测量值应该是电压表内阻和待测电阻的并联值，可得待测电阻的实际阻值为1000Ω，代入百分误差公式可得百分误差为20%.当电流表内接时，测量值为待测电阻和电流表的串联值，为1050Ω，可得此种情况下的百分误差为5%．【答案】(1)20%(2)5%电阻率一、对电阻率的理解1．ρ＝RSl可由电阻定律公式R＝ρlS变形得出，只要知道了导体的电阻R，横截面积S，长度l就可求出导体材料的电阻率．2．由ρ＝RSl知，电阻率在数值上等于用该材料制成的长为1m，横截面积为1m2的导体的电阻大小．3．决定因素：(1)与材料有关，不同的材料ρ一般不同．(2)与温度有关，各种材料的电阻率随温度的变化而变化．二、电阻率与电阻的区别物理量电阻率ρ电阻R物理意义电阻率是反映材料导电性能的物理量电阻是反映导体对电流的阻碍作用的物理量决定因素由导体的材料和温度决定，它与导体的长度和导体的横截面积无关，电阻率是“材料”的电阻率由导体的材料、长度、横截面积共同来决定，一般地说，不同的导体有不同的电阻，电阻是“导体”的电阻单位欧·米(Ω·m)欧(Ω)【特别提醒】金属材料的电阻率随温度的升高而增大，随温度的降低而减小，在温度变化不大时，电阻率与温度是线性关系；绝缘体和半导体的电阻率一般随温度的升高而减小，并且不是线性关系．例2下列关于电阻和电阻率的说法中正确的有()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，这种现象叫作超导现象，发生超导现象时，温度不是热力学温度的绝对零度解析：本题考查了电阻、电阻率的定义及影响它们的因素，应根据定义式R＝UI和决定式R＝ρlS及其他影响因素加以分析．导体对电流的阻碍作用叫作导体的电阻，它只与导体的几何形状和材料性质有关，与导体是否通电以及通电电流的大小均无关．电阻率的大小和导体几何形状无关，只与材料性质和温度有关．一般金属合金和化合物的电阻率随温度升高而增大，随温度降低而变小，当温度降低到某一转变温度时，某些金属、化合物的电阻率会突然减小为零