物理同步人教版選修31學案：第二章 第6節(jié) 導體的電阻 Word版含解析

第6節(jié)導體的電阻1.導體的電阻與導體的橫截面積、長度、材料、溫度等有關(guān)。2電阻率是反映材料導電性能的物理量，電阻反映了導體對電流的阻礙作用。3電阻定律的表達式R是電阻的決定式，公式R是電阻的定義式。 一、實驗探究：影響導體電阻的因素1與導體電阻有關(guān)因素的測量方法 (1)電阻絲橫截面積的測量把電阻絲緊密繞在一個圓柱形物體上(例如鉛筆)，用刻度尺測出多匝的寬度，然后除以圈數(shù)，得到電阻絲的直徑，進而計算出電阻絲的橫截面積；或用螺旋測微器測出電阻絲的直徑，進而得到電阻絲的橫截面積。(2)電阻絲長度的測量把電阻絲拉直，用刻度尺量出它的長度。(3)電阻的測量連接適當?shù)碾娐罚瑴y量電阻絲兩端的電壓U和通過電阻絲的電流I，由R計算得到電阻。2探究導體電阻與其影響因素的關(guān)系(1)實驗探究項目內(nèi)容實驗目的探究導體電阻與長度、橫截面積、材料的關(guān)系實驗電路實驗方法控制變量法：在長度、橫截面積、材料三個因素，b、c、d與a分別有一個因素不同實驗原理串聯(lián)的a、b、c、d電流相同，電壓與導體的電阻成正比，測量出它們的電壓就可知道電阻比，從而分析出影響導體電阻大小的有關(guān)因素(2)邏輯推理探究導體電阻與長度的關(guān)系：一條導線可看成有相同長度的多段導線串聯(lián)，由串聯(lián)電路的性質(zhì)可分析出導體的電阻Rl。導體電阻與橫截面積的關(guān)系：多條長度、材料、橫截面積都相同的導體緊緊束在一起，由并聯(lián)電路的性質(zhì)分析出導體的電阻R。導體電阻與材料的關(guān)系：由實驗探究得到長度、橫截面積相同而材料不同的導體電阻不同。二、電阻定律1內(nèi)容同種材料的導體，其電阻R與它的長度l成正比，與它的橫截面積S成反比；導體電阻還與構(gòu)成它的材料有關(guān)。2公式R。3符號意義l表示導體沿電流方向的長度，S表示垂直電流方向的橫截面積，是電阻率，表征材料的導電性能。4材料特性應用(1)連接電路的導線一般用電阻率小的金屬制作。(2)金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，可用來制作電阻溫度計，精密的電阻溫度計用鉑制作。(3)有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，常用來制作標準電阻。1自主思考判一判(1)導體的電阻由導體的長度和橫截面積兩個因素決定。(×)(2)一根阻值為R的均勻電阻線，均勻拉長為原來的2倍，電阻變?yōu)?R。()(3)由R可知，導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比，跟導體中的電流成反比。(×)(4)金屬電阻隨溫度變化的原因是熱脹冷縮導致金屬電阻的長短和橫截面積發(fā)生變化，所以金屬的電阻隨溫度變化的幅度不大。(×)(5)溫度變化導致金屬電阻變化的原因是金屬的電阻率隨溫度變化。()(6)金屬導線對折或拉伸后電阻發(fā)生變化的原因不是電阻率的變化，而是導線長度、橫截面積的變化。()2合作探究議一議(1)由影響導體電阻的因素分析為什么幾個電阻串聯(lián)，總電阻增大，幾個電阻并聯(lián)總電阻減??？提示：幾個電阻串聯(lián)相當于增大了導體的長度，幾個電阻并聯(lián)相當于增大了導體的橫截面積。(2)實驗室中有一種測電阻的儀器叫歐姆表，用該表可以直接測出“220 V100 W”的燈泡不工作時的電阻為幾十歐姆，而用R計算出的電阻為484 ，試探究其原因。提示：用R計算出的電阻是指燈泡正常工作時電阻，正常工作時，燈絲溫度高達幾千度，而用歐姆表測得的是常溫電阻，這也充分說明導體的電阻率與溫度有關(guān)。 對電阻定律的理解1公式R是導體電阻的決定式，圖中所示為一塊長方體鐵塊，若通過電流I1，則R1；若通過電流I2，則R2。導體的電阻反映了導體阻礙電流的性質(zhì)，是由導體本身性質(zhì)決定的。2適用條件：溫度一定，粗細均勻的金屬導體或濃度均勻的電解質(zhì)溶液。3電阻定律是通過大量實驗得出的規(guī)律。4R與R的比較RR意義電阻定律的表達式，也是電阻的決定式電阻的定義式，R與U、I無關(guān)作用提供了測定電阻率的一種方法：R提供了測定電阻的一種方法：伏安法適用范圍適用于粗細均勻的金屬導體或濃度均勻的電解液、等離子體純電阻元件聯(lián)系導體的電阻取決于導體本身的材料、長度和橫截面積，而不是U和I典例如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長ab2bc。當將A與B接入電壓為U的電路中時，電流為I；若將C與D接入電壓為U的電路中，則電流為()A4IB2IC.ID.I解析設(shè)沿AB方向的橫截面積為S1，沿CD方向的橫截面積為S2，則有，AB接入電路時電阻為R1，CD接入電路時電阻為R2，則有，由歐姆定律得電流之比，解得I24I14I，故A正確。答案A公式R的應用策略(1)公式R中的l是沿電流方向的導體長度，S是垂直于電流方向的橫截面積。(2)一定幾何形狀的導體，電阻的大小與接入電路的具體方式有關(guān)，在應用關(guān)系R求電阻時要注意導體長度和橫截面積的確定。(3)一定形狀的幾何導體當長度和橫截面積發(fā)生變化時，導體的電阻率不變，體積不變，由VSl可知l和S成反比，這是解決此類電阻變化問題的關(guān)鍵。 1一同學將變阻器與一只6 V、68 W的小燈泡L及開關(guān)S串聯(lián)后接在6 V的電源E上，當S閉合時，發(fā)現(xiàn)燈泡發(fā)光。按如圖所示的接法，當滑片P向右滑動時，燈泡將()A變暗B變亮C亮度不變D可能燒壞燈泡解析：選B由題圖可知，變阻器接入電路的是PB段的電阻絲，由于燈泡的額定電壓等于電源電壓，所以不可能燒壞燈泡。當滑片P向右滑動時，接入電路中的電阻絲變短，電阻減小，燈泡變亮，B選項正確。2.目前集成電路的集成度很高，要求里面的各種電子元件都微型化，集成度越高，電子元件越微型化、越小。圖中R1和R2是兩個材料相同、厚度相同、表面為正方形的導體，但R2的尺寸遠遠小于R1的尺寸。通過兩導體的電流方向如圖所示，則關(guān)于這兩個導體的電阻R1、R2關(guān)系的說法正確的是()AR1R2BR1R2CR1R2D無法確定解析：選C設(shè)正方形導體表面的邊長為a，厚度為d，材料的電阻率為，根據(jù)電阻定律得R，可見正方形電阻的阻值只和材料的電阻率及厚度有關(guān)，與導體的其他尺寸無關(guān)，選項C正確。3兩根完全相同的金屬裸導線，如果把其中的一根均勻地拉長到原來的兩倍，把另一根導線對折后絞合起來，則它們的電阻之比為多少？解析：金屬裸導線原來的電阻為R，拉長后l2l，又因為體積VlS不變，所以S，所以R44R，對折后l，S2S，所以R，所以RR161。答案：161電阻與電阻率的比較典例關(guān)于導體的電阻及電阻率的說法中，正確的是()A導體對電流的阻礙作用叫做導體的電阻，因此，只有導體有電流通過時，才具有電阻B由R可知，導體的電阻跟導體兩端的電壓成正比，跟導體中的電流成反比C將一根導線一分為二，則半根導線的電阻和電阻率都是原來的二分之一D某些金屬、合金和化合物的電阻率隨溫度降低會突然減小為零解析導體的電阻率由材料本身性質(zhì)決定，并隨溫度變化而變化，導體的電阻與長度、橫截面積有關(guān)，與導體兩端電壓及導體中電流大小無關(guān)，A、B、C錯；電阻率反映材料的導電性能，電阻率常與溫度有關(guān)，存在超導現(xiàn)象，D對。答案D電阻與電阻率的對比電阻R電阻率描述對象導體材料物理意義反映導體對電流阻礙作用的大小，R大，阻礙作用大反映材料導電性能的好壞，大，導電性能差決定因素由材料、溫度和導體形狀決定由材料、溫度決定，與導體形狀無關(guān)單位歐姆()歐姆·米(·m)聯(lián)系R，大，R不一定大，導體對電流阻礙作用不一定大；R大，不一定大，導電性能不一定差1關(guān)于金屬的電阻率，下列說法正確的是()A純金屬的電阻率小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大B純金屬的電阻率隨溫度的升高而減小，絕緣體的電阻率隨溫度的升高而增大C合金的電阻率隨溫度的升高而減小D電阻率的大小只隨溫度的變化而變化，與材料無關(guān)解析：選A由不同種類金屬的電阻特點知A對。純金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，而合金的電阻率隨溫度的升高增加量很小或不變，B、C錯。電阻率除與溫度有關(guān)外，還與材料有關(guān)，D錯。2根據(jù)電阻定律可得電阻率，對于溫度一定的某種金屬導線來說，它的電阻率()A跟導線的電阻成正比B跟導線的橫截面積成反比C由所用金屬材料本身特性決定D跟導線的長度成正比解析：選C導線的電阻率與導線的電阻大小、橫截面積、長度無關(guān)，由材料本身特性決定，故C正確。1白熾燈的燈絲是由鎢制成的，下列說法中正確的是()A由于白熾燈正常工作時的燈絲和未接入電路時的燈絲是同一個導體，故兩種情況下電阻相同B白熾燈正常工作時燈絲電阻大于未接入電路時燈絲電阻C白熾燈正常工作時燈絲電阻小于未接入電路時燈絲電阻D條件不足，不能確定解析：選B白熾燈的燈絲為金屬，所以電阻率隨溫度的升高而增大，正常工作時溫度高于不工作時的溫度，所以工作時的電阻大于不工作時的電阻，B對。2當電路中的電流超過熔絲的熔斷電流時，熔絲就要熔斷。由于種種原因，熔絲的橫截面積略有差別。那么熔絲熔斷的可能性較大的是()A橫截面積大的地方B橫截面積小的地方C同時熔斷D可能是橫截面積大的地方，也可能是橫截面積小的地方解析：選B根據(jù)電阻定律，橫截面積小的地方電阻較大，當電流通過時，電阻大的位置發(fā)熱量大易熔斷。選項B正確。3兩根材料相同的均勻?qū)Ь€，質(zhì)量之比為13，長度之比為21，當加上相同的電壓后，通過兩導線的電流之比為( )A121B112C34D23解析：選B兩根材料相同的均勻?qū)Ь€，質(zhì)量之比為13，體積之比為13，據(jù)橫截面積S，橫截面積之比為16；據(jù)電阻定律R，導體電阻之比為121；加上相同的電壓后，據(jù)I，通過兩導線的電流之比為112；故B正確。4如圖所示，某一導體的形狀為長方體，其長、寬、高之比為abc532。在此長方體的上下、左右四個面上分別通過導線引出四個接線柱1、2、3、4。在1、2兩端加上恒定電壓，導體的電阻為R1；在3、4兩端加上恒定電壓，導體的電阻為R2，則R1R2為()A11B925C254D425解析：選D根據(jù)電阻定律R得，當在1、2兩端加上恒定電壓時，R1，在3、4兩端加上恒定的電壓時，R2 ，所以，故D正確。5.兩根材料相同的均勻?qū)Ь€A和B，其長度分別為L和2L，串聯(lián)在電路中時沿長度方向電勢的變化如圖所示，則A和B導線的橫截面積之比為()A23B13C12D31解析：選B由圖像可知兩導線電壓降分別為UA6 V，UB4 V；由于它們串聯(lián)，則3RB2RA；由電阻定律可知，得，選項B正確。6一根粗細均勻的電阻絲阻值為R，若溫度不變，則下列情況中其電阻仍為R的是( )A長度和橫截面半徑都增大一倍時B當長度不變、橫截面積增大一倍時C當截面積不變、長度增大一倍時D當長度和橫截面積都縮小一半時解析：選D長度和橫截面半徑增大一倍時，橫截面積增大為原來的4倍，根據(jù)電阻定律R知，電阻變?yōu)樵瓉淼囊话?，A錯誤；長度不變，橫截面積增大一倍，則電阻減小一半，B錯誤；橫截面積不變，長度增大一倍，則電阻變?yōu)樵瓉淼?倍，C錯誤；長度和橫截面積都縮小一半時，電阻不變，D正確。7一根細橡膠管中灌滿鹽水，兩端用粗短相同的銅絲塞住管口，管中鹽水長為40 cm時測得電阻為R，若溶液的電阻隨長度、橫截面積的變化規(guī)律與金屬導體相同，現(xiàn)將管中鹽水柱均勻拉長至50 cm(鹽水體積不變，仍充滿橡膠管)。則鹽水柱電阻變?yōu)?)A.RB. RC.RD.R解析：選D由于總體積不變，設(shè)40 cm長時的橫截面積為S。所以長度變?yōu)?0 cm后，橫截面積S，根據(jù)電阻定律R可知：R ；R ，聯(lián)立兩式則RR; 故D正確。8如圖所示，厚薄均勻的矩形金屬薄片邊長ab2bc，當將A與B接入電壓為U(V)的電路中時，電流為I；若將C與D接入電壓為U(V)的電路中，則電流為() A.IB2IC.ID4I解析：選D設(shè)金屬薄片的厚度為d，當A與B接入電壓為U(V)的電路中時，R1，當C與D接入電壓為U(V)的電路中時，R2，可知4，根據(jù)歐姆定律得，電流I，知電流之比為14，所以將C與D接入電壓為U(V)的電路中，電流為4I，故選項D正確。9如圖是橫截面積、長度均相同的甲、乙兩根電阻絲的I­R圖像?，F(xiàn)將甲、乙串聯(lián)后接入電路中，則()A甲電阻絲兩端的電壓比乙電阻絲兩端的電壓小B甲電阻絲的電阻率比乙電阻絲的電阻率小C在相同時間內(nèi)，電流通過乙電阻絲產(chǎn)生的焦耳熱少D甲電阻絲消耗的電功率比乙電阻絲消耗的電功率小解析：選C若將兩電阻絲串聯(lián)接入電路中，由于通過兩電阻絲的電流相同，由圖像可知，此時甲的電阻大于乙的電阻，所以甲電阻絲兩端的電壓比乙電阻絲兩端的電壓大，A錯誤；由于兩電阻絲的橫截面積、長度均相同，故甲電阻絲的電阻率比乙電阻絲的電阻率大，B錯誤；由QI2Rt可知，在相同時間內(nèi)，電流通過乙電阻絲產(chǎn)生的焦耳熱少，C正確；由PI2R可知D錯誤。10現(xiàn)有半球形導體材料，接成如圖所示甲、乙兩種形式，則兩種接法的電阻之比R甲R乙為()A11B12C21D.14解析：選D將甲圖半球形導體材料看成等大的兩半部分的并聯(lián)，則乙圖中可以看成等大的兩半部分的串聯(lián)，設(shè)每一半部分的電阻為R，則甲圖中電阻R甲，乙圖中電阻R乙2R，故R甲R乙14，故D正確。11.工業(yè)上采用一種稱為“電導儀”的儀器測量液體的電阻率，其中一個關(guān)鍵部件如圖所示，A、B是兩片面積為1 cm2的正方形鉑片，間距為d1 cm，把它們浸在待測液體中，若通過兩根引線加上U6 V的電壓時，測出電流I1 A，則這種液體的電阻率為多少？解析：R 6×106 由題意知：ld102 m，S104 m2由R得 ·m6×104 ·m。答案：6×104 ·m12神經(jīng)系統(tǒng)中，把神經(jīng)纖維分為有髓鞘與無髓鞘兩大類?，F(xiàn)代生物學認為，髓鞘是由多層(幾十到幾百層不等)類脂物質(zhì)髓質(zhì)累積而成的，髓質(zhì)具有很大的電阻。已知蛙有髓鞘神經(jīng)，髓鞘的厚度只有2m左右，而它在每平方厘米的面積上產(chǎn)生的電阻卻高達1.6×105 。(1)若不計髓質(zhì)片層間的接觸電阻，計算髓質(zhì)的電阻率。(2)若有一圓柱體是由髓質(zhì)制成的，該圓柱體的體積為32 cm3，當在其兩底面上加上1 000 V的電壓時，通過該圓柱體的電流為10 A。求該圓柱體的圓面半徑和高。解析：由電阻定律變形可得到電阻率的計算公式；借助歐姆定律計算出圓柱體的圓面半徑和高。(1)由電阻定律： R代入數(shù)據(jù)解得：8×106 ·m。(2)由歐姆定律R和圓柱體體積公式Vr2h以及電阻定律R可得而r2h32×106解得：h0.02 m2 cmr0.04 m4 cm。答案：(1)8×106 ·m(2)4 cm2 cm