（新课标）2019-2020学年高中物理 第二章 恒定电流 6 导体的电阻《实验：测定导体的电阻率》

2．6导体的电阻、《实验：测定导体的电阻率》学习目标学习重点考查热度知道电阻与哪些因素有关，能够研究电阻与各因素的关系★★★★掌握电阻定律、电阻率，并能进行有关计算★★★★掌握《实验：测定导体的电阻率》★★★★★基础梳理一、影响导体的因素1．实验探究与导体电阻有关的因素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控制变量法：在长度、横截面积、材料因素中，b、c、d与a分别有一个因素不同实验原理串联的a、b、c、d电流相同，电压与导体的电阻成正比，测量出它们的电压就可知道电阻之比，从而分析出影响导体电阻大小的有关因素2.逻辑推理探究(1)导体电阻与长度的关系：一条导线可看成由相同长度的多段导体串联，由串联电路的性质可分析出导体的电阻R∝l.(2)导体电阻与横截面积的关系：多条长度、材料、横截面积都相同的导体紧紧束在一起，由并联电路的性质分析出导体的电阻R∝1S.(3)导体电阻与材料的关系：由实验探究得到长度、横截面积相同而材料不同的导体电阻不同．二、电阻定律1．内容：同种材料的导体，其电阻R与它的长度l成正比，与它的横截面积S成反比，导体的电阻还与它的材料有关．2．公式：R＝ρlS.【概念理解】(1)长度l是沿电流方向导体的长度，横截面积S是垂直于电流方向的横截面的面积．(2)此式为电阻的决定式，表明导体的电阻由ρ、l、S决定，而与加在导体两端的电压U和通过导体的电流I无关．3．适用条件及范围：粗细均匀的金属导体或者横截面积相同且浓度均匀的电解液．三、电阻率1．物理意义：电阻率ρ是一个反应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．2．公式：R＝ρlS，各种材料的电阻率在数值上等于该材料制成的长度为1m、横截面积为1m2的导体的电阻．(1)不能根据R＝ρlS错误地认为电阻率跟导体的横截面积成正比，跟长度成反比．(2)某种材料的电阻率大，不能说它对电流的阻碍作用一定大，这是因为电阻率大的材料也可以制成一个小电阻，因为还与长度和横截面积有关．(3)常见材料的电阻率，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．3．单位：欧·米(Ω·m)．4．电阻率与温度的关系(1)金属的电阻率随温度升高而增大，可用于制作电阻温度计；(2)半导体和电解质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，可用于制作热敏电阻；(3)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；`(4)有些物质当温度降低到绝对零度附近时，电阻率突然减小到零，这种现象叫超导现象，发生超导现象的物体叫超导体，材料由正常状态转变为超导状态的温度叫临界温度TC.规律方法考点鸟瞰高考热度考点一：电阻与电阻率的区别★★★考点二：电阻的定义式和决定式对比★★★★考点三：螺旋测微器和游标卡尺的原理与读数★★★★★考点四：《实验：测量金属丝电阻率》★★★★★考点一电阻与电阻率的区别1．电阻是反映导体对电流阻碍作用大小的物理量．电阻率是反映制作导体的材料导电性能好坏的物理量．2．导体电阻与电阻率无直接关系，即电阻大，电阻率不一定大；电阻率小，电阻不一定小．3．金属的电阻率随温度的升高而增大．关于电阻和电阻率的说法中，正确的是()A．导体对电流的阻碍作用叫作导体的电阻，因此只有导体中有电流通过时才有电阻B．由R＝U/I可知导体的电阻与导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比C．某些金属、合金和化合物的电阻率随温度的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，温度不为绝对零度D．将一根导线等分为二，则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一【解析】无论导体是否接入电路中，其电阻不会发生变化，所以不能说导体的电阻与导体两端的电压成正比，跟导体中的电流成反比；由电阻定律R＝ρlS可知，将导线等分为二时，电阻减为原来的二分之一，但电阻率不变．【答案】C考点二电阻的定义式和决定式对比公式R＝UIR＝ρlS适用条件适用于任何纯电阻导体只适用于粗细均匀的金属导体和浓度均匀的电解液字母含义U：导体两端的电压I：通过导体的电流ρ：材料电阻率l：沿电流方向导体的长度S：垂直电流方向导体的横截面积公式含义UI反映了导体对电流的阻碍作用，不能说R∝U、R∝1IR的决定式，R由ρ、l、S共同决定神经系统中，把神经纤维分为有髓鞘与针髓鞘两大类．现代生物学认为，髓鞘是由多层(几十到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的，髓具有很大的电阻．已知蛙有髓鞘神经，髓鞘的厚度只有2μm左右．而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105Ω.若不计髓质片层间的接触电阻，计算髓质的电阻率．若有一圆柱体是由髓质制成的，该圆柱体的体积为32πcm3，当在其两底面加上1000V的电压时，通过该圆柱体的电流为10πμA，求此圆柱体的圆面半径和高．【解析】由电阻定律R＝ρlS，知ρ＝SRl.已知S＝1cm2＝1×10－4m2，l＝2μm＝2×10－6m，R＝1.6×105Ω.所以ρ＝1.6×105×1.0×10－42×10－6Ω·m＝8×106Ω·m.由欧姆定律、电阻定律和圆柱体体积公式有R＝UI，R＝ρhπr2，V＝πr2h，即hπr2＝UIρ，πr2h＝V.代入数据：πr2h＝32π×10－6hπr2＝100010×10－6×8×106π得，h＝0.02mr＝0.04m髓质的电阻率为8×106Ω·m；圆面半径为4cm，高为2cm.【答案】8×106Ω·m4cm2cm考点三螺旋测微器和游标卡尺的原理与读数一、螺旋测微器1．构造螺旋测微器是比游标卡尺更精密的测长仪器，准确度可在0.01～0.001mm之间．常用于测量细丝和小球的直径以及薄片的厚度等(如图)．2．原理螺杆在螺母中旋转一周，螺杆便沿着旋转轴线方向前进或后退一个螺距的距离．因此，沿轴线方向移动的微小距离，就能用圆周上的读数表示出来．螺旋测微器的精密螺纹的螺距是0.5mm，可动刻度有50个等分刻度，可动刻度旋转一周，测微螺杆可前进或后退0.5mm，因此旋转每个小分度，相当于测微螺杆前进或后退0.5/50＝0.01mm.可见，可动刻度每一小分度表示0.01mm，所以螺旋测微器可准确到0.01mm.由于还能再估读一位，可读到毫米的千分位，故又名千分尺．3．读数测量值＝固定刻度整毫米数＋半毫米数＋可动刻度读数(含估读)×0.01mm.4．注意事项(1)测量时，当F将要接触被测物体时，要停止使用D，改用微调旋钮，以避免F和被测物体间产生过大的压力．这样，既可以保护仪器又能保证测量结果准确．(2)读数时，要注意固定刻度上表示半毫米数的刻度线是否已经露出．读数时要准确到0.01mm，估读到0.001mm，即测量结果若用mm为单位，则小数点后面必须保留三位．二、游标卡尺1．构造游标卡尺主要由两部分构成，如图所示，即与测量爪AA′相连的主尺D和与测量爪BB′及深度尺C相连的游标尺E.游标尺可以紧贴着主尺滑动．外测量爪AB用来测量厚度和外径，内测量爪A′B′用来测量内径，深度尺C用来测量槽或筒的深度．F为紧固螺钉．2．游标卡尺的精确度(1)10分度的游标卡尺：游标尺上相邻两个刻度间的距离为0.9mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.1mm，即精确度为0.1mm.(2)20分度的游标卡尺：游标尺上相邻两个刻度间的距离为0.95mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.05mm，即精确度为0.05mm.(3)50分度的游标卡尺：游标尺上相邻两个刻度间的距离为0.98mm，比主尺上相邻两个刻度间距离小0.02mm，即精确度为0.02mm.3．游标卡尺的读数方法先读整数部分(主尺示数)：整数部分在主尺上读得，即游标尺零刻度线在主尺的多少毫米刻度线的右边，该毫米刻度值就是应读得的以毫米为单位的整数部分L.再读小数部分(游标尺示数)：小数部分在游标尺上第n条刻度线与主尺上某一刻度线对齐后读出，即游标卡尺的精度k·n即为读出的小数部分(可记为通式k·n)．测量值为上述两部分读数之和，并按有效数字的规则记录，通用公式可写为s＝L＋k·n.如图所示，被测物体长度为H＝23mm＋7×0.1mm＝23.7mm.4．注意事项(1)游标卡尺是根据刻度线对齐来读数的，所以不需要估读．(2)主尺的读数应从游标尺与主尺对齐的刻度处读，而不能从游标尺的末端读．(3)读数时与主尺对齐的游标尺刻度线条数不含零刻度线．读出下图两个螺旋测微器的读数【解析】图甲的读数为：8mm＋47.5×0.01mm＝8.475mm，图乙的读数为：6mm＋0.5mm＋7.5×0.01mm＝6.575mm.【答案】8.474mm～8.477mm，6.574mm～6.577mm如图甲所示，用10分度的游标卡尺测量一根金属圆管的内径和外径时，卡尺的游标尺位置分别如图乙、丙所示，则这根金属圆管的内径读数是________mm，外径读数是________mm.【解析】读数＝主尺示数(整毫米数)＋游标尺示数(对齐格数×精确度)．因为10分度游标卡尺的精确度为0.1mm，对图乙，从主尺上读得整数部分为23mm，而游标尺的第6个小格与主尺上的3cm刻线对齐，所以小数部分为0.1mm×6＝0.6mm，故此金属圆管的内径为d＝23mm＋0.6mm＝23.6mm.同理，对图丙，从主尺上读得整数部分为33mm，而游标尺的第5个小格与主尺上的4cm刻线对齐，所以小数部分为0.1mm×5＝0.5mm，故此金属圆管的外径为D＝33mm＋0.5mm＝33.5mm.【答案】23.633.5【点评】记录数据的单位变换时，其有效数字的位数不能变，以说明其测量的精确度，注意主尺上分度值的单位．考点四《实验：测量金属电阻率》1．实验目的学会用伏安法测电阻，进而测定金属的电阻率．2．实验原理根据电阻定律公式R＝ρlS，只要测量出金属导线的长度l和它的直径d，计算出导线的横截面积S，并用伏安法测出金属导线的电阻R，即可计算出金属导线的电阻率．3．器材螺旋测微器；毫米刻度尺；电池组；电流表；电压表；滑动变阻器；电键；被测金属导线；导线若干．4．步骤(1)用螺旋测微器在被测金属导线上的三个不同位置各测一次直径，求出其平均值d，计算出导线的横截面积S.(2)按下图所示的原理电路图连接好用伏安法测电阻的实验电路．(3)用毫米刻度尺测量接入电路中的被测金属导线的有效长度，反复测量3次，求出其平均值l.(4)把滑动变阻器的滑动片调节到使接入电路中的电阻值最大的位置，电路经检查确认无误后，闭合电键S改变滑动变阻器滑动片的位置，读出几组相应的电流表、电压表的示数I和U的值，记入记录表格内，断开电键S.求出导线电阻R的平均值．(5)将测得R、l、d的值，代入电阻率计算公式ρ＝RSl＝πd2U4lI中，计算出金属导线的电阻率．(6)拆去实验线路．整理好实验器材．5．注意事项(1)本实验中被测金属导线的电阻值较小，因此实验电路必须采用电流表外接法．(2)实验连线时，应先从电源的正极出发，依次将电源、电键、电流表、待测金属导线、滑动变阻器连成主干线路(闭合电路)，然后再把电压表并联在待测金属导线的两端．(3)测量被测金属导线的有效长度，是指测量待测导线接入电路的两个端点之间的长度，亦即电压表两并入点间的部分待测导线长度．测量时应将导线拉直．(4)闭合电键S之前，一定要使滑动变阻器的滑动片处在有效电阻值最大的位置．(5)在用伏安法测电阻时，通过待测导线的电流的值不宜过大(电流表用0～0.6A量程)，通电时间不宜过长，以免金属导线的温度明显升高，造成其电阻率在实验过程中逐渐增大．(6)求R的平均值可用两种方法：第一种是用R＝U/I算出各次的测量值，再取平均值；第二种是用图象(U­I图线)的斜率来求出．若采用图象法，在描点时，要尽量使各点间的距离拉大一些，连线时要让各点均匀分布在直线的两侧，个别明显偏离较远的点可以不予考虑．6．误差分析(1)金属丝在通电时温度升高，电阻率会比常温下略大；(2)金属丝的长度及直径测量有误差；(3)采用电流表外