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第二章恒定電流 第六節(jié) 導(dǎo)體的電阻 1 通過對(duì)決定導(dǎo)體電阻的因素的探究過程 體驗(yàn)運(yùn)用控制變量研究物理問題的思維方法 體會(huì)實(shí)驗(yàn)探究和邏輯推理都是重要的科學(xué)研究方法 2 深化對(duì)電阻的認(rèn)識(shí) 了解電阻定律 能用電阻定律來進(jìn)行有關(guān)計(jì)算 3 理解電阻率的物理意義 并了解電阻率與溫度的關(guān)系 通過對(duì)不同材料電阻率的介紹 加強(qiáng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的意識(shí)和安全用電的意識(shí) 教學(xué)目標(biāo) 1 與導(dǎo)體電阻有關(guān)因素的測(cè)量方法 1 電阻絲橫截面積的測(cè)量把電阻絲緊密繞在一個(gè)圓柱形物體上 例如鉛筆 用刻度尺測(cè)出多匝的寬度 然后除以圈數(shù) 得到電阻絲的直徑 進(jìn)而計(jì)算出電阻絲的橫截面積 或用螺旋測(cè)微器測(cè)出電阻絲的直徑 進(jìn)而得到電阻絲的橫截面積 一 影響導(dǎo)體電阻的因素 2 探究導(dǎo)體電阻與其影響因素的關(guān)系 1 實(shí)驗(yàn)探究 1 電阻定律 1 內(nèi)容 同種材料的導(dǎo)體其電阻R與它的長(zhǎng)度l成正比 與它的橫截面積S成反比 導(dǎo)體電阻與構(gòu)成它的材料有關(guān) 這就是電阻定律 2 公式 R l S 3 單位 R l m S m2 m 二 導(dǎo)體的電阻 4 適用條件 溫度一定 粗細(xì)均勻 S為定值 的導(dǎo)線或濃度均勻的電解液 電阻定律反映了導(dǎo)體的電阻由導(dǎo)體自身決定 只與導(dǎo)體的材料 導(dǎo)體的長(zhǎng)度和導(dǎo)體的橫截面積和溫度有關(guān) 與其他因素?zé)o關(guān) 表達(dá)式中的l是沿電流方向?qū)w的長(zhǎng)度 橫截面積是垂直電流方向的橫截面 如圖所示 一塊長(zhǎng)方形銅塊 若通以電流I1 則長(zhǎng)度為a 橫截面積為bc 若通以電流I2 則長(zhǎng)度為b 橫截面積為ac 2 電阻率 1 物理意義 電阻率 是一個(gè)反映導(dǎo)體導(dǎo)電性能的物理量 是導(dǎo)體材料本身的屬性 與導(dǎo)體的形狀 大小無關(guān) 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(zhǎng)度為1m 橫截面積為1m2的導(dǎo)體的電阻 不能根據(jù) RS l錯(cuò)誤地認(rèn)為電阻率跟導(dǎo)體的橫截面積S成正比 跟導(dǎo)體長(zhǎng)度l成反比 某種材料的電阻率大 不能說它對(duì)電流的阻礙作用一定大 這是因?yàn)殡娮杪蚀蟮牟牧现瞥傻碾娮杩梢允且粋€(gè)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(guān)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(jì) 半導(dǎo)體和電解質(zhì)的電阻率隨溫度的升高而減小 半導(dǎo)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(biāo)準(zhǔn)電阻 有些物質(zhì)當(dāng)溫度降低到絕對(duì)零度附近時(shí) 電阻率突然減小到零 這種現(xiàn)象叫超導(dǎo)現(xiàn)象 能夠發(fā)生超導(dǎo)現(xiàn)象的物體叫超導(dǎo)體 材料由正常狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)槌瑢?dǎo)狀態(tài)的溫度叫超導(dǎo)材料的臨界溫度TC 4 應(yīng)用實(shí)例 滑動(dòng)變阻器 1 原理 利用改變連入電路的電阻絲的長(zhǎng)度改變電阻 2 在電路中的使用方法結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖如圖所示 要使滑動(dòng)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(dòng)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(fù)載相連 當(dāng)滑片P移動(dòng)時(shí) 負(fù)載將與AP間或BP間的不同長(zhǎng)度的電阻絲并聯(lián) 從而得到不同的電壓 注意 實(shí)驗(yàn) 測(cè)定金屬的電阻率 實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)定位 1 學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器 2 理解該實(shí)驗(yàn)的原理 3 掌握實(shí)驗(yàn)操作 會(huì)處理數(shù)據(jù) 一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康? 學(xué)會(huì)使用電流表和電壓表以及正確讀數(shù) 2 學(xué)會(huì)使用螺旋測(cè)微器以及正確讀數(shù) 3 掌握測(cè)定金屬電阻率的方法 二 實(shí)驗(yàn)原理1 螺旋測(cè)微器 1 構(gòu)造原理 螺旋測(cè)微器是測(cè)量長(zhǎng)度的儀器之一 在實(shí)驗(yàn)中常用它測(cè)量小球的直徑 金屬絲的直徑和薄板的厚度等 用它測(cè)量長(zhǎng)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(cè)微器又稱為千分尺 下圖所示是常用的螺旋測(cè)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(diào)旋鈕D 和可動(dòng)刻度E 測(cè)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(zhuǎn)一周 F前進(jìn)或后退0 5mm 可動(dòng)刻度分成50等份 每一等份表示0 1mm 即可動(dòng)刻度每轉(zhuǎn)過1等份 F前進(jìn)或后退0 01mm 因此 從可動(dòng)刻度旋轉(zhuǎn)了多少個(gè)等份就知道長(zhǎng)度變化了多少個(gè)0 01mm 2 使用方法 a 找出零誤差 測(cè)物前將兩小砧并攏 如果可動(dòng)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(dòng)刻度的零刻線在固定零刻線之上n小格 應(yīng)在讀數(shù)中加上0 01 n mm 反之則減去0 01 n mm b 將待測(cè)物體放在兩小砧之間 旋動(dòng)旋鈕直至可動(dòng)小砧快靠近被測(cè)物體時(shí) 改用微調(diào)調(diào)至可動(dòng)小砧緊靠物體 當(dāng)聽到 咔咔 聲后 止動(dòng) 即可讀數(shù) c 待測(cè)物體長(zhǎng)度的整的毫米數(shù)從固定刻度上讀出 小數(shù)部分由可動(dòng)刻度讀出 3 注意事項(xiàng) a 讀數(shù)時(shí)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(cè)微器讀數(shù)時(shí)必須估讀一位 即估讀到0 001mm這一位上 三 實(shí)驗(yàn)器材直流電流表 0 0 6A 直流電壓表 0 3V 電池 3V 滑動(dòng)變阻器 0 10 長(zhǎng)約1m的金屬絲 開關(guān)1只 導(dǎo)線若干 毫米刻度尺 螺旋測(cè)微器 四 實(shí)驗(yàn)步驟1 用毫米刻度尺測(cè)量金屬絲的長(zhǎng)度l 測(cè)三次取平均值 2 用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲的直徑 在不同位置 測(cè)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(dǎo)線直徑的讀數(shù) 1 特別小心半刻度是否露出 2 因螺旋測(cè)微器的精確度為0 01mm 可動(dòng)刻度上對(duì)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(yīng)出現(xiàn)在小數(shù)點(diǎn)后的第三位上 3 把三個(gè)不同位置的測(cè)量值求平均值作為直徑d 2 金屬絲長(zhǎng)度的測(cè)量 1 應(yīng)測(cè)量接入電路中的有效長(zhǎng)度 2 因?yàn)橛玫氖呛撩卓潭瘸?讀數(shù)時(shí)要讀到毫米的下一位 別忘記估讀 3 把3次測(cè)量值求平均值作為長(zhǎng)度l 3 電阻R的測(cè)量值確定方法一 平均值法 可以將每次測(cè)量的U I分別計(jì)算出電阻 再求出電阻的平均值 作為測(cè)量結(jié)果 方法二 圖象法 可建立U I坐標(biāo)系 將測(cè)量的對(duì)應(yīng)U I值描點(diǎn)作出圖象 利用圖象斜率來求出電阻值R 六 注意事項(xiàng)1 為了方便 應(yīng)在金屬導(dǎo)線連入電路前測(cè)導(dǎo)線直徑 為了準(zhǔn)確 應(yīng)測(cè)量拉直懸空的連入電路的導(dǎo)線的有效長(zhǎng)度 且各測(cè)量三次 取平均值 2 測(cè)量電路應(yīng)選用電流表外接法 且測(cè)電阻時(shí) 電流不宜過大 通電時(shí)間不宜太長(zhǎng) 因?yàn)殡娮杪孰S溫度而改變 3 為準(zhǔn)確求出R的平均值 應(yīng)多測(cè)幾組U I數(shù)值 然后采用U I圖象法求出電阻 4 滑動(dòng)變阻器用限流式接法就可以滿足該實(shí)驗(yàn)的要求 七 誤差分析1 測(cè)量誤差 測(cè)量金屬絲的直徑 長(zhǎng)度以及電流 電壓時(shí)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(cè)量值偏小 若誤用內(nèi)接法 則電流表分壓影響更大 3 通電電流太大 或時(shí)間太長(zhǎng) 致使金屬絲發(fā)熱 電阻率隨之變化 課堂訓(xùn)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(duì)某一確定的導(dǎo)體當(dāng)溫度升高時(shí) 發(fā)現(xiàn)它電阻增大 說明該導(dǎo)體材料的電阻率隨溫度的升高而增大 分析 導(dǎo)體的電阻由 l S共同決定 而 是由導(dǎo)體的材料和溫度決定的 解析 導(dǎo)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(cuò) 若導(dǎo)體溫度升高時(shí) 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(xiàng)正確 答案 D 練習(xí)一下列關(guān)于電阻率的說法正確的是 A 電阻率 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 可用來制成電阻溫度計(jì) 答案 B 兩根完全相同的金屬裸導(dǎo)線 如果把其中的一根均勻地拉長(zhǎng)到原來的兩倍 把另一根導(dǎo)線對(duì)折后絞合起來 則它們的電阻之比為多少 2 電阻定律的應(yīng)用 練習(xí)二 如圖所示 分別把一個(gè)長(zhǎng)方體銅柱的ab端 cd端 ef端接入電路時(shí) 計(jì)算接入電路中的電阻各是多大 設(shè)電阻率為 銅 答案 見解析 相距11km的A B兩地用兩根導(dǎo)線連接 由于受到暴風(fēng)雨的影響 在某處一根樹枝壓在兩根導(dǎo)線上造成故障 為查明故障地點(diǎn) 先在A處加12V的電壓 在B處測(cè)得為10V 再在B處加上12V電壓 在A處測(cè)得為4V 問導(dǎo)線中的故障離A處多遠(yuǎn) 3 電阻定律和歐姆定律的綜合應(yīng)用 答案 1km 練習(xí)三 在橫截面積為S的粗細(xì)均勻的銅導(dǎo)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(dǎo)體中運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的電場(chǎng)力為 A 0B I e SC IS e D Ie S 答案 B 在 測(cè)定金屬絲電阻率 的實(shí)驗(yàn)中 需要測(cè)出其長(zhǎng)度L 直徑d和電阻R 1 用螺旋測(cè)微器測(cè)金屬絲直徑時(shí)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(cè)金屬絲的電阻 則測(cè)量結(jié)果將比真實(shí)值 選填 偏大 或 偏小 3 用電壓表和電流表測(cè)金屬絲的電壓和電流時(shí)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(cè)微器的讀數(shù)為 0 0 5 0 01 19 7 mm 0 697mm 0 696mm 0 698mm也對(duì) 2 圖乙中電流表采用外接法 故測(cè)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(duì) 2 偏小 3 2 600 52 在 測(cè)定金屬的電阻率 的實(shí)驗(yàn)中 用螺旋測(cè)微器測(cè)量金屬絲直徑時(shí)的刻度位置如圖所示 用米尺測(cè)出金屬絲的長(zhǎng)度L 金屬絲的電阻大約為5 先用伏安法測(cè)出金屬絲的電阻R 然后根據(jù)電阻定律計(jì)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(dǎo)線及下列器材 A 電壓表0 3V 內(nèi)阻10k B 電壓表0 15V 內(nèi)阻50k C 電流表0 0 6A 內(nèi)阻0 05 D 電流表0 3A 內(nèi)阻0 01 E 滑動(dòng)變阻器 0 10 F 滑動(dòng)變阻器 0 100 要求較準(zhǔn)確地測(cè)出其阻值 電壓表應(yīng)選 電流表應(yīng)選 滑動(dòng)變阻器應(yīng)選 填序號(hào) 實(shí)驗(yàn)中某同學(xué)的實(shí)物連線如圖所示 請(qǐng)指出該同學(xué)實(shí)物接線中的兩處明顯錯(cuò)誤 錯(cuò)誤1 錯(cuò)誤2 解析 1 從螺旋測(cè)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(yīng)讀0 5mm 可動(dòng)刻度上接近第18個(gè)刻度線 可以估讀0 180mm 或0 179mm 所以該金屬絲直徑應(yīng)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(dòng)勢(shì)是3V 用3V量程的電壓表A 因?yàn)殡娮杞z的電阻大約為5 如果把3V的電動(dòng)勢(shì)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(shí)驗(yàn)誤差 應(yīng)選10 的滑動(dòng)變阻器E 答案 1 0 680 或0 679 2 ACE 錯(cuò)誤1 導(dǎo)線連接在滑動(dòng)變阻器的滑片上錯(cuò)誤2 采用了電流表內(nèi)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(yīng)選擇電阻小而額定電流大的變阻器 在限流接法中 應(yīng)選擇電阻值與電路中其他電阻比較接近的變阻器 3 對(duì)器材選擇的一般步驟 先找出實(shí)驗(yàn)中唯一性器材 畫出實(shí)驗(yàn)原理圖 估算待測(cè)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(zhuǎn) 選擇合適量程的電壓表和電流表 合適阻值的滑動(dòng)變阻器 電動(dòng)勢(shì)合適的電源 總結(jié)