(共23张PPT)
第2节 导体的电阻
第十一章 电路及其应用
物理
学习目标
①知道导体的电阻的概念和意义,知道U-I图像的斜率表示导体电阻的大小。
②通过实验探究知道影响电阻各因素的定量关系,体会物理学中控制变量的研究方法。
③观察实验现象,了解电阻率的物理意义及温度对电阻率的影响。
④能由伏安特性曲线分析不同导体的导电性能的区别,体会电阻率在科技、生活中的应用。
学习重难点
重点:
实验探究导体电阻与长度、横截面积、材料的定量关系,电阻定律。
难点:
实验方案的设计,利用图像处理实验数据。
情境导入
情境1
猜想:两个同种材料均匀的金属块,它们的厚度均为h,边长分别为a、b。当通有如图所示电流时,谁的电阻更大?
通过本节课我们一起探究影响导体的电阻的因素
知识回顾
1.什么是电阻,电阻的物理意义是什么?
2.能否根据公式 ,得出:R与U成正比,R与I成反比的结论?
3.如果电阻R不是由电压和电流所决定,那与什么因素有关?
4.选取两个定值电阻,研究其两端的电压随电流的变化情况,画出U-I图像,根据图像你能得到什么信息?
讲授新课
探究一 实验探究电阻与长度、横截面积、材料的定量关系
设计实验方案
问题1:电阻的大小与3个因素有关,问题比较复杂,我们在实验中用什么方法来研究,可以使问题简化?
控制变量法,如:要研究电阻与长度的关系,可选用横截面积和材料相同的导体。
问题2:保持导体材料和横截面积一定,如何研究电阻和长度的关系?请结合以下问题设计实验方案,画出电路图。
讲授新课
请结合以下问题设计实验方案,画出电路图。
设计实验方案:保持导体材料和横截面积一定,如何研究电阻和长度的关系?
问题1:探究导体电阻和长度的关系,是否必须定量测量两个导体电阻和长度?
问题2:实验需要什么器材?
方案一
方案二
方案三
总结:本实验探究导体电阻与长度的关系,不需要测出导体电阻和长度具体数值,为了简化实验过程,可以设计成半定量的实验。
讲授新课
思考:方案二中两段导体串联,电流相同,电阻越大分得电压越大,方案三两段导体并联,电压相同,电阻越大通过电流越小。哪个方案更符合我们的思维习惯?
思考:探究导体电阻与横截面积、材料的关系是否可以采用方案二?自主阅读课本58页“参考案例”,明确实验设计方案。
设计实验方案
方案二
讲授新课
确定实验方案
通过将a,b,c,d四根不同的导体串联在电路中,通过它们的电流相同,这样电压就跟电阻成正比,用电压表测量各导体两端的电压,就可以比较电阻的大小。a,b两根导体仅长度不同,可以研究长度对电阻的影响;a,c导体仅横截面积不同,可以研究横截面积对电阻的影响;a,d导体仅材料不同,可以研究材料对电阻的影响。
导体 示数 结论
a U a、b:导体电阻与长度成正比
a、c:导体电阻与横截面积成反比
a、d:导体电阻与材料有关
b 2U c U/2 d U 结论:
导体电阻还与构成它的材料有关。
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;
进行实验
讲授新课
探究二 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;导体电阻与构成它的材料有关。
2.公式:
说明:式中的是比例常数,它与导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率。
3.电阻率反映导电性能的物理量。电阻率越小,导电性能越好;反之,导电性能越差。单位:欧姆.米(Ω . m)
讲授新课
几种材料在20oC时的电阻率
观察表格并思考:
1.金属导体与合金导体谁的电阻率更大?
2.制造输电电缆时应用哪种材料?制作滑动变阻器应用哪种材料?
3.表格中标明的是20oC时的电阻率,这说明了什么?
金属材料的导体电阻率小,合金电阻率大
制造电缆应该选用铜或铝,制造滑动变阻器应选合金。
导体的电阻率可能与温度有关。
讲授新课
思考:观察两个同种材料的金属块,它们的厚度均为h,边长分别为a,b。当通有如图所示电流时,谁的电阻更大?
二者电阻一样大
讲授新课
探究三 电阻率与温度的关系
【演示实验】针对猜想,请学生观察演示实验,小灯泡与电阻丝串联,用酒精灯加热电阻丝,学生观察小灯泡的亮度变化情况。
实验现象:右侧灯丝的电阻加热时,小灯泡亮度变暗
实验结论:加热时,灯丝电阻变大。
猜想:温度升高,灯丝电阻率可能变大了。
例题展示
几种不同材料电阻率随温度的变化率
由表可知:钨丝电阻率随温度升高而变大。
讲授新课
探究四 伏安特性曲线
甲图
导体A、B的伏安特性曲线
乙图
某晶体二极管的伏安特性曲线
在实际应用中,常用横坐标表示电压U,纵坐标表示电流I,这样画出的I-U图像叫作导体的伏安特性曲线。
甲图:A、B导体的伏安特性曲线是一条通过坐标原点的直线,称为线性元件
乙图:某晶体二极管的伏安特性曲线是曲线,称为非线性元件。
实验表明:除金属外,欧姆定律对电解质溶液也适用,对气体导体和半导体等非线性元件不适用。
【例题1】
如图所示,一块均匀的方形样品,长、宽均为a、厚为b,且a>b,则下列说法正确的是( )
A.沿AB方向的电阻大于CD方向 B.沿AB方向的电阻小于CD方向
C.沿AB方向的电阻小于EF方向 D.沿AB方向的电阻大于EF方向
课堂练习
D
【变式训练1】
课堂练习
B
如图所示,A、B是材料相同的两个金属块,体积相等,上表面均为正方形,B的上表面积是A的上表面积的2倍,在A、B左右两侧分别加上相同的电压,则A、B两金属块中的电流之比为( )
A. B.2:1 C. D.4:1
【例题2】
课堂练习
C
两个电阻R1和R2的伏安特性曲线如图所示,由图可知( )
A.R1的电阻
B.R2的电阻随电压的增大而减小
C.当U=1V时,R2的电阻等于R1的电阻
D.R1的电阻随电压的增大而增大
【变式训练2】
如图是A、B两个导体的伏安特性曲线,其中图线A的斜率为k,且图线A与横轴成角。关于这两个导体的伏安特性曲线,下列错误的是( )
A.两条图线相交时,两导体的电阻相等
B.导体A的电阻值不随电压变化而变化
C.导体B的电阻随电压的增大而减小
D.B导体的伏安特性曲线上某点切线的斜率为相应状态的电阻的倒数
课堂练习
D
课堂小结
我们今天都讲了哪些知识?
金属:
半导体:
应用:热敏电阻传感器
合金:有些几乎不随温度T 变化
应用:金属电阻温度计
超导体:某些材料当温度降低到一定温度时
=0
R=0
T
T
材料自身的特性、温度T
应用:标准电阻
①电阻率的影响因素:
②电阻率与温度的关系
完成课本课后习题和学案。
布置作业
谢谢大家