11.2导体的电阻-2021-2022学年高二物理上学期人教版（2019）必修第三册(共31张PPT)

(共31张PPT)
2
导体的电阻
选取一个导体，研究导体两端的电压随导体中的电流的变化情况。下面我们通过实验来探究这个问题。
为了减小远距离输电时输电线上电能损耗，人们尽量把输电线做得粗一点，这是为什么呢？
初中我们就学过，这是因为导体的电阻与导体的长度、横截面积有关。
那么，它们之间的定量关系是怎样的呢？
一、电阻
实验电路
分压电路：
可以提供从零开始连续变化的电压
数据记录
10
U/I
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.5
5
0.25
0.20
0.15
0.10
0.05
电压（V）
电流（A）
电流（A）
A
B
导体
如何分析这些数据？
作U—I图像，可直
观看出U、I的关系
左图是根据某次实验结果作出的金属导体A、B的U-I 图像。
1、从图中可以看出，同一个金属导体的U-I 图像是一条过原点的直线。
2、同一个导体，不管电流、电压怎样变化，电压跟电流之比都是一个常量
这个结论可以写成：
3、R 是一个只跟导体本身性质有关
而与通过的电流无关的物理量。
如何分析这些数据？
图线斜率的物理意义是什么？
4、图中不同导体U-I 图像的倾斜程度不同，表明不同导体的R 值不同。
5、从 可以看出，在电压U 相同时，R 越大，导体中的电流I越小。
6、看来R 的值反映了导体对电流的阻碍作用，所以，物理学中就把它叫作导体的电阻
一、电 阻(R)
导体两端的电压与通过导体的电流的比值。
2、定义式：
3、单位：
4、物理意义：
1、定义：
常用单位：千欧（kΩ ）
国际单位制中 欧姆（Ω）
是一个只跟导体本身性质有关
而与通过导体的电流无关的物理量
反映了导体对电流的阻碍作用，
二、影响导体电阻的因素
１．导体的电阻到底与导体本身的哪些性质有关呢？
初中学过，导体的电阻与导体的长度、横截面积有关。
今天，我们通过实验来研究导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料之间的定量关系。
还与导体的材料有关。
定性
你认为应该怎样研究导体的电阻与长度、横截面积及不同材料之间的定量关系？谈谈你的想法和实验方案！
本实验需用到控制变量法
参考案例：
如图，a、b、c、d 是四段不同的金属导体。在长度、横截面积和材料三个因素中，b、c、d 跟a相比，分别只有一个因素不同。
图中四段导体是串联的，每段导体两端的电压与它们的电阻成正比，因此，用电压表分别测量a、b、c、d 两端的电压，电压之比就是它们的电阻之比了。这样就可以得出长度、横截面积和材料这三个因素与导体电阻的关系。
参考案例：
导体电阻与长度的关系： b 与a，横截面积、材料相同。长度不同，比较a、b 的电阻之比（即a、b 的电压之比）与它们的长度之比。
大量实验表明：导体电阻R 与它的长度L成正比
参考案例：
导体电阻与横截面积的关系： c 与a，长度、材料相同，横截面积不同。比较a、c 的电阻之比（即a、c 的电压之比）与它们的横截面积之比。
大量实验表明：导体电阻R 与它的横截面积S 成反比
参考案例：
导体电阻与材料的关系 ：d 与a，长度、横截面积相同，材料不同。比较a、d 的电阻是否相等（即看a、d的电压是否相等） 。
大量实验表明：导体电阻R还与构成它的材料有关
改变滑动变阻器滑片的位置（即改变I,重复实
验），可以获得多组实验数据，以得到更可靠的结论。
综上可知：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；导体电阻还与构成它的材料有关。写成公式则是:
（电阻的决定式）
实验表明：不同种材料的导体ρ 一般不同。这说明ρ 表征了导体材料的某种特性。
从上述关系式可以看出，在长度、横截面积一定的条件下，ρ 越大，导体的电阻越大。ρ 叫作这种材料的电阻率，反映材料的导电性能。
三、电阻定律
表 几种导体材料在20 ℃ 时的电阻率①
从表中可以看出，纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。连接电路的导线一般用电阻率小的铜来制作，必要时可在导线表面镀银。由于用电器的电阻通常远大于导线的电阻，一般情况下，可以认为导线电阻为0。
四、电阻率
表 几种导体材料在20 ℃ 时的电阻率①
表格在列出几种材料的电阻率时，标注了温度是20 C，这可能说明了什么？
这说明：电阻率ρ 除了与材料有关，还可能与温度有关
以纯金属丝为例演示：电阻率与温度的关系
如图，将灯泡的灯丝与小灯泡串联接入电路，使小灯泡发光。用酒精灯给灯丝加热，发现小灯泡变暗。这说明了什么？
纯金属丝的电阻率随温度的升高而增大
温度升高，灯丝的电阻率变大了。
金属的电阻率随温度的升高而增大。电阻温度计就是利用金属的电阻随温度变化的规律而制成的，用它可以测量很高的温度。精密的电阻温度计是用铂做的。已知铂丝的电阻随温度的变化情况，测出铂丝的电阻就可以知道温度。
有些合金，如锰铜合金和镍铜合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。
半导体材料做成的导体（例如二极管），其电阻率随着温度的升高而大大地减小。可以做成热敏电阻。
当温度降低时，导体的电阻率将会减小。1911 年，科学家们发现一些金属在温度特别低时电阻可以降到0，这种现象叫作超导现象。
金属和合金出现超导现象的温度都很低，到1986年为止，人们发现的最高临界温度为23.2 K（－249.95 ℃）。1986年，人类在超导领域取得了重大突破，发现一些铜的氧化物材料可在44 K（－229.15 ℃）左右出现超导现象；1987年，华裔美国籍科学家朱经武以及中国科学家赵忠贤相继研制出钇—钡—铜—氧系材料，超导转变温度提高到90 K （－183.15 ℃）。若用超导材料形成回路，一旦回路中有了电流，电流就将无损耗地持续下去。根据这一特点，超导材料在发电、输电等方面都会有非常广泛的应用前景。因此科学家还在不断地研究，寻找能够在更高温度下实现超导的导体材料。
五、导体的伏安特性曲线
1．伏安特性曲线：导体中的电流I 随导体两端的电压U变化的图线，叫做导体的伏安特性曲线
图线斜率的物理意义是什么？
电阻的倒数
2．线性元件：伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线的电学元件
对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻几乎是不变的（不随电流、电压改变），
它的伏安特性曲线是一条过原点的直线，也就是电流I 与电压U 成正比（图11.2-4）。具有这种伏安特性的电学元件叫作线性元件。
I/A
U/V
0
对于纯金属导体，在温度有显著变化时，电阻随电流、电压改变而改变
它的伏安特性曲线不是一条过原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫非线性元件。
E
L
R
S
A
V
实验表明，除金属外，欧姆定律对电解质溶液也适用，但对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件（图11.2-5）并不适用。也就是说，在这些情况下电流与电压不成正比，这类电学元件叫作非线性元件。
I/A
U/V
0
问题：如图是一个非线性元件的伏安特性曲线，如何求某电压下的电阻？
请分析说明电阻随电压如何变化？
3V
在伏安特性曲线中找到该电压值对应的点，把该点与原点连成直线（割线），该直线的斜率表示该电压下导体的电阻的倒数。
随电压升高，导体的电阻单调增加。
说一说
下图是某晶体二极管的伏安特性曲线，请你根据这条曲线说出通过二极管的电流和二极管两端的电压的关系
说一说：
　　
二极管具有单向导电性，即加正向电压时，二极管电阻较小，通过二极管的电流较大；加反向电压时，二极管的电阻较大，通过二极管的电流很小.由图像可以看出，随电压的增大，图线上各点与原点的连线的斜率在增大，表示其电阻随电压的升高而减小.
说一说：
　　
二极管的全称叫晶体二极管，是用半导体材料制成的电子元件，它有两根引线，一根叫正极，另一根叫负极，二极管的表示符号如图所示.
D. 从 可知，导体两端的电压为 零时，导体的电阻也为零
1、对于欧姆定律，理解正确的是（ ）
A. 从 可知，导体中的电流跟加在它两端的电压成正比，跟它的电阻成反比
B. 从 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. 从 可知，导体两端的电压随电阻 的增大而增大
课堂训练
A
A组能力训练题8
(2009年理综天津卷3)
2.为探究小灯泡L的伏安特性，连好图示的电路后闭合开关，通过移动变阻器的滑片，使小灯泡中的电流由零开始逐渐增大，直到小灯泡正常发光。由电流表和电压表得到的多组读数描绘出的U-I图象应是 （ ）
C
O
U
I
A
O
U
I
B
O
U
I
C
O
U
I
D
解： 灯丝电阻随电压的增大而增大，图像的斜率应越来越大。C正确。
R
E
S
V
L
A
B组能力训练题4
3、小灯泡通电后其电流I 随所加电压U变化的图线如图所示，P为图线上一
点，PN为图线过P点的切线，
PQ为U轴的垂线，PM为I 轴
的垂线。则下列说法中正确
的是 （ ）
A．随着所加电压的增大，小灯泡的电阻减小
B．对应P点，小灯泡的电阻为
C．对应P点，小灯泡的电阻为
D．对应P点，小灯泡的电阻为
O
I2
I1
N
M
I
Q
U
P
U1
C
4、右图为两个导体的伏安特性曲线，求
（1）R1：R2
（2）若两个导体中的电流相等，求导体两端的电压比U1：U2
（3）若两个导体的电压相等，求两导体中电流之比I1：I2
R1
R2
课堂训练
（1）1:3 （2）1:3 （3） 3:1