11.2导体的电阻 课件 （42张PPT） 高二物理 人教版2019 必修第三册

(共42张PPT)
第十一章 电路及其应用
11.2 导体的电阻
电阻
01
02
影响导体电阻的因素
03
电阻定律和电阻率
04
半导体和超导体
知识点
05
伏安特性曲线
为了减小输电线上电能的损耗，人们尽量把输电线做得粗一点，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
探究导体中的电流跟导体两端电压的关系
限流电路
测量电路:测导体R的电流、电压
控制电路：改变导体R两端的电压（电压不能从0开始变化）
控制电路：改变导体R两端的电压（电压可以从0开始变化）
E
S
R
A
V
测量电路:测导体R的电流、电压
分压电路
通过导体的电流 I/A 0 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50
导体A两端的电压 U/V 0 0.63 1.25 1.87 2.49 3.00
导体B两端的电压 U/V 0 0.90 1.80 2.60 3.5 4.6
数据记录
数据分析
作出两个金属导体的U-I图像
金属导体的U-I图像是一条过原点的直线;
这个定值说明了什么？
同一导体电压与电流的比值 为定值.
一.电阻
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
R的值反映了导体对电流的阻碍作用，物理学中就把它叫作导体的电阻。只跟导体本身性质有关而与通过的电流无关的物理量
1.定义：导体两端的电压 U 与通过导体的电流 I 的比值为导体的电阻，用字母 R 表示
3.单位： 国际单位 欧姆（Ω）
2.计算式：
常用单位 千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）
1MΩ =103kΩ =106 Ω
I
U
O
B
A
I
U
O
B
A
I-U图线
U-I图线
5.U-I图像和I-U图像斜率的物理意义
斜率表示导体的电阻
斜率表示导体的电阻的倒数
移动滑动变阻器的滑片，可以改变电阻的大小；
猜想——导体的电阻与长度有关
定性认识影响导体电阻的因素
同样是额定电压为220V的灯泡，灯丝越粗，使用时越亮；
猜想——导体的电阻与横截面有关
生活中的电线，常见的是铜线和铝线，而从没有听过铁丝做的电线。
猜想——导体的电阻与材料有关
铜导线
铝导线
二.影响导体电阻大小的因素
同种材料，S一定，改变L，测R
同种材料，L一定，改变S，测R
不同材料，L一定，S一定，测R
2.实验方法：控制变量法
a
b
c
d
1.实验目的：研究导体电阻与长度、横截面积、材料等因素的关系
a b
b c
a d
a
b
c
d
V
电压表先测导体a两端的电压Ua，依次再测b两端的电压Ub，c两端的电压Uc，d两端的电压Ud
从实验数据比较分析电压之比与长度之比、横截面积之比及材料之间的关系。
a
V
V
V
V
b
c
d
a、b、c、d串联，电流相等， 电压之比即电阻之比。
从而研究电阻与长度、横截面积及材料之间的关系
L1、R1
导体的电阻R与长度L的关系
L1、R1
L1、R1
L1、R1
在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成正比。
一条长导体可看成是由横截面积相同的多条长导体串联而成。
一条粗导体可看成是由横截面积相同的多条细导体并联而成。
123
n
S1
R1
R=R1/n
nS1
导体的电阻R与横截面积S的关系
电阻串联
1.同种材料,S一定,电阻R与L成正比。
电阻并联
2.同种材料,L一定,电阻与S成反比
ρ由导体材料决定，与L、S无关。
长度、横截面积相同而材料不同的导体电阻不同。
导体电阻与材料的关系：
三.电阻定律和电阻率
1.电阻定律：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。
(1)决定式:
I
L
S
(2)注意长度L是沿电流方向，S是垂直电流的横截面积；
(3)适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体；
2.电阻率 ： 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好坏的物理量，称为材料的电阻率。
单位：欧姆·米 Ωm
为什么要指明温度？
(3)电阻率 与温度T的关系:
(1)纯金属的电阻率小，合金的电阻率大
3.对电阻率的理解
金属： 随T升高而变大，电阻温度计
部分合金（锰铜、镍铜）： 几乎不随T变化，标准电阻
(2) 由材料和温度决定
四.半导体和超导体
1.半导体:导电性能介于导体和绝缘体之间的物质
改变外界条件控制半导体导电性能
热敏性：T升高， 减小
光敏性：光照增强， 减小
掺杂性：掺入微量杂质， 减小
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 ℃）
2.超导体:当温度降低到某一数值时，某些材料的电阻突然减小到零，这种现象叫做超导现象。处于这种状态的物体叫做超导体。
（1）超导发电机
（2）磁流体发电机
（3）超导输电线路
（4）超导磁悬浮列车
（5）超导计算机
超导体的应用
意义 决定式 定义式
理解 导体的电阻由ρ、L、S决定，即与L成正比，与S成反比 提供一种测电阻的方法伏安法。不能认为R与U成正比，与I成反比
适用范围 适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体 纯电阻电路
联系 导体的电阻取决于导体本身的材料ρ、 长度L、横截面积S。而不是U和I 两种求R方法比较
R1 = R2
a
h
R1
电流方向
b
R2
h
由此可知表面为正方形的导体的电阻与表面积无关,只与导体的厚度有关。这样在制造电路元件时,可以将其表面积做得很小,而不增大电阻,只要保证厚度足够即可，有利于电路元件的微型化。
问题1.R1和R2是材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸比R1小很多。通过两导体的电流方向如图所示。这两个导体的电阻有什么关系 你认为这种关系对电路元件的微型化有什么意义
电流方向
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。
对于金属导体，在温度没有显著变化时，电阻几乎是不变的，它的伏安特性曲线是一条过原点的直线，具有这种伏安特性的电学元件叫作线性元件。
实验表明，欧姆定律对气态导体（如日光灯管、霓虹灯管中的气体）和半导体元件并不适用。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。
二极管伏安特性曲线
五.伏安特性曲线
O
I
U
A
提示：I－U图像是曲线时，导体某状态的电阻等于图线上点A(UA，IA)与坐标原点连线的斜率的倒数，而不等于该点切线斜率的倒数
问题2：I－U图像是曲线时，如何计算曲线上A点所对应的状态下导体的电阻？
练习1(多选)如图所示，为某一金属导体的伏安特性曲线，由图像可知( )
A.该导体的电阻随电压的升高而增大
B.该导体的电阻随电压的升高而减小
C.导体两端电压为2V时，电阻为0.5Ω
D.导体两端电压为2V时，电阻为1Ω
该导体的伏安特性曲线为曲线，但根据R=U/I，某点与原点连线的斜率的倒数表示电阻，故可知U＝2V时，R＝1Ω，且导体电阻随电压升高而增大，故A、D正确.
AD
电
阻
电阻
定律
电
阻
率
应用：电阻温度计、标准电阻、超导体
课堂总结
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
课后练习1.根据电阻定律，对于温度一定的某种金属来说，它的电阻率（ ）
A.跟导线的电阻成正比
B.跟导线的横截面积成正比
C.跟导线的长度成反比
D.由所用金属材料的本身特性决定
D
课后练习2.有一段导线，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4Ω的电阻均匀拉伸，使它长度为原来的两倍，电阻又是多大？
课后练习3.常温下一根阻值为R的金属电阻丝，下列说法正确的是（　）
A．常温下，若将电阻丝均匀拉长为原来的10倍，则电阻变为10R
B．常温下，若将电阻丝从中点对折，电阻变为4R
C．加在电阻丝上的电压从0逐渐加大到U，则在任意状态下的电阻值不变
D．若把温度降到绝对零度附近，电阻丝的电阻突然变为零，这种现象称为超导现象
D
A． B．
C． D．
课后练习4.如图所示，P是一个表面均匀镀有很薄金属电热膜的长陶瓷管，其长度为L，直径为D，电热膜的厚度为d。管两端有导电金属箍M、N。现把它接入电路中，测得M、N两端电压为U，通过它的电流为I，则电热膜的电阻率的值为（　　）
C
A． B．
C． D．
课后练习5.两段材料不同、横截面积相同的均匀导线a和b，其长度分别为2m和1m。串联在电路中时，沿长度方向电势变化如图所示，则a、b两种材料的电阻率之比为（ ）
B
课后练习6.金属铂的电阻对温度的高低非常敏感，可用于制作电阻温度计。金属铂的电阻率随温度升高而增大。现有甲、乙两个U-I图像，其中一个为描述金属铂的图像，下列判断正确的是（　　）
A．图甲应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为
B．图甲应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为
C．图乙应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为
D．图乙应为铂的U-I图像，且电压为U1时，电阻为
C
课后练习7.如图所示，一块均匀的正六面体样品，长为a、宽为b、厚为c，若沿着AB方向测得的电阻为R，下列说法正确的是（　　）
A．样品的电阻率为
B．沿CD方向的电阻为
C．若a=b，增加厚度c，则沿着AB方向的电阻不变
D．若a=b，减小厚度c，则沿着CD方向的电阻不变
A
课后练习8.稳压管是一种用硅材料制成的晶体二极管，广泛应用于稳压电源。稳压管在反向击穿时，在一定的电流范围内，两端电压几乎不变，表现出稳压特性。图为某稳压二极管的图像。下列说法正确的是（　　）
A．
B．
C．稳压管属于非线性元件
D．稳压管属于线性元件
BC