2017粤教版高中物理选修(3-1)2.1《探究决定导线电阻的因素》word学案.doc

学案1 探究决定导线电阻的因素
[学习目标定位] 1.知道电阻与哪些因素有关,能够探究电阻与各因素的关系.2.掌握电阻定律,并能进行有关计算.3.理解电阻率的概念、意义及影响电阻率的因素.
一、电阻定律的实验探究
1.电阻是导体本身的一种性质,它描述导体对电流的阻碍作用.
2.电阻定律:均匀导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比,这就是电阻定律.用公式表示,就是R=ρ.
二、电阻率
1.定义:电阻定律中的比例常量ρ跟导体的材料有关,是一个反映材料导电性能的物理量,称为材料的电阻率.
2.材料的电阻率数值上等于这种材料制成的长为1 m、横截面积为1 m2导体的电阻.
3.单位:在国际单位制中ρ的单位是Ω·m,读作欧姆米.
4.变化规律:实验表明,材料的电阻率随温度的变化而改变,金属的电阻率随温度的升高而增大.
5.应用:利用金属铂的电阻随温度变化的性质制成铂电阻温度计;利用锰铜合金和镍铜合金的电阻率受温度影响很小的性质制作标准电阻.
一、电阻定律的实验探究
[问题设计]
1.家中的白炽灯灯丝断了,恰好又没有新的可换,轻轻摇晃灯泡,把断了的灯丝搭接起来,还能继续使用.这种断丝再搭接的灯泡重新连入电路中会发现它比原来更亮了,这说明灯丝的电阻发生了变化,影响导体电阻的因素有哪些?如何测定导体的长度、横截面积、电阻?请画出测电阻的电路图.
答案 长度、横截面积、材料.长度可以用刻度尺测量;可以用缠绕的方法测导体的直径进而算出横截面积;用伏安法测电阻.电路图如图所示.
2.由于变量较多,实验中需采用什么思想方法?
答案 变量控制法.
3.根据实验探究,导体的电阻与导体的长度l、横截面积S有什么关系?导体的电阻还与什么因素有关?
答案 均匀导体的电阻R跟它的长度l成正比,跟它的横截面积S成反比,还跟导体的材料有关.
[要点提炼]
1.公式R=ρ中l的表示沿电流方向导体的长度;S表示垂直于电流方向导体的横截面积.如图1所示,一长方体导体,若通过电流I1,则长度为a,横截面积为bc;若通过电流I2,则长度为c,横截面积为ab.
图1
2.公式R=ρ适用条件:温度一定、粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液.
二、电阻率
[问题设计]
分析下表中的数据,回答什么样的金属电阻率大?什么样的金属电阻率小?在电路中导线一般用什么材料制作?
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
答案 合金的电阻率大,纯净金属的电阻率小,电路中的导线一般用电阻率小的铝或铜制作.银的电阻率最小,但价格昂贵,只用作某些精密电路中连接导线的镀层.
[要点提炼]
1.ρ表示材料的电阻率,其大小与导体的形状、大小无关,与材料和温度有关,ρ值越大,该材料的导电性能越差.
2.当温度降低到绝对零度附近时,某些材料的电阻率突然减小到零成为超导体.
[延伸思考]
公式R=和R=ρ的区别是什么?
答案 前者是电阻的定义式,提供了一种测电阻的方法,不能认为R与U成正比,与I成反比;后者是电阻的决定式,说明R由ρ、l、S决定,即与l与正比,与S成反比.
一、电阻定律的理解
例1 (单选)目前集成电路的集成度很高,要求里面的各种电子元件都微型化,集成度越高,电子元件越微型化、越小.图2中R1和R2是两个材料相同、厚度相同、表面为正方形的导体,但R2的尺寸远远小于R1的尺寸.通过两导体的电流方向如图所示,则关于这两个导体的电阻R1、R2关系的说法正确的是( )
图2
A.R1>R2 B.R1C.R1=R2 D.无法确定
解析 设正方形导体表面的边长为a,厚度为d,材料的电阻率为ρ,根据电阻定律得R=ρ=ρ=,可见正方形导体的阻值只和材料的电阻率及厚度有关,与导体的其他尺寸无关,选项C正确.
答案 C
例2 如图3所示, P是一个表面镶有很薄电热膜的长陶瓷管,其长度为L,直径为D,镀膜的厚度为d,管两端有导电金属箍M、N.现把它接入电路中,测得它两端电压为U,通过它的电流为I,则镀膜的电阻为多少?镀膜材料电阻率为多少?
图3
解析 由欧姆定律可得R=,沿着长陶瓷管的方向将膜层展开,如图所示,则膜层等效为一个电阻,其长为L,横截面积为管的周长×厚度d.
由电阻定律R=ρ可得:R=ρ=,
则=,
解得:ρ=.
答案
二、对电阻率、电阻的理解
例3 (单选)关于电阻率的说法中正确的是( )
A.电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关
B.电阻率反映材料导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关
C.电阻率大的导体,电阻一定很大
D.有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制作电阻温度计
解析 电阻率反映材料导电能力的强弱,只与材料及温度有关,与导体的长度l和横截面积S无关,故A错,B对;由R=ρ知ρ大,R不一定大,故C错;有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制作标准电阻,故D错.
答案 B
针对训练 (单选)一只白炽灯泡,正常发光时灯丝的电阻为121 Ω,当这只灯泡停止发光一段时间后灯丝的电阻应是( )
A.大于121 Ω B.小于121 Ω
C.等于121 Ω D.无法判断
答案 B
解析 由于金属的电阻率随温度的升高而增大,故白炽灯泡正常发光时灯丝的电阻大,停止发光一段时间后,灯丝温度降低,电阻减小,故选B.