高考物理模型全归纳 第60讲 欧姆定律与电阻定律

高考物理全归纳——模型专题

在高中物理教学中，引导学生认识、理解和建立“物理模型”，是培养学生创造性思维和创新能力的有效途径。

一、什么是物理模型

自然界中事物与事物之间总是存在着千丝万缕的联系，并都处在不断的变化之中。面对复杂多变的自然界，进行科学研究时，总是遵循这样一条重要的原则，即从简到繁，先易后难，循序渐进，逐次深入。

物理模型有三个类型：（1）物理研究对象的理想化（对象模型）；（2）物理条件的理想化（条件模型）；（3）物理过程的理想化（过程模型）

二、为什么要建立物理模型

1、帮助学生掌握学习方法      2、落实“过程与方法”的教学目标

3、提高学生解决问题能力

三、如何帮助学生的建立物理模型

（一）提高认识，重视过程：

对研究对象建立理想的物理模型和在研究物理过程中选择最简单的物理模型，在教学中是经常涉及到的，但学生总不能从中得到启示。

（二）概括总结，触类旁通：

新课程提出高中阶段应给学生更多的空间，让学生较独立地进行科学探究，培养学生的自主探究、自主学习、自已解决问题的能力。

第60讲 欧姆定律与电阻定律

1．（2020•浙江）小明在一根细橡胶管中灌满食盐水，两端用粗铜丝塞住管口，形成一段封闭的盐水柱。他将此盐水柱接到电源两端，电源电动势和内阻恒定。握住盐水柱两端将它水平均匀拉伸到原长的1.2倍，若忽略温度对电阻率的影响，则此盐水柱（　　）

A．通过的电流增大 

B．两端的电压增大 

C．阻值增大为原来的1.2倍 

D．电功率增大为原来的1.44倍

一.知识回顾

1．欧姆定律

(1)内容：导体中的电流I跟导体两端的电压U成正比，跟导体的电阻R成反比。

(2)公式： I＝。

(3)适用条件：适用于金属和电解质溶液，适用于纯电阻电路。对气态导体、半导体元件不适用，对电动机、电解槽等非纯电阻元件不适用。

(4)伏安特性曲线

①定义：在直角坐标系中，用横坐标表示电压U，纵坐标表示电流I，画出的I­U图像叫作导体的伏安特性曲线。

②线性元件：若元件的伏安特性曲线是一条过原点的直线，这样的电学元件叫作线性元件。如图甲所示。遵从欧姆定律。

③非线性元件：伏安特性曲线不是直线的电学元件叫作非线性元件。如图乙所示。不遵从欧姆定律。

2．电阻

(1)定义：导体两端的电压跟通过导体的电流之比反映了导体对电流的阻碍作用，物理学中就把它叫作导体的电阻。

(2)定义式： R＝，其中U为导体两端的电压，I为导体中的电流。

(3)单位：国际单位是欧姆(Ω)。

(4)决定因素：导体的电阻反映了导体阻碍电流的性质，其大小由导体本身决定，与加在导体两端的电压和通过导体的电流无关。

3．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＝ρ。

(3)适用条件：粗细均匀的金属导体或浓度均匀的电解质溶液。

4．电阻率

(1)计算公式：ρ＝。

(2)物理意义：电阻率是反映材料导电性能优劣的物理量。温度一定时，某种材料的电阻率由这种材料的性质决定，与导体的大小、形状无关。

(3)电阻率与温度的关系

①金属导体：电阻率随温度升高而增大。

②负温度系数半导体：电阻率随温度升高而减小。

③超导体：当温度降低到绝对零度附近时，某些材料的电阻率可以降到0，成为超导体。

④一些合金：电阻率几乎不受温度变化的影响。

5.电阻的定义式和决定式的比较

6．对U­I、I­U图像的理解(如图甲、乙所示)

(1)图线a、e、d、f表示线性元件，b、c表示非线性元件。

(2)在图甲中，图线上的点与O点连线的斜率表示电阻的大小，斜率越大，电阻越大，Ra>Re。

在图乙中，图线上的点与O点连线的斜率表示电阻倒数的大小，斜率越大，电阻越小，Rd<Rf。

(3)随着I增大，图线b上对应的点与O点连线的斜率变小，电阻变小；随着U的增大，图线c上对应的点与O点连线的斜率变大，电阻变小。

注意：曲线上某点切线的斜率不是电阻或电阻的倒数。根据R＝，电阻为图线上的点和原点连线的斜率或斜率的倒数。

7. 易错点：

(1)将同一导体不同截面接入电路时，导体的电阻大小是不同的，不要认为同一导体的电阻是一个定值，在表达式R＝ρ中，l是沿电流方向导体的长度，S是垂直电流方向的横截面积，ρ是材料的电阻率。

(2)对线性元件：R＝＝；对非线性元件R＝≠，即非线性元件的电阻不等于U­I图像某点切线的斜率。

(3)某一导体的形状改变后，讨论其电阻变化应抓住以下三点：

①导体的电阻率不变，因其由导体材料本身决定。

②导体的体积不变，由V＝lS可知l与S成反比。

③在ρ、l、S都确定之后，应用电阻定律R＝ρ求解。

二.例题精析

题型一：理解I—U图像

（多选）例1．如图所示是电阻R的I﹣U图象，图中α＝45°，由此得出（　　）

A．通过电阻的电流与两端电压成正比 

B．电阻R＝0.5Ω 

C．因I﹣U图象的斜率表示电阻的倒数，故R1.0Ω 

D．在R两端加上6.0V的电压时，每秒通过电阻横截面的电荷量是3.0C

题型二：线性元件与非线性元件

例2．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减弱 

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40V）时，反向电流才急剧变大

题型三：电阻定律与欧姆定律综合应用

（多选）例3．如图所示，R1和R2是同种材料、厚度相同、表面为正方形的导体，但R1的尺寸比R2的尺寸大．在两导体上加相同的电压，通过两导体的电流方向如图，则下列说法中正确的是（　　）

A．R1中的电流小于R2中的电流 

B．R1中的电流等于R2中的电流 

C．R1中自由电荷定向移动的速率小于R2中自由电荷定向移动的速率 

D．R1中自由电荷定向移动的速率等于R2中自由电荷定向移动的速率

三.举一反三，巩固练习

1. 甲、乙为不同材料制成的两个长方体金属导电板，长、宽、高均分别为a、b、c，其中a＞b＞

c，如图，它们的外形完全相同。现将甲、乙两金属导电板按下图两种方式接入同一电源时，若回路中的电流相同，那么甲、乙两金属导电板的电阻率之比为（　　）

A． B． C． D．

2. 两段材料不同、横截面积相同的均匀导线a和b，其长度分别为2m和1m。串联在电路中时，沿长度方向电势变化如图所示，则a、b两种材料的电阻率之比为（　　）

A．1：2 B．1：4 C．2：1 D．4：1

3. 某导体中的电流随其两端电压的变化如图所示，则下列说法中正确的是（　　）

A．加5V电压时，导体的电阻约是5Ω 

B．加11V电压时，导体的电阻约是1.4Ω 

C．由图可知，随着电压的增大，导体的电阻不断减小 

D．此导体为线性元件

4. 在中国空间站中，多种传感器担负着对舱内气压监测、温度监控、交会对接的距离监测、太阳帆板自动迎对日光等任务。下列有关传感器的说法中不正确的是（　　）

A．热敏电阻可以作为温度传感器的敏感元件 

B．对气压的监测可以利用压力传感器 

C．光敏传感器通过将电信号转化为光信号实现太阳帆板对阳光的自动跟踪 

D．红外测距传感器通过将电磁波信号转化为电信号实现对距离的监测

5. 如图所示，一块均匀的长方体样品，长为a，宽为b，厚为c。电流沿AB方向时测得样品的电阻为R，电流沿CD方向时样品的电阻是多少（　　）

A． B． C． D．

6. 如图所示是某白炽灯的伏安特性曲线，图中OA连线与横轴的夹角为α，A点的坐标为（U0，I0），其切线与纵轴交点的纵坐标为I1，则（　　）

A．白炽灯的电阻随电压的增大而减小 

B．对应A点，白炽灯的电阻可表示为tanα 

C．对应A点，白炽灯的电功率可表示为U0I0 

D．对应A点，白炽灯的电阻可表示为

7. 如图甲，一长方体导电材料的长、宽、高分别为a、b、c；且a＞b＞c，通入沿PQ方向的电流时，导电材料两端的电压U与其通过的电流I的关系图像如图乙所示。下列说法正确的是（　　）

A．导电材料两端所加电压为10V时，其电阻为20Ω 

B．随着所加电压的逐渐增大，该导电材料的电阻逐渐增大 

C．随着所加电压的逐渐增大，该导电材料的导电性能变差 

D．该导电材料沿PQ方向通电时比沿MN方向通电时电阻小

8. 如图所示，两根材料相同的均匀导体柱m和n，m长为l，n长为2l，串联在电路图1中时，沿x轴方向电势变化如图2φ﹣x所示，选取x＝3l处电势为零，则导体柱m、n的横截面积之比为（　　）

A． B． C． D．

9. 某同学想用一只半导体热敏电阻Rt制作一支能测量水温的温度计。他查阅资料获得了图1所示的该热敏电阻的R﹣t特性曲线，并设计了图2所示的温度计电路，图中R0＝100Ω，电压表的量程是0～3V，电源电动势恒定，内阻可不计。他的制作目标是温度计的测量范围是0～100℃，且水温100℃时电压表指针偏转达到最大位置。则（　　）

A．电源的输出电压为3V 

B．水温越高，电压表的示数越小 

C．电压表的0刻度对应水温0℃ 

D．水温55℃时电压表的示数为2.40V

10. P1和P2是材料相同、上下表面为正方形的长方体导体，P1的上、下表面积大于P2的上、下表面积，将P1和P2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P1和P2的体积相同，则通过P1的电流大于通过P2的电流 

B．若P1和P2的体积相同，则P1的电功率大于P2的电功率 

C．若P1和P2的厚度相同，则P1和P2内自由电荷定向移动的速率相等 

D．若P1和P2的厚度相同，则P1两端的电压大于P2两端的电压