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第二章恒定電流 第六節(jié) 導體的電阻 1 通過對決定導體電阻的因素的探究過程 體驗運用控制變量研究物理問題的思維方法 體會實驗探究和邏輯推理都是重要的科學研究方法 2 深化對電阻的認識 了解電阻定律 能用電阻定律來進行有關計算 3 理解電阻率的物理意義 并了解電阻率與溫度的關系 通過對不同材料電阻率的介紹 加強學生理論聯(lián)系實際的意識和安全用電的意識 教學目標 1 與導體電阻有關因素的測量方法 1 電阻絲橫截面積的測量把電阻絲緊密繞在一個圓柱形物體上 例如鉛筆 用刻度尺測出多匝的寬度 然后除以圈數(shù) 得到電阻絲的直徑 進而計算出電阻絲的橫截面積 或用螺旋測微器測出電阻絲的直徑 進而得到電阻絲的橫截面積 一 影響導體電阻的因素 2 探究導體電阻與其影響因素的關系 1 實驗探究 1 電阻定律 1 內容 同種材料的導體其電阻R與它的長度l成正比 與它的橫截面積S成反比 導體電阻與構成它的材料有關 這就是電阻定律 2 公式 R l S 3 單位 R l m S m2 m 二 導體的電阻 4 適用條件 溫度一定 粗細均勻 S為定值 的導線或濃度均勻的電解液 電阻定律反映了導體的電阻由導體自身決定 只與導體的材料 導體的長度和導體的橫截面積和溫度有關 與其他因素無關 表達式中的l是沿電流方向導體的長度 橫截面積是垂直電流方向的橫截面 如圖所示 一塊長方形銅塊 若通以電流I1 則長度為a 橫截面積為bc 若通以電流I2 則長度為b 橫截面積為ac 2 電阻率 1 物理意義 電阻率 是一個反映導體導電性能的物理量 是導體材料本身的屬性 與導體的形狀 大小無關 2 大小 RS l 各種材料的電阻率在數(shù)值上等于用該材料制成的長度為1m 橫截面積為1m2的導體的電阻 不能根據(jù) RS l錯誤地認為電阻率跟導體的橫截面積S成正比 跟導體長度l成反比 某種材料的電阻率大 不能說它對電流的阻礙作用一定大 這是因為電阻率大的材料制成的電阻可以是一個小電阻 這完全可由電阻的l S決定 各種材料都有各自的電阻率 各種金屬中銀的電阻率最小 其次是銅 鋁 合金的電阻率大于組成它的任何一種純金屬的電阻率 3 單位 歐 米 m 4 電阻率與溫度的關系 金屬的電阻率隨溫度升高而增大 可用于制作電阻溫度計 半導體和電解質的電阻率隨溫度的升高而減小 半導體的電阻率隨溫度變化較大 可用于制作熱敏電阻 有些合金如錳銅 鎳銅的電阻率幾乎不受溫度變化的影響 可用來制作標準電阻 有些物質當溫度降低到絕對零度附近時 電阻率突然減小到零 這種現(xiàn)象叫超導現(xiàn)象 能夠發(fā)生超導現(xiàn)象的物體叫超導體 材料由正常狀態(tài)轉變?yōu)槌瑢顟B(tài)的溫度叫超導材料的臨界溫度TC 4 應用實例 滑動變阻器 1 原理 利用改變連入電路的電阻絲的長度改變電阻 2 在電路中的使用方法結構簡圖如圖所示 要使滑動變阻器起限流作用 正確的連接是接A與D或C B與C或D 即 一上一下 要使滑動變阻器起到分壓作用 要將AB全部接入電路 另外再選擇A與C或D及B與C或D與負載相連 當滑片P移動時 負載將與AP間或BP間的不同長度的電阻絲并聯(lián) 從而得到不同的電壓 注意 實驗 測定金屬的電阻率 實驗目標定位 1 學會使用螺旋測微器 2 理解該實驗的原理 3 掌握實驗操作 會處理數(shù)據(jù) 一 實驗目的1 學會使用電流表和電壓表以及正確讀數(shù) 2 學會使用螺旋測微器以及正確讀數(shù) 3 掌握測定金屬電阻率的方法 二 實驗原理1 螺旋測微器 1 構造原理 螺旋測微器是測量長度的儀器之一 在實驗中常用它測量小球的直徑 金屬絲的直徑和薄板的厚度等 用它測量長度 可以精確到0 01mm 還可以估讀到0 001mm 即毫米的千分位 因此螺旋測微器又稱為千分尺 下圖所示是常用的螺旋測微器 它的小砧A和固定刻度B固定在框架C上 旋鈕D 微調旋鈕D 和可動刻度E 測微螺桿F連在一起 通過精密螺紋套在B上 精密螺紋的螺距是0 5mm 即每旋轉一周 F前進或后退0 5mm 可動刻度分成50等份 每一等份表示0 1mm 即可動刻度每轉過1等份 F前進或后退0 01mm 因此 從可動刻度旋轉了多少個等份就知道長度變化了多少個0 01mm 2 使用方法 a 找出零誤差 測物前將兩小砧并攏 如果可動刻度的零刻線正好在固定的零刻線上 零誤差為零 如果可動刻度的零刻線在固定零刻線之上n小格 應在讀數(shù)中加上0 01 n mm 反之則減去0 01 n mm b 將待測物體放在兩小砧之間 旋動旋鈕直至可動小砧快靠近被測物體時 改用微調調至可動小砧緊靠物體 當聽到 咔咔 聲后 止動 即可讀數(shù) c 待測物體長度的整的毫米數(shù)從固定刻度上讀出 小數(shù)部分由可動刻度讀出 3 注意事項 a 讀數(shù)時要注意固定刻度尺上表示半毫米的刻度線是否已經(jīng)露出 b 由螺旋測微器讀數(shù)時必須估讀一位 即估讀到0 001mm這一位上 三 實驗器材直流電流表 0 0 6A 直流電壓表 0 3V 電池 3V 滑動變阻器 0 10 長約1m的金屬絲 開關1只 導線若干 毫米刻度尺 螺旋測微器 四 實驗步驟1 用毫米刻度尺測量金屬絲的長度l 測三次取平均值 2 用螺旋測微器測量金屬絲的直徑 在不同位置 測量三次 取平均值 并算出金屬絲的橫截面積S 五 數(shù)據(jù)處理1 金屬導線直徑的讀數(shù) 1 特別小心半刻度是否露出 2 因螺旋測微器的精確度為0 01mm 可動刻度上對齊的格數(shù)需要估讀 所以 若以毫米為單位的話 最后一位應出現(xiàn)在小數(shù)點后的第三位上 3 把三個不同位置的測量值求平均值作為直徑d 2 金屬絲長度的測量 1 應測量接入電路中的有效長度 2 因為用的是毫米刻度尺 讀數(shù)時要讀到毫米的下一位 別忘記估讀 3 把3次測量值求平均值作為長度l 3 電阻R的測量值確定方法一 平均值法 可以將每次測量的U I分別計算出電阻 再求出電阻的平均值 作為測量結果 方法二 圖象法 可建立U I坐標系 將測量的對應U I值描點作出圖象 利用圖象斜率來求出電阻值R 六 注意事項1 為了方便 應在金屬導線連入電路前測導線直徑 為了準確 應測量拉直懸空的連入電路的導線的有效長度 且各測量三次 取平均值 2 測量電路應選用電流表外接法 且測電阻時 電流不宜過大 通電時間不宜太長 因為電阻率隨溫度而改變 3 為準確求出R的平均值 應多測幾組U I數(shù)值 然后采用U I圖象法求出電阻 4 滑動變阻器用限流式接法就可以滿足該實驗的要求 七 誤差分析1 測量誤差 測量金屬絲的直徑 長度以及電流 電壓時出現(xiàn)讀數(shù)誤差 2 由于采用電流表外接法 電壓表的分流 造成電阻測量值偏小 若誤用內接法 則電流表分壓影響更大 3 通電電流太大 或時間太長 致使金屬絲發(fā)熱 電阻率隨之變化 課堂訓練 1 電阻和電阻率的理解 C 材料的電阻率隨溫度的升高而增大D 對某一確定的導體當溫度升高時 發(fā)現(xiàn)它電阻增大 說明該導體材料的電阻率隨溫度的升高而增大 分析 導體的電阻由 l S共同決定 而 是由導體的材料和溫度決定的 解析 導體的電阻率由材料本身決定 并隨溫度的變化而變化 但并不都是隨溫度的升高而增大 則A B C錯 若導體溫度升高時 電阻增大 其原因就是電阻率隨溫度的升高而增大產(chǎn)生的 則D選項正確 答案 D 練習一下列關于電阻率的說法正確的是 A 電阻率 與導體的長度l和橫截面積S有關B 電阻率表征了材料的導電能力的強弱 由導體的材料決定 且與溫度有關C 電阻率大的導體 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 可用來制成電阻溫度計 答案 B 兩根完全相同的金屬裸導線 如果把其中的一根均勻地拉長到原來的兩倍 把另一根導線對折后絞合起來 則它們的電阻之比為多少 2 電阻定律的應用 練習二 如圖所示 分別把一個長方體銅柱的ab端 cd端 ef端接入電路時 計算接入電路中的電阻各是多大 設電阻率為 銅 答案 見解析 相距11km的A B兩地用兩根導線連接 由于受到暴風雨的影響 在某處一根樹枝壓在兩根導線上造成故障 為查明故障地點 先在A處加12V的電壓 在B處測得為10V 再在B處加上12V電壓 在A處測得為4V 問導線中的故障離A處多遠 3 電阻定律和歐姆定律的綜合應用 答案 1km 練習三 在橫截面積為S的粗細均勻的銅導體中流過恒定電流I 銅的電阻率為 電子電荷量為e 則電子在銅導體中運動時受到的電場力為 A 0B I e SC IS e D Ie S 答案 B 在 測定金屬絲電阻率 的實驗中 需要測出其長度L 直徑d和電阻R 1 用螺旋測微器測金屬絲直徑時讀數(shù)如圖甲 則金屬絲的直徑為 mm 4 儀器讀數(shù)及誤差分析 2 若用圖乙測金屬絲的電阻 則測量結果將比真實值 選填 偏大 或 偏小 3 用電壓表和電流表測金屬絲的電壓和電流時讀數(shù)如圖 則電壓表的讀數(shù)為 V 電流表的讀數(shù)為 A 解析 1 螺旋測微器的讀數(shù)為 0 0 5 0 01 19 7 mm 0 697mm 0 696mm 0 698mm也對 2 圖乙中電流表采用外接法 故測量值偏小 3 電壓表精度為0 1V 其讀數(shù)為2 60V 電流表精度為0 02A 其讀數(shù)為0 52A 答案 1 0 697 0 696 0 698也對 2 偏小 3 2 600 52 在 測定金屬的電阻率 的實驗中 用螺旋測微器測量金屬絲直徑時的刻度位置如圖所示 用米尺測出金屬絲的長度L 金屬絲的電阻大約為5 先用伏安法測出金屬絲的電阻R 然后根據(jù)電阻定律計算出該金屬材料的電阻率 5 儀器選擇及電路圖的連接 1 從圖中讀出金屬絲的直徑為 mm 2 為此取來兩節(jié)新的干電池 電鍵和若干導線及下列器材 A 電壓表0 3V 內阻10k B 電壓表0 15V 內阻50k C 電流表0 0 6A 內阻0 05 D 電流表0 3A 內阻0 01 E 滑動變阻器 0 10 F 滑動變阻器 0 100 要求較準確地測出其阻值 電壓表應選 電流表應選 滑動變阻器應選 填序號 實驗中某同學的實物連線如圖所示 請指出該同學實物接線中的兩處明顯錯誤 錯誤1 錯誤2 解析 1 從螺旋測微器的固定刻度上可以看出 半毫米刻度線已經(jīng)露出來 因此主尺上應讀0 5mm 可動刻度上接近第18個刻度線 可以估讀0 180mm 或0 179mm 所以該金屬絲直徑應為0 5mm 0 180mm 或0 179mm 0 680mm 或0 679mm 2 由電路圖知電源是兩節(jié)干電池 電動勢是3V 用3V量程的電壓表A 因為電阻絲的電阻大約為5 如果把3V的電動勢全加在電阻絲上 電流才是0 6A 因此用量程是0 6A的電流表C 此題中金屬絲的電阻大約為5 為了減小實驗誤差 應選10 的滑動變阻器E 答案 1 0 680 或0 679 2 ACE 錯誤1 導線連接在滑動變阻器的滑片上錯誤2 采用了電流表內接法 耗電因素 一般較少用到 2 變阻器的選擇 除了搞清限流法和分壓法外 在分壓接法中 應選擇電阻小而額定電流大的變阻器 在限流接法中 應選擇電阻值與電路中其他電阻比較接近的變阻器 3 對器材選擇的一般步驟 先找出實驗中唯一性器材 畫出實驗原理圖 估算待測電路中的I U的最大值 考慮能否使電流表和電壓表有較大角度的偏轉 選擇合適量程的電壓表和電流表 合適阻值的滑動變阻器 電動勢合適的電源 總結