高中物理人教版选修3-1 第二章 第6节 导体的电阻 学案 Word版含解析
文档属性
| 名称 | 高中物理人教版选修3-1 第二章 第6节 导体的电阻 学案 Word版含解析 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 174.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（新课程标准） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-01-02 09:03:11 | ||
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文档简介
第6节 导体的电阻
1．通过对影响导体电阻的因素的探究，理解控制变量法。
2．掌握影响导体电阻的因素及导体电阻的公式。
3．理解电阻率的概念及物理意义，了解电阻率与温度的关系。
一、影响导体电阻的因素
1．推测：移动滑动变阻器的滑片可以改变它的电阻，这说明导体电阻跟它的长度有关；同样是220 V的灯泡，灯丝越粗用起来越亮，说明导体电阻跟横截面积有关；电线常用铜丝制造而不用铁丝，说明导体电阻跟它的材料有关。
2．探究方案
(1)实验探究影响导体电阻的因素时，应用的探究方法是：控制变量法。由实验探究得到：导体的电阻与长度、横截面积和材料有关。
(2)根据串、并联电路中的电阻关系通过逻辑推理可以探究导体的电阻与导体的长度、横截面积的关系。
二、导体的电阻
1．导体的电阻：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，写成公式是R＝ρ，ρ为导体材料的电阻率。
2．电阻率
(1)表征导体导电性能的物理量。
(2)电阻率与导体的材料有关。
(1)导体越长、横截面积越大，其电阻一定越大。( )
(2)任何导电材料的电阻率都随温度的升高而增大。( )
(3)电阻率小说明材料导电性能强，所以电阻也小。( )
(4)电阻率与导体的长度和横截面积有关。( )
提示：(1)× (2)× (3)× (4)×
课堂任务 影响导体电阻的因素
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
a、b、c是同种材料制成的导体，d导体与a、b粗细相同，但b比a长；a、c长度相同，但c比a粗；a、d长度和粗细都相同，但d与a材料不同。
活动1：图中a、b、c、d通过什么来定量比较电阻大小？
提示：a、b、c、d是串联的，每段导体两端的电压与它们的电阻成正比，所以通过电压表的示数之比就可以知道电阻的大小之比。
活动2：实验探究导体的电阻与它的长度、横截面积及它的材料等因素的定量关系时，如何测量电阻丝的横截面积、长度、电阻？
提示：(1)电阻丝横截面积的测量
把电阻丝紧密绕在一个圆柱形物体上(例如铅笔)，用刻度尺测出多匝的宽度，然后除以圈数，得到电阻丝的直径，进而计算出电阻丝的横截面积；或用螺旋测微器测出电阻丝的直径，进而得到电阻丝的横截面积。
(2)电阻丝长度的测量
把电阻丝拉直，用刻度尺量出它的长度。
(3)电阻的测量
连接适当的电路，测量电阻丝两端的电压U和通过电阻丝的电流I，由R＝计算得到电阻。
活动3：如图是怎样探究导体电阻的影响因素的？得到的结论是什么？
提示：(1)a、b横截面积、材料都相同，通过比较长度之比和电压之比得出结论。实验表明，导体的电阻与长度成正比。
(2)a、c长度和材料相同，通过比较横截面积之比和电压之比得出结论。实验表明，导体的电阻与横截面积成反比。
(3)a、d长度和横截面积相同，通过比较电压大小得出结论。实验表明，导体的电阻与材料有关。
活动4：通过逻辑推理分析，导体电阻与导体的长度和横截面积应该是什么样的关系？
提示：(1)研究导体电阻与它的长度的关系
一条长度为l、电阻为R的导体，可以看成是由n段长度同为l1、电阻同为R1的导体串联而成。因l＝nl1，R＝nR1，所以＝。
(2)研究导体电阻与它的横截面积的关系
有n条导体，它们的长度相同，材料相同，横截面积同为S1，电阻同为R1。把它们紧紧地束在一起，组成一根横截面积为S、电阻为R的导体，则R＝，S＝nS1，所以＝。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
通过实验探究和逻辑推理都可以得出：同种材料的导体，其电阻R与其长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻还与构成它的材料有关。
写成公式则是R＝ρ。
式中ρ是与导体材料有关的比例系数，叫做导体的电阻率。
例1 “探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图甲所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝。现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝，其规格如下表所示。
编号
材料
长度(m)
横截面积(mm2)
A
镍铬合金
0.8
0.8
B
镍铬合金
0.5
0.5
C
镍铬合金
0.3
0.5
D
镍铬合金
0.3
1.0
E
康铜合金
0.3
1.0
F
康铜合金
0.8
1.0
(1)电路图中四条金属丝应分别选上表中的________(用编号表示)；
(2)在相互交流时，有位同学提出用如图乙所示的电路，只要将图乙中P端分别和触点1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，你认为上述方法是否正确，若正确，请说出理由；若不正确，请说出原因。
怎么研究一个物理量与多个物理量之间的关系？
提示：用控制变量法研究。
[规范解答] (1)用控制变量法研究，选金属丝时，要求能进行对比研究，即除所探究因素外，其他因素相同；从上表所给信息可以看出，要探究导体电阻与导体长度的关系，则需要有编号为B、C的金属丝；要探究导体电阻与导体横截面积的关系，则要有编号为C、D的金属丝；要探究导体电阻与导体材料的关系，则要有编号为D、E的材料；故选BCDE。
(2)接不同的金属丝时，金属丝两端的电压可能不同，利用电流与电阻成反比的关系探究的前提是导体两端的电压一定。
[完美答案] (1)BCDE
(2)不正确，因为P端分别和触点1、2、3、4相接时，导体两端的电压不一定相同。只有电压不变时，才能利用电流跟电阻成反比的关系探究出导体的电阻与其影响因素的定量关系。
控制变量法必须保证其他可能影响的因素都相同，只有当前不同的一项会影响结果，这样当前不同的这项物理量与待研究项?电阻?的关系就可以确定了。
在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中，某实验小组提出了如下猜想：
猜想一：导体电阻跟导体长度有关；
猜想二：导体电阻跟导体粗细有关；
猜想三：导体电阻跟导体材料有关。
同学们想利用如图的电路和表中的导体验证上述猜想。
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)请将猜想一的实验设计思路补充完整。选取________和________相同、________不同的导体，分别将其接入如图电路中，通过比较电路中________的大小，判断导体电阻的大小。
(2)验证猜想三时，若需对比三个实验数据，则应从上表中选取导体________(填写导体代号)来进行实验。
答案 (1)材料 横截面积 长度 电流 (2)C、F、G
解析 (1)为了研究导体电阻与导体长度的关系，则需选取材料和横截面积相同、长度不同的导体，分别将其接入题图电路中，通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
(2)为了研究导体电阻与导体材料的关系，则需使导体的长度和横截面积相同，材料不同，应选用的三种导体是C、F、G，分别将其接入题图电路中，通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
课堂任务 导体的电阻与电阻率
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：保持某个电流方向不变，改变导体两端的电压U或通过导体的电流I的大小，导体的电阻会发生变化吗？如果只改变导体a、b、c中的一个长度呢？
提示：学习欧姆定律时就知道R＝，但R不会随U或I的变化而发生变化，这只是一个计算式。如果只改变导体a、b、c中的一个长度，导体的电阻必然发生变化，因为这些长度影响了电阻的大小。
活动2：图中两个方向的电流通过导体时，导体的电阻相同吗？
提示：不相同。因为横截面积和长度都发生了变化。公式R＝ρ是导体电阻的决定式，图中所示为一块长方体导体，若通过电流I1，则R1＝ρ；若通过电流I2，则R2＝ρ。
活动3：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)R＝ρ与R＝的比较
R＝ρ
R＝
意义
电阻定律的表达式，也是电阻的决定式
电阻的定义式，R与U、I无关
作用
提供了测定电阻率的一种方法：ρ＝R
提供了测定电阻的一种方法：伏安法
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
纯电阻元件
联系
导体的电阻取决于导体本身的材料、长度和横截面积，而不是U和I
(2)对电阻率的认识
电阻率是一个反映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。
①纯净金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。
②电阻率往往随温度的变化而变化
a．金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。
b．半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。
c．有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。
d．当温度降到绝对零度时，某些导体变成超导体。
(3)电阻与电阻率的对比
电阻R
电阻率ρ
描述对象
导体
材料
物理意义
反映导体对电流阻碍作用的大小，R大，阻碍作用大
反映材料导电性能的好坏，ρ大，导电性能差
决定因素
由材料、温度和导体形状、大小决定
由材料、温度决定，与导体形状、大小无关
单位
欧姆(Ω)
欧姆·米(Ω·m)
联系
R＝ρ，ρ大，R不一定大，导体对电流阻碍作用不一定大；R大，ρ不一定大，导电性能不一定差
例2 如图所示均匀的长薄片合金电阻板abcd，ab边长为L1，ad边长为L2，当端点1、2或3、4接入电路中时，R12∶R34为( )
A．L1∶L2 B．L2∶L1
C．1∶1 D．L∶L
当端点1、2或3、4接入电路中时，如何计算电阻？
提示：根据R＝ρ计算。
[规范解答] 设薄片厚度为h，
端点1、2接入电路中时，电阻R12＝ρ，
端点3、4接入电路中时，电阻R34＝ρ，
所以R12∶R34＝L∶L。
[完美答案] D
应用公式R＝ρ要注意的几点
(1)公式中的l是沿电流方向的导体长度，S是垂直于电流方向的横截面积。
(2)一定几何形状的导体，电阻的大小与接入电路的具体方式有关，在应用公式R＝ρ求电阻时要注意导体长度和横截面积的确定。
(3)一定体积的导体，当长度和横截面积发生变化时，导体的电阻率不变，体积不变，由V＝Sl可知l和S成反比，这是解决此类电阻变化问题的关键。
如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc，当将A与B接入电路或将C与D接入电路中时电阻之比RAB∶RCD为( )
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
答案 D
解析 设沿AB方向的横截面积为S1，沿CD方向的横截面积为S2，则有＝＝。根据电阻定律有＝＝·＝×＝，D正确。
1．通过对影响导体电阻的因素的探究，理解控制变量法。
2．掌握影响导体电阻的因素及导体电阻的公式。
3．理解电阻率的概念及物理意义，了解电阻率与温度的关系。
一、影响导体电阻的因素
1．推测：移动滑动变阻器的滑片可以改变它的电阻，这说明导体电阻跟它的长度有关；同样是220 V的灯泡，灯丝越粗用起来越亮，说明导体电阻跟横截面积有关；电线常用铜丝制造而不用铁丝，说明导体电阻跟它的材料有关。
2．探究方案
(1)实验探究影响导体电阻的因素时，应用的探究方法是：控制变量法。由实验探究得到：导体的电阻与长度、横截面积和材料有关。
(2)根据串、并联电路中的电阻关系通过逻辑推理可以探究导体的电阻与导体的长度、横截面积的关系。
二、导体的电阻
1．导体的电阻：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，写成公式是R＝ρ，ρ为导体材料的电阻率。
2．电阻率
(1)表征导体导电性能的物理量。
(2)电阻率与导体的材料有关。
(1)导体越长、横截面积越大，其电阻一定越大。( )
(2)任何导电材料的电阻率都随温度的升高而增大。( )
(3)电阻率小说明材料导电性能强，所以电阻也小。( )
(4)电阻率与导体的长度和横截面积有关。( )
提示：(1)× (2)× (3)× (4)×
课堂任务 影响导体电阻的因素
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
a、b、c是同种材料制成的导体，d导体与a、b粗细相同，但b比a长；a、c长度相同，但c比a粗；a、d长度和粗细都相同，但d与a材料不同。
活动1：图中a、b、c、d通过什么来定量比较电阻大小？
提示：a、b、c、d是串联的，每段导体两端的电压与它们的电阻成正比，所以通过电压表的示数之比就可以知道电阻的大小之比。
活动2：实验探究导体的电阻与它的长度、横截面积及它的材料等因素的定量关系时，如何测量电阻丝的横截面积、长度、电阻？
提示：(1)电阻丝横截面积的测量
把电阻丝紧密绕在一个圆柱形物体上(例如铅笔)，用刻度尺测出多匝的宽度，然后除以圈数，得到电阻丝的直径，进而计算出电阻丝的横截面积；或用螺旋测微器测出电阻丝的直径，进而得到电阻丝的横截面积。
(2)电阻丝长度的测量
把电阻丝拉直，用刻度尺量出它的长度。
(3)电阻的测量
连接适当的电路，测量电阻丝两端的电压U和通过电阻丝的电流I，由R＝计算得到电阻。
活动3：如图是怎样探究导体电阻的影响因素的？得到的结论是什么？
提示：(1)a、b横截面积、材料都相同，通过比较长度之比和电压之比得出结论。实验表明，导体的电阻与长度成正比。
(2)a、c长度和材料相同，通过比较横截面积之比和电压之比得出结论。实验表明，导体的电阻与横截面积成反比。
(3)a、d长度和横截面积相同，通过比较电压大小得出结论。实验表明，导体的电阻与材料有关。
活动4：通过逻辑推理分析，导体电阻与导体的长度和横截面积应该是什么样的关系？
提示：(1)研究导体电阻与它的长度的关系
一条长度为l、电阻为R的导体，可以看成是由n段长度同为l1、电阻同为R1的导体串联而成。因l＝nl1，R＝nR1，所以＝。
(2)研究导体电阻与它的横截面积的关系
有n条导体，它们的长度相同，材料相同，横截面积同为S1，电阻同为R1。把它们紧紧地束在一起，组成一根横截面积为S、电阻为R的导体，则R＝，S＝nS1，所以＝。
活动5：讨论、交流、展示，得出结论。
通过实验探究和逻辑推理都可以得出：同种材料的导体，其电阻R与其长度l成正比，与它的横截面积S成反比；导体的电阻还与构成它的材料有关。
写成公式则是R＝ρ。
式中ρ是与导体材料有关的比例系数，叫做导体的电阻率。
例1 “探究导体电阻与导体长度、横截面积、材料的关系”的实验电路如图甲所示，a、b、c、d是四种不同的金属丝。现有几根康铜合金丝和镍铬合金丝，其规格如下表所示。
编号
材料
长度(m)
横截面积(mm2)
A
镍铬合金
0.8
0.8
B
镍铬合金
0.5
0.5
C
镍铬合金
0.3
0.5
D
镍铬合金
0.3
1.0
E
康铜合金
0.3
1.0
F
康铜合金
0.8
1.0
(1)电路图中四条金属丝应分别选上表中的________(用编号表示)；
(2)在相互交流时，有位同学提出用如图乙所示的电路，只要将图乙中P端分别和触点1、2、3、4相接，读出电流，利用电流跟电阻成反比的关系，也能探究出导体电阻与其影响因素的定量关系，你认为上述方法是否正确，若正确，请说出理由；若不正确，请说出原因。
怎么研究一个物理量与多个物理量之间的关系？
提示：用控制变量法研究。
[规范解答] (1)用控制变量法研究，选金属丝时，要求能进行对比研究，即除所探究因素外，其他因素相同；从上表所给信息可以看出，要探究导体电阻与导体长度的关系，则需要有编号为B、C的金属丝；要探究导体电阻与导体横截面积的关系，则要有编号为C、D的金属丝；要探究导体电阻与导体材料的关系，则要有编号为D、E的材料；故选BCDE。
(2)接不同的金属丝时，金属丝两端的电压可能不同，利用电流与电阻成反比的关系探究的前提是导体两端的电压一定。
[完美答案] (1)BCDE
(2)不正确，因为P端分别和触点1、2、3、4相接时，导体两端的电压不一定相同。只有电压不变时，才能利用电流跟电阻成反比的关系探究出导体的电阻与其影响因素的定量关系。
控制变量法必须保证其他可能影响的因素都相同，只有当前不同的一项会影响结果，这样当前不同的这项物理量与待研究项?电阻?的关系就可以确定了。
在“探究影响导体电阻大小的因素”实验中，某实验小组提出了如下猜想：
猜想一：导体电阻跟导体长度有关；
猜想二：导体电阻跟导体粗细有关；
猜想三：导体电阻跟导体材料有关。
同学们想利用如图的电路和表中的导体验证上述猜想。
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)请将猜想一的实验设计思路补充完整。选取________和________相同、________不同的导体，分别将其接入如图电路中，通过比较电路中________的大小，判断导体电阻的大小。
(2)验证猜想三时，若需对比三个实验数据，则应从上表中选取导体________(填写导体代号)来进行实验。
答案 (1)材料 横截面积 长度 电流 (2)C、F、G
解析 (1)为了研究导体电阻与导体长度的关系，则需选取材料和横截面积相同、长度不同的导体，分别将其接入题图电路中，通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
(2)为了研究导体电阻与导体材料的关系，则需使导体的长度和横截面积相同，材料不同，应选用的三种导体是C、F、G，分别将其接入题图电路中，通过比较电路中电流的大小，判断导体电阻的大小。
课堂任务 导体的电阻与电阻率
仔细观察下列图片，认真参与“师生互动”。
活动1：保持某个电流方向不变，改变导体两端的电压U或通过导体的电流I的大小，导体的电阻会发生变化吗？如果只改变导体a、b、c中的一个长度呢？
提示：学习欧姆定律时就知道R＝，但R不会随U或I的变化而发生变化，这只是一个计算式。如果只改变导体a、b、c中的一个长度，导体的电阻必然发生变化，因为这些长度影响了电阻的大小。
活动2：图中两个方向的电流通过导体时，导体的电阻相同吗？
提示：不相同。因为横截面积和长度都发生了变化。公式R＝ρ是导体电阻的决定式，图中所示为一块长方体导体，若通过电流I1，则R1＝ρ；若通过电流I2，则R2＝ρ。
活动3：讨论、交流、展示，得出结论。
(1)R＝ρ与R＝的比较
R＝ρ
R＝
意义
电阻定律的表达式，也是电阻的决定式
电阻的定义式，R与U、I无关
作用
提供了测定电阻率的一种方法：ρ＝R
提供了测定电阻的一种方法：伏安法
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
纯电阻元件
联系
导体的电阻取决于导体本身的材料、长度和横截面积，而不是U和I
(2)对电阻率的认识
电阻率是一个反映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。
①纯净金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。
②电阻率往往随温度的变化而变化
a．金属的电阻率随温度的升高而增大，可用于制作电阻温度计。
b．半导体的电阻率随温度的升高而减小，半导体的电阻率随温度的变化较大，可用于制作热敏电阻。
c．有些合金，电阻率几乎不受温度变化的影响，常用来制作标准电阻。
d．当温度降到绝对零度时，某些导体变成超导体。
(3)电阻与电阻率的对比
电阻R
电阻率ρ
描述对象
导体
材料
物理意义
反映导体对电流阻碍作用的大小，R大，阻碍作用大
反映材料导电性能的好坏，ρ大，导电性能差
决定因素
由材料、温度和导体形状、大小决定
由材料、温度决定，与导体形状、大小无关
单位
欧姆(Ω)
欧姆·米(Ω·m)
联系
R＝ρ，ρ大，R不一定大，导体对电流阻碍作用不一定大；R大，ρ不一定大，导电性能不一定差
例2 如图所示均匀的长薄片合金电阻板abcd，ab边长为L1，ad边长为L2，当端点1、2或3、4接入电路中时，R12∶R34为( )
A．L1∶L2 B．L2∶L1
C．1∶1 D．L∶L
当端点1、2或3、4接入电路中时，如何计算电阻？
提示：根据R＝ρ计算。
[规范解答] 设薄片厚度为h，
端点1、2接入电路中时，电阻R12＝ρ，
端点3、4接入电路中时，电阻R34＝ρ，
所以R12∶R34＝L∶L。
[完美答案] D
应用公式R＝ρ要注意的几点
(1)公式中的l是沿电流方向的导体长度，S是垂直于电流方向的横截面积。
(2)一定几何形状的导体，电阻的大小与接入电路的具体方式有关，在应用公式R＝ρ求电阻时要注意导体长度和横截面积的确定。
(3)一定体积的导体，当长度和横截面积发生变化时，导体的电阻率不变，体积不变，由V＝Sl可知l和S成反比，这是解决此类电阻变化问题的关键。
如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc，当将A与B接入电路或将C与D接入电路中时电阻之比RAB∶RCD为( )
A．1∶4 B．1∶2 C．2∶1 D．4∶1
答案 D
解析 设沿AB方向的横截面积为S1，沿CD方向的横截面积为S2，则有＝＝。根据电阻定律有＝＝·＝×＝，D正确。