16.1.1电阻和变阻器 同步探究学案（含答案解析）

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【学习目标】
1.理解电阻概念及作用。
2.通过实验探究，知道电阻大小的影响因素。
3.掌握使用控制变量法和转换法进行探究实验。
重点：电阻的定义、单位及影响电阻大小的因素（材料、长度、横截面积）
难点：运用控制变量法探究影响电阻大小的因素，分析数据得出结论
【自主学习】
1.导体对电流的_____________作用叫作电阻。不同物体，电阻一般不同。电阻用字母________表示。
2.电阻的国际单位：__________，符号是________1 kΩ =________ Ω；1 MΩ =___1_____Ω 。
3.电阻器：用电器的电路中连接着许多具有一定阻值的元件——电阻器，用来调节电路中的_____和_______。在电路图中的符号是____________。
4.电阻的大小与哪些因素有关
（1）“探究导体的电阻大小与哪些因素有关”的实验中，怎样比较导体电阻的大小？方法是：在导体两端加相同的电压，比较通过导体的电流大小来间接比较导体的电阻大小。 通过导体的电流较大，表明该导体的电阻_____________；反之，则表明该导体的电阻______________。
（2）“探究导体的电阻大小与哪些因素有关”的实验，由于是一个多因素问题，应当运用“_____________法”去研究每一个因素对电阻大小的影响；
①探究导体的电阻与导体长度的关系，应控制导体的_________、_________相同，选取长度____________的导体进行实验；
②探究导体的电阻与导体横截面积的关系，应控制导体的__________、__________相同，选取横截面积___________的导体进行实验；
③探究导体的电阻与导体材料的关系，应控制导体的___________、_________相同，选取_________材料的导体进行实验。
5. 大量实验表明：横截面积相同的同种材料的导体，长度越长，电阻________；长度相同的同种材料的导体，横截面积越小，电阻________；长度和横截面积都相同的不同材料的导体，其电阻________。研究表明，导体的电阻是________的一种性质，它的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。
【合作探究】
1.电阻的定义与单位
（1）定义：物理学中，把导体对电流的________作用叫电阻。用符号R表示。
（2）单位：国际单位为欧姆（Ω）
常用单位：千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）
换算关系：1kΩ=________Ω，1MΩ=_________kΩ；
2.物理意义
导体的电阻越大，表示导体对电流的阻碍作用________。
3. 电阻器
用电器的电路中连接着许多具有一定阻值的元件——电阻器，用来调节电路中的_______和_____。电阻器（简称电阻）在电路图中的符号是“ ”
4.常用电阻
实验用的 1 m 长的铜导线，电阻约百分之几欧；白炽灯（60 W）正常发光时的电阻为 800 Ω 左右；小灯泡正常发光时灯丝电阻为几欧到十几欧；日常用的电暖器和电烤箱的电阻约为几十欧。
1.猜想与假设
电阻大小可能跟导体的材料、长度、横截面积有关。
2. 实验方法
①控制变量法：在探究电阻的大小可能与导体的材料、导体的长度、导体的粗细有关时，利用控制变量法去探究每一个因素对电阻大小的影响。
②转换法：在电源电压不变的情况下，通过电流表的示数或灯泡亮度来判断导体电阻的大小。
3.实验电路图
3.实验器材
开关、电源、电流表、导线、
a、b、c 是三根用同种材料制成的导体，a、b 长度相同但粗细（横截面积）不同，a、c 粗细相同而长度不同；导体 d 与 c 的长度、粗细都相同，但材料不同。
4.实验步骤
（1）选用材料、长度相同，横截面积不同的电阻丝a和b，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。
出示视频
材料 长度 横截面积 电流大小/A
镍铬合金丝 L 2S 0.24
S 0.2
0.5S 0.12
观察思考：请说出实验现象以及结论。
现象：材料和长度相同，横截面积越小，通过的电流_________，则电阻丝的电阻就______。
结论：导体的电阻与_________有关。材料和长度相同的导体，横截面积越小，电阻就_____。
（2）选用材料、横截面积相同，长度不同的电阻丝a和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。
出示视频
材料 长度 横截面积 电流大小/A
镍铬合金丝 0.25L S 0.24
0.5L 0.22
L 0.2
观察思考：请说出实验现象以及结论。
现象：材料和横截面积相同，长度越长，通过的电流_______，则电阻丝的电阻就______。
结论：导体的电阻与长度有关。材料和横截面积相同的导体，长度越长，电阻就_______越大。
（3）选用长度和横截面积相同、材料不同的电阻丝d和c，分别将它们接入电路，观察电流表的示数，记入表格中。
出示视频
材料 长度 横截面积 电流大小/A
铜丝 L S 0.6
镍铬合金丝 0.22
观察思考：请说出实验现象以及结论。
现象：长度和横截面积相同，材料不同，电流大小不同，电阻______。
结论：导体的电阻与________有关。长度和横截面积都相同的不同材料的导体，其电阻_______。
5.实验结论：大量实验表明横截面积相同的同种材料的导体，长度越长，电阻______；长度相同的同种材料的导体，横截面积越小，电阻_______；长度和横截面积都相同的不同材料的导体，其电阻_________。
研究表明，导体的电阻是________导体本身的一种性质，它的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。
注意：
1.导体的电阻是导体本身的一种性质，与电流、电压无关，它的大小与导体的材料、长度、横截面积和温度有关。
2.白炽灯不工作时（灯丝处于常温）的电阻为几十欧，而白炽灯正常发光时，其电阻却高达几百、几千欧。在初中物理的学习中，通常不考虑温度对电阻的影响。
知识拓展
导体、绝缘体、半导体和超导体
导电性能排序
电阻较小的材料导电性能较强，电阻较大的材料导电性能较弱。
1.导体和绝缘体
人们常把容易导电的材料叫作导体，不容易导电的材料叫作绝缘体。
2.半导体
有些材料的导电性能介于导体和绝缘体之间，叫作半导体。
3.超导现象
20 世纪初，科学家们还发现，有些材料在很低的温度时，电阻就变成了 0，这就是超导现象。发生超导现象的物体叫作超导体。
4.导体电阻和温度的关系
（1）一般的物体，如金属，其电阻随温度的升高而增大，随温度的下降减小。
（2）有的合金，如康铜和锰铜，其电阻几乎不随温度的变化而变化，是制作标准电阻的好材料。
（3）半导体的电阻和温度的关系较为复杂，有些半导体的电阻随温度的升高而减小，有些半导体的电阻随温度的升高而增大。
【归纳整理】
1.电阻
（1）定义：导体对电流的阻碍作用，导体本身的一种性质。
（2）单位：欧姆（Ω），常用单位：千欧（kΩ）、兆欧（MΩ）
2.影响因素
研究方法：控制变量法、转换法
因素：横截面积，长度，横截面积，金属导体的温度（一般忽略不计）
【课堂练习】
1.影响导体电阻大小的因素：导体的电阻是导体 _______________ ，它的大小决定于导体的_____、_____和_____，还与_____ 有关。材料、横截面积一定时，导体越 _____，电阻越大；材料、长度一定时，导体横截面积越_____ ，电阻越大；大多数导体的电阻随温度的升高而_____ 。
2. 小明收集了很多材料和长度都相同但粗细不同的铅笔芯。如图所示，是用他身边的器材自制的简易调光灯电路，下列说法正确的是（　　）
A．该实验装置可以探究导体电阻与导体材料的关系
B．该实验装置不可以探究导体电阻与导体长度的关系
C．闭合开关，夹子A向右移动的过程中灯泡亮度变暗
D．夹子A从最左端移动到最右端的过程中，他发现灯泡亮度变化不明显，他应该调换更细的铅笔芯来做实验
3. 如图所示是“探究影响导体电阻大小的因素”实验电路，其中a是锰铜合金丝，b、c、d是镍铬合金丝；a、b的长度、粗细均相同，b、c的粗细相同、长度不同，b、d的长度相同、粗细不同。在此实验中，导体电阻的大小通过 来比较；探究导体电阻大小与长度的关系时应选择 两合金丝；若选择b、d两合金丝进行实验可以探究导体电阻大小与 的关系。
【课后巩固】
1. 在温度一定的条件下，采用控制变量法做“探究影响导体电阻大小的因素”实验。表中给出了实验中所用导体的情况。
导体代号 A B C D E F G
导体长度 l/m 1.0 0.5 1.5 1.0 1.2 1.5 0.5
导体横截面积 S/mm2 3.2 0.8 1.2 0.8 1.2 1.2 1.2
导体材料 锰铜 钨 镍铬 锰铜 钨 锰铜 镍铬
选择导体 C、F 进行对比，是为了探究导体电阻大小与 ________ 是否有 关；选择导体 C 和导体 ________（选填导体代号）进行对比，是为了探究导 体电阻与其长度的关系；为了探究导体电阻与其横截面积的关系，应选择的两 个导体是 ________（选填导体代号）。
2.我国城乡许多地区实施了输电线改造工程，将原来细的铜质输电线换 成较粗的铜质输电线，这样做 ________（选填“增大”或“减小”）了输电线 的电阻。
3.白炽灯灯泡的灯丝用久了，灯丝的电阻是变大还是变小？为什么？
1. 某同学选用表格中的几种导体，分别将它们接入如图甲所示的电路中，探究影响导体电阻大小的因素。
导体代号 长度/m 横截面积/mm2 材料
A 1.0 0.2 锰铜
B 1.0 0.4 锰铜
C 1.0 0.6 锰铜
D 0.5 0.4 锰铜
E 1.5 0.4 锰铜
F 1.0 0.6 镍铬合金
G 1.0 0.6 铁
（1）实验中通过观察电流表示数来判断导体电阻的大小，电流表示数越大，说明导体电阻 。
（2）为检验“导体电阻跟 有关”的猜想，应选用序号为A、B、C的三种导体。
（3）图乙所示滑动变阻器的工作原理就是利用 （填字母代号）三种导体进行实验得出的结论。
（4）有一根长度为2m的导线，其阻值为R，将其剪去一半，剩下的一半阻值为R1，再把剩下的一半均匀拉长到2m，阻值为R2。比较R、R1和R2，阻值最大的是 。
（5）在其它条件相同的情况下，电阻较 的材料导电性能较强。
2. 小明在实验室中找到如图1所示的几根金属丝，并连接了如图2所示的电路，探究“影响导体电阻大小的因素”。
（1）为避免电路中电流过大损坏电流表，可以在电路中 联一个小灯泡；
（2）小明将金属丝A和B分别接在M、N之间，目的是探究导体电阻大小与 的关系；小明将金属丝A和C分别接在M、N之间，目的是探究导体电阻大小与 的关系；
（3）若把A导体接在M、N之间，闭合开关，读出电流表示数后，再用酒精灯对A导体加热一段时间后读数，这是探究 对电阻的影响；
（4）为使实验结论更加完整，小明又找来一根金属丝D，这根金属丝D和其他三根金属丝的 一定不同；
（5）小明又找到一个如图3所示的合金金属块接入电路，你认为沿 （选填“AB”“CD”或“EF”）方向接入图2所示电路时，电流表示数最大。
（6）非标电线就是低于国家标准的电线，如图电线的粗细比国家标准要细一些。若用非标电线代替相同长度的合格电线，则电线的电阻 （选填“变大”或“变小”）。
3.小明利用如图所示的电路探究影响电阻大小的因素。实验中使用4根电阻丝，其规格、材料如下表所示。
编号 材料 长度/m 横截面积/m2 电流大小/A
A 锰铜合金 0.5 0.8 0.40
B 镍铬合金 0.5 0.8 0.32
C 镍铬合金 0.5 0.4 0.16
D 镍铬合金 1.0 0.4 0.08
（1）连接电路时，开关要 。
（2）实验中通过观察 来比较电阻的大小，该实验方法称为 法。
（3）分别将 （填编号）两根合金丝接入电路，可探究导体的电阻与导体横截面积的关系。
（4）分别将C、D两根合金丝接入电路，可初步探究出的结论是导体的材料、横截面积相同时，导体的长度越长，电阻越 。
（5）小明又把一根白炽灯的钨丝接入电路，并用酒精灯加热，发现电流表的示数变小，针对此现象提出一个可探究的科学问题 。
（6）通过以上探究，小明明白了我国城乡许多地区进行了输电线路的改造，将原来细的铝质输电线换成较粗的铝质输电线，这样是为了 （选填“增大”“减小”）输电线的电阻。
【课后评价】
这节课我给自己☆☆☆☆☆颗星。
【参考答案】
【课前预习】
答案： 1. 阻碍 R 2. 欧姆 Ω 10 10 3.电流 电压 4.(1) 较小 较大 (2) 控制变量①材料 横截面积 不同②材料 长度 不同 ③长度 横截面积 不同5. 越大 越大 一般不同 导体本身
【合作探究】
探究点一：
答案：1. （1）阻碍（2）103 103 2. 越大 3. 电流 电压
探究点二：
答案： 4.（1）越小 越大 横截面积 越大（2）越小 越大 越大（3）不同 材料 一般不同
5. 越大 越大 一般不同
【课堂练习】
1.【答案】本身的一种性质 材料 长度 横截面积 温度 长 小 增大
【解析】导体的电阻是导体本身的一种性质，它的大小决定于导体的材料、长度和横截面积，它还与温度有关。当导体的材料、横截面积一定时，导体越长，电阻越大；材料、长度一定时，导体横截面积越小，电阻越大；且大多数导体的电阻随温度的升高而增大。
2.【答案】D
【解析】A．根据题意可知，都是铅笔芯，材料都相同，所以不能探究电阻与材料的关系，故A错误；
B．根据实物图可知，铅笔芯接入电路中的长度可以改变，所以可以探究导体电阻与导体长度的关系，故B错误；
C．闭合开关，夹子A向右移动的过程中，铅笔芯接入电路中的长度变短，电路中电阻变小，根据欧姆定律可知，电压不变，电流变大，灯泡亮度变亮，故C错误；
D．夹子A从最左端移动到最右端的过程中，发现灯泡亮度变化不明显，说明电流变化不明显，电阻变化不大，应换用电阻大的铅笔芯，而在长度不变时，铅笔芯越细，电阻越大，故D正确。
故选D。
3.【答案】电流表示数 b、c 横截面积
【详解】[1]导体电阻大小不易观察，根据转化法，实验中可通过比较电流大小来反映，所以在此实验中，导体电阻的大小通过电流表示数来比较的。
[2]根据控制变量法，要想探究导体电阻与长度的关系，应控制导体的材料和横截面积相同，长度不同，因此应选用b、c两合金丝。
[3]根据控制变量法，由题意知，b、d两合金丝材料和长度相同，横截面积不同，所以可用于探究导体电阻与导体横截面积的关系。
【课后巩固】
基础练习
1.答案：材料；G；A、D。
解析（1）对比C、F两导体发现，导体的横截面积和长度都相同，只有材料不同，是为了探究导体电阻大小与导体材料是否有关；
（2）研究电阻与长度的关系，需要控制导体的横截面积和材料相同，长度不同，故选C、H两个导体；
（3）研究电阻与横截面积关系时，需要控制材料和长度一定，导体的横截面积不同，故选A、D两个导体。
2.答案：减小
解析：当导体的材料和长度保持不变时，增大横截面积可以减小电阻。因此，将细的铜质输电线换成较粗的铜质输电线，可以减小输电线的电阻，从而减少电能在输送过程中的损耗。
3.答：灯丝的电阻变大。因为灯丝用久了，会由于升华而变细，电阻变大
能力提升
1.【答案】(1）越小 (2）横截面积 (3)BDE (4)R2 (5）小
【详解】（1）导体的电阻越大对电流的阻碍作用越大，因此实验中通过观察电流表示数来判断导体电阻的大小，电流表示数越大，说明导体对电流的阻碍作用越小，则电阻越小。
（2）分析A、B、C的三种导体，导体的材料相同，长度相同，横截面积不同，因此可以用来检验导体电阻跟横截面积的关系。
（3）滑动变阻器的工作原理是靠改变接入电路的电阻丝长度来改变电阻的。要探究导体的电阻跟导体长度的关系，根据控制变量法，要控制导体的材料和横截面积一定，长度不同，因此应选取B、D、E三种导体进行实验。
（4）有一根长度为2m的导线，其阻值为R，将其剪去一半，根据电阻与长度的关系，在材料和横截面积不变时，电阻与长度成正比，剩下一半的长度是原来的一半，则剩下的一半阻值为
再把剩下的一半均匀拉长到2m，此时的长度变为刚才的长度的2倍，根据V=SL可知，体积不变，横截面积变为刚才的，再根据电阻与横截面积的关系，在材料和长度不变时，电阻与横截面积成反比，则阻值变为刚才阻值的4倍，即阻值为
比较R、R1和R2，阻值最大的是R2。
（5）根据电阻的性质，在其他条件相同的情况下，电阻越小，电流越容易通过，也就意味着这种材料导电性能较强。
2.【答案】(1）串 (2）长度 横截面积 (3）温度 (4）材料 (5)CD (6）变大
【详解】（1）为避免电路中电流过大损坏电流表，可以在电路中串联一个小灯泡，增大电阻减小电路中的电流。
（2）[1]根据控制变量法，由图1可知，金属丝A和B材料和横截面积相同，长度不同，可以探究导体电阻大小与长度的关系。
[2]由图1可知，金属丝A、C两金属丝的长度和材料相同，横截面积不同，可以探究导体电阻大小与横截面积的关系。
（3）加热后，A导体的温度升高，观察电流表的示数的变化，可知A导体的电阻的变化，这是探究温度对电阻的影响。
（4）以上实验探究了导体电阻与导体的长度、横截面积、温度的关系，要使实验结论更加完整，还需探究导体电阻与材料的关系，所以金属丝D和其他三根金属丝的材料一定不同。
（5）当导体材料相同时，导体长度越短，横截面积越大，导体的电阻越小，由图3得，沿CD方向的长度最短，横截面积最大，因此沿CD方向接入图2所示电路时，导体的电阻最小，电流表示数最大。
（6）当导体材料相同时，导体长度越短，横截面积越大，导体的电阻越小，所以若用非标电线代替相同长度的合格电线，由于导体的横截面积变小，因此电线的电阻变大。
3.【答案】(1）断开 (2）电流表示数 转换 (3)B、C (4）大 (5）导体的电阻与温度有什么关系 (6）减小
【详解】（1）为了保护电路，连接电路时，开关应处于断开状态。
（2）[1][2]在该实验中，电阻的大小是通过电流的大小来体现的，通过观察电流表示数来比较电阻的大小，这是转换法的应用。
（3）根据控制变量法，要探究导体的电阻与横截面积的关系，应控制导体的长度和材料相同，而横截面积不同，根据表中数据可知，需选择B、C两根合金丝进行实验。
（4）根据表中数据可知，C、D两电阻丝材料、横截面积相等，而长度不同，利用它们可以研究导体电阻与长度的关系，D电阻丝较长，通过它的电流较小，说明D电阻丝的电阻较大，可得出导体
的材料、横截面积相同时，长度越长，电阻越大。
（5）当用酒精灯对钨丝进行加热时，钨丝的温度就会升高，钨丝两端电压不变，此时电路中的电流就会减小，由可知，钨丝的电阻变大，这表明导体电阻的大小跟导体的温度有关，因此可以提出一个可探究的科学问题：导体的电阻与温度有什么关系？
（6）细的铝质输电线换成较粗的铝质输电线，在导线的材料和长度不变时，导线的横截面积增大，电阻值减小。
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