人教版高二物理选修3-1第二章恒定电流第6节导体的电阻课件(共29张PPT)

(共29张PPT)
高中物理选修3-1
第二章恒定电流
第6节导体的电阻
滑动变阻器
灯泡灯丝越粗越亮
常用铜丝电线规格
一、影响导体电阻的因素
1.导体的电阻是导体本身的一种性质。移动滑动变阻器的滑片可以改变它的电阻，这说明导体的电阻跟它的长度有关；同是220V的灯泡，灯丝越粗用起来越亮，说明导体的电阻跟横截面积有关；电线常用铜线制造而不是铁丝，说明导体电阻跟它的材料有关。
2.通过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。实验时选择几种不同材料的导体，分别测量它们的长度、横截面积、电阻，从中找出它们之间的关系。
3．取一段新的紧密绕制的电炉丝，如图所示，那样用刻度尺测出它的宽度，除以圈数，
便是电炉丝的直径，于是可
以计算出电炉丝的横截面积S。
测量金属丝的直径时，也可使用游标卡尺或螺旋测微器直接测量。
4．把电炉丝拉直，用刻度尺量出它的长度l。
5．可以用如图所示的电路测量电炉丝的电阻：闭合开关后，测出电炉丝两端的电压、通过电炉丝的
电流，然后根据欧姆定律算出电炉丝的
电阻。改变滑动变阻器滑片的位置，
能获得多组数据，以各组电阻数据的平均值为R。
6．通过测量得到各条导线的电阻R、长度l、横截面积S这些数据后，怎样得出结论？以下方案可供参考。
探究方案一
1.通过实验在长度、横截面积、材料三个因素中，保持两个因素不变，比较第三个因素的影响；
然后研究另外两个因素的影响。
2.实验：探究导体电阻与其影响因素的定量关系
（1）如图所示，a、b、c、d是四条不同的金属导体。在长度、横截面积、材料三个因素方面，b、c、d跟a相比，分别只有一个因素不同：b与a长度不同；c与a横截面积不同；d与a材料不同。
（2）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，就能知道它们的电阻之比。
（3）比较a、b的电阻之比与它们的长度之比；比较a、c的电阻之比与它们的横截面积之比；比较
a、d
的电阻是否相等。这样就可以得出长度、横截面积、材料这三个因素与电阻的关系。
（3）改变滑动变阻器滑片的位置，可以获得多组实验数据以得到更可靠的结论。
探究方案二
除了上述探究思路外，我们还可以用刚刚学过的知识，通过逻辑推理来探究导体的电阻与导体长度、横截面积的关系，然后通过实验来探究导体电阻与材料的关系。
1.分析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、电阻为R1的导体串联而成的，这n段导体的材料、横截面积都相同。总长度l与每段长度l1的关系为l/l1=n
另一方面，由串联电路的性质可知，R＝nR1，即R/R1=n
对比两式，可知R/R1=l/l1
即在横截面积、材料相同的条件下，导体的电阻与长度成正比。
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。
由并联电路的性质可知，R＝R1/n，即R1/R＝n
同时S/S1＝n
所以R/R1＝S1/S
即在长度、材料相同的条件下，导体的电阻与横截面积成反比。
实验:探究导体电阻与材料的关系
1.
根据以上分析，以等式的形式写出用导体长度l、导体横截面积S表示导体电阻R的关系式，用一个与l、S无关的常量表示比例系数。
2.
选择至少两种不同材料的导体（例如镍铬合金丝和康铜丝），测出它们的长度、横截面积和电阻，分别计算出上述等式中的比例系数。
3.
分析上述比例系数的物理意义。
二、导体的电阻
1．电阻定律的内容
同种材料的导体的电阻R跟它的长度l成正比，跟它的横截面积S成反比；导体电组与构成它的材料有关。这就是电阻定律。
2．电阻定律的公式:
式中ρ是比例常数，它与导体的材料有关，是表征材料性质的一个重要的物理量，在长度、横截面积一定的条件下，ρ越大，导体的电阻越大。ρ叫做这种材料的电阻率。
3．电阻率
（1）由于在S、l相同的情况下，ρ越大R就越大，导电性能就越差，反之，导电性能则越好。所以电阻率ρ是一个能反映导体导电性能好坏的物理量。
（2）导体材料的电阻率在数值上等于这种材料制成的长为1m、横截面积为1m2的导体的电阻。
（3）电阻率由导体材料决定，反映物质的属性。
（4）在国际单位制中，电阻率的单位是欧·米（Ω·m）
思考与讨论
在如图所示中，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？
几种导体材料在20℃时的电阻率表
锰铜合金:
85％铜，3％镍，12％锰。
镍铜合金：54％铜，46％镍。
镍铬合金：
67.5％镍，15％铬，16％铁，1.5％锰。
材料
ρ/(Ω·m)
材料
ρ/(Ω·m)
银
1.6×10-8
铁
1.0×10-7
铜
1.7×10-8
锰铜合金
4.4×10-7
铝
2.9×10-8
镍铜合金
5.0×10-7
钨
5.3×10-8
镍铬合金
1.0×10-6
1．从上表可以看出，纯净金属的电阻率较小，合金的电阻率较大。连接电路的导线一般用电阻率小的铝或铜来制作，必要时可在导线上镀银。
2．电阻率往往随温度的变化而变化。金属的电阻率随温度的升高而增大。电阻温度计如图所示。就是利用金属的电阻随温度变化而制成的，可以用来测量很
高的温度。精密的电阻温度计是用铂
做的。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。
【课堂训练】
1.关于电阻率，下列说法正确的是（
　）
A.电阻率是表征材料导电性的物理量，电阻率越大，导电的性能越好
B.电阻率只与导体的材料有关
C.电阻率与导体的长度和横截面积有关
D.用来制作标准电阻的锰铜和镍铜的电阻率几乎不随温度的变化而变化
D
2.关于电阻率，以下说法中正确的是（　
　）
A．纯金属的电阻率较小，合金的电阻率较大，绝缘体的电阻率最大
B．金属的电阻率随着温度的升高而增大，半导体的电阻率随着温度的升高而减小
C．超导体的电阻率为零，所以对电流的阻碍作用为零
D．电阻率的大小只随温度的变化而变化，与材料本身无关
ABC
3.一段长为L，电阻为R的均匀电阻丝，把它拉制成4L长的均匀细丝后，其电阻值为（　　）
A．R/4
B．R/16
C．4R
D．16R
4.一根粗细均匀的长直导线，其电阻大小为R，现将它截为等长的n段，然后将它们全部并联，则总电阻为（　　）
A．R/n
B．R/n2
C．nR
D．n2R
D
B
5.如图所示，R1和R2是材料相同、厚度相同、表面均为正方形的导体，但R2的尺寸比R1要小，通过导体的电流方向如图所示，假设R1边长为4L，R2边长为L，若R1的电阻值为8Ω，则R2的阻值为（　　）
A．2Ω
B．8Ω
C．32Ω
D．64Ω
B
6.R1和R2是材料相同，厚度之比为2:1，表面均为正方形的导体，但R2的尺寸比R1要小，通过导体的电流方向如图所示，假设R1的边长为4L，R2的边长为L，若R1的阻值为8Ω，则R2的阻值（　　）
A．4Ω
B．8Ω
C．16Ω
D．32Ω
C
7.甲、乙两根粗细均匀的圆柱型电阻丝，它们的材料相同，甲电阻丝的长度是乙的2倍，甲电阻丝的直径是乙的2倍，则甲、乙电阻丝电阻之比是（　　）
A．1:1
B．1:2
C．2:1
D．1:4
8.两根相同的均匀金属导线甲和乙，若把甲拉长到原来两倍的长度，把乙对折后并在一起，则变化后的甲、乙的电阻之比为（　　）
A．2:1
B．4:1
C．8:1
D．16:1
B
D
9.如图所示，两个截面不同，长度相等的均匀铜棒接在电路中，两端的电压为U，则（
　　）
A．通过两棒的电流强度相等
B．通过两棒的电荷量相等
C．两棒内的电场强度不同，
细棒内场强E1大于粗棒内场强E2
D．两棒的自由电子定向移动的平均速率相等
ABC
10.如图所示，厚薄均匀的矩形金属薄片边长ab＝2bc，当将A与B接入电压为U的电路中时，通过金属薄片电流为I。若将C与D接入另一电路中，通过金属薄片电流仍为I，则C、D两端的电压为（　　）
A．U/4
B．U/2
C．2U
D．4U
A
11.如图所示，粗细均匀的金属环上A、B、C、D四点把其周长分成四等份，当A、B点接入电路中时，圆环消耗的电功率为P；当A、D点接入电路中时，圆环消耗的电功率为(电源内阻不计)(　　)
A．3P　
B.
3P/4
C．4P/3
D.
4P
C
12.甲、乙两根同种材料制成的电阻丝，长度相等，甲横截面的半径是乙的两倍，将其并联后接在电源上（
　　）
A.甲、乙的电阻之比是1:2
B.甲、乙中的电流强度之比是4:1
C.甲、乙电阻丝上产生的热量之比是4:1
D.甲、乙电阻丝内自由电子定向移动的平均速率相等
BCD
13.甲、乙两根异种材料的电阻丝，长度之比为1:5，横截面积之比为2:3，外加电压之比为1:2，通过电流之比为2:5。则甲、乙两根电阻丝的电阻率之比为（　　）
A．25:3
B．25:6
C．3:8
D．8:3
14.两根由异种材料制成的均匀电阻丝A、B并联在电路中，A的电阻率为3ρ，长度为2L，直径为d；B的电阻率为ρ，长度也为L，直径为2d。那么通电后，A、B在相同的时间内产生的热量之比为（　　）
A．1:8
B．1:12
C．1:16
D．1:24
B
D
15.如图所示，P为一块均匀的半圆形薄电阻合金片，先将它按图甲方式接在电极A、B之间，测出电阻为R，然后再将它按图乙方式接在电极A、B之间，这时P的电阻为（
）
A．R
B．R/2
C．R/4
D．4R
D