中職物理（通用類）高教版（2023）4.1 電阻定律 同步課件(共26張PPT)

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第一節(jié)電阻定律

該怎樣選擇合適的導(dǎo)線呢？

主要內(nèi)容

電阻定律

超導(dǎo)現(xiàn)象

1

2

01

PART01

電阻定律

一、電阻定律

要形成電流，必須有能夠自由移動(dòng)的電荷——自由電荷。金屬中的自由電子，電解質(zhì)溶液（酸、堿、鹽的水溶液）中的正、負(fù)離子，都是自由電荷。

我們?cè)诔踔袑W(xué)過，電荷的定向移動(dòng)形成電流，它也是一種物理模型。

在什么條件下，自由電荷才能發(fā)生定向移動(dòng)呢？

當(dāng)金屬導(dǎo)體兩端沒有電壓時(shí)，導(dǎo)體中大量的自由電子不停地做無規(guī)則的熱運(yùn)動(dòng)，如下圖所示，此時(shí)導(dǎo)體中沒有電流。

一、電阻定律

把金屬導(dǎo)體的兩端分別接到電源的兩極上，導(dǎo)體中的自由電子在電場力的作用下發(fā)生定向移動(dòng)，形成電流，如下圖所示。

一、電阻定律

一、電阻定律

電流有強(qiáng)弱之分，通過導(dǎo)體橫截面的電荷量q跟通過這些電荷量所用時(shí)間t的比值，稱為電流。電流用I表示，則

導(dǎo)體中的電流可以是正電荷的定向移動(dòng)，也可以是負(fù)電荷的定向移動(dòng)，還可以是正、負(fù)電荷沿相反方向的定向移動(dòng)。習(xí)慣上規(guī)定：正電荷定向移動(dòng)的方向?yàn)殡娏鞯姆较颉?/p>

一、電阻定律

而對(duì)于不同的導(dǎo)體，電壓和電流的比值一般是不同的。比值越大，表明導(dǎo)體在同一電壓下通過的電流越小。這個(gè)比值反映了導(dǎo)體對(duì)電流的阻礙作用，稱為導(dǎo)體的電阻，用R表示，則

德國物理學(xué)家歐姆通過實(shí)驗(yàn)歸納出：導(dǎo)體中的電流I跟導(dǎo)體兩端的電壓U成正比。

一、電阻定律

導(dǎo)體中的電流I與導(dǎo)體兩端的電壓U成正比，與導(dǎo)體的電阻R成反比。這就是部分電路歐姆定律。用公式表示為

實(shí)驗(yàn)表明，除金屬外，部分電路歐姆定律對(duì)電解質(zhì)溶液也適用，但對(duì)氣態(tài)導(dǎo)體（如熒光燈管中的氣體）、某些導(dǎo)電器件（如晶體管）和某些用電器（如電動(dòng)機(jī)、電解槽等）并不適用。

【活動(dòng)與探究】探究電阻定律

一、電阻定律

發(fā)現(xiàn)問題：導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體本身哪些因素有關(guān)？有什么關(guān)系？

提出假設(shè)：導(dǎo)體電阻的大小與導(dǎo)體的長度、橫截面積和材料等因素有關(guān)。

一、電阻定律

設(shè)計(jì)方案：由于導(dǎo)體的電阻受多種因素的影響，因此要采取控制變量法來研究電阻與以上每一種因素的關(guān)系。這就需要將金屬導(dǎo)體接入電路，用電壓表測量其兩端電壓，用電流表測量通過其電流，再利用部分電路歐姆定律即可計(jì)算出它的電阻值。最后將各金屬導(dǎo)體的電阻值進(jìn)行比較，驗(yàn)證上面的假設(shè)。

一、電阻定律

收集證據(jù)：準(zhǔn)備a、b、c、d四根金屬導(dǎo)體（a與b的橫截面積和材料相同，a的長度為b的1/2；b與c的長度和材料相同，b的直徑為c的1/2；c與d的長度和橫截面積相同，材料不同）。

按照右圖所示的電路圖連接電路，在圖中的A、B之間分別接入a、b、c、d。調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器，保持導(dǎo)線兩端的電壓相同，分別測出相應(yīng)的電流。

按照根據(jù)部分電路歐姆定律，利用R計(jì)算出各導(dǎo)體的電阻值。

Ra=Ω；Rb=Ω；Rc=Ω；Rd=Ω。

一、電阻定律

結(jié)果驗(yàn)證：

（1）比較導(dǎo)體a、b的電阻之比與長度之比，可歸納出導(dǎo)體電阻的大小與其長度有關(guān)，且成比（填“正”或“反”）。

（2）比較導(dǎo)體b、c的電阻之比與橫截面積之比，可歸納出導(dǎo)體電阻的大小與其橫截面積有關(guān)，且成比（填“正”或“反”）。

（3）比較導(dǎo)體c、d的電阻值，可歸納出導(dǎo)體的電阻與導(dǎo)體材料

關(guān)（填“有”或“無”）。

一、電阻定律

交流反思：與同學(xué)討論，嘗試從微觀角度解釋導(dǎo)體的電阻為什么與以上因素存在相應(yīng)的關(guān)系。

與同學(xué)交流，導(dǎo)體的電阻還可能與其他哪些因素存在關(guān)系？該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證？

人們通過大量實(shí)驗(yàn)歸納出，導(dǎo)體的電阻R跟它的長度l成正比，跟它的橫截面積S成反比。這就是電阻定律。

一、電阻定律

式中的比例常量ρ跟導(dǎo)體的材料有關(guān)，是一個(gè)反映材料導(dǎo)電性能的物理量，稱為材料的電阻率，它的國際單位制單位是Ω·m（歐·米）。

寫成公式，則有

一、電阻定律

材料ρ/（Ω·m）材料ρ/（Ω·m）

銀銅鋁鎢鐵1.6×10－81.7×10－82.9×10－85.3×10－81.0×10－7錳銅合金康銅合金鎳鉻合金電木橡膠4.4×10－7

5.0×10－7

1.0×10－6

1010～1014

1013～1016

幾種常用材料在20℃時(shí)的電阻率

一、電阻定律

從表中可以看出，金屬和合金的電阻率都很?。欢娔?、橡膠的電阻率都很大。使用時(shí)，可以根據(jù)需要，參照電阻率表選取合適的材料。

例如，在輸電、用電線路中，為了減小電阻就要選用銅、鋁等材料作導(dǎo)線；電爐、滑動(dòng)變阻器等的電阻絲要選用電阻率稍大的合金材料制作；在用電器和電工工具的絕緣部分，又要選用電阻率超大的電木、橡膠等材料制作。

我們?cè)诮o空調(diào)裝配專用導(dǎo)線時(shí)，由于空調(diào)的功率較大，工作電流也較大，因此應(yīng)選擇電阻較小的粗銅導(dǎo)線。

一、電阻定律

各種材料的電阻率都要受溫度變化的影響。純金屬（如鉑、金、銅、鎳等）的電阻率隨溫度的升高而增大，利用這種特性可制成電阻溫度計(jì)（右圖）。電阻溫度計(jì)測量范圍廣，測量精度高。

一、電阻定律

02

PART01

超導(dǎo)現(xiàn)象

物體運(yùn)動(dòng)超導(dǎo)體具有很強(qiáng)的抗磁性，當(dāng)一個(gè)小的永磁體降落到超導(dǎo)體表面附近時(shí)，在永磁體與超導(dǎo)體間會(huì)產(chǎn)生排斥力，使永磁體懸浮于超導(dǎo)體上，如右圖所示。

1911年，荷蘭科學(xué)家昂內(nèi)斯用液氦冷卻水銀，當(dāng)溫度下降到4.2K時(shí)發(fā)現(xiàn)水銀的電阻變?yōu)榱?，這種現(xiàn)象稱為超導(dǎo)現(xiàn)象。能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物質(zhì)稱為超導(dǎo)體。

二、超導(dǎo)現(xiàn)象

超導(dǎo)材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度，稱為超導(dǎo)材料的臨界溫度。目前發(fā)現(xiàn)的超導(dǎo)材料的臨界溫度都很低，科學(xué)家們?nèi)栽谂ふ腋邷爻瑢?dǎo)材料，即在室溫下就能工作的超導(dǎo)材料，以便得到更廣泛的應(yīng)用。

二、超導(dǎo)現(xiàn)象

我國在超導(dǎo)材料領(lǐng)域的探索及研究一直處于世界先進(jìn)水平。1989年，我國已研制成臨界溫度為132.2K的超導(dǎo)體。在2023年度國家科技獎(jiǎng)勵(lì)大會(huì)上，以中國科學(xué)院物理研究所趙忠賢院士為代表的團(tuán)隊(duì)，由于在超導(dǎo)材料方面的突出貢獻(xiàn)而獲得了國家最高科學(xué)技術(shù)獎(jiǎng)。

我們應(yīng)該關(guān)注科學(xué)家在前沿科技領(lǐng)域取得的新進(jìn)展、新動(dòng)態(tài)，尤其是我國在科學(xué)技術(shù)上所取得的新成果、新成就，感悟科學(xué)家為中華民族謀復(fù)興的初心和使命，樹立正確的人生觀和價(jià)值觀，堅(jiān)定為實(shí)現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興而奮斗的信念，具有科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

【行為與責(zé)任】

二、超導(dǎo)現(xiàn)象

超導(dǎo)的應(yīng)用具有十分誘人的前景。超導(dǎo)的應(yīng)用大致可分為三類：大電流應(yīng)用、電子學(xué)應(yīng)用和抗磁性應(yīng)用。

大電流應(yīng)用即超導(dǎo)發(fā)電、輸電和儲(chǔ)能等；電子學(xué)應(yīng)用包括超導(dǎo)計(jì)算機(jī)、超導(dǎo)天線、超導(dǎo)微波器件等；抗磁性主要應(yīng)用于磁懸浮列車和熱核聚變反應(yīng)堆等。

【應(yīng)用與拓展】超導(dǎo)的應(yīng)用前景

二、超導(dǎo)現(xiàn)象

超導(dǎo)發(fā)電機(jī)在電力領(lǐng)域，利用超導(dǎo)線圈可以將發(fā)電機(jī)的磁感應(yīng)強(qiáng)度提高到5~6T，并且?guī)缀鯖]有能量損失，這種發(fā)電機(jī)便是交流超導(dǎo)發(fā)電機(jī)。超導(dǎo)發(fā)電機(jī)的單機(jī)發(fā)電容量比常規(guī)發(fā)電機(jī)提高5~10倍，達(dá)1×1010W，而體積卻減小1/2，整機(jī)重量減輕1/3，發(fā)電效率提高50％。

超導(dǎo)輸電線路超導(dǎo)材料還可以用于制作超導(dǎo)電線和超導(dǎo)變壓器，從而把電力幾乎無損耗地輸送給用戶。據(jù)統(tǒng)計(jì)，目前的銅或鋁導(dǎo)線輸電，約有15%的電能損耗在輸電線路上，僅在我國，每年的電力損失達(dá)1000多億度。若改為超導(dǎo)輸電，節(jié)省的電能相當(dāng)于新建一個(gè)三峽水電站。

超導(dǎo)計(jì)算機(jī)高速計(jì)算機(jī)要求集成電路芯片上的元件和連接線密集排列，但密集排列的電路在工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，而散熱是超大規(guī)模集成電路面臨