高中人教版 (2019)2 导体的电阻图文课件ppt

这是一份高中人教版 (2019)2 导体的电阻图文课件ppt，共60页。PPT课件主要包含了必备知识·自主学习，通过导体电流，横截面积，关键能力·合作学习，情境·模型·素养，课堂检测·素养达标，课时素养评价等内容，欢迎下载使用。

一、电阻1.定义:导体两端的_____与_____________的比值叫作电阻。2.定义式:R= 。3.物理意义:反映导体对电流的_____作用。4.单位:(1)国际单位是欧姆,符号为Ω。(2)常用单位:千欧,符号kΩ;兆欧,符号MΩ。(3)单位换算:1 kΩ=___Ω;1 MΩ=___Ω。
二、影响导体电阻的因素【情境思考】如图为研究影响导体电阻的因素的电路图,本实验采用了什么方法?提示:控制变量法。可能与导体电阻有关的因素:(1)导体的_________。(2)导体的_____。(3)导体的_____。
三、导体的电阻率【情境思考】 　有人说电阻是导体阻碍电流的性质,电阻率是由导体材料的性质决定的,所以电阻率越大,则电阻越大,对吗?提示:不对。1.导体的电阻:同种材料的导体,其电阻R与它的长度l成_____,与它的横截面积S成_____;导体电阻还与构成它的材料有关。2.公式:R=_______。
3.电阻率:(1)物理意义:反映了材料导电性能的好坏,电阻率越___,表示这种材料的导电性能越好。(2)决定因素:导体的材料和_____。(3)金属的电阻率:随温度的升高而_____。(4)超导现象:某些材料当温度特别低时,电阻可以降到__的现象。
四、伏安特性曲线【情境思考】导体在A状态下的电阻的倒数是该点切线的斜率还是OA直线的斜率? 提示:是OA直线的斜率。
1.伏安特性曲线:用横坐标表示电压U,纵坐标表示电流I,画出的I-U图像。2.线性元件:伏安特性曲线是一条过原点的直线,也就是电流I与电压U成正比的元件。3.非线性元件:伏安特性曲线不是一条直线,也就是电流I与电压U不成正比的元件。如图为二极管的伏安特性曲线,二极管为非线性元件。
【易错辨析】(1)由R= 可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比。 ( )(2)电阻率ρ与导体的长度l和横截面积S有关。 ( )(3)电阻率表征了材料的导电能力的强弱,由导体的材料决定,且与温度有关。 ( )(4)电阻率大的导体,电阻一定很大。 ( )(5)有些合金的电阻率几乎不受温度变化的影响,可用来制成标准电阻。( )
知识点一　电阻决定式R= 的应用1.R= 中ρ、l、S的含义(1)ρ表示导体材料的电阻率,与材料和温度有关。反映了导体的导电性能,ρ越大,说明导电性能越差;ρ越小,说明导电性能越好。(2)l表示沿电流方向导体的长度。(3)S表示垂直于电流方向导体的横截面积。
2.电阻定义式R= 和决定式R= 的区别与联系:
提醒:电阻R与电压U、电流I无关。
【问题探究】如图为一块长方体铁块,若通过的电流为I1,则铁块的电阻R1多大?若通过的电流为I2,则铁块的电阻R2又是多大? 提示:R1= ;R2=
【典例示范】【典例】在边长为a、厚度为h的导体中,通以图示方向的电流,导体的电阻为R1,现将其四等分,取其中之一通以图示方向的电流,其电阻为R2,则R1∶R2为(　　)A.4∶1　　　　B.1∶1C.1∶2D.2∶1【解析】选B。电阻R1= ;电阻R2= ,则R1∶R2=1∶1,故选项B正确。
【规律方法】 应用R= 解题的技巧(1)明确导体的形状改变后,电阻率不会发生变化。(2)导体的形状改变后,体积不变,由V=l1S1=l2S2确定l2与l1、S2与S1的关系。(3)由R= 确定电阻关系。
【素养训练】1.有甲、乙两根材料不同、长度和横截面积都相同的金属丝,在温度一定的情况下,甲金属丝的电阻率是乙金属丝电阻率的2倍。以下有关它们电阻值的说法正确的是(　　)A.甲、乙两根金属丝的电阻值相等B.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍C.乙金属丝的电阻值是甲金属丝电阻值的2倍D.甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的4倍
【解析】选B。由电阻定律公式R= 可以知道,长度和横截面积都相同的金属丝,电阻与电阻率成正比,因为甲金属丝的电阻率是乙金属丝电阻率的2倍,所以甲金属丝的电阻值是乙金属丝电阻值的2倍,故选项B正确,A、C、D错误。
2.一段粗细均匀的镍铬丝,横截面的直径是d,电阻是R,把它拉制成直径为 的均匀细丝后,它的电阻变为(　　)A. B.9RC. D.81R【解析】选D。横截面直径为d的镍铬丝拉制成直径为 的均匀细丝后,根据截面积公式:S= πd2可知,横截面积变为原来的 ,镍铬丝的体积不变,则长度变为原来的9倍;由R= ,分析可知电阻变为原来的81倍,即为81R,故选项D正确,A、B、C错误。
知识点二　导体的伏安特性曲线由I-U图像可以获得的信息(1)坐标轴的意义:I-U图像中,横坐标表示电压U、纵坐标表示电流I。(2)图线斜率的意义:线性I-U图像中,斜率表示电阻的倒数,在图中R2【典例示范】【典例】(多选)某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示,则下列说法正确的是(　　)A.所加电压为5 V时,导体的电阻是5 ΩB.所加电压为12 V时,导体的电阻是14 ΩC.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断减小D.由图可知,随着电压的增大,导体的电阻不断增大
【解析】选A、D。由图可知,所加电压为5 V时,电流为1.0 A,则由电阻的定义式可得:R= =5 Ω,故选项A正确;所加的电压为12 V时,电流为1.5 A,则可得导体的电阻为:R′= =8 Ω,故选项B错误;由图可知,随电压的增大,图线上的点与原点连线的斜率减小,则可知导体的电阻随电压的增大而不断增大,故选项C错误,D正确。
【素养训练】1.如图所示是根据某实验作出的金属导体a和b的I-U图像。从图中可以得出金属导体a和b的电阻关系是(　　)A.RaRbC.Ra=RbD.无法确定
【解析】选B。I-U图像中图像的斜率表示电阻的倒数,由图可知,a表示的电阻大于b的电阻,即Ra>Rb,故选项B正确。
2.小灯泡的伏安特性曲线如图中的AB段(曲线)所示。由图可知,AB段灯丝的电阻因温度的影响改变了(　　) A.5 ΩB.10 ΩC.1 ΩD.6 Ω【解析】选B。小灯泡的电阻随温度的升高而增大,故得出来的伏安特性曲线不是直线;由图可知,A点的电阻RA= =30 Ω;B点电阻RB= =40 Ω,故电阻的变化为:40 Ω-30 Ω=10 Ω,故选项B正确。
【拓展例题】考查内容:电解质溶液电阻率的测量【典例】如图甲为一测量电解质溶液电阻率的玻璃容器,P、Q为电极,设a=1 m,b=0.2 m,c=0.1 m,当里面注满某电解质溶液时,且P、Q加上电压后,其U-I图像如图乙所示,当U=10 V时,求电解质溶液的电阻率ρ。
【解析】由题图乙可求得电解质溶液的电阻R= =2 000 Ω,由题图甲可知电解质溶液长l=a=1 m,它的横截面积S=bc=0.02 m2,由R= 得ρ= ·m=40 Ω·m。答案:40 Ω·m
【生活情境】　电缆是生产生活中常用到的电路连接材料,企业如果没有严格的检验标准,生产出不合格电缆,容易对用户造成巨大财产损失。如图为某企业生产的劣质电缆,它的铜丝直径只有国家合格电缆的一半。 探究:若长度相同,则不合格电缆的电阻为合格电缆的多少倍?
【解析】若长度相同,劣质电缆的铜丝直径只有国家合格电缆的一半,根据:R= ,可知不合格电缆的电阻为合格电缆的4倍。答案:见解析
【生产情境】　2019年5月23日,国之重器:时速600公里高速磁悬浮试验样车在青岛下线。磁悬浮列车是利用高温超导技术制成的。高温超导体通常是指在液氮温度(77 K)以上超导的材料。目前,科学家们已在 250 K(-23℃ )温度下实现了氢化镧的超导性。这项成果使我们真正意义上接近了室温超导。探究:超导体中一旦有了电流,还需要电源来维持吗?
【解析】由于超导体电阻为0,超导体中一旦有了电流,就不需要电源来维持了。答案:见解析
1.(教材二次开发·P61【练习与应用】T1变式) 某同学对四个电阻各进行了一次测量,把每个电阻两端的电压和通过它的电流在U-I坐标系中的描点如图,分别用Ra、Rb、Rc、Rd代表电阻的阻值,则(　　)A.Ra>Rd　　　　　　　B.Rd>RaC.Rc>RbD.Rb>Rc
【解析】选A。连接aO、bO、cO、dO,U-I图线的斜率表示电阻的大小,故Ra>Rd,故选项A正确,B错误;又因为O、b、c三点在一条直线上,故Rb=Rc,故选项C、D错误。
2.有一个长方体型的金属电阻,材料分布均匀,边长分别为a、b、c,且a>b>c。电流沿以下方向流过该金属电阻,其中电阻值最小的是(　　) 【解析】选A。由电阻的决定式可知,A中电阻RA= ;B中电阻RB= ;C中电阻RC= ;D中电阻RD= ,故电阻最小的为A。
3.为了测定液体的电阻率,工业上用一种称为“电导仪”的仪器,其中一个关键部件如图所示。A、B是两片面积为1 cm2的正方形铂片。间距l=1 cm,把它们浸没在待测液体中。若通过两根引线加上一定的电压U=6 V时,测出电流强度I=1 μA,这种液体的电阻率为(　　)A.6×103 Ω·mB.6×102 Ω·mC.6×104 Ω·mD.6×106 Ω·m
【解析】选C。由电阻公式R= ,变形可得ρ= =6×104 Ω·m,故选项C正确。
4.如图所示,P是一个表面均匀镀有很薄电热膜的长陶瓷管,直径为D,其镀膜的长度为L,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M、N两端电压为U,通过它的电流为I。则镀膜材料的电阻率ρ为(　　)【解析】选C。根据部分电路欧姆定律I= ,得R= ,又根据电阻定律R= ,其中S=πDd,解得ρ= ,选项C正确。
【加固训练】一根粗细均匀的电阻丝截成长度相等的三段,再将它们并联起来,测得阻值为3 Ω,则此电阻丝原来的阻值为(　　)A.9 Ω　　　B.8 Ω　　　C.27 Ω　　　D.3 Ω【解析】选C。一根粗细均匀,电阻值为R的电阻丝截成长度相等的三段,则长度变为原来的 ,再把得到的三段并联起来使用,横截面积变为原来的3倍,根据电阻定律R= ,阻值变为原来的 ,故 =3 Ω。解得R=27 Ω,故C项正确,A、B、D项错误。
十　导体的电阻【合格性测试】(25分钟·60分)一、选择题(本题共6小题,每题6分,共36分)1.2019年3月19日,复旦大学科研团队宣称已成功制备出具有较高电导率的砷化铌纳米带材料,据介绍该材料的电导率是石墨烯的1 000倍。电导率σ就是电阻率ρ的倒数,即σ= 。下列说法正确的是(　　)A.材料的电导率越小,其导电性能越强B.材料的电导率与材料的形状有关C.电导率的单位是Ω-1·m-1D.电导率大小与温度无关
【解析】选C。材料的电导率越小,其导电性能越差,故选项A错误;材料的电导率与材料的形状无关,故选项B错误;电阻率的单位是Ω∙m,则电导率的单位是Ω-1·m-1,故选项C正确;电导率与温度具有很大相关性,金属的电导率随着温度的升高而减小,半导体的电导率随着温度的升高而增加,故选项D错误。
2.根据公式R=ρ 可以导出电阻率的表达式ρ= ,对温度一定的某种金属导线来说,它的电阻率(　　)A.跟导线的电阻R成正比B.跟导线的横截面积S成正比C.跟导线的长度L成反比D.只由导线材料的性质决定
【解析】选D。电阻率的大小由材料的性质决定,与电阻的大小、导线的长度、横截面积无关,故选项D正确,A、B、C错误。
3.金属铂的电阻值对温度的高低非常“敏感”,如图的四个图像中可能表示金属铂电阻的U-I图像的是(　　)
【解析】选B。金属铂导体的电阻对温度的变化很敏感,电阻随温度的升高而增大,在一定温度下其U-I图线是非线性的,且图线的斜率越来越大,故选项B正确,A、C、D错误。
4.某研究性学习小组描绘了三种电学元件的伏安特性曲线,如图所示,下列判断中正确的是(　　)
A.图甲反映该电学元件的导电性能随电压的增大而增强B.图乙反映该电学元件的导电性能随温度的升高而增强C.图丙反映该电学元件加正向电压和反向电压时导电性能一样D.图丙反映该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流才急剧变大
【解析】选D。由图甲可知随着电压增加图线斜率不变,即该元件电阻阻值的倒数不变,阻值不变,导电性能不变,故A错误;由图乙可知随着电压增加图线斜率变小,该元件电阻阻值的倒数变小,阻值增加,导电性能随电压的增大而减弱,但不能说明和温度的变化情况,故B错误;由图丙可知加正向电压和反向电压时图线关于原点不对称,因为横坐标不一样,故导电性能不一样,故C错误;根据图丙可知该电学元件如果加上较高的反向电压(大于40 V)时,反向电流才急剧变大,故D正确。
5.如图所示,a、b、c为不同材料做成的电阻,b与a的长度相等,横截面积是a的两倍;c与a的横截面积相等,长度是a的两倍。当开关闭合后,三个理想电压表的示数关系是U1∶U2∶U3=1∶1∶2。关于这三种材料的电阻率ρa、ρb、ρc,下列说法中正确的是(　　)A.ρa是ρb的2倍　B.ρa是ρc的2倍C.ρb是ρc的2倍D.ρc是ρa的2倍
【解析】选C。设a的长度为L,横截面积为S,因为R= ,而R=ρ ,所以 ,即 ,故ρb=2ρa,选项A错误;同理 ,所以 ,故ρa=ρc,故选项B、D错误;由上述可知ρb=2ρc,故选项C正确。
6.某同学用理想电流表和电压表分别对三个定值电阻各进行一次测量,并将所测三组电流和电压值描点到同一I-U坐标系中,如图所示,则这三个电阻的大小关系正确的是(　　)A.Ra=Rb>RcB.Ra>Rb>RcC.Ra=RbRb=Rc
【解析】选C。根据I= U可知,电阻的I-U图像的斜率的倒数等于电阻,可知a、b与原点连线的斜率相等且大于c与原点连线的斜率,可知a、b电阻相等且小于c的电阻,即Ra=Rb二、计算题(本题共2小题,共24分。要有必要的文字说明和解题步骤,有数值计算的要标明单位)7.(12分)两根材料相同的均匀导线A和B,其长度分别为L和2L,串联在电路中时沿长度方向电势的变化如图所示,则A和B导线的横截面积之比为?
【解析】由图像可知两导线电压降分别为UA=6 V,UB=4 V;由于它们串联,则3RB=2RA;由电阻定律可知 ,得 。答案:
8.(12分)如图所示,两段长度和材料都完全相同的导线ab、bc,横截面积之比为1∶4,串联后加上电压U。求:(1)ab、bc两段导线内自由电子定向运动速率之比;(2)两段导线两端电压之比。
【解析】(1)因两段导线串联,故电流相等;又因同种材料,单位体积内自由电子数也相等,由I=neSv可得: =4;即ab、bc两段导线内自由电子定向运动速率之比为4∶1;(2)两段长度和材料都完全相同的导线ab、bc电阻率ρ相同,故根据R=ρ 可得:两段导线电阻之比 =4;故根据欧姆定律,由串联电路电流相等可得: =4,即两段导线两端电压之比为4∶1。答案:(1)4∶1　(2)4∶1
【选择性考试】 (15分钟·40分)9.(6分)一根细橡胶管中灌满盐水,两端用短粗铜丝塞住管口。管中盐水柱长为40 cm时测得电阻为R,若溶液的电阻随长度、横截面积的变化规律与金属导体相同,则将管中盐水柱均匀拉长到50 cm(盐水体积不变,仍充满橡胶管),盐水柱电阻变为(　　)A. RB. RC. RD. R
【解析】选D。由于总体积不变,设40 cm长时的横截面积为S。所以长度变为50 cm后,横截面积S′= ,电阻R= ,可知 ,解得R′= R,故选项D正确。
10.(6分)(多选)关于导体的电阻及电阻率的说法中,正确的是(　　)A.由R=ρ 知,导体的电阻与长度l、电阻率ρ成正比,与横截面积S成反比B.由R= 可知,导体的电阻跟导体两端的电压成正比,跟导体中的电流成反比C.将一根导线一分为二,则半根导线的电阻和电阻率都是原来的二分之一D.电阻率往往随温度的变化而变化
【解析】选A、D。导体的电阻率由材料本身的性质决定,并随温度的变化而变化,导体的电阻与长度、电阻率、横截面积有关,与导体两端的电压及导体中的电流无关,故选项A正确,B、C错误;电阻率反映材料导电性能的强弱,电阻率常随温度的变化而变化,故选项D正确。
11.(6分)(多选)如图所示,A、B、C为三个通电导体的I-U 关系图像。由图可知(　　)A.三个导体的电阻关系为RA>RB>RCB.三个导体的电阻关系为RA【解析】选B、C。I-U图像中图像的斜率表示电阻的倒数,故斜率越大,电阻越小,因此C的电阻最大,A的电阻最小,故选项B正确,A错误;B的电阻R= Ω=4 Ω,则加10 V电压时,电流I= A=2.5 A,故选项C正确,D错误。
【加固训练】(多选)同样粗细等长的铜棒和铁棒接在一起后接入电路,如图所示,已知铜的电阻率比铁的电阻率小,则下列说法正确的是(　　)A.通过两棒的电流强度不等B.两棒内电子定向移动的速率不相等C.两棒内电场强度相等D.铁棒两端电压大于铜棒两端电压
【解析】选B、D。同样粗细等长的铜棒和铁棒串联,因此两棒中的电流强度相同,故A项错误;由I=neSv可知,因电流相同,横截面积相等,电子电量相等,但单位体积内的电子数不相等,故两棒内电子定向移动的速率不相等,故B项正确;铜的电阻率比铁的电阻率小,由R= 可知,铜棒的电阻比铁棒小,由U=IR可知,铜棒两端的电压小于铁棒两端的电压,再由U=Ed可知,铜棒中的电场强度小于铁棒中的电场强度,故C项错误,D项正确。
12.(22分)神经系统中,把神经纤维分为有髓鞘与无髓鞘两大类。现代生物学认为,髓鞘是由多层(几十到几百层不等)类脂物质——髓质累积而成的,髓质具有很大的电阻。已知蛙有髓鞘神经,髓鞘的厚度只有2 μm左右,而它在每平方厘米的面积上产生的电阻却高达1.6×105 Ω。(1)若不计髓质片层间的接触电阻,计算髓质的电阻率。(2)若有一圆柱体是由髓质制成的,该圆柱体的体积为32π cm3,当在其两底面上加上1 000 V的电压时,通过该圆柱体的电流为10π μA。求该圆柱体的圆面半径和高。