【同步】高中物理人教2019版必修三：11.2 導(dǎo)體的電阻學(xué)案

2.導(dǎo)體的電阻新課程標(biāo)準(zhǔn)核心素養(yǎng)目標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究并了解金屬導(dǎo)體的電阻與材料、長(zhǎng)度和橫截面積的定量關(guān)系2．通過(guò)I-U圖像了解材料的電阻特性物理觀念知道電阻、電阻率的概念，會(huì)根據(jù)U-I圖像分析元件的電阻科學(xué)思維借助圖像分析元件電阻，體會(huì)數(shù)形結(jié)合的思想科學(xué)探究通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究決定導(dǎo)體電阻的因素，體會(huì)控制變量法在實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)觀察電阻率和溫度的關(guān)系科學(xué)態(tài)度與責(zé)任列舉生活中電阻的應(yīng)用，分析超導(dǎo)材料的發(fā)展前景，加強(qiáng)理論聯(lián)系實(shí)際的能力必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)——突出基礎(chǔ)性素養(yǎng)夯基一、電阻1．定義：導(dǎo)體兩端________與通過(guò)導(dǎo)體的________之比．2．公式：R＝________．3．物理意義：反映了導(dǎo)體對(duì)電流的________作用．4．在導(dǎo)體的U-I圖像中，斜率反映了________________________________________________________________________．二、影響導(dǎo)體電阻的因素為探究導(dǎo)體電阻是否與導(dǎo)體長(zhǎng)度、________和材料有關(guān)，我們采用________法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究．三、導(dǎo)體的電阻率1．電阻定律(1)內(nèi)容：同種材料的導(dǎo)體，其電阻R與它的________成正比，與它的____________成反比；導(dǎo)體電阻還與構(gòu)成它的________有關(guān)．(2)公式：R＝________，式中ρ是比例系數(shù)，叫作這種材料的電阻率．2.電阻率(1)電阻率是反映導(dǎo)體________性能好壞的物理量．(2)影響電阻率的兩個(gè)因素是________和________．(3)純金屬電阻率較____，合金的電阻率較____．由于用電器的電阻通常遠(yuǎn)大于導(dǎo)線的電阻，一般情況下，可認(rèn)為導(dǎo)線電阻為_(kāi)___．3．超導(dǎo)現(xiàn)象一些金屬在溫度特別低時(shí)電阻可以降到______，這種現(xiàn)象叫作超導(dǎo)現(xiàn)象．[情境思考]如圖為研究影響導(dǎo)體電阻的因素的電路圖，本實(shí)驗(yàn)采用了什么方法？提示：控制變量法．【思考辨析】判斷正誤，正確的畫(huà)“√”，錯(cuò)誤的畫(huà)“×”．(1)由R＝UI(2)電阻率ρ與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l和橫截面積S有關(guān)．()(3)電阻率表征了材料的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，由導(dǎo)體的材料決定，且與溫度有關(guān)．()(4)電阻率大的導(dǎo)體，電阻一定很大．()(5)有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來(lái)制成標(biāo)準(zhǔn)電阻．()關(guān)鍵能力·合作探究——突出綜合性素養(yǎng)形成探究點(diǎn)一導(dǎo)體的電阻導(dǎo)學(xué)探究如圖所示的圖像為金屬導(dǎo)體A、B的U-I圖像，思考：(1)對(duì)導(dǎo)體A(或?qū)wB)來(lái)說(shuō)，電流與它兩端的電壓有什么關(guān)系？U與I的比值怎樣？(2)對(duì)導(dǎo)體A、B，在電壓U相同時(shí)，誰(shuí)的電流?。空l(shuí)對(duì)電流的阻礙作用大？探究總結(jié)1.R＝UI2．I＝UR是歐姆定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式，表示通過(guò)導(dǎo)體的電流I與電壓U成正比，與電阻R典例示范例1[2022·山東泰安高二月考](多選)根據(jù)公式R＝UIA．由R＝UIB．由R＝UI可知，導(dǎo)體的電阻跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟通過(guò)導(dǎo)體的電C．由I＝URD．從關(guān)系式U＝IR可知，對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體，通過(guò)導(dǎo)體的電流越大，導(dǎo)體兩端的電壓也越大針對(duì)訓(xùn)練1(多選)已知兩個(gè)導(dǎo)體的電阻之比R1∶R2＝2∶1，那么()A．若兩導(dǎo)體兩端電壓相等，則I1∶I2＝2∶1B．若兩導(dǎo)體兩端電壓相等，則I1∶I2＝1∶2C．若導(dǎo)體中電流相等，則U1∶U2＝2∶1D．若導(dǎo)體中電流相等，則U1∶U2＝1∶2探究點(diǎn)二電阻決定式R＝ρlS導(dǎo)學(xué)探究實(shí)驗(yàn)探究：如圖所示，a、b、c、d是四條不同的金屬導(dǎo)體，導(dǎo)體b、c、d在長(zhǎng)度、橫截面積、材料三個(gè)因素方面，分別只有一個(gè)因素與導(dǎo)體a不同．下表所示為四個(gè)串聯(lián)導(dǎo)體的各方面因素關(guān)系及導(dǎo)體兩端的電壓關(guān)系①對(duì)比導(dǎo)體a和b說(shuō)明什么？②對(duì)比導(dǎo)體a和c說(shuō)明什么？③對(duì)比導(dǎo)體a和d說(shuō)明什么？探究總結(jié)1.R＝ρlS中ρ、l、S(1)ρ表示導(dǎo)體材料的電阻率，與材料和溫度有關(guān)．反映了導(dǎo)體的導(dǎo)電性能，ρ越大，說(shuō)明導(dǎo)電性能越差；ρ越小，說(shuō)明導(dǎo)電性能越好．(2)l表示沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度．(3)S表示垂直于電流方向?qū)w的橫截面積．2．R＝UI與R＝ρl兩個(gè)公式區(qū)別與聯(lián)系定義式：R＝U決定式：R＝ρl區(qū)別適用于純電阻元件適用于粗細(xì)均勻的金屬導(dǎo)體或濃度均勻的電解液、等離子體聯(lián)系R＝ρlS是對(duì)R＝UI的進(jìn)一步說(shuō)明，即導(dǎo)體的電阻與U和典例示范例2(多選)關(guān)于電阻率，以下說(shuō)法正確的是()A．純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大B.金屬的電阻率隨著溫度的升高而增大，有些半導(dǎo)體的電阻率隨著溫度的升高而減小C．超導(dǎo)體的電阻率為零，所以對(duì)電流的阻礙作用為零D．電阻率的大小只隨溫度的變化而變化，與材料本身無(wú)關(guān)例3在邊長(zhǎng)為a、厚度為h的導(dǎo)體中，通以圖示方向的電流，導(dǎo)體的電阻為R1，現(xiàn)將其四等分，取其中之一通以圖示方向的電流，其電阻為R2，則R1∶R2為()A．4∶1B．1∶1C．1∶2D．2∶1思維方法應(yīng)用R＝ρlS(1)明確導(dǎo)體的形狀改變后，電阻率不會(huì)發(fā)生變化．(2)導(dǎo)體的形狀改變后，體積不變，由V＝l1S1＝l2S2確定l2與l1、S2與S1的關(guān)系．(3)由R＝ρlS針對(duì)訓(xùn)練2一段粗細(xì)均勻的鎳鉻絲，橫截面的直徑是d，電阻是R，把它拉制成直徑為d3A．R9B．9C．R81D．81探究點(diǎn)三導(dǎo)體的伏安特性曲線探究總結(jié)1.伏安特性曲線：用縱坐標(biāo)表示電流I，用橫坐標(biāo)表示電壓U，這樣畫(huà)出的導(dǎo)體的I-U圖像叫作導(dǎo)體的伏安特性曲線．2．線性元件和非線性元件(1)線性元件：伏安特性曲線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，歐姆定律適用的元件，如金屬導(dǎo)體、電解質(zhì)溶液．(2)非線性元件：伏安特性曲線是一條曲線，歐姆定律不適用的元件．如氣態(tài)導(dǎo)體和半導(dǎo)體元件．3．由I-U圖像可以獲得的信息(1)坐標(biāo)軸的意義：I-U圖像中，橫坐標(biāo)表示電壓U、縱坐標(biāo)表示電流I.(2)圖線斜率的意義：線性I-U圖像中，斜率表示電阻的倒數(shù)，在圖中R2<R1.典例示范例4[2022·河北石家莊二中質(zhì)檢](多選)如圖為甲、乙兩金屬電阻的U-I曲線，它們的阻值應(yīng)為()A．R甲＝tan60°＝3ΩB．R乙＝tan60°＝3ΩC．R甲＝3ΩD．R乙＝6Ω例5某一導(dǎo)體的伏安特性曲線如圖中AB段(曲線)所示，關(guān)于導(dǎo)體的電阻，以下說(shuō)法正確的是()A．B點(diǎn)的電阻為12ΩB．B點(diǎn)的電阻為40ΩC．工作狀態(tài)從A變化到B時(shí)，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了1ΩD．工作狀態(tài)從A變化到B時(shí)，導(dǎo)體的電阻因溫度的影響改變了9Ω思維方法利用圖像求解電阻的方法(1)在I-U圖像中，圖線斜率的倒數(shù)表示電阻的大?。?2)在U-I圖像中，圖線斜率表示電阻的大?。?3)在非線性變化的I-U圖像中，電阻不恒定，某一點(diǎn)與原點(diǎn)連線斜率的倒數(shù)表示此電壓下電阻的大?。槍?duì)訓(xùn)練3(多選)兩個(gè)電阻R1、R2的伏安特性曲線如圖所示，由圖可知()A．R1為線性元件，R2為非線性元件B．R1的電阻R1＝tan45°Ω＝1ΩC．R2的電阻隨電壓的增大而減小D．當(dāng)U＝1V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)——突出創(chuàng)新性素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1.關(guān)于電阻率的正確說(shuō)法是()A．電阻率ρ與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l和橫截面積S有關(guān)B．電阻率表征了材料的導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，由導(dǎo)體的材料決定，且與溫度有關(guān)C．電阻率大的導(dǎo)體，電阻一定很大D．有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來(lái)制成電阻溫度計(jì)2．某金屬導(dǎo)線的電阻率為ρ，電阻為R，現(xiàn)將它均勻拉長(zhǎng)到直徑為原來(lái)的一半，那么該導(dǎo)線的電阻率和電阻分別變?yōu)?)A．4ρ和4RB．ρ和4RC．ρ和16RD．16ρ和16R3．(多選)現(xiàn)代家庭電器化程度越來(lái)越高，用電安全是一個(gè)十分重要的問(wèn)題．下表提供了一組人的部分軀體電阻平均值數(shù)據(jù)，下列說(shuō)法正確的是()測(cè)量項(xiàng)目干燥時(shí)電阻出汗或潮濕時(shí)電阻手與手之間200kΩ5kΩ手與腳之間300kΩ8kΩ腳與塑料鞋底之間800kΩ10kΩA.從表中可看出干燥時(shí)的電阻是潮濕時(shí)的電阻的40～80倍B．對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后，若對(duì)人的安全電流是22mA以下，只有出汗或潮濕時(shí)是十分危險(xiǎn)的C．對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后，若對(duì)人的安全電流是22mA以下，上述幾項(xiàng)都十分危險(xiǎn)D．從表中可看出干燥時(shí)對(duì)表中對(duì)應(yīng)人體部位加220V電壓后的電流值最大是1.1A4．(多選)如圖是電阻R的I-U圖像，圖中α＝45°，由此得出()A．通過(guò)電阻的電流與其兩端的電壓成正比B．電阻R＝0.5ΩC．因I-U圖像的斜率表示電阻的倒數(shù)，故R＝1tanD．在R兩端加上6.0V的電壓時(shí)，每秒通過(guò)電阻橫截面的電荷量是3.0C5．如圖所示，a、b、c為同一種材料做成的電阻，b與a的長(zhǎng)度相等但橫截面積是a的兩倍；c與a的橫截面積相等但長(zhǎng)度是a的兩倍．當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合后，三個(gè)理想電壓表的示數(shù)關(guān)系是()A．V1的示數(shù)是V2的2倍B．V1的示數(shù)是V3的2倍C．V2的示數(shù)是V1的2倍D．V2的示數(shù)是V3的2倍2．導(dǎo)體的電阻必備知識(shí)·自主學(xué)習(xí)一、1．電壓電流2.U3．阻礙4．導(dǎo)體電阻的大小二、橫截面積控制變量三、1．(1)長(zhǎng)度l橫截面積S材料(2)ρl2．(1)導(dǎo)電(2)材料溫度(3)小大03．0思考辨析答案：(1)×(2)×(3)√(4)×(5)√關(guān)鍵能力·合作探究探究點(diǎn)一提示：(1)對(duì)導(dǎo)體A(或?qū)wB)，電流與它兩端的電壓成正比，導(dǎo)體A或?qū)wB的電壓與電流的比值是定值，但兩者的比值不相等．(2)電壓相同時(shí)，A的電流小，說(shuō)明A對(duì)電流的阻礙作用大．【例1】【解析】導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體本身的性質(zhì)決定，與導(dǎo)體兩端的電壓和通過(guò)導(dǎo)體的電流無(wú)關(guān)，導(dǎo)體的電阻在數(shù)值上等于它兩端的電壓與通過(guò)它的電流之比，由R＝UI可知，使導(dǎo)體通過(guò)一定的電流所需的電壓越高，則導(dǎo)體的電阻越大，B錯(cuò)誤，A正確；由I＝UR可知，通過(guò)導(dǎo)體的電流跟導(dǎo)體兩端的電壓成正比，跟導(dǎo)體的電阻成反比，C正確；由U＝IR可知對(duì)于一個(gè)確定的導(dǎo)體，即R一定，則I越大，【答案】ACD針對(duì)訓(xùn)練1解析：當(dāng)電壓相等時(shí)，由I＝UR得I1∶I2＝R2∶R1＝1∶2，B正確，A錯(cuò)誤；當(dāng)電流相等時(shí)，由U＝IR得，U1∶U2＝R1∶R2答案：BC探究點(diǎn)二提示：①導(dǎo)體電阻和長(zhǎng)度成正比②導(dǎo)體電阻和橫截面積成反比③導(dǎo)體電阻和材料有關(guān)【例2】【解析】電阻率跟導(dǎo)體的材料有關(guān)，是反映材料導(dǎo)電性能好壞的物理量，純金屬的電阻率較小，合金的電阻率較大，絕緣體的電阻率最大，故A正確．金屬的電阻率隨溫度的升高而增大，有些半導(dǎo)體的電阻率隨溫度的升高而減小，故B正確．電阻反映導(dǎo)體對(duì)電流阻礙作用的大小，超導(dǎo)體的電阻率為零，對(duì)電流的阻礙作用為零，故C正確．電阻率的大小與溫度和材料本身都有關(guān)，故D錯(cuò)誤．【答案】ABC【例3】【解析】電阻R1＝ρa(bǔ)ah＝ρh；電阻R2＝ρa(bǔ)2a2h＝ρh【答案】B針對(duì)訓(xùn)練2解析：橫截面直徑為d的鎳鉻絲拉制成直徑為d3的均勻細(xì)絲后，根據(jù)截面積公式：S＝14πd2可知，橫截面積變?yōu)樵瓉?lái)的19，鎳鉻絲的體積不變，則長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的9倍；由R＝ρlS，分析可知電阻變?yōu)樵瓉?lái)的81答案：D探究點(diǎn)三【例4】【解析】在數(shù)學(xué)中斜率就等于圖線與橫軸的夾角的正切值(tanα)，而在物理中斜率與tanα并沒(méi)有直接聯(lián)系．R甲＝U2-U1I2-I1＝12-【答案】CD【例5】【解析】由于圖像是曲線，可知不同點(diǎn)的電阻不同，各點(diǎn)的電阻應(yīng)該用該點(diǎn)電壓和電流的比得到．根據(jù)電阻的定義式可以求出A、B兩點(diǎn)的電阻分別為RA＝30.1RB＝60.15Ω＝40Ω，所以ΔR＝RB－RA【答案】B針對(duì)訓(xùn)練3解析：由題圖可知R1的伏安特性曲線為過(guò)原點(diǎn)的直線，故R1為線性元件，R2的伏安特性曲線為曲線，故R2是非線性元件，故A正確；R1的電阻為2Ω，故B錯(cuò)誤；由題圖可知，當(dāng)U＝1V時(shí)，R2的電阻等于R1的電阻，都為2Ω，故D正確；I-U圖像上的點(diǎn)與坐標(biāo)原點(diǎn)連線的斜率表示電阻的倒數(shù)，由題圖可知R2的電阻隨電壓的增大而增大，故C錯(cuò)誤．答案：AD課堂檢測(cè)·素養(yǎng)達(dá)標(biāo)1．解析：電阻率反映了導(dǎo)體材料導(dǎo)電能力的強(qiáng)弱，它只與材料及溫度有關(guān)，與導(dǎo)體的長(zhǎng)度l和橫截面積S無(wú)關(guān)，故A錯(cuò)，B對(duì)；由R＝ρlS知，ρ大R不一定大，故C錯(cuò)；有些合金的電阻率幾乎不受溫度變化的影響，可用來(lái)制作標(biāo)準(zhǔn)電阻，故答案：B2．解析：因溫度和材料不變，所以電阻率不變，將導(dǎo)線均勻拉長(zhǎng)到直徑為原來(lái)的一半，則橫截面積變?yōu)樵瓉?lái)的14，長(zhǎng)度變?yōu)樵瓉?lái)的4倍，根據(jù)電阻定律公式得R0＝ρ4L14S＝16ρ答案：C3．解析：由表中數(shù)據(jù)可知選項(xiàng)A正確；由I＝UR答案：AB4．解析：A對(duì)：由I-U圖像可知，圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，即I和U成正比．B錯(cuò)：電阻R＝UI＝105Ω＝2Ω.C錯(cuò)：由于縱坐標(biāo)