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物理必修 第三册2 导体的电阻学案及答案
展开1.理解电阻的概念,进一步体会比值法定义物理量的方法;
2.知道U-I图像中图线的斜率表示电阻的大小;
3.掌握探究影响导体电阻的因素的方法,掌握电阻定律;4.理解电阻率的概念,知道电阻率与材料、温度有关.
[基础梳理]
一、电阻
1.电阻的概念
导体两端的电压与通过导体的电流大小之比.
2.定义式:R=eq \f(U,I).
3.单位:欧姆(Ω),常用的单位还有千欧(kΩ)、兆欧(MΩ),且1 Ω=10-3 kΩ=10-6 MΩ.
4.物理意义:反映导体对电流阻碍作用的大小.
5.导体U-I图像的斜率反映电阻大小.
二、影响导体电阻的因素
1.导体的电阻与导体的长度、横截面积、材料有关.
2.探究思路
为探究导体电阻是否与导体横截面积、长度和材料有关,我们采用控制变量法进行实验探究.
三、导体的电阻率
1.电阻定律
(1)内容:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成正比,与它的横截面积S成反比;导体电阻还与构成它的材料有关.
(2)公式:R=ρeq \f(l,S),式中ρ是比例系数,ρ叫作这种材料的电阻率.
2.电阻率
(1)概念:电阻率是反映导体导电性能的物理量,是导体材料本身的属性,与导体的形状、大小无关.
(2)单位是欧姆·米,符号为Ω·m.
(3)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.
(4)应用:电阻温度计、标准电阻等.
(5)超导现象:一些金属在温度特别低时电阻降为0的现象.
[能力拓展]
一、导体的电阻与欧姆定律
1.导体的电阻
(1)电阻定义式:R=eq \f(U,I);
(2)意义:比值eq \f(U,I)表示一段导体对电流的阻碍作用.对给定的导体,它的电阻是一定的,与导体两端是否加电压,导体中是否有电流无关.
2.欧姆定律
(1)表达式I=eq \f(U,R);
(2)意义:表示通过导体的电流I与电压U成正比,与电阻R成反比;
(3)适用条件:金属或电解质溶液导电(纯电阻电路).
二、电阻定律
1.导体电阻的决定式R=ρeq \f(l,S)
l是导体的长度,S是导体的横截面积,ρ是比例系数,与导体材料有关,叫作电阻率.
2.R=eq \f(U,I)与R=ρeq \f(l,S)的区别与联系
三、电阻率
1.电阻率是一个反映导体材料导电性能的物理量,是导体材料本身的属性,与导体的形状、大小无关.
2.电阻率与温度的关系及应用
(1)金属的电阻率随温度的升高而增大,可用于制作电阻温度计.
(2)大部分半导体的电阻率随温度的升高而减小,半导体的电阻率随温度的变化较大,可用于制作热敏电阻.
(3)有些合金,电阻率几乎不受温度变化的影响,常用来制作标准电阻.
(4)一些导体在温度特别低时电阻率可以降到零,这个现象叫作超导现象.
[随堂演练]
1.如图所示为某电学元件的伏安特性曲线,图中虚线为曲线上点的切线。当通过该元件的电流为时,该元件的阻值为( )
A.B.C.D.
2.根据欧姆定律,下列哪种说法是正确的( )
A.通过导体的电流越大,它的电阻就越小
B.导体两端的电压越大,这段导体的电阻就越大
C.导体的电阻与它两端的电压成正比,与通过它的电流成反比
D.导体两端的电压越大,这段导体的电流就越大
3.下列说法正确的是( )
A.由可知,电阻与电压成正比,与电流成反比
B.由可知,电阻与导体的长度成正比、与横截面积成反比
C.由可知,电流与电量成正比,与时间成反比
D.各种材料的电阻率都与温度有关,金属的电阻率随温度的升高而增大
4.由欧姆定律可知,下列说法正确的是( )
A.电压越大,导体的电阻越大B.电流越大,导体的电阻越大
C.和的比值决定电阻的大小D.导体电阻的由导体本身决定
5.一根长为L,横截面积为S的金属棒,其材料的电阻率为,棒内单位体积自由电子数为n,电子的质量为m,电荷量为e,在棒两端加上恒定的电压时,棒内产生电流,自由电子定向运动的平均速率为v,若已知金属棒内的电场为匀强电场,则金属棒内的电场强度大小为( )
A.B.C.D.
6.和是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体,的上、下表面积大于的上、下表面积,将和按图所示方式接到电源上,闭合开关后,下列说法正确的是( )
A.若和的体积相同,则通过的电流大于通过的电流
B.若和的体积相同,则的电功率大于的电功率
C.若和的厚度相同,则两端的电压小于两端的电压
D.若和的厚度相同,则两端的电压大于两端的电压
7.非线性电阻R的图线如图甲所示,按照图乙连接电路,电压恒为,电流表示数为,定值电阻为800Ω,则此时非线性电阻R的阻值为______Ω,非线性电阻R的电功率为______W。(均保留三位有效数字)
8.如图(a)所示为某种灯泡的图象,现将两个这种小灯泡、与一个阻值为的定值电阻R连成如图(b)所示的电路,电源的电动势为,电键S闭合后,小灯泡与定值电阻R的电功率均为P,则________W,电源的内阻_________。
两个公式
区别与联系
R=eq \f(U,I)
R=ρeq \f(l,S)
区别
适用于纯电阻元件
适用于粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解液、等离子体
联系
R=ρeq \f(l,S)是对R=eq \f(U,I)的进一步说明,即导体的电阻与U和I无关,而是取决于导体本身的材料、长度和横截面积
参考答案
1.B
【详解】
由图像信息可知
根据欧姆定律,有
故选B。
2.D
【详解】
ABC.导体的电阻由导体本身决定,与其两端的电压和通过其的电流无关,故ABC错误;
D.根据欧姆定律可知,通过导体的电流与其两端电压成正比,导体两端的电压越大,通过这段导体的电流就越大,故D正确。
故选D。
3.B
【详解】
A.是电阻的定义式,可以计算阻值的大小,但R与U不成比,与I不成反比,A错误;
B.由可知,电阻与导体的长度成正比、与横截面积成反比,B正确;
C.为电流的定义式,电流与电量不成正比,与时间不成反比,C错误;
D.金属的电阻率随温度的升高而增大,有些材料的电阻率与温度无关,D错误。
故选B。
4.D
【详解】
导体的电阻是由导体本身决定的,与导体两端的电压和通过导体的电流无关,U和I的比值等于电阻的大小,不是决定电阻的大小。
故选D。
5.C
【详解】
根据欧姆定律
电流的微观表达式
电阻定律
匀强电场强度表达式
联立得
故选C。
6.B
【详解】
A.和是串联在电路中的,所以通过的电流总等于通过的电流,则A错误;
B.由电阻定律可得
则若和的体积相同,上下表面积越大的电阻的阻值越大,由电功率公式
由于通过的电流总等于通过的电流,则电阻越大的电功率越大,所以若和的体积相同,则的电功率大于的电功率,所以B正确;
CD.由电阻定律可得
若和的厚度相同,则和的电阻的阻值相同,由于和是串联关系,所以则两端的电压等于两端的电压,所以CD错误;
故选B。
7.167 0.600
【详解】
[1]电阻R1的电流为
则通过R的电流为IR=75mA-15mA =60mA,则由图线可知R两端电压为UR=10V,则
[2]电阻R的电功率为
P=IRUR=0.600W
8.0.2 2.5
【详解】
[1]小灯泡L1与定值电阻R的电功率均为P,分析知:图中L1的电阻与R阻值相同,在图线上读出L1阻值为5欧时的电流电压值,为(0.2A,1V),则
[2]通过L2的电流为0.4A,电压由图线读得4V,根据闭合电路欧姆定律得
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